DC-DC 转换器电路背后的技术
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DC-DC转换器旨在改变直流电源的电压。开关 DC-DC 转换器具有出色的转换效率，有助于电子设备的节能、小型化和轻量化。手机等便携式设备变得越来越复杂，并配备了许多小型 DC-DC 转换器来驱动其电路。 电源随着电子设备的进步而多样化 如前一篇文章所述，直流电压转换可以使用基于线性方法的组件（如三端 IC）来实现，但开关方法在 DC-DC 转换器中占主导地位。线性方法将一部分电能作为热量丢弃以获得所需的电压。同时，开关方法使用半导体元件将直流输入细分为脉冲电流，并将它们重新组合以产生所需的电压。线性方法类似于从原木上切割一块木板，这不可避免地会产生大量浪费的废木料——而切换方法类似于将木屑连接在一起，实现更灵活的尺寸，同时减少整体材料消耗。这就解释了为什么线性方法的转换效率最多为 70%，更典型地为 30% 到 50% 左右， 封装的开关电源将 AC-DC 整流器和 DC-DC 转换器组合在一个单元中，以提供单个或多个电压的 DC 输出。随着电子设备的多功能化和数字化，在一个设备中安装了多个 DC-DC 转换器，以提供大量的 DC 电压（12V、5V、3.3V、2.5V、1.8V、1.3V、1.0V、0.8V、等）到各种电路单独。如今，许多小型 DC-DC 转换器分布在 IC 附近，以提高效率并降低噪声。随着电子设备的进步，电源已经变得非常多样化。特别是，DC-DC 转换器代表了电力电子领域的大量产品。即使是粗略的分类也会涉及多种类型——如果没有以良好的指导方式进行研究，很快就会导致混乱。 我们首先讨论降压和升压 DC-DC 转换器的基本原理。如下图所示，如果连接到电池的灯快速且反复地开关，它看起来会变暗。这是因为我们实际上感知的是闪光灯的平均亮度，相当于一个电压降。因此，可以通过调整开关周期的时间来控制电压。尽管是一种简化的解释，但这就是 DC-DC 转换器中电压转换的原理。晶体管和 MOSFET 等半导体元件用于打开和关闭电流。 扼流圈在斩波器方法中起着至关重要的作用 最简单的 DC-DC 转换器基于斩波器方法。该名称源自通过连续切换来“斩断”电流以转换电压的行为。线圈在斩波器方法中起着至关重要的作用。每次半导体元件打开和关闭时，电流都会突然变化，但线圈会产生电动势（电压），通过感应电流来阻止变化（这就是楞次定律）。利用此特性的线圈称为扼流圈，因为它对交流电具有“扼流”效应。基于斩波器的 DC-DC 转换器是一个简单的电路，它结合了开关元件、扼流圈、电容器和二极管，以降低或升高直流电压。 |
