降压转换芯片的工作原理

在现代很多的电子设备中，诸如充电宝，为了增加电池容量，可能会使用多个电池串联，然后就是现在很多的电子设备都采用这外部电源适配器，这些都会导致提供的电压高于设备的操作电压，在这种情况下，就需要将这些电压降到安全水平同时保证输出电压的稳定性。

目前很多的设备中都采用着DC-DC降压转换器芯片来处理较高的输入电压，其主要用于将一个电压级别转换为比它低的另一个电压级别。这种类型的转换器在各种电子设备中非常常见，特别是在需要将电池或外部电源的高电压转换为设备内部电路所需的更低电压时。这种芯片的主要工作原理通常基于开关模式电源技术。这种技术使用电子开关(如晶体管)和储能元件(如电感和电容)来转换电压。转换器通过快速开关电子开关(通常是以数十至数百千赫兹的频率)来控制能量从输入端到输出端的转移。而随着电子设备向更小型化、更智能化发展，就有厂商将充电协议集成到降压转换器芯片之中，这样做的好处就是省去了单独协议芯片的需要，让PCBA板上元件布局更加紧凑和精简，大幅度优化了整体设计的空间利用率，同时有效降低设备的开发成本，提高了制造效率。

DC/DC转换器是开关电源芯片，指利用电容、电感的储能的特性，通过可控开关(MOSFET等)进行高频开关的动作，将输入的电能储存在电容(感)里，当开关断开时，电能再释放给负载，提供能量。其输出的功率或电压的能力与占空比(由开关导通时间与整个开关的周期的比值)有关。开关电源可以用于升压和降压。DC/DC 转换器为转变输入电压后有效输出固定电压的电压转换器。DC/DC 转换器分为三类：升压型DC/DC 转换器、降压型DC/DC 转换器以及升降压型DC/DC 转换器。输出电压通过分压电阻与基准电压作比较，从而形成一个反馈。当输出电压减小并低于基准电压，比较器输出发生翻转并触发振荡电路开始工作。振荡电路输出一个固定时间的脉冲，用于控制MOS管的导通。反之则MOS管将被截止。其中导通由振荡器控制，而截止时间取决于负载。按这样的方法，即可控制输出电压。

降压转换芯片是一种可以将高压电源转换为低压电源的电子元器件。它的作用是在电路中将输入电压降低，输出一个低稳定电压，用于供电其他电路。降压转换芯片广泛应用于各种电子设备中，如电脑，手机等，它的重要作用是为这些设备提供稳定的低电压电源。

降压转换芯片基于一个叫做 PWM(脉宽调制)技术的原理，将高压电源通过 PWM 调制的方式转化为低电压输出。具体步骤如下：

1. 输入高压电源通过 MOSFET 开关管进入升压电路。

2. 升压电路将高压电源转化为稳定的 DC 电源，并通过输出电感器储存这个 DC 电源。

3. 输入低功耗模式下的微处理器或其他芯片需要电力时，降压转换芯片将储存在输出电感器中的 DC 电源，通过 MOSFET 开关管，经过一定的 PWM 调制，输出为低电压电源给下游电路芯片。

通过这种降压转换的方式，降压转换芯片不仅可以使输出电源稳定，而且也可以让与它相连的芯片工作更加稳定。降压转换芯片在电子设备中起到了重要作用，它将不稳定的高电压转化为稳定的低电压电源，为其他电路提供了可靠的供电。通过 PWM 技术，降压转换芯片可以将输入电压降低到精确的输出电压，保证了电路的可靠性。降压转换器，亦被称为降压调节器或DC-DC步降开关稳压器，是一种能够将输出稳压降低至低于输入电压的DC-DC转换器。意法半导体的单片式降压(buck)转换器IC，以其高达61V的输入电压能力和高达4A的输出电流，以及高开关频率，满足了各种应用需求。此外，为提升MTBF(平均无故障时间)并降低物料成本，这些降压稳压器还集成了全面的保护功能，包括过流、过压和过热保护。降压转换器通过两个开关和一个电感，巧妙地利用电压控制的电流源与输出电容和负载的并联组合，从而精准地输出所需电压(VOUT < VIN)。降压转换器的工作原理及汽车级同步隔离降压转换器的应用降压转换器，通过巧妙的电路设计，利用电压控制的电流源与输出电容和负载的并联组合，实现精准的电压输出。其核心在于两个开关和一个电感的巧妙配合，从而使得输出电压稳定且低于输入电压。

在汽车电子领域，隔离式降压拓扑的应用日益广泛。为此，意法半导体推出了专为隔离应用设计的A6983I和A6986I两款汽车级同步降压转换器IC。这两款产品分别能够管理高达10W和5W的输出功率，为隔离型IGBT/SiC/GaN MOSFET栅极驱动电源、混合动力汽车/电动汽车的板上充电器(OBC)，以及电力牵引系统提供灵活、可靠、易用的解决方案。其中，STEVAL-A6986IV3评估板是基于ST A6986I的一款创新产品。A6986I专为隔离应用而设计，采用iso-buck架构。而STEVAL-A6986IV3在初级侧采用反相buck-boost拓扑，构建了isobuck-boost拓扑，优化了变压器设计，并提供了更高的次级侧功率。其输入电压高达28V，初级输出电压为负，次级侧由四个独立的绕组组成，为栅极驱动器提供精确的电源。Buck转换器，也称为降压转换器，其主要功能是将较高的输入电压转换为较低的输出电压。以下是Buck转换器的基本工作原理：

开关阶段：Buck转换器中的开关元件(通常是MOSFET)周期性地打开和关闭。当开关打开时，输入电压通过电感对电容器充电，同时为负载提供电流。二极管导通阶段：当开关关闭时，电感中存储的能量通过一个飞轮二极管释放，继续为负载提供电流，同时电感中的电流逐渐减少。输出电压调节：通过调节开关元件的占空比(即开关打开时间与总周期时间的比例)，可以控制电感中电流的大小，从而调节输出电压。Buck-Boost转换器，也称为降压-升压转换器，能够将输入电压转换为高于或低于输入电压的输出电压。以下是Buck-Boost转换器的基本工作原理：开关阶段：与Buck转换器类似，Buck-Boost转换器中的开关元件周期性地打开和关闭。电感和电容转换：当开关打开时，输入电流通过电感流入，电感储存能量;当开关关闭时，电感中的能量通过二极管释放到输出电容和负载。

输出电压调节：通过调节开关元件的占空比，可以控制电感中电流的大小，从而调节输出电压。与Buck转换器不同的是，Buck-Boost转换器可以通过改变电感和输出电容之间的能量转换方向，实现输出电压高于或低于输入电压。输出电压范围：Buck转换器只能降低输入电压，而Buck-Boost转换器可以提高或降低输入电压。电路结构：Buck-Boost转换器比Buck转换器多了一个电感和一个二极管，这使得它可以在输出端实现电压的升降。应用场景：Buck转换器适用于输入电压高于输出电压的场景，而Buck-Boost转换器适用于需要灵活调节输出电压的场景，无论是升压还是降压。效率和复杂性：由于Buck-Boost转换器中增加了额外的电感和二极管，其效率可能略低于Buck转换器，同时电路设计也更为复杂。