开关调节器式直流稳压电源

　　线性调节器，由于串联晶体管的高损耗使它很难在输出大于5A的场合下应用。因为高损耗要求用较大体积的散热器，而大体积的散热器及笨重的工频变压器，又与电路其他部件的集成小型化很不协调。这样的线性调节器输出负载的功率密度一般仅为0，2～0.3 wm？，根本不能满足电路小型化的要求。

　　20世纪60年代，取代线性调节器的开关调节器开始应用。它将快速通/断的晶体管置于输入与输出之间，通过调节通/断比例（占空比）来控制输出直流电压的平均值。此平均值电压由可调宽度的方波脉冲构成，方波脉冲的平均值就是直流输出电压。

　　使用合适的LC滤波器，可以将方波脉冲平滑成无纹波的直流电压输出，其值等于方波脉冲电压的平均值。整个电路采用输出负反馈，通过检测输出电压并结合负反馈控制占空比，以稳定输出电压不受输人市电电压波动和负载变化的影响。

　　这种开关调节器的功率密度可以达到1～4 W/in3，而且还可以获得与输人隔离的多组输出。它们也可以无须使用工频变压器，故有些DC/DC开关转换器的功率密度可以高达40～50 Win。

　　图所示为早的开关调节器（Buck转换器）式直流稳压电源的基本原理电路，其中开关管V作为单刀单掷开关与直流输入电压Udc串联。在开关周期Ts内，V导通的时间为TonoV导通时，U1点电压为Udc（设V导通的正向管压降为零）。V关断时，V1点电压迅速下降到零。若没有钳位二极管VD（也称续流二极管）将其钳位于地，则U1点电压波形会降得很负而损坏晶体管V。

　　设此刻二极管D的压降也为零，则U1点电压波形为矩形波，如图b所示。在Ton时段电压为Udc，其余时间电压为零。该电压的直流值（或称平均值）为Udc（Ton/Ts）。

　　LoCo滤波器接于U1和Uo电压之间，它使输出电压Uo。成为幅值等于Udc（Ton/Ts）的无尖峰无纹波的直流电压。

　　如图 开关调节器式直流稳压电源的基本原理电路及工作波形

　　采样电阻R1和R2检测输出电压Uo，并将其输入到误差放大器中与参考电压UREF进行比较。放大的误差电压Uea被送入到脉宽调节器（电压比较器 ）PWM中，PWM比较器的另一个输入是周期为Ts，的锯齿波，如图a所示，其幅值一般为3V。PWM电压比较器产生的矩形波脉冲，即图c所示的UWM，它从锯齿波起点开始至锯齿波与误差放大器输出电压交点处结束。因此，PWM输出的脉冲宽度7on与误差放大器输出电压成比例。

　　PWM脉冲输入到电流放大器，并以负反馈的方式控制开关管V的通/断。其逻辑关系是：若输入电压Udc稍升高，则误差放大器输出电压Uea将降低，使锯齿波与Uea交点提前，开关管V的导通时间7on缩短，使输出电压Uo=Udc（Ton/Ts）保持不变。同理，若Udc下降，则导通时间Ton正比的延长使Uo保持不变。开关管V导通时间的改变使采样电压总是等于参考电压，即UoR2/（R1+R2）=UREF。