開關型調整器拓撲

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開關型調整器拓撲

Buck開關型調整器

串接晶體管的高功耗和笨重的工頻變壓器使得線性調整器在現代電子應用中失去了重要地位。而且，高功耗串接元件需要的大散熱片和大體積儲能電容增大了線性調整器的體積。
隨著電子技術的發展，電路的集成化使得電路系統的體積更小。一般的線性調整器輸出負載的功率密度僅為0.2~0.3W／in3，不能滿足電路系統小型化的要求。而且，線性電源適配器不能夠提供數字存儲系統所需要的足夠長的保持時間。
取代線性調整器的開關型調整器早在20世紀60年代就開始應用。一般的，這些新的15W電源適配器使用開關晶體管將輸入直流電壓斬波成方波。方波由占空比調節，并通過低通輸出功率濾波得到直流輸出電壓。
濾波器一般采用電感和輸出電容。通過調節占空比，可以控制經過輸出電容濾波的電壓平均值。方波脈沖經過低通濾波器濾波后得到的直流輸出電壓等于方波脈沖的平均值Buck開關型調整器典型的拓撲及其波形如圖所示。
使用合適的LC濾波器可將方波脈沖平滑成無紋波直流輸出，其值等于方波脈沖的平均值。整個電路采用輸出負反饋，通過檢測輸出電壓并結合負反饋控制占空比，穩定輸出電壓不受輸入網壓和負載變化的影響。
目前高頻開關電源適配器的功率密度可達20W／in3，而且可以獲得與輸入隔離的多組輸出。它們無需工頻變壓器，效率達到75%~95%。有些DC／DC變換器功率密度可高達50w／in3

Buck調整器的基本符號和波形
補充：電源適配器廠家介紹了以下開關型調整器的恒頻工作方式，在這類調整器中，功率器件的導通時間（Ton）是可調的，而整個開關周期（T）是固定的，即開關頻率（1／T）也是固定的。
比例Ton／T一般稱為占空比。在某些書中，占空比用Ton／（Ton+Toff）表示，其中Toff是功率器件的關斷時間，因此Ton+Toff=T。

除了恒頻工作方式，還有導通時間固定而頻率可調的工作方式，或者導通時間和頻率均可調的工作方式。
dl、di、dV、dv、dT和dt的用法不是很嚴格，一般用來表示△l、△V和△的變化量。例如，△∥△t用導數d／dt表述，表示電流相對時間的變化量或波形的斜率。

12w電源適配器Buck調整器的基本工作方式
Buck調整器的基本電路如圖1。4所示。晶體管Q1與直流輸入電壓V串聯，通過Q1硬開通和硬關斷，在V1處產生方波電壓。采用恒頻控制方式，占空比可調，Q1導通時間為T。Q1導通時，V1點電壓為V（設Q1導通，壓降為零），電流通過串接電感L流入輸出端。Q1關斷時，電感L產生反電動勢，使V1點電壓迅速下降到零，并變負值直至被二極管D1（也稱續流二極管）鉗位于-0.8V。
設此刻二極管D壓降也為零，則V點電壓波形為矩形波，如圖所示，T時段電壓為V，其余時段電壓為零。該方波的電壓平均值為V7／7。LC濾波器接于Ⅵ和V之間，它使輸出點V成為幅值等于V7。／7的無尖峰無紋波的直流電壓。
采樣電阻R和R2檢測輸出電壓V，并將其輸入誤差放大器（EA）與參考電壓V進行比較。被放大的誤差電壓V被輸入到脈寬調制器（電壓比較器）PWM。PWM比較器的另一個輸入是周期為T的鋸齒波，如圖所示，其幅值一般為3V。PWM電壓比較器產生矩形波脈沖，即圖（c）中的V=，它從鋸齒波起點開始到鋸齒波與誤差放大器輸出電壓交點結束。因此，PwM輸出的脈沖寬度T=與誤差放大器輸出電壓成比例。
PWM脈沖輸入到電流放大器并以負反饋方式控制開關管Q1的通斷。其邏輯關系是：若輸入電壓V稍升高，則EA輸出電壓V將降低使鋸齒波與V交點提前，Q1導通時間T。縮短使輸出電壓V0=VdcTon/T保持不變。同理，若V下降，則導通時間7正比的延長使保持不變。Q1導通時間的改變使采樣電壓總是等于參考電壓，即V0R2／（R2+R1）=Vref。