各种降压稳压器的设计和工作原理

目前较常见的电源开关稳压器拓扑结构之一是降压电源开关稳压器。降压稳压器IC嵌入式控制板和集成化通常选用FET进行降压变换。不仅如此，降压稳压器IC也可用于各种设计，如正反开关电源、双正负极开关电源及其单个或多个单独电压导出的隔离电源。本文详细介绍了各种降压稳压器的设计方案，阐述了其原理，并探讨了完成该设计方案必须考虑的具体要素。

选用降压稳压器IC降压转换器

瑞萨电子ISL8541x系列降压稳压器IC集成上管和埋管FET、二极管和内部补偿的内部操作可以较大限度地减少外部部件的总数，并完成非常小外观尺寸的整体解决方案。此外，该系列产品稳压器IC具备3V~40V宽键进入电压范围，可适用于多节电池和各种稳压管的电压导出。文中将以ISL85410降压稳压器IC以各种应用设计方案为例。

在电源电路中，当所需电压小于系统软件中的可用电压时，必须使用降压转换器。例如，选用12V作为输入电压的系统软件，充电电池必须导出5V、3.3V或1.2V微处理器电压方便，I / O、储存器和FPGA配电。将高压转换为低压，降压转换器可以延长系统软件中的电池循环次数，减少排热，提高稳定性。图1为应用ISL85410降压稳压器IC降压转换器简化电路原理图。

图1. 降压转换器简化电路原理图

导出电压与键入电压具有相同的正负极，连续关闭（CCM）中间的电压转化率可以表示为：

(1)D在其中pwm占空比，范围从0到1，表示导出电压（VOUT）自始至终小于或等于输入电压（VIN）。

选用降压稳压器IC正反开关电源

虽然电子控制系统通常使用正电压，但也必须偶尔使用负电压。在这种情况下，正反开关电源必须用正键入转换为负电压。为了满足这一应用要求，较常用的解决方案之一是使用正反降压升压转换器。

图2比较了降压转换器和正反降压升压转换器的输出水平，表明可以根据转换情况进行比较FET Q2和电感器L1获得正反降压-升压转换器。这种拓扑结构转换会形成不同的电压转换比和导出电压的正负极：

（2）在正反向降压升压转换器中，导出电压强度可高于或小于输入电压，输出电压相对于输入电压源的接地装置为负。

图2. 降压转换器和正反降压升压转换器的输出级

正反降压-升压转换器可选择相对高度集成的降压稳压器IC完成。如下图3所示，应用程序ISL降压稳压器简化电源电路85410。在配备正反降压-升压转换器时，必须注意两个关键差异。第一，输入电压（VIN）回到（RTN）联接。图1显示的降压转换器输入电压RTN同时也是接地装置端(即降压控制器)AGND/PGND管脚)，在正反降压-升压转换器中输入电压RTN与接地装置端不再相同。因而，在完成正相反降压-升压转换器时，务必在VIN管脚和RTN（而不是AGND/PGND将输入电压源添加到管脚上。

第二，VIN管脚上的电压内应力应参考AGND管脚。无论导出电压如何，降压转换器中的电压自始至终相当于输入电压（VIN）。相比之下，正反降压 - 升压转换器中的VIN管脚必须能够承受键入电压和导出电压之和（V IN V OUT）。例如，在将24V变换为-5V的制定中，VIN管脚上的电压内应力为29V而不是24V。务必切记VIN管脚上的电压内应力不得超过IC数据分析表中要求的额定值电压必须较大。

图3. 简化正反降压-升压转换器

选用降压稳压器IC双正负开关电源

许多应用，如运放电路和数据管理系统，必须是双正负极±5V或±12V开关电源。一种常用的办法是应用单独一个电源开关控制器及其藕合电感（通常也称之为变电器）来造成负电压和正电压导出。图4展现了怎么使用降压转换器和正相反降压-升压转换器来转化成双正负极开关电源。

如下图4（a）显示，先将ISL85410降压稳压器配备调整正出口VOUT 降压稳压器，然后根据增加额外的莲藕绕阻引起负导出VOUT-。若对正输出VOUT 如果在降压转换器中进行调整，则负导出VOUT-与VOUT 相同的标值(简单考虑，整流二极管D1方向电压降被忽略)，但正负极反过来。

图4. 采用降压方法（a）或正反降压-升压（b）双极开关电源简化电路原理图

图5表明在DT和（1-D）T双极开关电源的闭合电路在间隔时间内采用降压方式。在DT期内，上管FET Q1打开，导致整流二极管D1反向电压偏置，因此次级绕组中没有电流流动性。在（1-D）T期内，Q断开，电流Ip根据埋管FET Q二次绕组两侧的电压（Vs）相匹配VOUT ，因而D1关闭，导出电容器COUT电池充电，配电规范。建议是强制性的CCM配备转换器，完成负导出电压（VOUT-）优良的电压调节。

图5. 双极开关电源闭合电路采用降压方式

下面详细描述程序的详细描述ISL创建并模拟双正负极开关电源的85410SIMPLIS重要主要参数见表1。

报表1. 双正负开关电源的主要参数

如下图6所示，模拟波型。Q2打开的（1-D）T在此期间，次级绕组电流（Is）莲藕电流使总原边电流（Ip）变成负数。根据适当的设计方案，确保负电流足够低，防止降压稳压器负电流限制在所有正常工作中打开。

图6. 双正负开关电源模拟波型采用降压法

图4（b）另一种方法是将正反降压升压转换为双正负开关电源。与应用降压变换相比，正反降压升压变换是降压控制器IC配备正反降压-升压导出负电压，用藕合绕阻导出正电压。与应用降压变换的双正负开关电源不同，当键入电压小于导出时，可以调整导出(升压变换)。众所周知，正反降压 - 升压变换中FET电压内应力高于降压变换。表2比较了这两种变化，并为特殊使用选择较佳解决方案带来了设计方案的实施意见。

报表2. 双正负极开关电源比较降压变换和正反降压升压变换

选用降压稳压器IC的隔离电源

电流保护通常必须导出保护电压，提高安全系数和抗噪性。一般应用包括可编程逻辑控制板（PLC）、智能输出功率计量检定IG驱动电源。反激和推挽电路转换器是经济发展的两种常见解决方案。众所周知，反激转换器通常需要光耦合器或协助绕阻来调节导出电压。此外，反激电源开关还会受到高压峰值的伤害，因此通常必须RCD油压缓冲器。推挽电路直流变压器固定50%pwm空比操作可能直接影响导出电压调整，有时必须是另一个LDO准确的导出调整可以完成。

根据上述双正负极开关电源(图4)， - 在升压转换器中，应用电感和磁耦合绕阻来完成更多的导出电压输出。根据这两个导出控制电路的简单保护，可以完成保护电压导出（参考图7） 越来越普遍。

单独保护电压轨的隔离电源

图7. 应用降压法（a）或正反降压-升压（b）简单简单地保护电压轨

如下图7所示，采用降压稳压器引起保护电压导出的两种方法。双正负极开关电源与图4相同，只有两个导出控制电路(参考)是单独的。与变电器线圈匝数比1:1的双正负开关电源不同，根据提高隔离电源线圈匝数比，可在次线圈侧设置所需的导出电压。此外，控制板可以根据调整进行较佳控制pwm空比操作。

带降压稳压器的隔离电源具有多种优点。如下图7（a）为此，以降压方法为例介绍其优点。首先，它去除了反激转换器中常见的光耦合器和辅助续流电源电路。次之，相对性于反激式转换器，降压配备在初中级侧FET低压内应力，低压FET它代表了更低的关闭电阻和更好的效率。三是初中侧导出（VOUT1)调整良好，导出保护（VOUT2）相匹配VOUT1.在宽键入电压范围内，可在次线圈侧进行优异的导出电压调整。与没有附加LDO与推挽电路直流变压器相比，可以更快地调节电压。相对高度集成的降压稳压器IC，比如内部赔偿ISL85410在电源电路中的应用可以轻松完成。

在表2中，双正负开关电源的优缺点与降压稳压器相同IC对于隔离电源，电源电路工作人员应选择特殊使用的较佳方式。

几个保护电压导出的隔离电源

如下图22个例子所示，两个保护电压的导出可以通过添加大量藕合绕阻来完成，其原理类似于单个保护电压的导出。

图8. 采用降压方法（a）或正反降压-升压（b）几个保护电压导出

结果

高集成降压稳压器IC不同的输出功率变换可以更容易地完成，并达到不同的应用规定。本文简要介绍了这种降压稳压器IC怎样用以转化成正相反开关电源、双正负极开关电源和单独一个或好几个隔离电源。相对高度集成ISL8541x系列降压稳压器IC键入电压范围广，二极管集成运行及内部赔偿。选用这种降压稳压器IC设计方案的正极和隔离电源解决方案具有外部部件总数少、整体解决方案规格小、安装应用等关键优点。