降压开关稳压器：原理、性能及应用

开关稳压器拓扑结构因其高效率和设计灵活性，备受通用电源转换应用的青睐。因此，我们已开发了多种开关拓扑结构，以满足广泛的应用需求。

 降压开关稳压器（或转换器）将较高的直流电压降至较低的直流电压，即“降低”输入电压，在不改变极性的情况下在输出端产生较低的电压。降压稳压器广泛用于需要本地电压转换的系统中，例如为分布式电源导轨降压（例如从 24V 降至 5V）。它们在各种应用中至关重要，包括电子设备中的电源管理和电池供电系统中的电压调节。

 

图 1：降压稳压器工作原理示意图。

 

图 1 显示了降压转换器的工作原理。电感 L1 和电容 C1 可视为 LC 低通滤波器。当开关 S1 闭合时，负载 R_L 两端的电压 V_L1 随着 C1 通过 L1 充电而缓慢上升。

如果随后打开 S1，电感磁场中存储的能量通过二极管 D1 在电感开关端被钳制到 0V，因能量只能释放到电容器和负载中，导致负载两端的电压缓慢下降。

平均输出电压为 PWM 控制信号的占空比乘以输入电压 V_IN。图 2 显示了该电路的特征波形。

图 2：降压稳压器电路的波形

 

增强基本设计

图 3：同步降压转换器中的功能块

图 1 中的简化电路可如图 3 所示进行扩展和完善。

该电路包括一个反馈电路，用于比较 V_OUT 与参考电压 V_REF，并相应调整 PWM 占空比。由 R₁ 和 R₂ 组成的分压器设定所需的输出电压。此外，该电路还用 MOSFET S2 替换了图 1 中的二极管 D1，S2 仅在需要正确操作时由控制器开启，从而形成同步整流器。

这种方法提升了转换效率，但代价是额外的复杂性。RECOM 的《DC/DC 知识手册》详细讨论了开关转换器的拓扑结构和设计权衡。

 

降压稳压器的优缺点

相比其他电源转换拓扑结构，降压稳压器拓扑结构具有多项优缺点。

其优点包括：

• 高效率：降压转换器可实现超过 97% 的高效率。在同步设计中，这种高效率尤其容易实现。
• 输入电压范围宽：降压转换器能处理较宽的输入电压范围。
• 设计紧凑：它们所需的外部元器件极少，非常适合空间受限的应用。
• 输出电压灵活：输出电压可以在一个较宽的范围内进行设定。

 

降压开关稳压器的缺点包括：

• 对负载变化响应缓慢：电流模式降压转换器对负载的骤然变化响应相对缓慢，尤其是在低占空比时。一旦功率晶体管 S1 关闭，它将保持关闭状态直到下一个时钟周期。
• 输出电压波动：由于带宽有限，快速负载变化可能导致输出电压产生显著波动。
• 噪声滤波挑战：由于开关操作产生的脉冲输入电流，降压稳压器会产生电磁干扰，因此需要进行噪声滤波。

降压转换器具有高效和结构紧凑的特点，但在负载响应、噪声和电感选择方面存在局限性。

 

RECOM 的 RPH 系列产品简化了降压稳压器设计

设计一款性能卓越的降压稳压器并非易事，但 RECOM 通过将关键元件整合到易于使用的电源模块中，简化了这一过程。

图 4：RECOM 的 RPH-3.0 简化了在设计中添加降压稳压器的工作

RPH-3.0 系列结构紧凑、功能多样，旨在高效精确地满足复杂的电源转换需求。这款降压稳压器电源模块集成了屏蔽电感器，可实现低电磁干扰，并提供了多项功能以确保最佳性能和可靠性。该模块的最大输入电压为 55V，可为各种应用提供了强大稳健的解决方案，确保稳定高效的电压调节。输出电压在 1 至 15V 范围内完全可编程，可灵活满足具体系统要求。

该电源模块可提供最高 3A 的最大输出电流，非常适合为各种电子设备和系统供电。RPH 系列具有短路保护 (SCP)、过电流保护 (OCP)、过电压保护 (OVP) 和欠压锁定 (UVLO) 功能，确保连接设备的长久耐用和全面保护。

RPH 电源模块 采用紧凑型 10mm x 12mm x 4mm QFN 封装，非常适合空间有限的应用，便于集成。采用倒装芯片技术来增强热管理，确保模块即使在苛刻的条件下也能高效工作。RPH 的效率高达 91%；这种高效率不仅可以降低能源消耗，还可以最大限度地减少热量产生，从而提高模块的整体可靠性并延长使用寿命。

RPH-3.0 系列作为一款最先进的解决方案，集尖端技术、紧凑设计和强大保护功能于一体，适用于所有消费电子、工业应用或任何其他需要可靠负载点供电 的项目，确保提供一致且高效的性能表现。

 

针对隔离电源应用的 RECOM 解决方案

基于降压拓扑的电源模块是非隔离的，即它不使用变压器来提供输入与输出之间的电气隔离。在数据采集、工业物联网 (IIoT)、绿色能源和其他众多领域的应用中，都需要电气隔离。RECOM 为这些应用提供了各种隔离电源模块。

 

结论

降压开关稳压器是一种经过时间考验的解决方案，具有外形紧凑、高效率等特点。在设计中使用降压稳压器时需要小心谨慎，而 RECOM 的 RPH-3.0 系列通过将关键元器件集成到紧凑且高性能的电源模块中，提供了简单的解决方案。

 

系列
RPH-3.0	集成屏蔽电感器的降压稳压器电源模块 最大输入电压为 55V	可编程 1-15V 输出电压 最大输出电流为 3A
RPH-3.0-EVM-1	RPH-3.0 降压稳压器模块评估平台 采用散热设计	EMI B 级滤波器 轻松对控制、电源良好和感应功能进行评估