通过克里斯·弗朗西斯
开关稳压器无处不在- buck, boost, SEPIC, Cuk, flyback等。它们是以相对有效的方式把能量从一种电压转换成另一种电压。然而，与线性调节器你可能失去50%或更多的功率在热量，开关调节器可以达到接近100%的效率为同步变换器。为了选择你需要的，你需要指定你是在增加，降低还是反压。这里我们将看看降压转换器。
降压变换器或降压调节器用于降低输入电压。理想开关的基本配置如下图所示:
通过模拟电路，你可以开始看到发生了什么。在实际电路中，开关很可能是MOSFET，尽管相当多的稳压集成电路将开关晶体管内置到控制集成电路中。在电路中显示没有控制回路。在一个真正的开关稳压器中，你需要一个控制回路来改变开关控制波形的占空比，以保持所需的输出电压。
你有效地做的是在感应器中储存能量并将能量转移到输出端。能量为0.5LI2，其中L为Henries的电感，I为电感电流，安培。开关打开的时间越长，电感电流就越高，因此存储的能量也就越高。因此，对于轻负载，开关在每个周期中打开的时间会更短，即更低的占空比。
输出电容平滑的能量爆发，但仍有一些残余纹波，如图所示。电流实际上并没有在每个循环中降到零，所以所有储存的能量并没有从感应器中移除。
对于给定的电流，一个较大的电感器可以储存更多的能量，而较大的电感器，嗯，是很大的。因此，趋势是保持电感小而增加频率。对于给定的电感和电流，如果可以更快地切换，可以从转换器中获得更多的功率。这确实依赖于有足够的时间让电流建立和设备足够快的切换。幸运的是，现在的设备比20或30年前快了很多，所以你会看到几兆赫的开关频率，而在过去，它们可能只有几万赫兹。
要计算出效率，你需要找出系统中的损失。使用模拟器，您可以绘制每个设备的功率。用一个真正的晶体管来代替开关会造成一些损失，部分原因是有限的开关速度，这就是为什么你不能在不损失的情况下不断增加开关频率的原因。开关电阻也很重要，但可能非常低。电感损耗是能量损失为热能的另一个来源。然而，一个很大的损失，特别是低压电源是二极管。当开关断开时，二极管必须将电感的一端箝位到地。即使是肖特基二极管，你也会损失0.3V到0.4V，如果你的电源是1.2V(例如FPGA电源)，这可能会导致很大的损失。
mosfet具有非常低的ON电阻，因此一个提高效率的解决方案是同步变换器。其中许多都有内置在控制IC中的开关，如德州仪器的TPS63020。它有内部开关，达到高达96%的效率。同步降压变换器的原理如下图所示。
二极管只需用另一个开关代替，该开关与串联开关反相驱动，即当一个开关是ON时，另一个是OFF，反之亦然。在实际操作中，要稍微复杂一点，因为你要避免两个开关同时处于ON状态，因为这会使输入电源对地电压变短。考虑有限的设备开关时间(以及不同的ON和OFF开关时间)，你需要仔细设计延迟以最大化效率。这就是为什么集成解决方案工作得很好。通过对集成电路内部器件特性的全面了解，制造商可以在适当的延迟内进行构建，以确保最大的效率。如果您使用的是离散组件，您需要自己添加适当的延迟，以适应您正在使用的设备，以避免开关“碰撞”和功耗浪费。你也不希望两个开关都关闭太长时间，否则电感的自由端将摆动到一个高负电压，直到有东西断裂!
同步开关的效果可以通过观察开关/二极管/电感的结，并将其与同步版本上的相同点进行比较来看到:
然而二极管下降0.6V左右(右图)，当二极管被开关取代时，电压下降几乎为零——主要是因为在这个例子中开关电阻是10毫欧姆。即使使用0.1欧姆的开关，电压降也会小于0.1V——比二极管的电压降要小得多。平均二极管电流约0.5A，这是可以节省大量的功耗。
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