1.1
開關(guān)電源的類型
1.1.1 線性穩(wěn)壓器，所謂線性穩(wěn)壓器，也就是我們俗話說的LDO，一般有這么兩種特點(diǎn)：
傳輸元件工作在線性區(qū)，它沒有開關(guān)的跳變；
僅限于降壓轉(zhuǎn)換，很少會看到升壓的應(yīng)用。
1.1.2 開關(guān)穩(wěn)壓器
傳輸器件開關(guān)(場效應(yīng)管)，在每個(gè)周期完全接通和完全切斷的狀態(tài)； 里面至少包括一個(gè) 電 能儲能的元件，如：電感器或者電容器；
多種拓?fù)洌ń祲骸⑸龎?、降?升壓等）
1.1.3 充電泵，一般在一些小電流的應(yīng)用
傳輸器件開關(guān)(如：場效應(yīng)管、三極管)，有些完全導(dǎo)通，而有些則工作在線性區(qū)；
在電能轉(zhuǎn)換或者儲能的過程中，僅限使用了電容器，如一些倍壓電路。
答疑：有些情況為什么要使用開關(guān)穩(wěn)壓器？為什么不用LDO 和充電泵？
我們知道，所有的能量都不會憑空消失，損耗的能量最終會以熱的形式傳遞出去，
這樣，工程師在設(shè)計(jì)中就會產(chǎn)生很大的挑戰(zhàn)，比如說，損耗最終以熱的形式傳遞，那么
電路中就需要增加更大的散熱片，結(jié)果電源的體積就變大了，而且整機(jī)的效率也很低。
如果在開關(guān)模式的開關(guān)電源，不僅可以提高效率，還可以降低了熱管理的設(shè)計(jì)難度。
我們可以舉一個(gè)例子來對比線性電源和開關(guān)電源的效率和體積：
從它們的效率來看，一個(gè)12V 輸入，3.3V/2A 輸出的電源，如果用線性穩(wěn)壓器來實(shí)現(xiàn)的
話，它輸出效率只有28%，而用開關(guān)電源來做的話，它的輸出效率能達(dá)到90%以上。所以
線性電源在高輸入電壓，低輸出電壓的情況下的效率是非常的低，它只適用于一些輸入和輸出的壓差比較低的場合。像這些情況下使用開關(guān)電源的優(yōu)勢是顯而易見的。線性穩(wěn)壓器的損耗為17.4W，開關(guān)穩(wěn)壓器的損耗只有0.73W，這些損耗最終會以熱量的形式傳遞出去，器件的工作溫度=器件溫升+環(huán)境溫度，溫升=熱阻
× 損耗的情況下：假如器件的熱阻θ=35℃/W來計(jì)算，LDO 的溫升=35℃ × 17.4W=609℃，開關(guān)穩(wěn)壓器溫升=35℃ × 0.73W=25.55℃。可見，開關(guān)穩(wěn)壓器可以工作在60~70℃的環(huán)境溫度也是沒問題的，而LDO 在這種情況下，發(fā)熱非常嚴(yán)重，必須得降低它的熱阻，而熱阻的大小就取決于散熱面積，散熱面積越大，熱阻就越小，所以LDO 需要很大的散熱面積(如下圖)，來減少它的熱阻以獲得較低的溫升。
1.1.4 下圖為線性電源和開關(guān)電源體積的比較
上圖紅色標(biāo)注地方分別是一個(gè)2.5W的LDO 和一個(gè)6W 的開關(guān)電源，兩者功率相差2.4
倍，但開關(guān)電源的面積僅是LDO 的1/4 不到，也就是說開關(guān)電源的損耗大大減少了，能夠
承受更高的熱阻，減少散熱的面積。再次強(qiáng)調(diào)一遍，如果說輸入與輸出之間壓差較低的情況下，可以使用LDO，但壓差較大的情況下，建議使用開關(guān)電源。當(dāng)然，開關(guān)電源也有它的劣勢，它的輸出會有噪聲、振鈴、跳變，而LDO 則不會。某些場合的負(fù)載對電源的電壓是很敏感的話，可以在開關(guān)電源后面載加一級LDO。例如我們要把5V 轉(zhuǎn)為1.2V ，
如果直接有LDO 的話，效率可能只有20%，但我們可以把5V 用開關(guān)電源變?yōu)?.5V，再用LDO 把1.5V 轉(zhuǎn)為1.2V，這樣，效率就會高，是一個(gè)比較優(yōu)化的設(shè)計(jì)。
1.1.5 總結(jié)：開關(guān)電源VS 線性穩(wěn)壓器
（1）開關(guān)電源
① 能夠提升電壓（升壓）
② 以及使電壓減低（降壓）甚至反相
③ 具有較高的效率和功率密度
（2）線性穩(wěn)壓器
① 只能實(shí)現(xiàn)降壓
② 輸出電壓相對更穩(wěn)定
1.2 什么是開關(guān)穩(wěn)壓器？
開關(guān)穩(wěn)壓器，英文(regulatior)，有人叫它調(diào)節(jié)器、穩(wěn)壓源。實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，就是需要控制系
統(tǒng)(負(fù)反饋)，從自動控制理論中我們知道，當(dāng)電壓上升的時(shí)候通過負(fù)反饋把它降低，當(dāng)電壓下降的時(shí)候就把它升上去，這樣形成了一個(gè)控制的環(huán)路。如圖中的方框圖是PWM(脈寬控制方式)，當(dāng)然還有其他如：PFM(頻率控制方式)、移相控制方式等。
1.3 脈寬調(diào)試方式(PWM)
1.3.1 周期性的改變開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)間的簡單方法
占空比：開通的時(shí)間Ton 與開關(guān)周期T 的比值，ton(開通時(shí)間) + toff(關(guān)斷時(shí)間) = T(開
關(guān)周期)，占空比D=ton / T。但是，我們不能采用一個(gè)脈沖輸出！需要一種實(shí)現(xiàn)能量流動平穩(wěn)化的方法。通過很多的脈沖，高頻地切換，將在開關(guān)接通期間存儲能量而在開關(guān)切斷時(shí)提供此能量的手段，從而實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的電壓。
1.3.2 在電子行業(yè)中有兩種主要儲能器件
1.4 實(shí)例：簡化的降壓開關(guān)電源
如圖是一個(gè)簡化的降壓的開關(guān)電源，為了方便電路的分析，先不加入反饋控制部分。
狀態(tài)一：當(dāng)S1 閉合時(shí)，輸入的能量從電容C1，通過S1→電感器L1→電容器C2→負(fù)載RL
供電，此時(shí)電感器L1 同時(shí)也在儲存能量，可以得到加在L1 上的電壓為：Vin-Vo=L*di/dton。
狀態(tài)二：當(dāng)S2 關(guān)斷時(shí)，能量不再是從輸入端獲得，而是通過續(xù)流回路，從電感器L1 存儲
的能量→電容C2→負(fù)載RL→二極管D1，此時(shí)可得式子：L*di/dtoff= Vo，最后我們可以得
出Vo/Vin=D，而Vo 永遠(yuǎn)是小于Vin 的，因?yàn)檎伎毡菵≤1。
各個(gè)器件的作用：
1、輸入電容器(C1)
用于使輸入電壓平穩(wěn)；
2、輸出電容器(C2)
負(fù)責(zé)使輸出電壓平穩(wěn)；
3、箝位二極管(D1)
在開關(guān)開路時(shí)為電感器提供一條電流通路；
4、電感器(L1)
用于存儲即將傳送至負(fù)載的能量。