在本系列视频教程的第三部分中，我们讨论了线性电源的测试和使用方法，介绍了如何通过线性稳压器来保持稳定的输出电压。在第四部分中，我们将深入探讨开关电源，包括降压（Buck）和升压（Boost）转换器，它们可以将输出电压进行升高或降低。
开关电源（Switching Power Supply）是现代电源技术的主流，相较于传统的线性电源，它具有更高的效率和更广泛的应用范围。开关电源通过开关元件（如MOSFET或晶体管）来控制电压的转换，通过高频开关技术实现电压调节。
降压稳压器是最简单的开关电源之一。它的工作原理比较直观：通过一个开关元件（通常是MOSFET）和二极管，产生一个矩形波，经过电感和电容器的滤波，最终得到稳定的直流输出。
工作原理：
开关元件（MOSFET）周期性地打开和关闭，产生矩形波。
电感储存能量并向负载输出。
输出电压由开关的占空比（Duty Cycle）控制，占空比越高，输出电压越高。
在Buck稳压器中，占空比（Duty Cycle）决定了输出电压。占空比等于开关开启时间（TON）与周期总时间（TON + TOFF）之比。理论上，最大输出电压与输入电压相等，但实际情况下，由于开关元件的效率等因素，输出电压会稍低于输入电压。
我们开始对Buck稳压器进行测试。首先，我们使用ATX电源提供5V输入，并调整输出电压为约1.9V。无负载时，输出电压非常稳定。当我们接入负载（约1A）时，输入电压稍微下降，输出电压也略有下降，但依然保持稳定。
当我们增加负载后，输入电压和输出电压都有轻微下降。通过测量输入电流和输出电流，可以看到开关电源的一个有趣特性：随着输入电压的升高，输入电流会下降。这个特性是开关电源的一大优势，它提高了电源的效率。
通过调整输入电压并观察输入电流的变化，我们可以看到在输入电压为12V时，Buck稳压器的输入电流大大下降，输出电流保持不变。这表明开关电源的工作效率较高。测试显示，当输入电压提高时，Buck稳压器的输入电流减少，进一步提高了效率。
升压稳压器是Buck稳压器的“反向”操作。它的作用是将输入电压升高，提供比输入电压更高的输出电压。升压稳压器的核心组件包括电感器和开关元件，通常为MOSFET。
工作原理：
在开关打开时，电感器储存能量。
开关关闭时，电感器通过二极管将储存的能量释放，从而提高输出电压。
升压稳压器的输出电压通常大于输入电压，理论上最大可以升高至输入电压的10倍。
升压稳压器广泛应用于需要将低电压转换为较高电压的场合。例如，5V的USB电源可以通过升压稳压器将电压升高至12V，适用于不同的电子设备。
在实验中，我们使用了一个升压稳压器模块，并将其输入电压设定为5V，输出电压设定为14.7V。我们可以看到，输出电流为900mA，而输入电流为3.5A。与Buck稳压器不同，升压稳压器的输入电流大于输出电流，这是因为输入电压较低，需要更多的电流来提供同样的输出功率。
在升压稳压器中，由于输出电压大于输入电压，因此输入电流总是大于输出电流。通过测量输入电流和输出电流，可以清楚地看到升压稳压器的这一特性。
通过示波器测量升压稳压器的开关节点，我们发现与Buck稳压器相比，升压稳压器的波形存在较大的波动（Ripple）。这意味着升压稳压器的输出电压波动较大，而输入电压则相对平稳。
反向Buck-Boost稳压器（Inverting Buck-Boost Regulator）能够提供比输入电压更高或更低的输出电压，并且输出电压的极性与输入电压相反。尽管现代电路中对负电压的需求越来越少，但一些敏感的放大器、传感器等设备仍然需要正负电压来工作。
工作原理：
电感器的电流增加时，电感器的电压反转，从而实现输出电压的反转。
该电路能够提供负输出电压，通常可将输入电压降至负数。
反向Buck-Boost稳压器通过改变电感器的极性来实现输出电压的反转，适用于需要负电压的电路。
飞返稳压器是开关电源中应用最广泛的一种，尤其是在小功率AC到DC电源转换中。例如，大多数50W以下的AC-DC电源都采用飞返稳压器。飞返稳压器的核心优势是能够提供隔离输出，并且具有较好的电气安全性。
工作原理：
飞返稳压器基于Buck-Boost拓扑结构，采用了双绕组变压器。
通过变压器的两组绕组，飞返稳压器可以提供更高或更低的输出电压。
飞返稳压器广泛应用于AC-DC电源中，尤其是在需要电气隔离的场合。
在本教程中，我们学习了三种主要的开关电源：降压稳压器（Buck Regulator）、升压稳压器（Boost Regulator）和反向Buck-Boost稳压器。每种稳压器都有其独特的应用场景和优缺点：
降压稳压器：适用于将高电压转换为低电压的应用，具有较高的效率。
升压稳压器：用于将低电压升高到高电压的应用，适用于一些电压升高需求的场景。
反向Buck-Boost稳压器：适用于需要提供负电压的设备，尤其是在需要电气隔离的AC-DC电源中广泛使用。
通过本部分的学习，我们进一步了解了开关电源的工作原理以及不同类型开关电源的应用。在下一部分的教程中，我们将总结并对比之前讨论的不同电源类型，帮助我们选择最适合不同应用场景的电源解决方案。敬请期待！
0 条