电路设计入门-开关电源电路

开关电源电路是一种高效的电能转换装置，通过高频开关将输入电压转换为稳定的输出电压。

最原始的开关电源电路

当开关闭合后，电容两端的电压从0V逐渐往上升。当到达5V的时候，断开开关。当电压稍微小于5V的时候，闭合开关。这样就能够让电容两端的电压保持在5V附近。这就是最原始的开关电源电路。

上面电路的问题是开关A后面的电阻是会耗能的。如果将该电阻去掉，则电容的充电速度会过快，无法控制电容的电压稳定到一个指。

降压型开关电源（BUCK工作原理）

通过电感电流不能突变的特性，可以有效避免电阻耗能的问题。不过也存在另外一个问题，开关从闭合到断开的过程中。会释放电感中的电流，从而在开关两端形成寄生电容，瞬时的电压能达到很大。通过下图的电路图避免这个问题。

通过添加一个续流二极管，电感中的电流就能通过续流二极管。从而大大减低寄生电容的瞬时电压值。

升压型开关电源（BOOST工作原理）

当开关A闭合的时候，电感存储电量，电容也会存储电量。当开关A断开的时候，电感中的电流通过二极管给电容充电。当开关A再次闭合，电容中的电量不会通过二极管接地释放掉。如果重复上面的过程，电容一直会被充电，电容两端的电压会升高，从而实现一个升压的功能。

注意：电感的最大饱和电流要大于电流的最大电流。因为电流的最大电流大于电感的最大饱和电流，电感就相当于导线。此时电压直接接地，电容和开关容易烧坏。

电荷泵升压工作原理

当上下开关A同时闭合的时候，中间的电容会充电，电压为5V。当中间的开关A闭合，同时上下的开关A断开，中间电容的下电压从0V升到5V，电容的上电压升到10V。中间开关闭合，上下开关闭合，中间电容放电，通过二极管给右边的电容充电。上述的过程不断重复，可以将右边的电容的电压稳定到10V。从而实现一个稳压源。

电荷泵实现负压

过程和电荷泵升压工作原理基本一致，不同处是当中间开关闭合，上下两个开关断开的时候，中间电容上电压从5V瞬间拉到0V，电容下电压会被拉到-5V。由于二极管存在一个导通压降，负载端的电压为-4.3V。重复上面的过程，负载端的电压就能稳定在-4.3V。