利用分立元件的简单实用dc-dc开关电源电路

周铁戈

相对于传统的线性稳压电源，dc-dc开关电源具有效率高的优点，但是电路较为复杂。目前已经有很多芯片能够实现dc-dc变换，比如LM2596，其可调版本可以输出小于37V的各种电压，电流可达3A。本文介绍一种利用分立元件实现的简单实用dc-dc开关电源电路，属于降压型，图1给出的是电路原理图。电路可以用于电路原理的学习，了解施密特触发器和buck电路等。

图1 电路原理图

图中Q5和Q6构成达林顿管，作为开关，与电感L1和二极管D1构成buck电路。C2、L2和C3构成π型滤波电路，减小输出电压的纹波。R8是负载电阻。R5、R6、Q1和R4构成电压采样和控制电路。Q2、Q3、R1、R2和R3构成一个施密特触发器。触发器通过Q4控制Q5Q6开关的导通和截止，R12为Q5Q6开关提供偏置电流。R13和R14是电感的直流电阻。V1是输入电压。

电路的工作原理如下：电路刚接通输入电压时，施密特触发器的Q3是截止的，Q4截止，Q5Q6处于导通状态，V1通过Q5Q6向L1和负载R8提供电流。这样输出电压会不断升高，当电压达到设定值（由R5和R6分压决定，见后面），Q1就会导通，Q2的基极电压会下降，下降到一定程度，施密特触发器就会发生状态的突然转变，Q3突然导通，Q4导通，导致Q5Q6开关断开。断开后，电感L1通过D1继续向负载提供电流，但经过一段时间后，输出电压会下降，下降到一定程度Q1会出现截止，Q3会突然截止，Q4截止，Q5Q6导通，电流再次由输入电源流向L1和负载。这样循环往复就实现了开关电源的功能。

图2给出的是采用pspice仿真的结果，输入电压为12V，负载电阻为5欧姆。图中红色曲线为负载两端电压，约为5V，绿色曲线是流Q5Q6开关的电流，可以看出开关管最大电流2A，频率约3kHz，相对于普通的开关电源，这个频率较低。

图2 负载电压（红）和开关管电流波形（绿）

作者搭建了实际电路，并进行了测试，电路可以正常工作。一些需要说明的内容如下：

1、对于实际的输入电压，有可能内阻较大，应该在输入端增加电容，容量在3000uF以上。

2、该电路的原理与普通开关电源电路的原理并不完全相同，该电路的核心工作原理是输出电压降低时开关打开，而电压升高时开关断开。所以该电路的开关频率不是固定的，可能随负载和输入电压的变化而变化。

3、电路具有较强的适应性，当输出电压、负载电阻、电源电压和元件参数发生较大变化时，都能正常工作。

4、电源的输出电压可以近似表示为0.7×(1+R5/R6)，电阻R5可以换成可变电阻，实现输出电压的连续可调。

5、在仿真中很容易出现不收敛的情况，这是开关导致电路突然发生变化导致的。

6、如果去掉负载R8，而把R5作为负载电阻，那么可以实现恒流功能，电流可以通过R6调整，大小为0.7/R6。