降壓轉換器(buck converter)
降壓轉換器是一種把較高電壓高效變成較低電壓的交換式穩壓器——現代電子的降壓主力,能從 12 V 電源軌做出 1.2 V 的處理器核心而不發燙的東西。它不像線性穩壓器那樣節流並燒掉差值,而是把整個輸入快速通斷切換,讓電感與電容把被切斷的結果平均成你要的較低電壓。
走一個週期。開關導通時,輸入推電流經電感進入輸出與負載,電感把能量存進它的磁場。開關斷開時,電感——像飛輪一樣拒絕讓電流驟停——繼續把那電流推過負載,此時電流經一顆二極體(或第二顆同步開關)回到地。輸出電容把剩下的小波動撫平。理想降壓的輸出就是輸入 times 工作週期:Vout = Vin times D。例如:12 V 輸入、25% 工作週期,得 12 times 0.25 = 3 V 輸出,效率也許 90%。
為何重要:凡是板子有較高電源、又需要較低電源軌給邏輯、處理器與記憶體的地方都有降壓——筆電、手機、汽車、每塊 PC 主機板。即使大幅降壓,它的效率仍保持很高,這是線性穩壓器辦不到的。誠實的代價是交換式常見的那些:需要一顆電感與謹慎的佈線,而切換會產生輸出漣波與 EMI。當某條電源軌必須超安靜時,設計者先用降壓高效地降到接近目標,再接一顆 LDO 求乾淨。
筆電的 19 V 變壓器電源軌,在主機板上被降壓成 5 V、3.3 V、1.8 V 與一個低於 1.2 V 的核心,各由自己的降壓轉換器以也許 500 kHz 到 2 MHz 運作。用線性穩壓器做這些降壓會浪費數十瓦、光是穩壓器就得加風扇。
Vout = Vin times 工作週期——靠開關、電感、電容高效降壓。
簡潔的 Vout = Vin times D 是理想值;真實降壓會因開關與電感電阻及二極體壓降損失一點,效率在極輕載時下降。要看效率對負載的曲線,而不只是規格書封面那個峰值數字。