DC/DC变换器是一种开关型稳压电源，它因有工作在开关状态的开关管而得名。开关管工作于饱和导通（管压降很小）及关断（无损耗）两种状态，其损耗较线性稳压电源中的调整管（工作于线性状态）小得多，因此其转换效率较线性稳压器高（电源自身耗电小），从而获得更广泛的应用，如台式或笔记本电脑、电视机、VCD或DVD播放机中的稳压电源都是开关型的。如果DC/DC变换器的输入电压低、输出电压高，则称为升压式DC/DC变换器。它主要用于便携式电子产品中，以减少电池的数量，达到减小产品的体积及重量的目的，它也可在多输出电源中用作辅助电源。
升压式DC/DC变换器主要由升压电路及电压调节电路（稳压电路）两部分组成，本文分别介绍其工作原理。
升压电路
升压式DC/DC变换器的升压电路如图1（a）所示。它由输出方波（脉冲）的振荡器、开关管VT、储能元件电感器L、单向导通二极管VD及储能元件电容器C组成。由于开关管工作于开关状态，可用开关S来表示，如图1（b）所示。
当振荡器输出脉冲高电平时，VT导通，相当于开关闭合，如图2所示。输入电压VIN经电感器L及开关S到地形成电感电流iL（由于电感器上的电流是不能突变的，所以开关管导通时间内iL是线性增长的），如图3所示。到开关管关闭时，电感器电流到最大值IPK，电感器中储存了能量。在开关管上有极小的导通电阻RDS（ON），所以开关管上有一个小的管压降VON（SW）（见图3）。
当振荡器输出脉冲低电平时，VT截止（相当开关断开）。输入电压V\(_{IN}\)叠加上储能元件电感器上的感应电压V\(_{L}\)（右正左负），经二极管VD向储能元件电容器C充电（充电电流i\(_{c}\)），电感器中的能量释放，如图4所示。由于振荡器频率较高（一般几十千赫至上百千赫），所以经过一定时间，电容器上的电压V\(_{c}\)=V\(_{IN}\)+V\(_{L}\)-V\(_{F}\)。式中V\(_{F}\)为二极管的正向压降。电感器上产生的感应电压V\(_{L}\)一般可达几十伏，所以V\(_{C}\)上的电压往往可达几十伏（VIN一般仅1.5～3V）。这就是升压电路的基本工作原理。在图3中可以看到开关管上的最高电压等于V\(_{L}\)+V\(_{IN}\)。这里二极管VD起着“堵塞”作用，以防止开关管导通时，充了电的电容器通过开关管对地放电。
从图3可看出：电感器的峰值电流IPK要比供负载的平均电流I\(_{OUT}\)大得多，一般为I\(_{OUT}\)的2～3倍。
电压调节电路
从图1的电路可知，电路并不稳压，如加上负载后，电压VOUT会下降；并且其输出电压受振荡器的工作频率及电感器L大小的影响，输出电压VOUT变化较大。为达到输出电压稳定，增加了电压调节电路（稳压电路），如图5所示。图5是一种常用的改变脉冲宽度来调节输出电压的电路框图。它由检测输出电压的电阻分压器（R1、R2）、基准电压Vref、误差放大器、脉冲宽度调制电路组成。
输出电压：V\(_{OUT}\)与分压器电阻R1、R2及Vref的关系式为：
V\(_{OUT}\)=（1+R1/R2）Vref
电压调节电路的工作原理如下：若负载电流I\(_{OUT}\)增加使V\(_{OUT}\)下降，则通过反馈改变脉冲宽度来使输出电压基本不变。其过程是，I\(_{OUT}\)↑→V\(_{OUT}\)↓→A点电压↓→误差放大器输出电压↑→振荡器输出脉冲宽度↑→V\(_{OUT}\)↑。
脉冲宽度增加与可输出电流I\(_{OUT}\)的关系如图6所示。当脉冲宽度增加后，开关管导通时间t\(_{on}\)增加，电感器的峰值电流I\(_{pk}\)增加，其平均负载电流I\(_{OUT}\)也相应增加（即可输出电流I\(_{OUT}\)增加）。
这种用脉冲宽度的改变来调节输出电压稳定的方法称为PWM（Pulse Width Modulation）。
除采用PWM方法实现输出电压稳定外，还有一种脉冲频率调制，一般用PFM（Pulse Frequency Modulation）表示。它的工作原理简图如图7所示，与图5的差别是在v\(_{OUT}\)要下降时，并不是通过增加脉冲的宽度来调节，而是增加脉冲的频率来调节，如图8所示。在同样的时间t内，增加了脉冲数，从而增加了输出平均负载I\(_{OUT}\)的能力。例如，负载电流I\(_{OUT}\)的增加使V\(_{OUT}\)下降。其调节过程是，I\(_{OUT}\)↑→V\(_{OUT}\)↓→A点的电压VA↓→误差放大器输出电压↑→V/F变换器（电压/频率变换电路）的输出频率↑→I\(_{OUT}\)输出能力↑→V\(_{OUT}\)↑。
输入电压I\(_{IN}\)在一定范围变化时，这两种电压调节电路也可保证输出电压V\(_{OUT}\)基本不变。如要保证输出电压稳定，不管是哪种电压调节方法都必须满足一个条件：储存在电感器中的能量P\(_{L}\)（P\(_{L}\)=0.5·L·I\(_{pk}\)·f）必须大于输出功率P\(_{OUT}\)（V\(_{OUT}\)×I\(_{OUT}\)）。
关于升压式DC/DC变换器的集成电路及应用电路可参看本期《升压式DC/DC控制器S-436》。
（戴维德）