为何运用开关电源形式电源？显着是因为高功率。在SMPS中，晶体管在开关电源形式的非线性形式下运行。这意味着，当晶体管导通并传导电流时，电源途径上压降最小。晶体管关断并阻遏高电压时，电源途径中几乎没有电流。因而半导体晶体管像一个志向的开关电源。晶体管中的功率损耗可减至最小。高功率、低功耗和高功率密度是规划人员运用SMPS而不是线性稳压器或LDO的最主要原因，特别是在高电流应用中。例如如今12VIN、3.3VOUT开关电源形式同步降压电源通常可完成90%以上的功率，线性稳压器的功率不到27.5%。这意味着功率损耗或尺度至少减小了8倍。

最常用的开关电源电源：降压转换器

图8闪现的最简略常用的开关电源稳压器降压型DC/DC转换器。它有两种操作形式，具体取决于晶体管Q1是敞开仍是封闭。为了简化讨论，假定一切电源设备都是志向设备。当开关电源（晶体管）Q1敞开时，开关电源节点电压VSW=VIN，电感L电流由(VIN–VO)充电。图8(a)闪现此电感充电形式下的等效电路。当开关电源Q1封闭时，电感电流通过续流二极管D1，如图8(b)所示。开关电源节点电压VSW=0V，电感L电流由VO负载放电。因为志向电感在稳态下不可能有直流电压，均匀输出电压VO可通过以下公式算出：

图8.降压转换器操作模式和典型波形

其间TON是开关电源周期TS内的导通时刻间隔。假定TON/TS之比界说为占空比D，则输出电压VO为：

当滤波器电感L和输出电容CO的值足够高时，输出电压VO为只要1mV纹波的直流电压。在这种情况下，关于12V输入降压电源，从概念上讲，27.5%的占空比供给3.3V输出电压。

除了上面的均匀法，还有一种方式可推导出占空比公式。志趣电感在稳态下不可能有直流电压。因此，必须在开关电源周期内坚持电感的伏秒平衡。依据图8中的电感电压波形，伏秒平衡需求：因此，VO=VIN•D(5)

公式(5)与公式(3)相同。这个伏秒平衡法也可用于其他DC/DC拓扑，以推导出占空比与VIN和VO的关系式。

降压转换器中的功率损耗直流传导损耗

选用组件（导通状态下零压降和零开关电源损耗）时，降压转换器的功率为100%。而实际上，功耗一直与每个功率元件相关联。SMPS中有两种类型的损耗：直流传导损耗和交流开关电源损耗。

降压转换器的传导损耗首要来自于晶体管Q1、二极管D1和电感L在传导电流时发生的压降。为了简化评论，传导损耗核算中疏忽电感电流的交流纹波。假定MOSFET用作功率晶体管，MOSFET的传导损耗等于IO2•RDS(ON)•D，其间RDS(ON)是MOSFETQ1的导通电阻。二极管的传导功率损耗等于IO•VD•(1–D)，其间VD是二极管D1的正向压降。电感的传导损耗等于IO2•RDCR，其间RDCR是电感绕组的铜电阻。因此，降压转换器的传导损耗约为：

例如，12V输入、3.3V/10AMAX输出降压电源可使用以下元件：MOSFETRDS(ON)=10mΩ，电感RDCR=2mΩ，二极管正向电压VD=0.5V。因此，满负载下的传导损耗为：

假定只考虑传导损耗，转换器功率为：

上述剖析显现，续流二极管的功率损耗为3.62W，远高于MOSFETQ1和电感L的传导损耗。为进一步进步功率，ADI公司主张可将二极管D1替换为MOSFETQ2，如图9所示。该转换器称为同步降压转换器。Q2的栅极需求对Q1栅极进行信号互补，即Q2仅在Q1关断时导通。同步降压转换器的传导损耗为：

图9.同步降压转换器及其晶体管栅极信号

假定10mΩRDS(ON)MOSFET也用于Q2，同步降压转换器的传导损耗和功率为：

 
上面的示例显示，同步降压转换器比传统降压转换器更高效，特别适用于占空比小、二极管D1的传导时间长的低输出电压运用。

交流开关电源损耗

除直流传导损耗外，还有因运用不抱负功率元件导致的其他交流/开关电源相关功率损耗：

1.MOSFET开关电源损耗。真实的晶体管需求时间来导通或关断。因而，在导通和关断瞬变过程中存在电压和电流堆叠，然后产生交流开关电源损耗。图10闪现同步降压转换器中MOSFETQ1的典型开关电源波形。顶部FETQ1的寄生电容CGD的充电和放电及电荷QGD决议大部分Q1开关电源时间和相关损耗。在同步降压转换器中，底部FETQ2开关电源损耗很小，由于Q2总是在体二极管传导后导通，在体二极管传导前关断，而体二极管上的压降很低。但是，Q2的体二极管反向恢复电荷也或许增加顶部FETQ1的开关电源损耗，并产生开关电源电压响铃和EMI噪声。公式(12)闪现，控制FETQ1开关电源损耗与转换器开关电源频率fS成正比。精确核算Q1的能量损耗EON和EOFF并不简略，具体可参见MOSFET供货商的运用笔记。

图10.降压转换器中顶部FETQ1的典型开关电源波形和损耗

2.电感铁损PSW_CORE。真实的电感也有与开关电源频率相关的交流损耗。电感交流损耗首要来自磁芯损耗。在高频SMPS中，磁芯资料可能是铁粉芯或铁氧体。一般来说，铁粉芯微饱满，但铁损高，而铁氧体资料剧烈饱满，但铁损低。铁氧体是一种类似陶瓷的铁磁资料，

其晶体结构由氧化铁与锰或氧化锌的混合物组成。铁损的首要原因是磁滞损耗。磁芯或电感制造商一般为电源规划人员供给铁损数据，以估量交流电感损耗。

3. 其他交流相关损耗。其他交流相关损耗包含栅极驱动器损耗PSW_GATE（等于VDRV • QG • fS）和死区时刻（顶部FETQ1和底部FETQ2均关断时）体二极管传导损耗（等于(ΔTON+ ΔTOFF) • VD(Q2) • fS）。

总而言之，开关电源相关损耗包含：

一般，结算开关电源相关损耗并不简略。开关电源相关损耗与开关电源频率fS成正比。在12VIN、3.3VO/10AMAX同步降压转换器中，200kHz – 500kHz开关电源频率下的交流损耗约导致2%至5%的功率丢失。因此，满负载下的总功率约为93%，比LR或LDO电源要好得多。能够削减将近10倍的热量或尺度。