引言：

12V-5V开关电源设计原理：以12V电压作为输入，通过控制开关电路的通断时间，实现电感的充放电时间，改变输出电压的平均值，然后进行LC滤波，对输出电压进行电压和电流反馈控制，使其最后输出5V电压。在12V转5V的开关电源设计中有异步整流和同步整流两种电路设计，接下来我们依次就讲述其中的降压电路原理。

一、异步整流

1、通过控制开关闭合的时间即占空比产生需要的方波

这是简化之后的原理图，它的本质就是通过不停的开关来达到降压的目的，所以叫他开关电源。

它的输入是12V的直流电，然后我们给他不停的开关，波形就变了。如果是有一半时间闭合，一半时间断开，则到最后可以输出六伏的电压。（本质就是通过控制开关闭合的时间即占空比，来产生一个周期性的方波，也就是PWM波，占空比=输出电压/输入电压）。

而我们要从12V得到5V的电压，那么就需要42%的时间闭合，58%的时间断开（如下图的红色矩形波），但我们需要的是恒定电压的直流电即电压大小与方向随着时间推移都不改变（如下图蓝色的波浪线），怎么把这些矩形波变成恒定电压的直流5V电呢？

注：因为开关电源里的开关周期的时间通常以微妙作为单位，所以就需要晶体管来替代开关（它能有每秒上万次的开关频率）

2、LC滤波电路

想要把图一里的红色矩形波变成蓝色波浪线即恒定电压的直流5V电，那就得靠LC滤波电路进行滤波了。

电感在电路最常见的作用就是与电容一起，组成LC滤波电路。我们已经知道，电容具有“阻直流，通交流”的本领，而电感则有“通直流，阻交流，通低频，阻高频”的功能。
如果把伴有许多干扰信号的直流电通过LC滤波电路(如图)，那么，交流干扰信号大部分将被电感阻止吸收变成磁感和热能，剩下的大部分被电容旁路到地，这就可以抑制干扰信号的作用。
当MOS管断开，电感首先充当电源的作用，当电感电流耗尽，此时电容进行放电，使电压维持在5V。此时，在输出端就获得比较纯净的直流电流（压）。

3、二极管的作用

在这里，二极管主要用于给电感续流，又称为续流二极管。因为MOS管断开时，电感一端处于悬空状态，由于电感的电流不能突变（可以突变，比如从2A瞬间降至0，但电感会通过抬升电压维持电流防止突变，一旦突变则会损坏电路），此时给电路并联一个二极管以给电感续流形成回路。在这里放二极管还有个好处，是因为二极管的单向导电性使得MOS管闭合时，该支路断开，不影响LC滤波电路。

二、同步整流电路

1、开关电源优势及改进
开关电源的优势：①功耗低，效率高。②体积小，重量轻。③稳压范围宽。
开关电源的损耗来源：①开关管损耗。②电感电容损耗。③二级管损耗
开关电源的损耗分析：开关电源的效率可以达到90%以上，如果精心优化与设计，甚至可以达到95%以上，这在以电池作为电力来源的场合非常重要，例如手机、小型无人机等。因此开关电源设计的优劣程度将直接影响设备的续航能力。

我们通过上面的分析，清楚的意识到开关电源的损耗其实是一个非常重要的问题，同时大家都知道，无论电流多大，只要有电流存在，二极管的固定压降就是0.4V左右，电流1A的话意味着二极管消耗的功率就是0.4W，这其实是一个不小的损耗，因此我们可以把续流二极管使用另一个MOS管来代替，只需要保证这两个MOS关的开关状态相反即可，如下图所示，这也是所谓的同步整流电路。

参考文章：https://blog.csdn.net/m0_59601101/article/details/125895429