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开关电源电路拓扑结构 吕健 目录 开关电源拓扑结构综述 开关电源分类 非隔离式拓扑举例 BUCK BOOST BUCK-BOOST 隔离式拓扑举例 正激式 反激式 非隔离式拓扑举例 BUCK拓扑 BOOST拓扑 BUCK-BOOST拓扑 BUCK降压电路 上图是BUCK电路的经典模型。晶体管，二极管，电感，电容和负载构成了主回路，下方的控制回路一般采用PWM芯片控制占空比决定晶体管的通断。 BUCK电路的功能：把直流电压Ui转换成直流电压Uo，实现降压的目的 BUCK拓扑的精简模型 上图是简化之后的BUCK电路主回路。下面分析输出电压的产生 1、K闭合后，D关断，电流流经L，L是储能滤波电感，它的作用是在K接通Ton期间限制大电流通过，防止输入电压Ui直接加到负载R上，对R进行电压冲击，同时把电感电流IL转化成磁能进行能量存储；与R并联的C是储能滤波电容，如此R两端的电压在Ton期间是稳定的直流电压 2、在K关断期间Toff，L将产生反电动势，流过电流IL由反电动势eL的正极流出，通过负载R，再经过续流二极管D，最后回到反电动势eL的负极。由于C的储能稳压，Toff阶段的输出电压Uo也是稳定的直流电压K闭合时，L两端有压降，意味着UoUi, BUCK电路一定是降压电路 工作过程分析 工作过程：1、当K导通时→IL线性增加，D1截止→此时IL和C向负载供电 当IL＞ Io时，IL向C充电也向负载供电 2、当K关断时→L通过D1形成续流回路， IL向C充电也向负载供电→当 IL﹤Io时，L和C同时向负载供电。 若IL减小到0,则D关断，只有C向负载供电 CCM,DCM 由工作过程分析可以得知，IL可能会出现断流的情况。 通常我们把电流连续的模式称为CCM模式，电流断续的模式称为DCM模式。当然也有两者之间的临界情况BCM模式 下面就将按照以上三种模式对电路做具体的分析。 注意：Uo,Io作为输出电压电流，均认为是稳定的直流量。 CCM，DCM模式下的各点电压 在K关断期间，IL线性下降，若周期结束即K导通瞬间IL不等于0，则IL呈现左侧图(c)中的波形，电流连续。若K导通之前IL就已经降为0，IL就会呈现断流的情形，为右侧图（c）的波形。 临界情况下的电路各点波形 电压增益比M(CCM) 电流连续时τL/RTs ， ， （通常定义D1为K导通D关断的时段0到T1占Ts的比例，D2为K关断D导通的时段T1到T2占Ts的比例） 此时D1+D2=1。 1式2式相等，可以得到M=Vo/Vs=D1, 由此处可知BUCK电路是一种降压电路，输出小于输入 电压增益比M（DCM） ΤL/RTs,同CCM模式相似，同样可以由1式2式相等，得到M=Vo/Vs=D1/(D1+D2)，此时D1+D21。 又有Io是IL在Ts内的平均值，即IL等腰三角形面积在Ts时间内的平均值，并且等于Vo/R.固有 Io=[0.5(D1+D2)Ts(Vs-Vo)D1Ts/L]/Ts=Vo/R,两式联合可以解得 , 临界情况下，M的计算用以上两种模式下任一种都可以，这里就不做分析了。 电流连续与否是由0.5 ΔIL和Io的大小关系决定的,调节占空比D1或负载，有可能使工作模式在CCM和DCM模式之间发生转换。 CCM模式下，电压增益M就是占空比D1， DCM模式下，电压增益M和占空比D1则呈现非线性关系。 总体上来看，随着D1的增大M值会增加。 BUCK电路的效率问题 一般而言，BUCK电路的损耗可以分为导通状态下的直流损耗和导通过程中的交流损耗。 其中直流损耗主要是指晶体管T和二极管D在直流导通情况下，自身压降同流过电流 的压降 交流损耗则主要集中在开关管T上（不考虑二极管因为其通断时间很短）。通常在开断过程中，T上的电流电压升降是需要时间的，若电流电压同时上升下降并同时结束则交流损耗最小，若电流变化结束电压才开始变化，则整个开断时间最长损耗最大，效率也最低。 BOOST拓扑 稳定电压输出的形成： 当K接通时，Ui开始对L充电，流过L的电流iL开始增加，同时电流在L中也要产生反电动势eL，C向R放电，形成稳定电压Uo 当K由接通转为