20種常見開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

1、基本名詞

常見的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

■Buck降壓

■Boost升壓

■Buck-Boost降壓-升壓

■Flyback反激

■Forward正激

■Two-Transistor Forward雙晶體管正激

■Push-Pull推挽

■Half Bridge半橋

■Full Bridge全橋

■SEPIC

■C’uk

基本的脈沖寬度調(diào)制波形

這些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都與開關(guān)式電路有關(guān)。

基本的脈沖寬度調(diào)制波形定義如下：

特點(diǎn)■把輸入降至一個(gè)較低的電壓?！隹赡苁亲詈唵蔚碾娐??！鲭姼?電容濾波器濾平開關(guān)后的方波?！鲚敵隹偸切∮诨虻扔谳斎搿！鲚斎?a href="http://www.ttokpm.com/tags/電流/" target="_blank">電流不連續(xù) (斬波)。■輸出電流平滑

3、Boost升壓

特點(diǎn)■把輸入升至一個(gè)較高的電壓?！雠c降壓一樣，但重新安排了電感、開關(guān)和二極管?！鲚敵隹偸潜却笥诨虻扔谳斎?忽略二極管的正向壓降)。■輸入電流平滑?！鲚敵鲭娏鞑贿B續(xù) (斬波)。

4、Buck-Boost降壓-升壓

特點(diǎn)■電感、開關(guān)和二極管的另一種安排方法?！鼋Y(jié)合了降壓和升壓電路的缺點(diǎn)?！鲚斎腚娏鞑贿B續(xù) (斬波)。■輸出電流也不連續(xù) (斬波)?！鲚敵隹偸桥c輸入反向 (注意電容的極性)，但是幅度可以小于或大于輸入?！觥胺醇ぁ弊儞Q器實(shí)際是降壓-升壓電路隔離（變壓器耦合）形式。

5、Flyback反激

特點(diǎn)■如降壓-升壓電路一樣工作，但是電感有兩個(gè)繞組，而且同時(shí)作為變壓器和電感?！鲚敵隹梢詾檎?yàn)樨?fù)，由線圈和二極管的極性決定。■輸出電壓可以大于或小于輸入電壓，由變壓器的匝數(shù)比決定?！鲞@是隔離拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中最簡單的■增加次級(jí)繞組和電路可以得到多個(gè)輸出。

6、Forward正激

特點(diǎn)■降壓電路的變壓器耦合形式?！霾贿B續(xù)的輸入電流，平滑的輸出電流?！鲆?yàn)椴捎米儔浩?，輸出可以大于或小于輸入，可以是任何極性?！鲈黾哟渭?jí)繞組和電路可以獲得多個(gè)輸出。■在每個(gè)開關(guān)周期中必須對(duì)變壓器磁芯去磁。常用的做法是增加一個(gè)與初級(jí)繞組匝數(shù)相同的繞組。■在開關(guān)接通階段存儲(chǔ)在初級(jí)電感中的能量，在開關(guān)斷開階段通過另外的繞組和二極管釋放。

7、Two-Transistor Forward雙晶體管正激

特點(diǎn)■兩個(gè)開關(guān)同時(shí)工作?！鲩_關(guān)斷開時(shí)，存儲(chǔ)在變壓器中的能量使初級(jí)的極性反向，使二極管導(dǎo)通?！鲋饕獌?yōu)點(diǎn)：■每個(gè)開關(guān)上的電壓永遠(yuǎn)不會(huì)超過輸入電壓。■無需對(duì)繞組磁道復(fù)位。

8、Push-Pull推挽

特點(diǎn)■開關(guān)（FET）的驅(qū)動(dòng)不同相，進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制（PWM）以調(diào)節(jié)輸出電壓?！隽己玫淖儔浩鞔判纠寐?--在兩個(gè)半周期中都傳輸功率?！鋈ㄍ?fù)浣Y(jié)構(gòu),所以輸出紋波頻率是變壓器頻率的兩倍。■施加在FET上的電壓是輸入電壓的兩倍。

9、Half-Bridge半橋

特點(diǎn)■較高功率變換器極為常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?！鲩_關(guān)（FET）的驅(qū)動(dòng)不同相，進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制（PWM）以調(diào)節(jié)輸出電壓?！隽己玫淖儔浩鞔判纠寐?--在兩個(gè)半周期中都傳輸功率。而且初級(jí)繞組的利用率優(yōu)于推挽電路。■全波拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),所以輸出紋波頻率是變壓器頻率的兩倍。■施加在FET上的電壓與輸入電壓相等。

10、Full-Bridge全橋

特點(diǎn)■較高功率變換器最為常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。■開關(guān)（FET）以對(duì)角對(duì)的形式驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制（PWM）以調(diào)節(jié)輸出電壓?！隽己玫淖儔浩鞔判纠寐?--在兩個(gè)半周期中都傳輸功率?！鋈ㄍ?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所以輸出紋波頻率是變壓器頻率的兩倍?！鍪┘釉?FETs上的電壓與輸入電壓相等?！鲈诮o定的功率下，初級(jí)電流是半橋的一半。

11、SEPIC單端初級(jí)電感變換器

特點(diǎn)■輸出電壓可以大于或小于輸入電壓?！雠c升壓電路一樣，輸入電流平滑，但是輸出電流不連續(xù)?！瞿芰客ㄟ^電容從輸入傳輸至輸出?！鲂枰獌蓚€(gè)電感。

12、C’uk(Slobodan C’uk的專利)

特點(diǎn)■輸出反相■輸出電壓的幅度可以大于或小于輸入?！鲚斎腚娏骱洼敵鲭娏鞫际瞧交??！瞿芰客ㄟ^電容從輸入傳輸至輸出?！鲂枰獌蓚€(gè)電感?！鲭姼锌梢择詈汐@得零紋波電感電流。

13、電路工作的細(xì)節(jié)

下面講解幾種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工作細(xì)節(jié)■降壓調(diào)整器：連續(xù)導(dǎo)電臨界導(dǎo)電不連續(xù)導(dǎo)電■升壓調(diào)整器 (連續(xù)導(dǎo)電)■變壓器工作■反激變壓器■正激變壓器

14、Buck-降壓調(diào)整器-連續(xù)導(dǎo)電

■電感電流連續(xù)。■Vout 是其輸入電壓 (V1)的均值。■輸出電壓為輸入電壓乘以開關(guān)的負(fù)荷比 (D)。■接通時(shí)，電感電流從電池流出?！鲩_關(guān)斷開時(shí)電流流過二極管?！龊雎蚤_關(guān)和電感中的損耗, D與負(fù)載電流無關(guān)?！鼋祲赫{(diào)整器和其派生電路的特征是：輸入電流不連續(xù) (斬波), 輸出電流連續(xù) (平滑)。

15、Buck-降壓調(diào)整器-臨界導(dǎo)電

■電感電流仍然是連續(xù)的，只是當(dāng)開關(guān)再次接通時(shí) “達(dá)到”零。這被稱為 “臨界導(dǎo)電”。輸出電壓仍等于輸入電壓乘以D。

16、Buck-降壓調(diào)整器-不連續(xù)導(dǎo)電

■在這種情況下，電感中的電流在每個(gè)周期的一段時(shí)間中為零。■輸出電壓仍然 (始終)是 v1的平均值?！鲚敵鲭妷翰皇禽斎腚妷撼艘蚤_關(guān)的負(fù)荷比 (D)?！霎?dāng)負(fù)載電流低于臨界值時(shí),D隨著負(fù)載電流而變化(而Vout保持不變)。

17、Boost升壓調(diào)整器

■輸出電壓始終大于（或等于）輸入電壓。■輸入電流連續(xù)，輸出電流不連續(xù)（與降壓調(diào)整器相反）?！鲚敵鲭妷号c負(fù)荷比（D）之間的關(guān)系不如在降壓調(diào)整器中那么簡單。在連續(xù)導(dǎo)電的情況下：

在本例中，Vin = 5,Vout = 15, and D = 2/3.Vout = 15，D = 2/3.

18、變壓器工作（包括初級(jí)電感的作用）

■變壓器看作理想變壓器，它的初級(jí)（磁化）電感與初級(jí)并聯(lián)。

19、反激變壓器

■此處初級(jí)電感很低，用于確定峰值電流和存儲(chǔ)的能量。當(dāng)初級(jí)開關(guān)斷開時(shí)，能量傳送到次級(jí)。

20、Forward 正激變換變壓器

■初級(jí)電感很高，因?yàn)闊o需存儲(chǔ)能量?！龃呕娏?(i1) 流入 “磁化電感”，使磁芯在初級(jí)開關(guān)斷開后去磁 (電壓反向)。

21、總結(jié)

■此處回顧了目前開關(guān)式電源轉(zhuǎn)換中最常見的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。■還有許多拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但大多是此處所述拓?fù)涞慕M合或變形。■每種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包含獨(dú)特的設(shè)計(jì)權(quán)衡： 施加在開關(guān)上的電壓 斬波和平滑輸入輸出電流 繞組的利用率■選擇最佳的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)需要研究： 輸入和輸出電壓范圍 電流范圍 成本和性能、大小和重量之比