匯總幾種常見的開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及應(yīng)用

什么是拓?fù)?/a>呢?所謂電路拓?fù)渚褪枪β势骷碗姶旁陔娐分械倪B接方式，而磁性元件設(shè)計(jì)，閉環(huán)補(bǔ)償電路設(shè)計(jì)及其他所有電路元件設(shè)計(jì)都取決于拓?fù)洹Ｗ罨镜耐負(fù)涫荁uck(降壓式)、Boost(升壓式)和Buck/Boost(升/降壓)，單端反激(隔離反激)，正激、推挽、半橋和全橋變化器。

開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，常見拓?fù)浯蠹s有14種，每種都有自身的特點(diǎn)和適用場(chǎng)合。選擇原則是要看是大功率還是小功率，高壓輸出還是低壓輸出，以及是否要求器件盡量少等。

因此，要恰當(dāng)選擇拓?fù)?，熟悉各種不同拓?fù)涞膬?yōu)缺點(diǎn)及適用范圍是非常重要的。錯(cuò)誤的選擇會(huì)使電源設(shè)計(jì)一開始就注定失敗。下面為大家整理匯總了開關(guān)電源20種基本拓?fù)?，幫助系統(tǒng)掌握每種電路結(jié)構(gòu)的工作原理與基本特性。

所謂電路拓?fù)渚褪枪β势骷碗姶旁陔娐分械倪B接方式，而磁性元件設(shè)計(jì)，閉環(huán)補(bǔ)償電路設(shè)計(jì)及其他所有電路元件設(shè)計(jì)都取決于拓?fù)洹Ｗ罨镜耐負(fù)涫荁uck(降壓式)、Boost(升壓式)和Buck/Boost(升/降壓)，單端反激(隔離反激)，正激、推挽、半橋和全橋變化器。

下面簡(jiǎn)單介紹一下常用的開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

Buck電路

首先我們要講的就是Buck電路。

Buck電路也成為降壓(step-down)變換器。它的電路圖是下面這樣的：

晶體管，二極管，電感，電容和負(fù)載構(gòu)成了主回路，下方的控制回路一般采用PWM(脈沖寬度調(diào)制)芯片控制占空比決定晶體管的通斷。

Buck電路的功能是把直流電壓Ui轉(zhuǎn)換成直流電壓Uo，實(shí)現(xiàn)降壓目的。

反激變換器

反激式開關(guān)電源是指使用反激高頻變壓器隔離輸入輸出回路的開關(guān)電源，與之對(duì)應(yīng)的有正激式開關(guān)電源。

反激(FLY BACK)，具體是指當(dāng)開關(guān)管接通時(shí)，輸出變壓器充當(dāng)電感，電能轉(zhuǎn)化為磁能，此時(shí)輸出回路無電流;

相反，當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，輸出變壓器釋放能量，磁能轉(zhuǎn)化為電能，輸出回來中有電流。

反激式開關(guān)電源中，輸出變壓器同時(shí)充當(dāng)儲(chǔ)能電感，整個(gè)電源體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以得到廣泛應(yīng)用。應(yīng)用最多的是單端反激式開關(guān)電源。

優(yōu)點(diǎn)：元器件少、電路簡(jiǎn)單、成本低、體積小，可同時(shí)輸出多路互相隔離的電壓;

缺點(diǎn)：開關(guān)管承受電壓高，輸出變壓器利用率低，不適合做大功率電源。

Boost電路

Boost(升壓)電路是最基本的反激變換器。Boost變換器又稱為升壓變換器、并聯(lián)開關(guān)電路、三端開關(guān)型升壓穩(wěn)壓器。

上面的圖就是Boost電路圖。Boost電路是一個(gè)升壓電路，它的輸出電壓高于輸入電壓。

Buck/Boost變換器

Buck/Boost變換器：也叫做升降壓式變換器，是一種輸出電壓既可低于也可高于輸入電壓的單管不隔離直流變換器，但它的輸出電壓的極性與輸入電壓相反。Buck/Boost變換器可以看做是Buck變換器和Boost變換器串聯(lián)而成，合并了開關(guān)管。它的電路圖如下：

上面提到的Buck和Boost電路，都是輸出與輸入共地，在電路上沒有隔離。采用變壓器后，輸出與輸入電氣隔離，可以多路輸出。而反激變換器是隔離變換器中最簡(jiǎn)單的一種。它分為兩種工作模式，斷續(xù)模式反激變換器和連續(xù)模式反激變換器。隔離反激變壓器電路圖看下面!

在這里，隔離變壓器起到的作用就是變壓和儲(chǔ)能電感的作用。

正激變換器

晶體管導(dǎo)通時(shí)，將能量傳遞給負(fù)載，截止時(shí)靠輸出級(jí)LC電路維持的變換器成為正激變換器。它有單端正激和雙端正激變換器等多種模式。

單端正激變換器

首先看看原理圖：

單端正激變壓器又稱“buck”轉(zhuǎn)換器。因其在原邊繞組接通電源Vi的同時(shí)把能量傳遞到輸出端而得名。

雙端正激變換器

雙端正激也稱為非對(duì)稱橋，由兩個(gè)功率管和與兩個(gè)二極管組成電橋，但只有功率管可控導(dǎo)通，變壓器單向磁化，沒有橋式電路的橋臂直通問題，因此抗干擾能力強(qiáng)。

推挽變換器

這種電路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：對(duì)稱性結(jié)構(gòu)，脈沖變壓器原邊是兩個(gè)對(duì)稱線圈，兩只開關(guān)管接成對(duì)稱關(guān)系，輪流通斷，工作過程類似于線性放大電路中的乙類推挽功率放大器。

半橋式功率電路

當(dāng)S1和S2輪流導(dǎo)通時(shí)，一次側(cè)將通過電源-S1-T-C2-電源及電源-C1-T-S2-電源產(chǎn)生交變電流，從而在二次側(cè)產(chǎn)生交變的脈動(dòng)電流，經(jīng)過全波整流轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，再經(jīng)L、C濾波，送給負(fù)載。同樣地，這個(gè)電路也相當(dāng)于降壓式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

全橋功率電路

全橋功率變換器適用于大功率、高電壓場(chǎng)合，它的電路圖如下：

相關(guān)應(yīng)用

Buck電路

Buck電路是降壓變換器，它主要應(yīng)用于低壓大電流領(lǐng)域，目的是為了解決續(xù)流管的導(dǎo)通損耗問題。

采用一般的二極管續(xù)流，其導(dǎo)通電阻較大，應(yīng)用在大電流場(chǎng)合時(shí)，損耗很大。

另外，用導(dǎo)通電阻非常小的MOS管代替二極管，可以解決損耗問題，但同時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)電路提出了更高的要求。

對(duì)Buck電路應(yīng)用同步整流技術(shù)，用MOS管代替二極管后，電路從拓?fù)渖险狭薆uck和Boost兩種變換器，為實(shí)現(xiàn)雙向DC/DC變換提供了可能。

在需要單向升降壓且能量可以雙向流動(dòng)的場(chǎng)合，很有應(yīng)用價(jià)值，如應(yīng)用于混合動(dòng)力電動(dòng)汽車時(shí)，輔以三相可控全橋電路，可以實(shí)現(xiàn)蓄電池的充放電。

反激變換器

(1) Boost電路

在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)涉及到升壓電路的設(shè)計(jì)，對(duì)于較大的功率輸出，如70W以上的DC/DC升壓電路，由于專用升壓芯片內(nèi)部開關(guān)管的限制，難于做到大功率升壓變換，而且芯片的價(jià)格昂貴，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)受到很大限制。

考慮到Boost升壓結(jié)構(gòu)外接開關(guān)管選擇余地很大，選擇合適的控制芯片，便可設(shè)計(jì)出大功率輸出的DC/DC升壓電路。

(2)Buck/Boost變換器

基本的非隔離和隔離Buck/Boost型變換器以其電路拓?fù)浜?jiǎn)潔，輸入電壓范圍高，可升降壓，負(fù)載短路時(shí)可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于中小功率DC/DC變換場(chǎng)合。

正激變換器

雙端正激變換器克服了正激變換器中開關(guān)電壓應(yīng)力高的缺點(diǎn)，每個(gè)開關(guān)管只需承受輸入直流電壓，不需要采用特殊的磁復(fù)位電路就可以保證變壓器的可靠磁復(fù)位。

它的每一個(gè)橋臂都是由一個(gè)二極管與一個(gè)開關(guān)管串聯(lián)組成，不存在橋臂直通的危險(xiǎn)，可靠性高。

因此雙端正激變換器具有其他變換器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，成為目前中大功率變換器中應(yīng)用最多的拓?fù)渲弧?

推挽變換器

推挽變換器是變換器中最早應(yīng)用的拓?fù)?/a>，而且目前還在廣泛應(yīng)用于DC/DC變換器和DC/AC逆變器。它的輸出可以高于或低于輸入直流電壓。