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

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二、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：

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三、Buck 降壓

特點(diǎn)：

■?把輸入降至一個(gè)較低的電壓

■?可能是最簡單的電路

■?電感/電容濾波器濾平開關(guān)后的方波

■?輸出總是小于或等于輸入

■?輸入電流不連續(xù) (斬波)

■?輸出電流平滑

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四、Boost 升壓

特點(diǎn)：

■?把輸入升至一個(gè)較高的電壓

■?與降壓一樣，但重新安排了電感、開關(guān)和二極管

■?輸出總是比大于或等于輸入(忽略二極管的正向壓降)

■?輸入電流平滑

■?輸出電流不連續(xù) (斬波)

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五、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

■?結(jié)合了降壓和升壓電路的缺點(diǎn)

■?輸入電流不連續(xù) (斬波)

■?輸出電流也不連續(xù) (斬波)

■?輸出總是與輸入反向 (注意電容的極性)，但是幅度可以小于或大于輸入

■?“反激”變換器實(shí)際是降壓-升壓電路隔離（變壓器耦合）形式。

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六、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，同時(shí)作為變壓器和電感

■?輸出可以為正或?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。

■?這是隔離拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中最簡單的

■?增加次級繞組和電路可以得到多個(gè)輸出

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七、Forward 正激

特點(diǎn)：

■?降壓電路的變壓器耦合形式。

■?不連續(xù)的輸入電流，平滑的輸出電流。

■?因?yàn)椴捎米儔浩?，輸出可以大于或小于輸入，可以是任何極性。

■?增加次級繞組和電路可以獲得多個(gè)輸出。

■?在每個(gè)開關(guān)周期中必須對變壓器磁芯去磁。常用的做法是增加一個(gè)與初級繞組匝數(shù)相同的繞組。

■?在開關(guān)接通階段存儲在初級電感中的能量，在開關(guān)斷開階段通過另外的繞組和二極管釋放。

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八、Two-Transistor Forward雙晶體管正激

特點(diǎn)：

■?兩個(gè)開關(guān)同時(shí)工作。

■?開關(guān)斷開時(shí)，存儲在變壓器中的能量使初級的極性反向，使二極管導(dǎo)通。

主要優(yōu)點(diǎn)：

■?每個(gè)開關(guān)上的電壓永遠(yuǎn)不會超過輸入電壓。

■?無需對繞組磁道復(fù)位。

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九、Push-Pull 推挽

特點(diǎn)：

■?開關(guān)（FET）的驅(qū)動不同相，進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制（PWM）以調(diào)節(jié)輸出電壓。

■?良好的變壓器磁芯利用率---在兩個(gè)半周期中都傳輸功率。

■?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上的電壓是輸入電壓的兩倍。

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十、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)。

■?開關(guān)（FET）的驅(qū)動不同相，進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制（PWM）以調(diào)節(jié)輸出電壓。

■?良好的變壓器磁芯利用率---在兩個(gè)半周期中都傳輸功率。而且初級繞組的利用率優(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。

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十一、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）以對角對的形式驅(qū)動，進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制（PWM）以調(diào)節(jié)輸出電壓。

■?良好的變壓器磁芯利用率---在兩個(gè)半周期中都傳輸功率。

■?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FETs上的電壓與輸入電壓相等。

■?在給定的功率下，初級電流是半橋的一半。

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十二、SEPIC 單端初級電感變換器

特點(diǎn)：

■?輸出電壓可以大于或小于輸入電壓。

■?與升壓電路一樣，輸入電流平滑，但是輸出電流不連續(xù)。

■?能量通過電容從輸入傳輸至輸出。

■?需要兩個(gè)電感。

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十三、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。

■?輸入電流和輸出電流都是平滑的。

■?能量通過電容從輸入傳輸至輸出。

■?需要兩個(gè)電感。

■?電感可以耦合獲得零紋波電感電流。

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十四、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

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十五、Buck-降壓調(diào)整器-連續(xù)導(dǎo)電

特點(diǎn)：

■?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。

■?開關(guān)斷開時(shí)電流流過二極管。

■?忽略開關(guān)和電感中的損耗, D 與負(fù)載電流無關(guān)。

■?降壓調(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)。

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十六、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。

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十七、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。

■?輸出電壓不是輸入電壓乘以開關(guān)的負(fù)荷比 (D)。

■?當(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)。

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十八、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）。

■?輸出電壓與負(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.

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十九、變壓器工作（包括初級電感的作用）

■?變壓器看作理想變壓器，它的初級（磁化）電感與初級并聯(lián)。

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二十、反激變壓器

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

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二十一、Forward 正激變換變壓器

■?初級電感很高，因?yàn)闊o需存儲能量。

■?磁化電流 (i1) 流入 “磁化電感”，使磁芯在初級開關(guān)斷開后去磁 (電壓反向)。

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二十二、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：

1）施加在開關(guān)上的電壓

2）斬波和平滑輸入輸出電流

3）繞組的利用率

■?選擇最佳的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)需要研究：

1）輸入和輸出電壓范圍

2）電流范圍

3）成本和性能、大小和重量之比

　　審核編輯：湯梓紅