非隔離與隔離式DC-DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)概述

1.三種非隔離DC-DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)概述

1.1Buck型變換器

Buck型變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2.2所示，Buck型變換器也稱降壓型電源拓?fù)洹Ｔ陂_關(guān)管S導(dǎo)通時，二極管VD負(fù)極電壓高于正極反偏截止，此時電流經(jīng)過電感L向電容和負(fù)載供電，同時電感L中儲存了能量。在開關(guān)管S關(guān)斷時，電感L中儲存的能量不能立即釋放，產(chǎn)生的感應(yīng)電流通過負(fù)載、二極管VD形成續(xù)流通路，繼續(xù)給負(fù)載供電。該二極管也因此稱為續(xù)流二極管。在降壓型電源拓?fù)渲校?當(dāng)驅(qū)動開關(guān)管的PWM占空比為D時，輸出與輸入滿足的關(guān)系為V_o=DV_i。

1.2Boost變換器

Boost變換器基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2.3所示。Boost變換器也稱為升壓型電源拓?fù)?。?dāng)開關(guān)管S導(dǎo)通時，二極管正極電壓低于負(fù)極電壓反偏關(guān)斷，電源和電感形成通路，電感L流過電流儲存能量，此時負(fù)載由電容提供能量。當(dāng)開關(guān)管S斷開時，此時二極管正向?qū)?，電源和電感L儲存的能量同時向電容、負(fù)載供電。在升壓型變換器中，當(dāng)驅(qū)動開關(guān)管的控制信號占空比為D時，輸出與輸入滿足關(guān)系為V_o=1/(1-D) V_i。

1.3Buck-Boost變換器

Buck-Boost變換器基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2.4所示，Buck-Boost變換器也稱為升降壓型開關(guān)電源拓?fù)?，。在開關(guān)管S導(dǎo)通時，二極管負(fù)極電壓高于正極電壓反偏截至，電源和電感形成通路，電感L儲存能量。當(dāng)開關(guān)管S關(guān)斷時，二極管正向?qū)?，電感電流不會立即釋放與負(fù)載、二極管形成續(xù)流通路。但是，此時負(fù)載電壓與輸入電壓極性相反。在Buck-Boost變換器中，當(dāng)驅(qū)動開關(guān)管的控制信號的占空比為D時，輸出與輸入滿足的關(guān)系為V_o=D/(1-D) V_i。

2.五種隔離式DC-DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)概述

2.1正激式變換器

正激式變換器基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2.5所示。將變壓器放在降壓型變換器的開關(guān)管和二極管之間就可以得到正激式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，變壓器的原邊和副邊的隔離就使輸入和輸出隔離。正激時變換器因電路設(shè)計簡單、經(jīng)濟(jì)便捷，在50W~400W的場合應(yīng)用很廣。但是由于變壓器上所有線圈電流在開關(guān)管關(guān)斷的時候，全部斷開，為了保證變壓器的磁芯不發(fā)生磁飽和現(xiàn)象，附加繞組W3的加入起到磁芯復(fù)位的功能。

當(dāng)開關(guān)管S導(dǎo)通時，電源電壓加到初級繞組W1上，根據(jù)N1、N2同名端的關(guān)系，此時初級繞組能量傳遞到次級繞組W2，VD1導(dǎo)通，電感L，電容C共同獲得初級輸入的能量。當(dāng)開關(guān)管S關(guān)斷時，W1中剩余能量通過輔助繞組W3返回到電源的輸入，VD1截止，次級的電感L、 二極管VD2、負(fù)載形成續(xù)流通路。

在正激式變換器中特別注意開關(guān)S關(guān)斷到下個周期開關(guān)S導(dǎo)通的時間內(nèi)要使磁芯剩余的能量得到釋放，否則在后續(xù)的時間內(nèi)，該剩余的能量值不斷的增加，最后達(dá)到磁芯所能承受的極限值而飽和。

2.2反激式變換器

反激式變換器基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2.6所示。在Buck-Boost型變換器中將高頻變壓器放在電感的位置就有了反激式的電路。反激式變換器設(shè)計非常容易，價格低廉，常常用在多路輸出的小功率開關(guān)電源場合。

當(dāng)開關(guān)管S導(dǎo)通時，電源電壓加在初級繞組W1兩端，根據(jù)N1、N2同名端的關(guān)系，繞組W2的高電位在下端，二極管VD1此時不導(dǎo)通。當(dāng)開關(guān)S關(guān)斷時， 繞組W2的高電位在上端，二極管VD1正向?qū)?，?fù)載獲得能量。

2.3推挽式變換器

推挽式變換器其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2.7所示。原邊開關(guān)管S1、S2交替導(dǎo)通，變壓器磁芯中的能量能夠正常的儲存和釋放，從而將能量從原邊向副邊傳遞。

當(dāng)開關(guān)S1導(dǎo)通，S2關(guān)斷時，副邊繞組二極管VD1導(dǎo)通，負(fù)載獲得能量。當(dāng)S2導(dǎo)通，S1關(guān)斷時，副邊二級管VD2導(dǎo)通，負(fù)載仍能獲得能量。當(dāng)開關(guān)管S1，S2都關(guān)斷時，電感L通過二極管VD1、VD2和負(fù)載形成通路，根據(jù)并聯(lián)分流，負(fù)載電流只有一半通過每個二極管，但此時開關(guān)管承受的電壓均為〖2V〗_i。，所以為了保證開關(guān)管的電壓應(yīng)力不會過大，推挽式變換器用在低壓大電流的場合具有一定的優(yōu)勢。

2.4半橋變換器

半橋變換器其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2.8所示。一條橋臂由兩個電容組成，另一條橋臂由兩個功率開關(guān)管組成。在電路正常工作時，原邊繞組在控制信號整個周期均有電流，磁芯的利用率得到提高。所以半橋變換器用在高電壓、大功率的情況下比較有優(yōu)勢。

電容C1和 C2容值、型號一致，則每個電容上的電壓為1/2 V_i。當(dāng)開關(guān)S1導(dǎo)通S2關(guān)斷時，二極管VD1導(dǎo)通，VD2截止，此時N21繞組向負(fù)載傳遞能量。當(dāng)開關(guān)S1關(guān)斷，S2導(dǎo)通時，二極管VD2導(dǎo)通，VD截止，此時N22繞組能向負(fù)載傳遞能量，即副邊繞組N21和N22交替釋放能量。

2.5全橋變換器

全橋變換器其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2.9所示。四個開關(guān)管組成H橋電路，變壓器原變繞組接在橋式電路的負(fù)載位置。當(dāng)開關(guān)S1和S4導(dǎo)通，S2和S3關(guān)斷時，初級繞組的高電位在上端。當(dāng)開關(guān)S2和S3導(dǎo)通，S1和S4關(guān)斷時，初級繞組的高電位在下端。因此，在一個周期內(nèi)初繞組流過的電流方向相反，變壓器不存在磁芯飽和問題，這也使得全橋變換器的效率和功率密度可以做的很高。全橋變換器的次級繞組帶有一個中心抽頭，輸出采用全波整流的方式，因此適合應(yīng)用在大功率的條件下。

3.總結(jié)