開(kāi)關(guān)電源的各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之間的關(guān)系及由來(lái)

1、基本拓?fù)涞挠蓙?lái)

我們把一個(gè)電源電路抽象成一個(gè)黑盒電路模型，一個(gè)電源輸入、一個(gè)電源輸出，一個(gè)接地端口。對(duì)于非隔離電源，輸入輸出電路是共“地”的，所以非隔離電源的這個(gè)模型可以簡(jiǎn)化為圖4.1 所示的模型。

圖 4.1 非隔離電源簡(jiǎn)化模型

在所有的拓?fù)渲?，電感的一端需要連接到三個(gè)可用直流端之一。另外一個(gè)端點(diǎn)通過(guò)開(kāi)關(guān)與電感的另一端連接。開(kāi)關(guān)和電感的連接點(diǎn)，通過(guò)一個(gè)續(xù)流二極管與最后剩下的一個(gè)端點(diǎn)連接。如此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以形成圖4.2所示的三種基本拓?fù)洹?/p>

圖 4.2 開(kāi)關(guān)電源的三種基本拓?fù)?/p>

熟悉開(kāi)關(guān)電源的朋友，一眼就認(rèn)出來(lái)了，第一個(gè)是Buck、第二個(gè)是Boost，第三個(gè)是Buck-Boost(有的文檔也稱(chēng)為反極性Boost)。如果電感連接到地，就構(gòu)成了升降壓變換器，如果電感連接到輸入端，就構(gòu)成了升壓變換器。如果電感連接到輸出端，就構(gòu)成了降壓變換器。

我們用排列組合的方式可以有多種方法來(lái)構(gòu)造，既含有電感又能為電感電流提供續(xù)流回路的拓?fù)洹?/p>

無(wú)用拓?fù)漕?lèi)型1：

輸入和輸出之間并沒(méi)有公用導(dǎo)線(xiàn)，也就是說(shuō)輸入與輸出的GND之間有器件。這種情況是不實(shí)用的，直接排除了：比如二極管、開(kāi)關(guān)串聯(lián)在輸入GND和輸出GND的鏈接通路上。在此就不一一列舉了。

圖4.3無(wú)用拓?fù)漕?lèi)型1

無(wú)用拓?fù)漕?lèi)型2：

開(kāi)關(guān)管、二極管、電感，連接在輸入或者輸出的正負(fù)極之間，這種只會(huì)產(chǎn)生短路，不會(huì)實(shí)現(xiàn)電壓變化。

圖4.4無(wú)用拓?fù)漕?lèi)型2

我們熟悉的電路一般是正電壓進(jìn)行降壓、升壓操作，或者正電壓產(chǎn)生一個(gè)負(fù)壓。但是負(fù)電壓降壓、升壓、反極性的拓?fù)湟彩怯械摹５沁@個(gè)拓?fù)浔举|(zhì)與正壓變換器本質(zhì)是一樣的。

另外有些隔離電源拓?fù)渚褪峭ㄟ^(guò)基本拓?fù)湓黾幼儔浩骰蛘咦兓玫降?，例如反激隔離電源(FlyBack)。

圖4.5 反激隔離電源電路

其他更復(fù)雜的拓?fù)淅纭癇uck+Boost拓?fù)洹薄ⅰ癝EPIC”等都是可以從基本拓?fù)溥M(jìn)行組合或者演進(jìn)得來(lái)的。人們嘗試使用這些相同的元器件進(jìn)行了許多其他的組合。大多數(shù)已通過(guò)實(shí)踐證明實(shí)用性不強(qiáng)。

Buck+Boost拓?fù)洌涸撾娐穼uck電路的輸入端和Boost電路的輸出端進(jìn)行組合，并在中間用一個(gè)共用電感結(jié)合起來(lái)。

圖 4.5 Buck+Boost拓?fù)?/p>

本質(zhì)是用一個(gè)降壓“加上”一個(gè)升壓，來(lái)實(shí)現(xiàn)升降壓。SEPIC拓?fù)洌杭闪薆oost和Flyback 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖4.6所示。

圖4.6 SEPIC拓?fù)鋱D

2、開(kāi)關(guān)電源的各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之間的關(guān)系

根據(jù)上一節(jié)的分析和介紹，我們發(fā)現(xiàn)：我們通過(guò)基本約束，可以得到三個(gè)基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：第一個(gè)是Buck、第二個(gè)是Boost，第三個(gè)是Buck-Boost。其他的更復(fù)雜的拓?fù)涠际峭ㄟ^(guò)基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行重新組合，或者演進(jìn)得來(lái)的。

通過(guò)基本拓?fù)渲苯咏M合，形成了三個(gè)有實(shí)用價(jià)值的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：Cuk、Sepic、Zeta。Cuk的本質(zhì)是Boost變換器和Buck變換器串聯(lián)，Sepic的本質(zhì)是Boost和Buck-Boost串聯(lián)，Zeta可以看成Buck和Buck-Boost串聯(lián)。但是里面有些細(xì)節(jié)按照電流的方向在演進(jìn)的過(guò)程中調(diào)整了二極管的方向，兩極串聯(lián)拓?fù)涔?jié)省了復(fù)用的器件。通過(guò)這樣串聯(lián)和演進(jìn)，產(chǎn)生了新的三個(gè)電源拓?fù)?，如圖4.7所示。

同時(shí)，如果我們把同步Buck拓?fù)浯?lián)同步Boost可以形成四開(kāi)關(guān)Buck-Boost拓?fù)洌鐖D4.8所示。

利用變壓器代替電感，可以把Boost演進(jìn)為一個(gè)新拓?fù)銯lyBack即反激變換器(反激的公式來(lái)看又是很像Buck-Boost，這里變壓器不同于電感，也有說(shuō)法會(huì)說(shuō)反激是Buck-Boost變過(guò)來(lái)的)。

我們可以把Buck電路的開(kāi)關(guān)通過(guò)一個(gè)變壓器進(jìn)行能量傳遞，就形成正激變換器。將兩個(gè)正激變換器進(jìn)行并聯(lián)，可以形成推挽拓?fù)洹Ｕさ淖儔浩?，是直接輸送能量過(guò)去，而不是像反激變壓器那樣傳遞能量，大家可以關(guān)注一下變壓器的方向。

圖 4.9反激、正激、推挽拓?fù)涞难葸M(jìn)

根據(jù)我們上述的分析，所有的拓?fù)涠伎梢酝ㄟ^(guò)基本拓?fù)溥M(jìn)行組合、演進(jìn)而來(lái)。全景圖，如圖4.10

審核編輯：湯梓紅