開(kāi)關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路圖

開(kāi)關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

為適應(yīng)不同的輸出功率，開(kāi)關(guān)電源有各種的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：Boost結(jié)構(gòu)、Buck結(jié)構(gòu)、反激（Flyback）結(jié)構(gòu)等。

Boost 結(jié)構(gòu)：

Boost 結(jié)構(gòu)是一種 DC-DC 升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用于將輸入電壓提升到比輸入電壓更高的輸出電壓。Boost 結(jié)構(gòu)的基本原理是利用一個(gè)開(kāi)關(guān)管、一個(gè)電感器和一個(gè)電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)電能的儲(chǔ)存和輸出。其工作原理如下：

當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電感器儲(chǔ)存能量，同時(shí)電容器充電。

當(dāng)開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)，電感器釋放儲(chǔ)存的能量，使得電流繼續(xù)流動(dòng)，從而提供輸出電流。

通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通比例，可以調(diào)整輸出電壓。

Boost 結(jié)構(gòu)適用于需要將輸入電壓升壓的應(yīng)用，例如電動(dòng)車(chē)電池管理系統(tǒng)、太陽(yáng)能充電器等。

Buck 結(jié)構(gòu)：

Buck 結(jié)構(gòu)是一種 DC-DC 降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用于將輸入電壓降低到比輸入電壓更低的輸出電壓。Buck 結(jié)構(gòu)的基本原理是利用一個(gè)開(kāi)關(guān)管、一個(gè)電感器和一個(gè)電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)電能的儲(chǔ)存和輸出。其工作原理如下：

當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電感器儲(chǔ)存能量，電容器放電。

當(dāng)開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)，電感器釋放儲(chǔ)存的能量，使得電流繼續(xù)流動(dòng)，從而提供輸出電流。

通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通比例，可以調(diào)整輸出電壓。

Buck 結(jié)構(gòu)適用于需要將輸入電壓降壓的應(yīng)用，例如手機(jī)充電器、電腦電源等。

反激（Flyback）結(jié)構(gòu)：

反激結(jié)構(gòu)是一種隔離式電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)降壓或升壓功能，同時(shí)提供隔離保護(hù)。反激結(jié)構(gòu)使用一個(gè)開(kāi)關(guān)管、一個(gè)變壓器和一個(gè)電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)電能的儲(chǔ)存和輸出。其工作原理如下：

當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電感器儲(chǔ)存能量，電容器充電，同時(shí)變壓器的一側(cè)產(chǎn)生電壓。

當(dāng)開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)，電容器釋放儲(chǔ)存的能量，電感器產(chǎn)生反向電壓，使得變壓器的另一側(cè)產(chǎn)生輸出電壓。

通過(guò)變壓器的變比，可以調(diào)整輸出電壓的大小。

本文都是根據(jù)接連電流模式（CCM）來(lái)討論的。

開(kāi)關(guān)電源的Boost（StepUp）升壓電路先來(lái)看看Boost電路原理圖，如圖所示：

現(xiàn)在來(lái)講講開(kāi)關(guān)電源的電路工作原理：Boost電路即升壓電路，當(dāng)Q1導(dǎo)通時(shí)，能量從輸入電源流入儲(chǔ)存于電感L1中，此刻二極管D1反偏，負(fù)載由濾波電容C1供給能量，將C1中儲(chǔ)存的電能（C1V02/2）釋放給負(fù)載R1。

當(dāng)Q1截止時(shí)，電感L1中電流不能突變，此刻二極管D1導(dǎo)通，電感中儲(chǔ)存的能量（L1I2/2）經(jīng)二極管D1，流入電容C1，并供給負(fù)載R1。依據(jù)電感的伏秒平衡，在一個(gè)周期內(nèi)電感的伏秒乘積和為零。如果Q1導(dǎo)通時(shí)間Ton越大，那么Q1截止時(shí)提供給負(fù)載的電壓就會(huì)越大。下面通過(guò)具體的計(jì)算來(lái)加深了解：根據(jù)伏秒平衡有式（2-2）、（2-3）

Buck（StepDown）降壓電路

同樣先來(lái)看看電路圖，如圖所示：

開(kāi)關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)

不同的開(kāi)關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)各有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，下面我將詳細(xì)介紹一下：

1. Boost 結(jié)構(gòu)：

- 優(yōu)點(diǎn)：

- 能夠?qū)崿F(xiàn)輸入電壓向上的升壓轉(zhuǎn)換，使得該結(jié)構(gòu)適用于需要提高電壓的應(yīng)用場(chǎng)景。

- 輸出電壓可以比輸入電壓高，適合于需要較高輸出電壓的應(yīng)用。

- 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低。

- 缺點(diǎn)：

- 輸出電流的穩(wěn)定性相對(duì)較差，因此在要求高穩(wěn)定性的應(yīng)用中可能不太適用。

- 效率隨著輸出電壓升高而下降，因此在大幅升壓的情況下，效率可能會(huì)受到影響。

2. Buck 結(jié)構(gòu)：

- 優(yōu)點(diǎn)：

- 能夠?qū)崿F(xiàn)輸入電壓向下的降壓轉(zhuǎn)換，使得該結(jié)構(gòu)適用于需要降低電壓的應(yīng)用場(chǎng)景。

- 輸出電壓一般比輸入電壓低，適合于需要較低輸出電壓的應(yīng)用。

- 效率相對(duì)較高，特別是在較大的輸入輸出電壓差情況下。

- 缺點(diǎn)：

- 輸入電流的波動(dòng)會(huì)傳遞到輸出端，因此對(duì)輸入電流的要求較高。

- 光滑性相對(duì)較差，需要配合降壓電感和輸出電容來(lái)處理輸出波紋。

3. 反激（Flyback）結(jié)構(gòu)：

- 優(yōu)點(diǎn)：

- 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于低功率隔離電源的場(chǎng)景。

- 高頻變壓器可以實(shí)現(xiàn)隔離和電壓變換功能，適用于需要隔離保護(hù)的應(yīng)用。

- 可以在一個(gè)變壓器中實(shí)現(xiàn)多路輸出。

- 缺點(diǎn)：

- 由于變壓器的存在，輸入輸出電壓比較受限。

- 對(duì)于大功率電源來(lái)說(shuō)，變壓器尺寸會(huì)比較大。

- 輸出電壓波動(dòng)較大，對(duì)輸出負(fù)載的變化比較敏感。

通過(guò)了解每種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，可以更好地根據(jù)不同的應(yīng)用需求選擇合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以達(dá)到最佳的性能和效果。

審核編輯：黃飛