電源變換器電路拓?fù)?

1、 POWER SUPPLY TOPOLOGIES (電源變換器電路拓?fù)洌┖喗榈?篇：常用開關(guān)變換器電路拓?fù)洌?、BUCK電路（降壓變換器）2、BOOST電路（升壓變換器）3、BUCK-BOOST電路（降壓-升壓變換器）4、SEPIC電路（隔離型的升壓-降壓變換器）5、FLYBACK電路（反激式變換器）6、FORWARD電路（正激式變換器）7、2 SWITCH FORWARD電路（雙開關(guān)正激式變換器）8、ACTIVE CLAMP FORWARD電路（有源鉗位正激變換器）9、HALF BRIGE電路（半橋式變換器）10、PUSH PULL電路（推挽式變換器）11、FULL BRIGE電路（全橋式變

2、換器）12、PHASE SHIFT ZVT電路（移相全橋軟開關(guān)變換器）緒言： 開關(guān)電源在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣范：郵電通信、軍事裝備、交通設(shè)施、儀器儀表、工業(yè)設(shè)備、家用電器等。隨著新的電子元器件、新的電磁材料、新的變換技術(shù)、新的控制理論及新的軟件應(yīng)用到開關(guān)電源的緣故，使開關(guān)電源的設(shè)計(jì)更上一層樓，達(dá)到頻率高、效率高、功率密度高、功率因素高、可靠性高。但同時(shí)開關(guān)電源也遇到更多問題和實(shí)際的要求：能否全面貫徹電磁兼容各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)；能否大規(guī)模穩(wěn)定生產(chǎn)或快捷單件特殊生產(chǎn)；能否組建大容量電源；電氣額定值能否更高（如PF值）或更低（如Vout)；能否使外形更加小形化適應(yīng)使用場所的要求。為了能夠更好選用開關(guān)電源的電路拓

3、撲，下面介紹一些常用開關(guān)變換器的電路拓?fù)湟怨﹨⒖?。?節(jié)：BUCK電路（降壓變換器）一、右圖的內(nèi)容： 1、電路拓?fù)?2、電壓增益 3、開關(guān)管的峰值電流 4、開關(guān)管的電壓應(yīng)力（VDS） 5、續(xù)流二極體的電流 6、續(xù)流二極體的反向工作電壓 7、工作波形時(shí)序圖 三、電路主要的概念與關(guān)系式 1、電感電流連續(xù)與不連續(xù)：Lc=(1-D)*R*Ts/2 （ Lc:臨界電感） 看成是一個(gè)有低通濾波器的電壓斬波器2、具有降壓作用Vo Vs3、在連續(xù)狀態(tài)下Vo 與負(fù)載R無關(guān)4、在不連續(xù)狀態(tài)下Vo由R和D決定四、電路的優(yōu)點(diǎn) 1、通過調(diào)節(jié)D的大小， 可以得到不同的輸出電壓； 2、電路結(jié)構(gòu)簡單。五、電路的缺點(diǎn) 1、輸入

4、電流是脈動(dòng)， 電源與變換器的輸入端需加濾波器； 2、在不連續(xù)狀態(tài)下， 在一定的Pin下Is峰值電流大， Q1和D1必須具有較高的峰值電壓和電流。三、電路的性質(zhì)特點(diǎn) 1、由于VL+VS向負(fù)載供電，VO大于VS具有升壓作用 2、在連續(xù)狀態(tài)下，輸入電流不是脈動(dòng)的， 紋波電流隨L的增大而減小 3、在不連續(xù)狀態(tài)下，Q1和D1的峰值電流大， 同時(shí)輸出紋波也增加；當(dāng)L的電流下降為0時(shí)， 只有C向負(fù)載供電，要求較大的電容C才能使紋波 小 4、利用電感L作為傳送能量的元件第2節(jié)：BOOST電路升壓變換器）一、右圖的內(nèi)容： 1、電路拓?fù)?2、輸入與輸出電壓關(guān)系 3、開關(guān)管的最大電流 4、開關(guān)管的電壓應(yīng)力（VDS）

5、 5、續(xù)流二極管的電流 6、續(xù)流二極管的反向工作電壓 7、工作波形時(shí)序圖四、適用的場合： 1、APFC電路 2、低、中功率的變換器第3節(jié)：BUCK-BOOST電路 （降壓-升壓變換器、反號器）一、右圖的內(nèi)容： 1、電路拓?fù)?2、電壓增益 3、開關(guān)管的峰值電流 4、開關(guān)管的電壓應(yīng)力（VDS） 5、續(xù)流二極體的電流 6、續(xù)流二極體的反向工作電壓 7、工作波形時(shí)序圖三、電路的性質(zhì)特點(diǎn)： 1、通過調(diào)節(jié)開關(guān)占空比D的大小，得到需要的輸出 電壓（可升降壓） 2、在連續(xù)狀態(tài)下，輸入輸出電流是脈動(dòng)的， 輸出紋波電流隨L的增大而減小 3、在不連續(xù)狀態(tài)下，Q1和D1的峰值電流大， 同時(shí)輸出紋波也增加； 當(dāng)L的電流

6、下降為0時(shí)， 只有C向負(fù)載供電，要求較大的電容C才能使紋波 小 4、利用電感L作為傳送能量的元件四、電路的優(yōu)缺點(diǎn) 1、電壓增益可升壓或降壓是它的主要優(yōu)點(diǎn) 2、它的應(yīng)用電路稍顯復(fù)雜，輸入輸出電流是脈動(dòng) 的， 為了平波要加濾波器 3、Q1的驅(qū)動(dòng)不共地，會(huì)使線路構(gòu)成復(fù)雜化，元件增 加第4節(jié)：SEPIC電路 （隔離型的升壓-降壓變換器）一、右圖的內(nèi)容： 1、電路拓?fù)?2、電壓增益 3、開關(guān)管的峰值電流 4、開關(guān)管的電壓應(yīng)力（VDS） 5、續(xù)流二極管的電流 6、續(xù)流二極管的反向工作電壓 7、工作波形時(shí)序圖三、電路的特點(diǎn)： 1、輸入電流和輸出電流不是脈動(dòng)的，而且增加電感 L1和L2的值，可使交流紋波電流的

7、值為任意的小 2、不需要再附加輸入/輸出的抗電磁干擾的濾波器 3、通過調(diào)節(jié)開關(guān)占空比D的大小，得到需要的輸出 電壓（可升降壓） 4、主要的能量轉(zhuǎn)換元件是電容C，同時(shí)起到輸入和 輸出隔離的作用 5、電路拓?fù)漭^佳，但并不廣為使用，原因是能量轉(zhuǎn) 換電容C需要耐受極大的紋 波電流，這樣電容的 成本高，可靠性也稍差一些四、適用場合 1、常見用在USB外設(shè)電源，可以先升壓再降 壓的辦法， 2、適合應(yīng)用在需要多種輸出電壓的場合； 3、用在低電壓，小功率的變換器第5節(jié)：FLYBACK電路 （反激式變換器）一、右圖的內(nèi)容： 1、電路拓?fù)?2、電壓增益 3、開關(guān)管的峰值電流 4、開關(guān)管的電壓應(yīng)力（VDS） 5、整

8、流二極體的平均電流 6、整流二極體的反向工作電壓 7、工作波形時(shí)序圖二、電路特點(diǎn) 1、開關(guān)管的電壓應(yīng)力（VDS）實(shí)際應(yīng)用上，由于開 關(guān)變壓器一次側(cè)漏感的存在開關(guān)管的電壓應(yīng)力會(huì) 大于Vin+Vout*(Np/Ns)，對開關(guān)的選擇要求高 2、輸入輸出電流是脈動(dòng)的，輸入輸出電路都要加相 應(yīng)的濾波回路 3、電路結(jié)構(gòu)簡單，通過控制占空比D的大?。ㄒ话?小于0.48）得到不同的輸出電壓 4、開關(guān)變壓器起變壓與扼流圈的作用，在輸出部分 不需要額外的電感器，但在實(shí)際應(yīng)用中為了抑制 高頻的轉(zhuǎn)換雜訊，要加小型的電感器 5、變壓器的B-H特性曲線在單一方向來做轉(zhuǎn)換（ 類磁工作狀態(tài)），鐵芯需較大的尺寸和相應(yīng)的空 氣間

9、隙三、適用場合： 適用在中、小功率的變換器，我們公司的自制ADAPTER、自制PWPC板其中DC-DC回路均采用此電路架構(gòu)。第6節(jié)：FORWARD電路 （正激式變換器）一、右圖的內(nèi)容： 1、電路拓?fù)?2、電壓增益 3、開關(guān)管的峰值電流 4、開關(guān)管的電壓應(yīng)力（VDS） 5、整流二極管平均電流 6、整流二極管的反向工作電壓 7、工作波形時(shí)序圖 三、電路特點(diǎn)： 1、開關(guān)管的電壓應(yīng)力（VDS）高，達(dá)到2倍Vin對開關(guān)管選擇要 求高 2、輸入電流是脈動(dòng)的，輸出電流是連續(xù)，適當(dāng)選取L感量可使 輸出紋波電流較小 3、通過控制占空比D的大小得到不同的輸出電壓 4、對輸出濾波電容的要求低 5、開關(guān)變壓器的工藝結(jié)

10、構(gòu)稍顯復(fù)雜 6、使用正激變壓器，初次級繞組有相同的極性 7、為了使能量有效轉(zhuǎn)移，在輸出端要有儲(chǔ)能電感 8、變壓器的B-H特性曲線在單一方向來做轉(zhuǎn)換（類磁工作狀 態(tài)），鐵芯需較大的尺寸和相應(yīng)的空氣間隙 9、占空比D要小于0.5，若大于0.5將會(huì)破壞磁芯伏特-秒積分 作用的平衡，使變壓器趨于飽和產(chǎn)生極高的開關(guān)電流破壞 開關(guān)管 10、第三繞組要與初級繞組緊密繞制，可減少由漏感產(chǎn)生的致 命的電壓波尖四、 適用場合： 適用在低、中功率的變換器，受開關(guān)管的電壓應(yīng)力和峰值電流的限制，一般Pout在200W以下第7節(jié)：2 SWITCH FORWARD電路 （雙開關(guān)正激式變換器）一、右圖的內(nèi)容： 1、電路拓?fù)?

11、2、電壓增益 3、開關(guān)管的峰值電流 4、開關(guān)管的電壓應(yīng)力（VDS） 5、整流二極體的平均電流 6、整流二極體的反向工作電壓 7、工作波形時(shí)序圖三、電路特點(diǎn)： 1、兩個(gè)開關(guān)管同時(shí)ON或OFF，開關(guān)管所承受的電 壓應(yīng)力不會(huì)超過VIN（由于二極體D1、D2鉗位 作用） 2、其它特點(diǎn)與單管正激式轉(zhuǎn)換器相同四、適用場合： 1、 適用在中、小功率的變換器 2、可應(yīng)用于多路輸出，但每路輸出部份都要有額 的飛輪二極體和扼流圈第8節(jié)：ACTIVE CLAMP FORWARD電路 （有源鉗位正激變換器）一、右圖的內(nèi)容： 1、電路拓?fù)?2、電壓增益 3、開關(guān)管的峰值電流 4、開關(guān)管的電壓應(yīng)力（VDS） 5、整流二極

12、體的平均電流 6、整流二極體的反向工作電壓 7、工作波形時(shí)序圖三、電路特點(diǎn) 1、與一般單管正激式轉(zhuǎn)換器電路特點(diǎn)大致相同 2、具優(yōu)赿的有源鉗位泄放回路，轉(zhuǎn)換器的效率較 高，但同時(shí)電路的成本增加四、適用場合： 1、適用在低、中功率的變換器第9節(jié)、HALF BRIGE電路 （半橋式變換器）一、右圖的內(nèi)容： 1、電路拓?fù)?2、電壓增益 3、開關(guān)管的峰值電流 4、開關(guān)管的電壓應(yīng)力（VDS） 5、二極管的平均電流 6、二極管的反向工作電壓 7、工作波形時(shí)序圖二、電路的優(yōu)點(diǎn)： 1、不需要使用高壓電晶體 2、變壓器不需要有間隙三、電路的缺點(diǎn)： 1、由于變壓器電壓被減少為VIN/2，開關(guān)管的峰值 電流相對于PU

13、SH-PULL會(huì)加倍四、實(shí)際應(yīng)用： 1、使用半橋式轉(zhuǎn)換器較為流行； 2、在應(yīng)用上電路要加平衡鐵芯正反相伏特-秒?yún)^(qū)間 的回路，即在變壓器初級線圈串聯(lián)一個(gè)電容； 串聯(lián)耦合電容使用薄膜非極性電容， 要有較低 的ESR值 3、在Q1、Q2的漏源極并聯(lián)兩個(gè)高速回復(fù)類型的二 極體；目的是：當(dāng)負(fù)載突然沒有的情況下，可 以防止在開關(guān)管ON時(shí)VDS搖擺至負(fù)電位，并 聯(lián)的二極體可以旁路，可以避免開關(guān)管逆向?qū)?通造成管子損壞 4、受開關(guān)管峰值電流的限制，適用在中、低功轉(zhuǎn)換 器第10節(jié)、PUSH PULL電路 （推挽式變換器）一、右圖的內(nèi)容： 1、電路拓?fù)?2、電壓增益 3、開關(guān)管的峰值電流 4、開關(guān)管的電壓應(yīng)力（V

14、DS） 5、整流二極體的平均電流 6、整流二極體的反向工作電壓 7、工作波形時(shí)序圖1、由于上述問題的存在，應(yīng)用上通常加大鐵芯的gap和增加箝制器回路；有的采用對稱的修正電路（電路復(fù)雜，成本高），用在中、低功率的轉(zhuǎn)換器。三、電路特點(diǎn)： 1、占空比D的值必須小于0.5，為了避免開關(guān)管同時(shí) 導(dǎo)通而破壞管子 2、電路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，兩個(gè)橋臂的電氣特性要對稱， 變壓器初次級繞組都有中間抽頭四、電路優(yōu)點(diǎn)： 1、變壓器磁芯工作在類工作狀態(tài)，鐵芯的大小僅 需反激式或正激式的一半，空氣間隙也不需要五、電路缺點(diǎn)： 1、受開關(guān)管電壓應(yīng)力的限制（若VIN=230V，則 VDS需大于800V），無法做到高功率 2、由于兩個(gè)

15、橋臂電氣特性的差異，造成二個(gè)管子 的推挽在正反2個(gè)區(qū)域的伏特-秒積分不平衡， 就會(huì)在一個(gè)方向上發(fā)生“磁通擺動(dòng)”，這樣惡性循 環(huán)管子容易損壞六、實(shí)際應(yīng)用： 1、由于上述問題的存在，應(yīng)用上通常加 大鐵芯的gap和增加箝制器回路；有 的采用對稱的修正電路（電路復(fù)雜， 成本高），用在中、低功率的轉(zhuǎn)換器。第11節(jié)、FULL BRIGE電路 （全橋式變換器）一、右圖的內(nèi)容： 1、電路拓?fù)?2、電壓增益 3、開關(guān)管的峰值電流 4、開關(guān)管的電壓應(yīng)力（VDS） 5、二極管的平均電流 6、二極管的反向工作電壓 7、工作波形時(shí)序圖 二、電路優(yōu)點(diǎn)： 1、開關(guān)管的電壓應(yīng)力小，峰值電流小 2、變壓器鐵芯的尺寸無需太大，三

16、、電路的缺點(diǎn)： 1、必須使用四個(gè)管子 2、每個(gè)開關(guān)管必須用到隔離的柵極控制電路四、實(shí)際應(yīng)用： 1、適用于中、高功率的轉(zhuǎn)換器第12節(jié)、PHASE SHIFT ZVT電路 （移相全橋軟開關(guān)變換器）一、右圖的內(nèi)容： 1、電路拓?fù)?2、電壓增益 3、開關(guān)管的峰值電流 4、開關(guān)管的電壓應(yīng)力（VDS） 5、二極管的電流 6、二極管的反向工作電壓 7、工作波形時(shí)序圖開關(guān)模態(tài)3：Q1和Q4同時(shí)導(dǎo)通，電路副邊導(dǎo)通情況與以 上的模態(tài)2一致，此時(shí)D1截止D2導(dǎo)通L1放能、L2 繼續(xù)放能， 這兩個(gè)回路同時(shí)向負(fù)載供電開關(guān)模態(tài)4：當(dāng)關(guān)斷Q1時(shí)刻，副邊電感L1中儲(chǔ)存的能量 產(chǎn)生續(xù)流電流給Q1結(jié)電容(或并聯(lián)電容)充電，同時(shí) 將Q2兩端電容電荷放掉。為了實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，Q1關(guān) 斷和Q2開通之間至少要存在一死區(qū)時(shí)間 t1，使 得在Q2開通前D2（并聯(lián)在Q2漏源極）首先導(dǎo)通. Q1關(guān)斷后，D2和Q4導(dǎo)通，這時(shí)候就可以給Q2以開 通觸發(fā)信號了，當(dāng)電流反向后，Q2、Q4導(dǎo)通，能 量再次從原邊傳遞到副邊，于是Q2、Q4都是零電 壓開通。由于對稱性，剩下的半個(gè)周期的工作狀況 與以上完全相同。由此可以得到負(fù)載端輸出電壓。三、電路特點(diǎn)： 1、開關(guān)管的電壓應(yīng)力小，峰值電流小2、變壓器鐵芯的尺寸無