【正文】 通期間V1導通時，L1中的電流增量為 。當V1止時，假定L1右端的電感反沖電壓等于輸出電壓V0，則L1上的電壓為，L1中的電流以，而在穩(wěn)態(tài)，導通期間L1中電流的增量應等于關斷期間電流的減量，故有 (22) (23) 由上式可知，當改變占空比D時，就能獲得所需的上升的電壓值。由于占空比D總是小于1，總是大于。Boost電路能將電壓升高的原因是電感L1儲能之后具有使電壓泵升的作用，而電容C能將輸出電壓保持住。 boost電路特點： boost電路的電路相比較其他電路來的簡單，所以成本比較低，另外boost電路的輸出電壓高于輸入電壓，能夠起到升壓作用。 boost電路的轉換效率比較低，所以電源電壓的利用率比較低，輸出的功率較小。由boost電路最為顯著的特點可以知道，boost電路只適用于升壓電路。 buck電路圖 22 buck電路 buck電路的工作原理 Buck電路（圖22）即為降壓斬波電路?？刂泼}沖使Q1導通之后，C開始充電，輸出電壓加到負載R兩端，在C充電過程中，電感L1內的電流逐漸增加，儲存的磁場能量也逐漸增加。此時續(xù)流二極管D1因反向偏置而截止。經(jīng)過時間以后，控制信號使Q1截止，L1中的電流減小，L1中儲存的磁場能量便通過續(xù)流二極管D1傳遞給負載。當負載電壓低于電容C兩端的電壓時，C便向負載放電。經(jīng)過關斷時間后，控制脈沖又使Q1導通，上述過程重復發(fā)生。當控制信號使Q1導通時，電感L1中的電流從最小值增加到最大值，當控制信號使V 截止時，L1中的電流又從最大值下降到。建設Q1具有理想的開關特性，其正向飽和管壓降可以忽略，所以可以列出以下的方程： (24) 由此可得出： (25) (26)Q1導通狀態(tài)終止時，時，L1中的電流達到最大值，得： (27) 在Q1截止期間，L1中的電流經(jīng)續(xù)流二極管D1向負載釋放能量，假若忽略D1的正向壓降，則可得出下列方程: (28) (29) (210) Q1截止狀態(tài)終止時，即T=時，L1中的電流下降到最小值，得： (211) 由上面的公式可得: (212) 式中是開關導通時間，是開關截止時間；T是開關管工作周期，D是占空比。由上式可知，輸出電壓越大開關管的占空比D=成正比，所以通過改變開關管的占空比可以控制輸出平均電壓的大小。由于占空比D總是小于1，所以總是小于，所以這樣的電路稱為降壓斬波電路，即buck變換器。 buck電路的特點 Buck電路只能實現(xiàn)降壓，所以在任何時候，輸出電壓只能比輸入電壓低。由于電路中沒有變壓器，所以輸入和輸出之間沒有隔離。Buck電路的輸出只有一路，不能用于多路輸出，除非加個第二級的電壓調節(jié)器，雖然buck電路即可以工作于電流連續(xù)狀態(tài)，又可以工作于電流總是斷續(xù)的。Buck變換器開關的門極驅動很麻煩，但是buck電路簡單，所以成本比較低，而且buck變換器能把一個正的輸入變換成一個負的輸出。 buckboost電路圖 23 buckboost電路 buckboost電路的工作原理升降壓斬波電路的原理圖如圖23所示。由可控開關Q、儲能電感L、二極管D、濾波電容C、負載電阻RL和控制電路等組成。當開關管Q受控制電路的脈沖信號觸發(fā)而導通時，輸入直流電壓V1全部加于儲能電感L的兩端，感應電勢的極性為上正下負，二極管D反向偏置截止，儲能電感L將電能變換成磁能儲存起來。電流從電源的正端經(jīng)Q及L流回電源的負端。經(jīng)過ton時間以后，開關管Q受控而截止時，儲能電感L自感電勢的極性變?yōu)樯县撓抡?，二極管D正向偏置而導通，儲能電感L所存儲的磁能通過D向負載 RL釋放，并同時向濾波電容C充電。經(jīng)過時間后，控制脈沖又使Q導通，D截止，L儲能，已充電的 C向負載RL放電，從而保證了向負載的供電。此后，又重復上述過程。由上述討論可知，這種升降壓斬波電路輸出直流電壓V2的極性和輸入直流電壓升降壓斬波電路V1的極性是相反的，故也稱為反相式直流交換器。假設儲能電感L足夠大，其時間常數(shù)遠大于開關的周期，流過儲能電感的電流可近似認為是線性的，并設開關管Q及二極管都具有理想的開關特性。分析電路圖可以得到：Q導通期間，D截止，電感L兩端的電壓為V1，呈線性上升。 (213) (214)式(214)中是Q導通前流過L的電流。當時，流過L的電流達到最大值: (215) Q截止期間，D導通，L向負載和C1供電，電感兩端電壓 (216) 式(215)中為Q截止前流過L電流。當在關斷時，Q開始導通，L中電流下降到極小值： (217) (3) 輸入直流電壓U1和輸出直流電壓U2的關系將(217)式代入(215)式可得： (218) (219) (220) 當導通時間小于關斷時間時，d， V2V1，電路屬于降壓式；當導通時間等于關斷時間時，d＝， V2＝V1。當導通時間大于關斷時間時，d， V2V1，電路屬于升壓式。圖24 buckboost電路波形圖 （1）升壓或降壓：輸入電壓總是比輸出電壓高或低嗎，如果不是就不能選擇buck變換器或boost變換器。 （2）占空比：輸入電壓和輸出電壓是否相差5倍以上，如果是，就可能要用變壓器。計算合適的占空比，不要使占空比太小或太大。 （3）需要多少組輸出電壓：如果多于一組，除非再后接電壓調節(jié)器，否則就可能需要變壓器，輸出電壓組數(shù)很多時，建議用多個變換器，這樣做的結果比較理想。 （4）是否需要隔離：考慮電壓的高低，如果需要隔離就需要變壓器。 （5）EMI有什么要求：EMI的要求很高，建議不要輸入電流不連續(xù)的那些拓撲，如buck變換器，boost變換器，最好讓變換器工作于電流連續(xù)模式。 （6）成本高低：對離線式電源來說，也可以用IGBT，否則就考慮MOSTET。 （7）電源是否需要空載工作：如果電源需要空載工作，變換器就要工作于電流斷續(xù)模式，除非是同步整流。 （8）是否能夠同步整流：同步整流不管負載大小如何，都可以是變換器工作于電流連續(xù)模式。 （9）輸出電流的大?。喝绻敵鲭娏骱艽螅x用電壓模式要比電流模式控制好。 拓撲結構的對比分析 Buck電路存在著很多限制，變換電路上只有一個電感，沒有變壓器，這就意味著輸入和輸出之間不可能有隔離。Buck變壓器只能對輸入電壓進行降壓變換，如果輸入電壓比輸出電壓低，變換器就不能正常工作，而且buck電路只有一路輸出，如果需要多路輸出電壓，除非愿意采用第二級電壓調節(jié)器，如接解線性調節(jié)器，buck電路就不能使用；雖然buck電路既可以工作于電流連續(xù)狀態(tài)，又可以工作于電流斷續(xù)狀態(tài)，但是輸入電流總是斷續(xù)的，這就意味著每個周期里，當開關關斷時，輸入電流為零，輸入電流斷續(xù)會使EMI濾波器要比別的電路拓撲更大，而且buck電路不應用門極驅動。 Boost電路一個周期時間內，開關導通時，電壓加于電感上，電流以某一斜率上升，并將能量儲存在電感中，當開關關斷時，電流講過二極管流向輸出電容和負載。但是buck變換器只有一個輸出電壓，無法得到多個輸出電壓，輸出電壓和輸入電壓沒有隔離，輸出電壓不能比輸入電壓低，即使完全關斷開關，輸出電壓只能等于輸入電壓（除去二極管的導通壓降）。如果你需要只有一組輸出且不用隔離的電源，那么boost變換器只需要處理只有一個繞組的電感即可。 正激式變換器需要有一個最小負載，電感必須足夠大，才能保證脈動電流的峰值小于最小負載電流，否則電流就不會連續(xù)，并引起輸出電壓上升，所以正字式變壓器不能工作在空載狀態(tài)，因為無窮大的電感是不現(xiàn)實的。正激式變換器的變壓器不能存儲能量，因此不像反激式變換器那樣有功率上的限制，變換器只有一個電感，用來平滑輸出電容上的電流，正激式變換器可以做到500W甚至更大，這對MOSFET的要求比較高。 反激式變換器，開關導通時，能量存儲于變壓器原邊的電感中，注意變壓器的同名端，當開關關斷時，漏極電壓要高于輸入電壓，變壓器副邊電壓高于地，使二極管導通，向輸出電容和負載提供電源。反激式變換器可以在變壓器副邊有多少個繞組，方便地輸出多組電壓。各個輸出電壓和原邊隔離，而且各組輸出電壓可以任意大小，僅僅通過調節(jié)器的變比就能實現(xiàn)。這種電阻可以工作于電流模式，也可以工作于電流斷續(xù)模式，而且反激式變換器最常見的工作模式是電流斷續(xù)模式。 拓撲結構選擇 我所設計的開關電源的輸入是我們所用的交流電，而輸出是小功率。因為buck變換器是不用變壓器的，是非隔離式的，而且都是針對小功率，只能單方面的升壓或降壓，且不能多路輸出，調試上不出現(xiàn)問題，如果要再多做一路5V的輸出，那就不考慮buck變換器和boast變換器。正激電路的優(yōu)點很多，但正激變換器的變壓器是不能夠存儲能量的，雖然沒有功率上線，但是正激電路多采取雙正激開關電路用在較大的功率電路，而且對于要求嚴格的Mosfet管，以現(xiàn)有的條件限制無法滿足。從實練室現(xiàn)有的材料，我準備采用UC3845芯片，反激式的輸出是5V,正好符合輸出的要求。圖 25 反激電路 反激電路 反激電路的工作原理如圖25的工作過程是，接通V1后，通過啟動電路RRCVD3在VT基極中流過小電流，一次繞組T1原邊啟動，在反饋繞組上產生一個感應電壓；此電壓使VT基極電流增大，導致其集電極電流隨之增大，形成正反饋過程，使VT很快飽和。致使副邊兩端電壓使VD2反偏，隨著VT集電極電流增大，R3上的壓降增加，VT的基極電位由于電路中加了穩(wěn)壓二極管VD3而保持不變，故VT基極電流不斷減小，VT開始退出飽和區(qū),并向截止狀態(tài)轉換。VT的基極電流減小引起集電極電流減小，L1及原邊上的極性均發(fā)生翻轉，VT的基極電流進一步減小，其集電極電流也隨之減小，形成正反饋過程，VT很快截止。在VT截止期間，由于副邊極性翻轉式VD2導通，T在VT導通期間所存儲的磁能轉成電能而釋放，供給負載。當磁能全部釋放完畢，L1上壓降為零時，啟動電路重新開始工作，周而復始，形成自激震蕩。由圖反激波形圖可得： (221) 二極管上的最大反壓為： (222)其中周期和輸入電壓及輸出電壓的關系式為: (223) 從式(223)可知，當Vi、Vo一定時，與Po成反比；當P、Vo一定時，與Vi成反比，屬于脈沖寬度與頻率混合調制，也是自激型反激式電路的主要特性。變壓器一次電流與輸入電壓、輸出電壓之間的關系式為： (224) 從式(224)可知，當Po、Vo一帶那個是，Vi增大，減?。划擵i，Vo一定時，與 Po(即I0)成正比，在=，值最大。 輸出電壓與輸入電壓之間的