電源基礎知識科普 基本開關變換拓撲

BOSHIDA電源模塊 電源基礎知識科普 基本開關變換拓撲

請注意，在些特定應用場合， 人們使用這此相同的元器件進行了許業其他的組合。大多數已通過實踐證明實用性不強，但在這里有兩個拓撲值得一提。

第一個即是組合了Buck 和Boost電路，稱之為“Buck 或Boost“變換器，如圖4.2所示。

該電路將Buck電路的輸人端和Boost電路的輸出端進行組合，并在中間用一個共用電感結合起來。此種拓撲結構的主要優點是能夠將輸出電壓調節到一個固定的值， 同時輸入電壓可以在高于或低于輸出電壓的范圍內連續變化。此電路的一個重要應用是鋰(Li-ion)電池充電電路，它將固定的低電壓(例如從33V電源電壓)向鋰離子(Li-ion)電池進行充電，其輸出電壓會從2.7V充電到4.5V。

分析此電路，可以看到，該電路是一個降壓或升壓結構， 因為當VIN 低于VouT時，輸入開關管保持導通，輸人整流二極管截止， 而升壓電路正常工作以調節輸出。然而，當VIN 高于VouT時，升壓開關管保持截止，輸出整流二極管持續導通，而輸入二極管作為續流使用，降壓電路對輸出電壓進行調節。設計時必須要注意，以確保各個狀態之間的平穩過渡。

除了不受限制的VIN、VouT 關系之外，另一個優點是設計只用一個電感。但一個隱藏的缺點就是在半導體器件數量上增加了一倍，而其中每個半導體器件卻還沒有被充分使用，這會增加導通損耗，另外還需要給兩個功率開關管提供單獨柵極驅動電路。

另一個比較實用的電路是組合了Boost和Flyback的變換器，這稱之為SPEIC電路，它是一個單端原邊電感轉換器，如圖4.3所示。

該電路可以通過單個對地參考的開關管來實現輸出高于或低于輸人電壓工作，由于開關管是對地的，從而簡化了柵極驅動。電感位于輸入端，可以更容易濾除掉輸入端的噪聲，并且通過串聯電容可以提供浪涌電流控制和實現短路保護。另一個好處是串聯電容將鉗位兩個半導體器件(開關管和整流二極管)上的峰值電壓。雖然也需要兩個電感.但因為這兩個電感的繞組可以纏繞在同一個磁芯上，所以這個還是可以接受的。但是，此拓撲的挑戰在于，主回路中流過所串聯的電容的電流有效值很大，如何通過設計補償電路來確保系統穩定。同時由于開關管和整流二極管都必須承受截止關斷時的高電壓，幅值為( VIN+ VouT ), 并且其電流大小為輸人和輸出電流峰值的電流之和，這對半導體器件選型提出了較高的要求，所以還需要考慮成本和效率上的折中。

審核編輯：湯梓紅