最基本的斬波電路如圖1所示,，斬波器負(fù)載為R。當(dāng)開(kāi)關(guān)S合上時(shí),，UOUT=UR=UIN,，并持t1時(shí)間。當(dāng)開(kāi)關(guān)切斷時(shí)UOUT＝UR＝0,，并持續(xù)莎2時(shí)間,，T＝t1＋t2為斬波器的工作周期，斬波器的輸出波形如圖1（b）所示,。定義斬波器的占空比D＝t1／T,，t1，為斬波器導(dǎo)通時(shí)間,，T為通斷周期,。通常斬波器的工作方式有兩種：一是脈寬調(diào)制工作方式，即維持t1不變,，改變T,；二是脈頻調(diào)制工作方式，即維持T不變,，改變t1,。當(dāng)占空比D從0變到1時(shí)，輸出電壓的均勻值從零變到UIN,，其等效電阻也隨著D而變化,。
圖1 降壓斬波電路原理
在高頻穩(wěn)壓開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)中，普遍采用的是脈寬調(diào)制方式,。由于頻率調(diào)制方式輕易產(chǎn)生諧波干擾,，而且其濾波器設(shè)計(jì)也比較困難。 ?。?）降壓式（Buck）DC／DC變換器
如圖1所示的直流變換器在使用時(shí)的輸出紋波較大,，為降低輸出紋波，可在輸出端接進(jìn)電感L,、電容C,，如圖2所示。圖中的VD1為續(xù)流二極管,。降壓（Buck）式變換器的輸出電壓均勻值UOUT總是小于輸進(jìn)電壓UIN,。電路中通過(guò)電感的電流（iL）是否連續(xù),，取決于開(kāi)關(guān)頻率、濾波電感L和電容C的數(shù)值,。
圖2 降壓式（Buck）變換器 當(dāng)電路工作頻率較高時(shí),，若電感和電容量足夠大并為理想元件，則電路進(jìn)進(jìn)穩(wěn)態(tài)后,，可以以為輸出電壓為常數(shù),。當(dāng)晶體管VT1導(dǎo)通時(shí)，電感中的電流呈線性上升,，因而有
式中,，ton為晶體管導(dǎo)通時(shí)間；iOUT（max）為輸出電流的最大值,；iOUT（min）為輸出電流的最小值,；Δion為晶體管導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)的輸出電流變量。
當(dāng)晶體管截止時(shí),，電感中的電流不能突變,，電感上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)使二極管導(dǎo)通，這時(shí)
式中,，toff為晶體管截止時(shí)間,；Δioff為晶體管截止時(shí)間內(nèi)的輸出電流變量。
在穩(wěn)態(tài)時(shí)
式中,，Δi為輸出電流變量,。
由于電感濾波保持了直流分量，消除了諧波分量,，故輸出電流均勻值為
式中,，R為負(fù)載電阻。
?。?）升壓式（Boost）DC／DC變換器
圖3為升壓式DC／DC變換器,，它由功率晶體管VT1、儲(chǔ)能電感L,、二極管VD1及濾波電容C組成,。當(dāng)功率晶體管導(dǎo)通時(shí)，電源向電感儲(chǔ)能,，電感電流增加,，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為左正右負(fù)，負(fù)載Z由電容C供電,。當(dāng)VT1截止時(shí),，電感電流減小，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為左負(fù)右正,，電感開(kāi)釋能量,，與輸人電壓一起順極性經(jīng)二極管向負(fù)載供電,，并同時(shí)向電容充電。這樣就把低壓直流變換成了高壓直流,。在電感電流連續(xù)的條件下，電路工作于如圖3（b）所示的兩種狀態(tài),。
圖3 升壓式（Boost）DC／DC變換器
?、佼?dāng)晶體管導(dǎo)通、二極管截止（即0≤t≤t1）期間,，t1＝0～DT,。t＝0時(shí)刻，VT1導(dǎo)通,，電感中的電流按直線規(guī)律上升,，UIN＝LΔI／t1。
?、诋?dāng)晶體管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂梗磘1≤t≤T）期間,，電感電流不能突變，電感上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)會(huì)迫使二極管導(dǎo)通,，此時(shí)則
式中,，ΔI為輸進(jìn)電流變量。
將t1＝DT,，t2＝（1 －D）T代進(jìn)上式,，則求得
Boost DC／DC變換器是一個(gè)升壓斬波器。當(dāng)D從0趨近于1時(shí),，UOUT從UIN變到任意大,。同理可求得輸進(jìn)電流
式中，I 為輸進(jìn)電流,；f 為開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換頻率,。
若忽略負(fù)載電流脈動(dòng)，那么在［0,，t1］期間,，電容上泄放的電荷量反映了電容峰-峰電壓的脈動(dòng)量，即輸出電壓Uo的脈動(dòng)量,。
?。?）單端正激式DC／DC變換器
單端正激式DC／DC變換器的電路拓?fù)淙鐖D4所示。圖中的變壓器T1起隔離和變壓的作用,，在輸出端要加一個(gè)電感器Lo（續(xù)流電感）起能量的儲(chǔ)存及傳遞作用,，變壓器低級(jí)需有復(fù)位繞組Nro。在實(shí)際使用中,，此繞組也可用R,、C,、VD吸收電路取代。假如芯片的輔助電源用反激供給,，則也可削往調(diào)整管的部分峰值電壓（相當(dāng)于一部分復(fù)位繞組）,。輸出回路需有一個(gè)整流二極管VD1和一個(gè)續(xù)流二極管VD2若變壓器使用無(wú)氣隙的磁芯，則其銅損較小,，變壓器溫升較低,，并且其輸出的紋波電壓較小。
圖4 單端正激式DC／DC變換器的電路拓?fù)鋱D
?。?）單端反激式DC／DC變換器
單端反激式DC／DC變換器的電路拓?fù)淙鐖D5所示,。其變壓器T1起隔離和傳遞儲(chǔ)存能量的作用，即在開(kāi)關(guān)管VT開(kāi)通時(shí)Np儲(chǔ)存能量,，開(kāi)關(guān)VT關(guān)斷時(shí)Np向Ns開(kāi)釋能量,。在輸出端需加由電感器Lo和兩個(gè)電容Co組成的低通濾波器，變壓器低級(jí)有由Cr,、Rr和VDr組成的R,、C、VD漏感尖峰吸收電路,。輸出回路需有一個(gè)整流二極管VD1,。若變壓器使用有氣隙的磁芯，則其銅損較大,，變壓器溫度相對(duì)較高,，并且其輸出的紋波電壓比較大。該變換器的優(yōu)點(diǎn)就是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，適用于200W以下的電源,，輸出為多路時(shí)具有較好的交調(diào)特性。
圖5 單端反激式DC／DC變換器的電路拓?fù)鋱D
?。?）雙管正激式DC／DC變換器
雙管正激式DC／DC變換器的電路拓?fù)淙鐖D6所示,。圖中的變壓器T1起隔離和變壓的用用，在輸出端要加一個(gè)電感器Lo（續(xù)流電感）起能量的儲(chǔ)存及傳遞作用,，變壓器低級(jí)無(wú)再有復(fù)位繞組,，由于VD1、VD2的導(dǎo)通限制了兩個(gè)調(diào)整管關(guān)斷時(shí)所承受的電壓,。輸出回路需有一個(gè)整流二極管VD3和一個(gè)續(xù)流二極管VD4（其中VD3,、VD4最好均選用恢復(fù)時(shí)間快的整流管）。輸出濾波電容Co應(yīng)選擇低ESR（等效電阻）,、大容量的電容,，這樣有利于降低紋波電壓（對(duì)于其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的也是這樣要求的）。雙管正激式DC／DC變換器的工作特點(diǎn)如下,。
圖6 雙管正激式DC／DC變換器的電路拓?fù)鋱D
?、僭谌魏喂ぷ鳁l件下,，為使兩個(gè)開(kāi)關(guān)管所承受的電壓不會(huì)超過(guò)UIN、＋Ud（UIN為輸進(jìn)電壓,；Ud為VD1,、VD2的正向壓降），VD1,、VD2必須是快恢復(fù)管（恢復(fù)時(shí)間越短越好,，在實(shí)際設(shè)計(jì)和調(diào)試中多使用MUR460）。
②與單端正激式DC／DC變換器相比,，它無(wú)須復(fù)位電路，這有利于簡(jiǎn)化電路和變壓器的設(shè)計(jì),；其功率器件可選擇較低的耐壓值,；其功率等級(jí)也會(huì)很大。
?、蹆蓚€(gè)開(kāi)關(guān)管的工作狀態(tài)一致,，會(huì)同時(shí)處于通態(tài)或斷態(tài)。在大功率等級(jí)電源中選用此種電路,，其開(kāi)關(guān)管比較輕易選擇,，比如選擇IRFP460、IRFP460A等作為開(kāi)關(guān)管即可,。
?。?）雙管反激式DC／DC變換器
雙管反激式DC／DC變換器的電路拓?fù)淙鐖D7所示。圖中的變壓器T1起隔離和傳遞儲(chǔ)存能量的作用,，即在開(kāi)關(guān)管VT1,、VT2開(kāi)通時(shí)Np儲(chǔ)存能量，開(kāi)關(guān)管VT1,、VT2關(guān)斷時(shí)Np向Np開(kāi)釋能量,，同時(shí)Ns的漏感將通過(guò)VD1、VD2返回給輸進(jìn),，可省往R,、C、VD漏感尖峰吸收電路,。在輸出端要加由電感器Lo和兩Co電容組成的低通濾波器,。輸出回路需有一個(gè)整流二極管VD3。雙管反激式DC／DC變換器的工作特點(diǎn)如下,。
圖7 雙管反激式DC／DC變換器的電路拓?fù)鋱D
?、僭谌魏喂ぷ鳁l件下，為使兩個(gè)開(kāi)關(guān)管所承受的電壓不會(huì)超過(guò)UIN＋Ud（Ud為VD1,，VD2的正向壓降）,，VD1,、VD2必須是快恢復(fù)管。
?、谠诜醇ら_(kāi)始時(shí),，儲(chǔ)存在原邊Np的漏電感能量會(huì)經(jīng)VD1、VD2反饋回輸進(jìn)端,，系統(tǒng)能量損失小,，效率高。
?、叟c單端反激式變換器相比,，它無(wú)須R、C,、VD吸收電路,；其功率器件可選擇較低的耐壓值；其功率等級(jí)也會(huì)很大,。
?、茉谳p載時(shí)，假如在“開(kāi)通”周期儲(chǔ)存在變壓器的原邊繞組的能量顯得過(guò)多,，那么在“關(guān)斷”周期會(huì)將過(guò)多的能量反饋回輸進(jìn)端,。
⑤兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的工作狀態(tài)一致,，下管的波形會(huì)優(yōu)于上管的波形,。
（7）半橋式DC／DC變換器
半橋式DC／DC變換器的電路拓?fù)淙鐖D8所示,。圖中的變壓器T1,，起隔離和傳遞能量的作用。開(kāi)關(guān)管VT1導(dǎo)通時(shí),，Np繞組上承受一半的輸進(jìn)電壓,，副邊繞組電壓使VD1導(dǎo)通；反之亦然,。輸出回路VD1,，VD2，Lo,，Co共同組成了整流濾波電路。
圖8 半橋式DC／DC變換器的電路拓?fù)鋱D
此電路減小了原邊開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力,，所以是目前比較成熟和常見(jiàn)的電路,；有70％以上的計(jì)算機(jī)電源、60％的電子鎮(zhèn)流器都使用此電路,。半橋式DC／DC變換器的工作特點(diǎn)如下,。
①兩個(gè)調(diào)整管都是相互交替打開(kāi)的,，所以兩組驅(qū)動(dòng)波形的相位差要大于180°,，且存在一定的死區(qū)時(shí)間。
?、贑1＝C3,、R1=＝R2。
?、跜1,、C2主要用來(lái)自動(dòng)平衡每個(gè)開(kāi)關(guān)管的伏秒值。很多半橋DC／DC變換器的C1,、C2多選用高壓鋁電解電容,。由于鋁電解電容存在一個(gè)高頻特性的題目，在實(shí)際應(yīng)用中可采用CBB電容,。
④C3主要用來(lái)濾往影響伏秒平衡的直流分量,，應(yīng)采用CBB電容,。
（8）全橋式DC／DC變換器
全橋式DC／DC變換器的電路拓?fù)淙鐖D9所示,。全橋式DC／DC變換器多用于大功率等級(jí)電源中,，其主要特點(diǎn)如下。
圖9 全橋式DC／DC變換器的電路拓?fù)鋱D
?、僮儔浩鞯睦寐时容^高,，空載能量可以反饋回電網(wǎng)，電源效率高,。
?、诜€(wěn)態(tài)無(wú)靜差，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快,，系統(tǒng)穩(wěn)定,，抗高頻干擾能力強(qiáng)。
?。?）推挽式DC／DC變換器
推挽式DC／DC變換器的電路拓?fù)淙鐖D10所示,。圖中的變壓器T1起隔離和傳遞能量的作用。在開(kāi)關(guān)管VT1開(kāi)通時(shí),，變壓器T1的Np1繞組工作并耦合到副邊Ns1繞組,，開(kāi)關(guān)管VT關(guān)斷時(shí)NNp1向Ns1開(kāi)釋能量；反之亦然。在輸出端由續(xù)流電感器Lo和VD1,、VD2構(gòu)成副邊整流電路,。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，開(kāi)關(guān)管兩端應(yīng)加由R,、C組成的吸收電路,，以吸收開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)所產(chǎn)生的尖峰浪涌。推挽式DC／DC變換器的的工作特點(diǎn)如下,。
圖10推挽式DC／DC變換器的電路拓?fù)鋱D
?、僭谌魏喂ぷ鳁l件下，開(kāi)關(guān)管都承受兩倍的輸進(jìn)電壓,，所以此電路多用于大功率等級(jí)的DC／DC電源中,。
②兩個(gè)開(kāi)關(guān)管都是相互交替打開(kāi)的,，所以兩組驅(qū)動(dòng)波形相位差要大于180°,，并存在一定的死區(qū)時(shí)間。
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