1,、電源的分類

我們常見到的電源按照輸入輸出的類型主要分為三種：AC/DC,，DC/DC，DC/AC（逆變器）,。如下圖所示：

1.1 開關(guān)電源的概念

    開關(guān)電源是指利用電力電子技術(shù),，控制開關(guān)管的開通和關(guān)斷時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源（開關(guān)管通常是MOS,、三極管,、IGBT等）。按照輸入輸出類型分為交流開關(guān)電源和直流開關(guān)電源,，按照開關(guān)管類型又可單獨分為線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器,。在這里重點介紹直流開關(guān)電源

1.2 DC/DC

廣義上的DC/DC電源我們按照開關(guān)管的類型分為線性電源和開關(guān)電源兩種。

線性電源：又稱為線性電源,、低壓差穩(wěn)壓器,、LDO（Low Dropout Regulator）。

開關(guān)電源：又稱為開關(guān)電源,、DC/DC（狹義上的叫法,，根據(jù)不同的習(xí)慣叫法不同）

注：線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器的區(qū)別

線性電源：①傳輸元件工作在線性區(qū)，它沒有開關(guān)的跳變,；

                 ②僅限于降壓轉(zhuǎn)換,，很少會看到升壓的應(yīng)用。

開關(guān)電源：①傳輸器件開關(guān)在每個周期完全接通和完全關(guān)斷的狀態(tài)

                 ②里面至少包括一個電能儲能的元件,，如：電感器或者電容器,；

                 ③多種拓撲結(jié)構(gòu)（降壓、升壓,、降壓-升壓等）

    開關(guān)電源按照隔離方式又分為非隔離型和隔離型,，非隔離型按照充電方式又分為電感形式和電容形式（電荷泵）。隔離型又分為正激型和反激型,。

2,、開關(guān)電源的兩種基本拓撲結(jié)構(gòu)

2.1 降壓電路 BUCK

2.1.1 降壓電路的概念

 如圖所示，電路中僅包含一個直流源DC,，一個開關(guān)S和一個負載R,，以一定頻率對S進行操作。

S=1,，開關(guān)導(dǎo)通,，時間t_on,，Vo=Vi；S=0,，開關(guān)斷開,，時間t_off，Vo=0

設(shè)占空比D,，S動作周期為T,，則可計算輸出電壓平均值為：Vo=D*Vi,，D≤1,因此我們可以知道輸出電壓永遠是小于輸入電壓的,。

在上述電路的基礎(chǔ)上，我們增加一些元器件讓電路變得更加完整：

①輸出端增加電容C,，平滑輸出電壓

②增加電感L,，抑制電流突變，同時用于儲存電流

③增加二極管D,，開關(guān)斷開時提供續(xù)流回路

④將開關(guān)更改為功率開關(guān)管

以下就得到了典型的BUCK電路模型：

狀態(tài)一：當開關(guān)閉合時,，輸入的能量從電源Vi，通過S→電感器L→電容器C→負載R供電,，此時電感器L同時也在儲存能量,。

狀態(tài)二：當S關(guān)斷時，能量不再是從輸入端獲得,，而是通過續(xù)流回路,，從電感器L存儲的能量→電容C→負載R→二極管D。 

2.1.2 電壓-電流波形

開關(guān)導(dǎo)通的時候,，能量從輸入向輸出傳遞,，Iq電流斜率上升，此時Id電流是沒有的,；當輸出電壓高到一定程度時,，開關(guān)就斷開，這是電感,、負載,、二極管形成自然的續(xù)流回路，Id電流開始線性減少,，此時Iq電流是沒有的,。當電壓低到一定程度后，重新開通開關(guān),；通過這樣高頻率的開通和關(guān)斷,，就形成一個穩(wěn)定的輸出電壓。

2.1.3 降壓轉(zhuǎn)換器拓撲

    上圖就是一個降壓轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu),，我們可以通過兩個電阻的分壓采樣輸出的電壓,，再經(jīng)過一個比較器和基準比較,，如果輸出小于基準，MOS管就開通,；如果輸出大于基準,，就關(guān)斷MOS管。 

2.2 升壓電路 BOOST

2.2.1 升壓電路的概念

  我們已經(jīng)知道通過對電壓回路的不斷開合從而實現(xiàn)降壓,，但是卻不能實現(xiàn)升壓,。我們換一條思路，假設(shè)在線路的傳輸過程中,，線路不存在損耗,，即輸出功率等于輸入功率

                              P= Vin*Iin=Vout*Iout

在功率不變的情況下，只要降低傳輸過去的輸出電流Iout,，則可以提高輸出電壓,。所以升壓電流就等同于設(shè)計一個降流電流，僅包含一個輸入電流源,，一個開關(guān)S和一個負載R,。因為開關(guān)要實現(xiàn)對輸出的分流，所以開關(guān)要和負載進行并聯(lián),。如下圖所示：

S=1,，開關(guān)導(dǎo)通，時間t_on,，i_o=0,；S=0，開關(guān)斷開,，時間t_off,，i_o=i_i

輸出電流的平均值：I_o=（1-D）I_i

功率不變的條件下，電壓與電流成反比則輸出電壓為：Vo=1/（1-D）*Vi,，D≤1,因此我們可以知道輸出電壓永遠是高于輸入電壓的,。

在上述電路的基礎(chǔ)上，我們增加一些元器件讓電路變得更加完整：

①現(xiàn)實中是很難找到電流源,，我們把一個電壓源串聯(lián)電感近似于一個電流源,；

②輸出端增加電容C，平滑輸出電壓,；

③使用二極管加功率開關(guān)器件替換開關(guān)S,，防止電容短路且提供供電回路；

以下就得到了典型的BOOST電路模型：

狀態(tài)一：當開關(guān)閉合時,，輸入的能量從電源Vi,，對電感充電，形成的回路是：輸入Vi→電感L→開關(guān)管Q；

狀態(tài)二：當開關(guān)管關(guān)斷時,，輸入的能量和電感能量一起向輸出提供能量,，形成的回路是：輸入Vi→電感L→二極管D→電容C→負載R，因此這時候輸出的電壓肯定就比輸入的電壓高,，從而實現(xiàn)升壓,。

2.2.2 電壓-波形電流

2.2.3 升壓轉(zhuǎn)換器拓撲

上圖所示升壓轉(zhuǎn)換器的控制回路是通過分壓電阻的采樣，然后經(jīng)過誤差比較器和基準源比較,，最后輸出PWM,。

2.3 總結(jié)

①BUCK、BOOST電路中都包含了三個元器件,，電感,、開關(guān)管、二極管,，將BOOST中的三個元器件順時針旋轉(zhuǎn)180°得到BUCK電路,。

②在上述電路中,，占空比越大,，效率越高，損耗越小,。