開關(guān)電源中有幾種基礎(chǔ)的拓?fù)?，buck拓?fù)潆娐?、boost拓?fù)潆娐芬约胺醇な介_關(guān)電源等等。這些拓?fù)浼扔兴麄兿嗤帲灿衅洫?dú)特性。下面我們研究一下開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如何選擇。

一些拓?fù)溥m用于離線式(電網(wǎng)供電的)AC/DC變換器，其中有些適合小功率輸出(<200W)，有些適合大功率輸出;有些適合較高的AC輸人電壓(>=220V AC)，而有些適合較低的AC輸人電壓的場合;有些在較高的DC輸出電壓( >200V)場合有較大的優(yōu)勢，而有些在較低的DC輸出電壓場合有較大的優(yōu)勢。對于多級電壓輸出的應(yīng)用場合，使用器件較少或是在器件數(shù)與可靠性之間有較好折中是選擇拓?fù)湟紤]的因素。同時(shí)，輸入/輸出紋波和噪聲要求也是選擇拓?fù)湟紤]的重要因素。某些拓?fù)湟蚱浔旧砉逃械木窒扌?，需要輔助電路或更復(fù)雜的電路，使得在某些應(yīng)用場合它的特性變得非常難以分析。

因此，要恰當(dāng)選擇拓?fù)洌煜じ鞣N不同基本拓?fù)涞膬?yōu)缺點(diǎn)是非常重要的。錯(cuò)誤的選擇會(huì)導(dǎo)致電源的性能變差，甚至浪費(fèi)設(shè)計(jì)時(shí)間和成本。因此有必要充分地了解不同拓?fù)涞幕咎匦詤?shù)。

圖1 BOOST 電路拓?fù)浼安ㄐ?/p>

圖1所示的Boost是將較低的未調(diào)整輸入電壓升為較高的調(diào)整輸出電壓，該電路稱為升壓調(diào)整器或升壓電感變換器。

Q1關(guān)斷時(shí)，L1的極性顛倒;將Q1導(dǎo)通時(shí)，L1存儲的能量經(jīng)過D1以更高的電壓釋放給輸出負(fù)載。

在Vdc和開關(guān)管Q1之間串接電感L1，當(dāng)Q1導(dǎo)通時(shí)，電流從電感L1的下端流入Q1。當(dāng)Q1關(guān)斷時(shí)，電流從電感L1的下端通過整流二極管D1輸送給輸出電容C0及負(fù)載。

假設(shè)輸出電壓和電流已建立，電路已穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)QI導(dǎo)通時(shí)(TON)，二極管反偏截止，L1的電流線性上升達(dá)到峰值Ip=Vdc TON /L1

由于在Q1導(dǎo)通時(shí)段輸出電流完全由C0提供，所以C0應(yīng)選得足夠大，以使在TON時(shí)段向負(fù)載供電時(shí)，其電壓降到最小并滿足要求。

Q1關(guān)斷時(shí)，由于電感電流不能突變，L1的電壓極性顛倒，L1異名端電壓相對同名端為正。L1同名端電壓為Vdc，且L1經(jīng)D1向C0充電，使C0兩端電壓(泵升電壓)高于Vdc。此時(shí)電感儲能給負(fù)載提供電流，并補(bǔ)充C0單獨(dú)向負(fù)載供電時(shí)損失的電荷。Vdc在Q1關(guān)斷時(shí)段也向負(fù)載提供能量。

輸出電壓的調(diào)整是通過負(fù)反饋環(huán)控制Q1導(dǎo)通時(shí)間實(shí)現(xiàn)的。若直流負(fù)載電流上升，則導(dǎo)通時(shí)間會(huì)自動(dòng)增加，為負(fù)載提供更多能量。若Vdc下降而TON不變，則峰值電流即L1的儲能會(huì)下降，導(dǎo)致輸出電壓下降。但負(fù)反饋環(huán)會(huì)檢測到電壓的下降，并通過增大TON來維持輸出電壓恒定。

BOOST有兩個(gè)非常不同的工作模式，這些工作模式與電感的狀態(tài)條件有關(guān)。

如果一個(gè)周期結(jié)束時(shí)，電感電流已降到零，則工作于不連續(xù)模式。如果一個(gè)周期結(jié)束時(shí)，電感電流沒有降到零，則工作于連續(xù)模式。

當(dāng)介紹開關(guān)拓?fù)鋾r(shí)，輸出濾波電容一般不包含在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中。因此，開關(guān)拓?fù)涞妮敵鲭娏鞑皇禽敵龅截?fù)載的直流電流，而是流入輸出電容和負(fù)載的合成電流，輸出電容和負(fù)載是并聯(lián)的。

與Buck拓?fù)洳煌珺oost拓?fù)涞妮斎腚娏魇沁B續(xù)的(有一些紋波)，而輸出電流對于任何工作模式都是不連續(xù)的。因此，連續(xù)模式和不連續(xù)模式只是針對電感的電流而言。

如圖1(d)所示，當(dāng)D1電流在Q1下次異通之前下降到零，則電路工作于不連續(xù)模式。

若電流在關(guān)斷結(jié)束時(shí)還未下降到零，則由于電感電流不能突變，Q1下次導(dǎo)通時(shí)電流上升會(huì)有一個(gè)階梯，Q1和D1上的電流將呈典型的階梯斜坡形狀，如圖2所示。

圖2 連續(xù)模式下boost拓?fù)銺1、D1和L1的

此時(shí)電路工作于連續(xù)模式，因?yàn)樵谝粋€(gè)工作周期里電感電流始終大于零。

假設(shè)反饋環(huán)能控制輸出電壓恒定，則當(dāng)R0或Vdc減小時(shí)，反饋環(huán)會(huì)增加Q1異通時(shí)間Ton，以保待輸出電壓恒定。當(dāng)負(fù)載電流增加，R0或Vdc持續(xù)減小，則可能使Ton增大，到下次導(dǎo)通之前Q1和D1電流仍未降到零，此時(shí)電路進(jìn)入連續(xù)工作模式。

能使不連續(xù)模式下反饋環(huán)穩(wěn)定工作的誤差放大，不一定能使連續(xù)模式下的反饋環(huán)穩(wěn)定，并會(huì)產(chǎn)生振蕩。反饋環(huán)理論分析認(rèn)為，連續(xù)工作模式時(shí)boost電路的傳遞函數(shù)存在右半平面零點(diǎn)，穩(wěn)定有右半平面零點(diǎn)的反饋環(huán)的唯辦法是大幅減小誤差放大器的帶寬。

簡而言之，在不連續(xù)工作模式中電感和D1的電流有一段時(shí)間為零。也就是在能量傳遞期間(Q1關(guān)斷和D1導(dǎo)通期間)和能量存儲期問(Q1導(dǎo)通和D1關(guān)斷期間)有一小段時(shí)間間隙。這個(gè)時(shí)間余量(死區(qū))對電源系統(tǒng)運(yùn)行特性非常重要，它在連續(xù)工作模式不會(huì)存在。

充分了解這兩種工作模式是非常重要的。因?yàn)樵诰哂蠦oost功能的任何開關(guān)拓?fù)淅?，它?/strong>