《dc／dc变换器的典型电路结构》由会员分享，可在线阅读，更多相关《dc／dc变换器的典型电路结构（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、DCDCDCDC 变换器的典型电路结构变换器的典型电路结构最基本的斩波电路如图 1 所示，斩波器负载为 R。当开关 S 合上时， UOUT=UR=UIN，并持 t1 时间。当开关切断时 UOUTUR0，并持续莎 2 时间， Tt1t2 为斩波器的工作周期，斩波器的输出波形如图 1（b）所示。定义斩波器的占空 比 Dt1T，t1，为斩波器导通时间，T 为通断周期。通常斩波器的工作方式有两种：一 是脉宽调制工作方式，即维持 t1 不变，改变 T；二是脉频调制工作方式，即维持 T 不变， 改变 t1。当占空比 D 从 0 变到 1 时，输出电压的平均值从零变到 UIN，其等效电阻也随着 D 而变化。
2、图 1 降压斩波电路原理在高频稳压开关电源的设计中，普遍采用的是脉宽调制方式。因为频率调制方式容易 产生谐波干扰，而且其滤波器设计也比较困难。（1）降压式（Buck）DCDC 变换器如图 1 所示的直流变换器在使用时的输出纹波较大，为降低输出纹波，可在输出端接 入电感 L、电容 C，如图 2 所示。图中的 VD1 为续流二极管。降压（Buck）式变换器的输 出电压平均值 UOUT 总是小于输入电压 UIN。电路中通过电感的电流（iL）是否连续，取 决于开关频率、滤波电感 L 和电容 C 的数值。图 2 降压式（Buck）变换器当电路工作频率较高时，若电感和电容量足够大并为理想元件，则电路进入稳
3、态后， 可以认为输出电压为常数。当晶体管 VT1 导通时，电感中的电流呈线性上升，因而有式中，ton 为晶体管导通时间；iOUT（max）为输出电流的最大值；iOUT（min）为 输出电流的最小值；ion 为晶体管导通时间内的输出电流变量。当晶体管截止时，电感中的电流不能突变，电感上的感应电动势使二极管导通，这时式中，toff 为晶体管截止时间；ioff 为晶体管截止时间内的输出电流变量。在稳态时式中，i 为输出电流变量。因为电感滤波保持了直流分量，消除了谐波分量，故输出电流平均值为式中，R 为负载电阻。（2）升压式（Boost）DCDC 变换器图 3 为升压式 DCDC 变换器，它由功率晶体
4、管 VT1、储能电感 L、二极管 VD1 及 滤波电容 C 组成。当功率晶体管导通时，电源向电感储能，电感电流增加，感应电动势为 左正右负，负载 Z 由电容 C 供电。当 VT1 截止时，电感电流减小，感应电动势为左负右 正，电感释放能量，与输人电压一起顺极性经二极管向负载供电，并同时向电容充电。这 样就把低压直流变换成了高压直流。在电感电流连续的条件下，电路工作于如图 3（b）所 示的两种状态。图 3 升压式（Boost）DCDC 变换器当晶体管导通、二极管截止（即 0tt1）期间，t10DT。t0 时刻，VT1 导通， 电感中的电流按直线规律上升，UINLIt1。当晶体管由导通变为截止（即
5、 t1tT）期间，电感电流不能突变，电感上产生的感 应电动势会迫使二极管导通，此时则 式中，I 为输入电流变量。将 t1DT，t2（1 D）T 代入上式，则求得Boost DCDC 变换器是一个升压斩波器。当 D 从 0 趋近于 1 时，UOUT 从 UIN 变 到任意大。同理可求得输入电流式中，I 为输入电流；f 为开关转换频率。若忽略负载电流脉动，那么在0，t1期间，电容上泄放的电荷量反映了电容峰-峰 电压的脉动量，即输出电压 Uo 的脉动量。（3）单端正激式 DCDC 变换器单端正激式 DCDC 变换器的电路拓扑如图 4 所示。图中的变压器 T1 起隔离和变压 的作用，在输出端要加一个电
6、感器 Lo（续流电感）起能量的储存及传递作用，变压器初级 需有复位绕组 Nro。在实际使用中，此绕组也可用 R、C、VD 吸收电路取代。如果芯片的 辅助电源用反激供给，则也可削去调整管的部分峰值电压（相当于一部分复位绕组）。输 出回路需有一个整流二极管 VD1 和一个续流二极管 VD2 若变压器使用无气隙的磁芯，则 其铜损较小，变压器温升较低，并且其输出的纹波电压较小。图 4 单端正激式 DCDC 变换器的电路拓扑图（4）单端反激式 DCDC 变换器单端反激式 DCDC 变换器的电路拓扑如图 5 所示。其变压器 T1 起隔离和传递储存 能量的作用，即在开关管 VT 开通时 Np 储存能量，开关
7、 VT 关断时 Np 向 Ns 释放能量。 在输出端需加由电感器 Lo 和两个电容 Co 组成的低通滤波器，变压器初级有由 Cr、Rr 和 VDr 组成的 R、C、VD 漏感尖峰吸收电路。输出回路需有一个整流二极管 VD1。若变压器 使用有气隙的磁芯，则其铜损较大，变压器温度相对较高，并且其输出的纹波电压比较大。 该变换器的优点就是电路结构简单，适用于 200W 以下的电源，输出为多路时具有较好的 交调特性。图 5 单端反激式 DCDC 变换器的电路拓扑图（5）双管正激式 DCDC 变换器双管正激式 DCDC 变换器的电路拓扑如图 6 所示。图中的变压器 T1 起隔离和变压 的用用，在输出端要
8、加一个电感器 Lo（续流电感）起能量的储存及传递作用，变压器初级 无再有复位绕组，因为 VD1、VD2 的导通限制了两个调整管关断时所承受的电压。输出回 路需有一个整流二极管 VD3 和一个续流二极管 VD4（其中 VD3、VD4 最好均选用恢复时 间快的整流管）。输出滤波电容 Co 应选择低 ESR（等效电阻）、大容量的电容，这样有 利于降低纹波电压（对于其他拓扑结构的也是这样要求的）。双管正激式 DCDC 变换器 的工作特点如下。图 6 双管正激式 DCDC 变换器的电路拓扑图在任何工作条件下，为使两个开关管所承受的电压不会超过 UIN、Ud（UIN 为输 入电压；Ud 为 VD1、VD2
9、 的正向压降），VD1、VD2 必须是快恢复管（恢复时间越短越 好，在实际设计和调试中多使用 MUR460）。与单端正激式 DCDC 变换器相比，它无须复位电路，这有利于简化电路和变压 器的设计；其功率器件可选择较低的耐压值；其功率等级也会很大。两个开关管的工作状态一致，会同时处于通态或断态。在大功率等级电源中选用此 种电路，其开关管比较容易选择，比如选择 IRFP460、IRFP460A 等作为开关管即可。（6）双管反激式 DCDC 变换器双管反激式 DCDC 变换器的电路拓扑如图 7 所示。图中的变压器 T1 起隔离和传递 储存能量的作用，即在开关管 VT1、VT2 开通时 Np 储存能量
10、，开关管 VT1、VT2 关断时 Np 向 Np 释放能量，同时 Ns 的漏感将通过 VD1、VD2 返回给输入，可省去 R、C、VD 漏感尖峰吸收电路。在输出端要加由电感器 Lo 和两 Co 电容组成的低通滤波器。输出回路 需有一个整流二极管 VD3。双管反激式 DCDC 变换器的工作特点如下。图 7 双管反激式 DCDC 变换器的电路拓扑图在任何工作条件下，为使两个开关管所承受的电压不会超过 UINUd（Ud 为 VD1，VD2 的正向压降），VD1、VD2 必须是快恢复管。在反激开始时，储存在原边 Np 的漏电感能量会经 VD1、VD2 反馈回输入端，系统 能量损失小，效率高。与单端反激
11、式变换器相比，它无须 R、C、VD 吸收电路；其功率器件可选择较低的 耐压值；其功率等级也会很大。在轻载时，如果在“开通”周期储存在变压器的原边绕组的能量显得过多，那么在“关 断”周期会将过多的能量反馈回输入端。两个开关管的工作状态一致，下管的波形会优于上管的波形。（7）半桥式 DCDC 变换器半桥式 DCDC 变换器的电路拓扑如图 8 所示。图中的变压器 T1，起隔离和传递能 量的作用。开关管 VT1 导通时，Np 绕组上承受一半的输入电压，副边绕组电压使 VD1 导 通；反之亦然。输出回路 VD1，VD2，Lo，Co 共同组成了整流滤波电路。图 8 半桥式 DCDC 变换器的电路拓扑图此电
12、路减小了原边开关管的电压应力，所以是目前比较成熟和常见的电路；有 70以 上的计算机电源、60的电子镇流器都使用此电路。半桥式 DCDC 变换器的工作特点如 下。两个调整管都是相互交替打开的，所以两组驱动波形的相位差要大于 180，且存在 一定的死区时间。C1C3、R1=R2。C1、C2 主要用来自动平衡每个开关管的伏秒值。许多半桥 DCDC 变换器的 C1、C2 多选用高压铝电解电容。因为铝电解电容存在一个高频特性的问题，在实际应用 中可采用 CBB 电容。C3 主要用来滤去影响伏秒平衡的直流分量，应采用 CBB 电容。（8）全桥式 DCDC 变换器全桥式 DCDC 变换器的电路拓扑如图 9
13、 所示。全桥式 DCDC 变换器多用于大功 率等级电源中，其主要特点如下。图 9 全桥式 DCDC 变换器的电路拓扑图变压器的利用率比较高，空载能量可以反馈回电网，电源效率高。稳态无静差，动态响应速度快，系统稳定，抗高频干扰能力强。（9）推挽式 DCDC 变换器推挽式 DCDC 变换器的电路拓扑如图 10 所示。图中的变压器 T1 起隔离和传递能 量的作用。在开关管 VT1 开通时，变压器 T1 的 Np1 绕组工作并耦合到副边 Ns1 绕组， 开关管 VT 关断时 NNp1 向 Ns1 释放能量；反之亦然。在输出端由续流电感器 Lo 和 VD1、VD2 构成副边整流电路。在设计电路时，开关管两端应加由 R、C 组成的吸收电路， 以吸收开关管关断时所产生的尖峰浪涌。推挽式 DCDC 变换器的的工作特点如下。图 10 推挽式 DCDC 变换器的电路拓扑图在任何工作条件下，开关管都承受两倍的输入电压，所以此电路多用于大功率等级 的 DCDC 电源中。两个开关管都是相互交替打开的，所以两组驱动波形相位差要大于 180，并存在一 定的死区时间。
