電路結(jié)構(gòu)方式分類

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電路結(jié)構(gòu)方式分類

按轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)方式分類

電源適配器按轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)方式分為非隔離型和隔離型。

1.非隔離型DC-DC轉(zhuǎn)換器
非隔離型DC-DC轉(zhuǎn)換器輸入和輸出共地，適合低壓直流電源適配器轉(zhuǎn)換的場合，包括降壓式、升壓式和升降壓式。非隔離型DC-DC轉(zhuǎn)換器的基本電路如圖所示。

圖非隔離型DC-DC轉(zhuǎn)換器的基本電路

在分析上述電路工作原理時，為簡便起見，假定開關(guān)為理想開關(guān)，電路中各元件的內(nèi)阻忽略不計。另外，輸入電壓為UI、輸出電壓為UO、電感和電容的值足夠大，流經(jīng)電感的電流與電容兩端電壓的紋波非常小。

1）降壓式轉(zhuǎn)換器
（1）工作原理
降壓式轉(zhuǎn)換器也稱Buck電路。其工作原理分解電路如圖所示。當(dāng)開關(guān)S閉合時，等效電路如圖（b）所示，電流見圖中標(biāo)注；VD因承受反壓而截止，電感L勵磁并存儲能量，電容CO開始充電。當(dāng)開關(guān)S斷開時，等效電路如圖（c）所示，電流見圖中標(biāo)注；VD承受正壓而導(dǎo)通，電感L消磁并釋放能量，電容CO開始放電。在以上兩種情形下，電感與負(fù)載的電流方向不變，但圖（b）過程電感電流線性增加，圖（c）過程電感電流線性減小。

圖降壓式轉(zhuǎn)換器分解電路
在換能電路中，如果負(fù)載太輕或電感L數(shù)值太小，在tON期間儲能不足，那么在tOFF還未結(jié)束時能量已放盡，將導(dǎo)致輸出電壓為零，會出現(xiàn)階梯臺階（參見第5章）。為了使輸出電壓的交流分量足夠小，CO的取值應(yīng)足夠大。換言之，只有在L和CO的取值足夠大時，輸出電壓UO和負(fù)載電流IO才是連續(xù)的，L和CO的取值越大，UO的波形越平滑。

由于IO是UI通過開關(guān)管和LCO濾波電路輪流提供的，所以在通常情況下，脈動成分比線性穩(wěn)壓電源適配器要大一些，這是降壓式DC-DC轉(zhuǎn)換器的缺點之一。

（2）降壓公式
當(dāng)開關(guān)S閉合時，加在電感L兩端的電壓為（UI-UO）。這期間，電感L由電壓（UI-UO）勵磁并儲存能量，磁通的增加量為

當(dāng)開關(guān)S斷開時，由于電感電流不能突變，二極管變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。輸出電壓UO與開關(guān)導(dǎo)通時方向相反加到電感L上。這期間，電感L消磁并釋放能量，磁通的減少量為

在穩(wěn)態(tài)時，電感L磁通的增加量與減少量相等。所謂“伏·秒相等原則”，即ΔφON＝ΔφOFF，聯(lián)立式（1-2）和式（1-3），則降壓型轉(zhuǎn)換器的電壓變比M為

注：M＝UO/UI（下同）。
因D≤1，則UO≤UI，故這種轉(zhuǎn)換器是降壓式轉(zhuǎn)換器。

2）升壓式轉(zhuǎn)換器
（1）電源適配器研發(fā)工作原理
升壓式轉(zhuǎn)換器也稱Boost電路。其工作原理分解電路如圖所示。當(dāng)開關(guān)S閉合時，等效電路如圖（b）所示，電流見圖中標(biāo)注；VD因承受反壓而截止，電感L勵磁并存儲能量，電容CO開始放電。當(dāng)開關(guān)S斷開時，等效電路如圖（c）所示，電流見圖中標(biāo)注；VD承受正壓而導(dǎo)通，電感L消磁并釋放能量，電容CO開始充電。在以上兩種情形下，負(fù)載的電流方向不變，但圖（b）過程電感電流線性增加，圖（c）過程電感電流線性減小。

圖升壓式轉(zhuǎn)換器分解電路

（2）升壓公式
當(dāng)開關(guān)S閉合時，輸入電壓UI加在電感L上。這期間，電感L由輸入電壓UI勵磁并儲存能量，磁通的增加量為

當(dāng)開關(guān)S斷開時，由于電感電流不能突變，二極管轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，電壓（UO-UI）與開關(guān)導(dǎo)通時方向相反加到電感L上。這期間，電感L消磁并釋放能量，磁通的減少量為

在穩(wěn)態(tài)時，電感L中磁通的增加量與減少量相等，即ΔφON＝ΔφOFF，聯(lián)立式，則升壓型轉(zhuǎn)換器的電壓變比M為

因D≤1，則UO≥UI，故這種轉(zhuǎn)換器是升壓式轉(zhuǎn)換器。

3）升降壓式轉(zhuǎn)換器
（1）工作原理
升降壓式轉(zhuǎn)換器也稱Buck-Boost電路。其工作原理分解電路如圖（a）所示。當(dāng)開關(guān)S閉合時，等效電路如圖（b）所示，電流見圖中標(biāo)注；VD因承受反壓而截止，電感L勵磁并存儲能量，電容CO開始放電。當(dāng)開關(guān)S斷開時，等效電路如圖（c）所示，電流見圖中標(biāo)注；VD承受正壓而導(dǎo)通，電感L消磁并釋放能量，電容CO開始充電。在以上兩種情形下，負(fù)載的電流方向不變，但圖（b）過程電感電流線性增加，圖（c）過程電感電流線性減小。

圖升降壓式轉(zhuǎn)換器分解電路

（2）升降壓公式
當(dāng)開關(guān)S閉合時，輸入電壓UI加在電感L上。這期間，電感L由輸入電壓UI勵磁并儲存能量，磁通的增加量為

當(dāng)開關(guān)S斷開時，由于電感電流不能突變，二極管轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)。輸出電壓UO與開關(guān)導(dǎo)通時方向相反加到電感L上。這期間，電感L消磁并釋放能量，磁通的減少量為

在穩(wěn)態(tài)時，電感L中磁通的增加量與減少量相等，即ΔφON＝ΔφOFF，聯(lián)立式，則升降壓型轉(zhuǎn)換器的電壓變比M為

當(dāng)0≤D≤0.5時，M≤1，當(dāng)0.5≤D≤1時，M≥1，故這種轉(zhuǎn)換器是升降壓式轉(zhuǎn)換器。

非隔離型DC-DC轉(zhuǎn)換器的控制特性曲線如圖1-12所示。由特性曲線可知，通過控制開關(guān)的占空比D就可以改變輸出電壓的大小。對于這三類轉(zhuǎn)換器，也可以從能量的蓄積與釋放的觀點來說明其基本工作原理。電感勵磁就是蓄積能量，電感消磁就是釋放能量。因此，對于三類轉(zhuǎn)換器，當(dāng)開關(guān)S閉合時，來自電源適配器的能量蓄積在電感L上；當(dāng)開關(guān)S斷開時，蓄積在電感中的能量釋放給負(fù)載。由于它們是改變開關(guān)占空比來控制能量的蓄積與釋放，以獲得直流輸出的一種方式，因此也稱為儲能型（電感就是儲能元件）。

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| 發(fā)布時間：2019.05.22 來源：電源適配器廠家

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