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开关电源主电路拓扑结构的分析与比较

作者:时间:2013-05-30来源:网络收藏

1 引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/175149.htm

被誉为高效节能电源。它代表着稳压电源的发展方向,现已成为稳压电源的主流产品。

的基本结构通常由功率转换主电路和控制电路两大部分所组成。其中主电路进行功率转换,它是的核心部分,对电源设备的电性能、效率、温升、可靠性、体积和重量等指标有决定性的作用。

主电路中开关转换器的拓扑结构,是指能用于转换、控制和调节输入电压的功率开关元件和储能元件的不同配置。开关转换器拓扑结构可分为两种基本类型:非隔离式和隔离式。这两种类型中又各自包含有不同的电路拓扑种类。

2 非隔离开关转换器

对于小功率转换器(例如100W以下),实际上用开关晶体管、开关二极管、电感、电容各一个,就可以组成一台非隔离式DC/DC转换器,是各种 DC/DC转换器中最简单的拓扑。其主电路的核心是三端PWM开关,它表示DC/DC转换器PWM开关组合。开关晶体管、开关二极管和电感元件的不同组合,可以构成降压(Buck)、升压(Boost)、降压-升压型(Buck-Boost)和升压-降压型(Boost -Buck)型4种DC/DC转换器的拓扑结构。

2.1降压型拓扑结构

降压型DC/DC转换器将输入电压变换成 0≤U0≤Ui 的稳定输出电压,所以又称降压开关电源。图1为降压型DC/DC转换器的典型电路。Ui 为输入电源,通常为电池或电池组。S是主开关管,二极管D是辅助开关管,也称为整流管,一般使用具有较低正向导通电压的肖特基二极管。S是由来自控制电路的脉冲信号控制开关。RL表示负载电阻。

开关电源主电路拓扑结构的分析与比较 power.21ic.com  图1 降压型DC/DC转换器电路

图1 降压型DC/DC转换器电路

在一个开关周期中,首先,在控制电路作用下S导通,二极管因受反向偏压而截止,电流由电池流经S、电感L到电容C和负载。电感电流持续上升,电感储能在增加,能量由电池传送到电感并存储在电感中;第二阶段,控制电路使S截止,切断电池和电感元件的连接,于是电感产生感生电动势使电流维持原来的流向,二极管 D导通,为电感电流构成通路,电流由电感L流向电容C和负载,电感电流随着时间而下降,能量由电感流向负载。

经电感L、电容C滤波,在负载RL上可得到脉动很小的直流电压Uo。为推导降压型DC/DC转换器的输出电压与输入电压间的关系,在主开关管S导通、二极管D截止时,忽略S管的正向导通压降;整流管导通、主开关管关断时,忽略二极管的压降 ;忽略电感、电容的寄生电阻。因为只有在开关管导通期间,储能电感 L的电流增加量和开关管截止期间储能电感L中的电流减少量相等时,电路才达到平衡状态,即在稳态时,电感充放电伏秒积相等,因此:

开关电源主电路拓扑结构的分析与比较

D为占空比。改变D,输出电压Uo的平均值也就随之改变。因此,当负载及电网电压变化时,可以通过闭合的反馈控制回路自动地调整占空比D来使输出电压Uo维持不变。

2.2升压型拓扑结构

升压型DC/DC转换器将输入电压变换成较高的稳定输出电压,又称升压开关电源。

如图2是升压型开关电源的典型电路。Ui 为输入电源,S是主开关管,D是整流管。该电路的每个开关周期同样可分为两个阶段:第一阶段,S导通,忽略开关管的正向导通压降,D截止。此时,电感电流线性上升,能量从输入电源转换成磁场能存储在电感L中,负载RL上得到的电压由电容C提供;第二阶段:S截止,电感电流 开始线性下降,能量由电感元件流向负载。经电容C滤波,在负载RL上可得到脉动很小的直流电

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