开关电源原理、设计及实例第3章基本PWM变换器主电路拓扑

1、直流-直流变换器也称为斩波器，通过对电力电子器件的通断控制，将直流电压断续地加到负载上，通过改变占空比改变输出电压平均值。本章首先对直流斩波电路进行了简单介绍，重点对5种DC-DC电路拓扑结构、工作原理、关键节点的波形图进行了论述，包括：Buck，Boost，Buck-Boost，Cuk。最后概括地介绍了上述4种结构中参数的计算方法。本章要求了解直流斩波电路技术的内涵，重点掌握4种电路拓扑结构特点、原理及工作过程，从而为开关电源的设计打下基础。 一些拓扑更适用于DC/DC变换器，此时也称为直流斩波电路。直流斩波是将恒定的直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，一般指直接将一种直流电变为另一直

2、流电，不包括直流交流直流变换。电路选择时还要看是大功率还是小功率，高压输出还是低压输出，有些在相同功率输出下使用较少器件和可靠性之间有较好的折中。较小的输入/输出纹波和噪声也是拓扑经常考虑的因素。另外，有些拓扑自身缺陷，需要附加复杂且难以定量分析的电路才能工作。因此，要恰当选择拓扑，熟悉各种不同拓扑的优缺点及使用范围是非常重要的。错误的选择会使电源设计一开始就注定失败。表3-1给出了不同拓扑结构的性能特点，在设计时综合考虑其中的参数，选择最优方案。本章将介绍几种早期的基本拓扑，Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk等并讨论其工作原理、典型波形、优缺点以及应用场合。表3-1 开关电源

3、拓扑的比较3.2.1电路结构及工作原理Buck变换器又称为降压变换器、串联开关稳压电源、三端开关型降压稳压器。由图3-1可知，Buck变换器主要包括：开关元件VT，二极管D1，电感L1，电容C1和反馈环路。而一般的反馈环路由四部分组成：采样网络，误差放大器，脉宽调制器(PWM)和驱动电路。VGL1V1IVT误差放大器反馈环路驱动电阻vwmveaPWM-+VSVtrVref-+ISI0V0RLR1R2C1IL1IC1ID1VTVdc图3-1 Buck变换器结构 为了便于对Buck变换器基本工作原理的分析，我们首先作以下几点合理的假设：a、开关元件VT和二极管D1都是理想元件。它们可以快速的导通和

4、关断，且导通时压降为零，关断时漏电流为零；b、电容和电感同样是理想元件。电感工作在线性区而未饱和时，寄生电阻等于零。电容的等效串联电阻和等效串联电感等于零；c、输出电压中的纹波电压和输出电压相比非常小，可以忽略不计；d、采样网络R1和R2的阻抗很大，从而使得流经它们的电流可以忽略不计。 (d)(c)(b)(a)TonVGVwmOVV1VdcVtrVea图3-2 电路节点波形图 3.2.2 电路关键节点波形T TononT ToffoffV Vdcdc0 00 00 00 0I ID D1 1I IO Ot t0 0I IL L1 1t tt tt tt tI IC C1 1I IVTVTV V

5、1 1T TT Td dT Tidid3.2.3主要参数计算方法3.2.4 Buck变换器优缺点Buck电路输入电流断续，输出电流连续，使用高压侧开关。 DCM Buck相对于CCM Buck来说，可以减小电感匝数，减小开关管的电流应力，但需增大了电感线径，工作峰值电流会加倍，有效值电流也会较大，输出二极管的电流应力较大，这样会导致温升升高，EMC处理难度加大。3.3.1电路结构及工作原理L1vdcVTD1CoR0R1R2VwmVeaVrefV+PWMEA +3.3.2 电路关键节点波形VeaI电流D1电流V+VpeakVwm=PWM输出的脉宽调制电压TonTrTr图3-7 Boost 电路主

6、要波形图电流L1I1I2导通导通I1II2I1I2I1图3-8 连续模式下Boost调整器VT和1D电流波形3.3.3主要参数计算方法3.4.1电路结构及工作原理123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:28-Jul-2011Sheet of File:E:编写教材开关电源技术我编写部分图片图3-9.DdbDrawn By:VsRL1D2C1S1L2D1S2C2+ + + +- -+ +Vo123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:28-Jul-2011Sheet of File:E

7、:编写教材开关电源技术我编写部分图片图3-9.DdbDrawn By:VsRL1L2C2+ + +- -+ +VoABBAS1S2123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:28-Jul-2011Sheet of File:E:编写教材开关电源技术我编写部分图片图3-9.DdbDrawn By:VsRLC+ + +- -+ +VoABBAS1S2C=C2123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:28-Jul-2011Sheet of File:E:编写教材开关电源技术我编写部分图片图3-9.DdbDrawn By:VsRLC+ +- -+ +VoBAS1+ +3.4.2 电路关键节点波形3.4.3主要参数计