開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)已(yi)經(jing)深(shen)入(ru)到(dao)國(guo)民(min)經(jing)濟(ji)的(de)各(ge)個(ge)行(xing)業(ye)當(dang)中(zhong)，設(she)計(ji)師(shi)或(huo)是(shi)自(zi)行(xing)設(she)計(ji)電(dian)源(yuan)或(huo)是(shi)購(gou)買(mai)電(dian)源(yuan)模(mo)塊(kuai)，但(dan)是(shi)這(zhe)些(xie)電(dian)源(yuan)都(dou)離(li)不(bu)開(kai)電(dian)源(yuan)的(de)各(ge)種(zhong)電(dian)路(lu)拓(tuo)撲(pu)。本(ben)文(wen)先(xian)介(jie)紹(shao)了(le)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)三(san)大(da)基(ji)礎(chu)拓(tuo)撲(pu)：Buck
、Boost、Buck-Boost，並就這三者拓撲之間進行了簡單地組合
，得到了非常巧妙的電路
，例如：正負輸出電源
、雙向電源等，能夠滿足諸如運放供電、電池充放電等某些特殊的需求。

 

 

開關電源三大基礎拓撲為：Buck、Boost、Buck-Boost，大部分開關電源都是采用這幾種基礎拓撲或者其對應的隔離方式，下麵以電感連續模式進行簡單介紹。

 

2.1 Buck降壓型

 

Buck降壓型電路拓撲，有時又稱為Step-down電路，其典型的電路結構如下圖1所示：

 

 

Buck電路的工作原理為：

 

當PWM驅動高電平使得NMOS管T導通的時候，忽略MOS管的導通壓降，等效如圖2，電感電流呈線性上升，MOS導通時電感正向伏秒為：

 

 

當PWM驅動低電平的時候，MOS管截止
，電感電流不能突變，經過續流二極管形成回路（忽略二極管電壓），給輸出負載供電，此時電感電流下降，如下圖3所示
，MOS截止時電感反向伏秒為：

 

 

D為占空比
，0<D<1，因此可以看出，輸出電壓低於輸入電壓
，屬於降壓。

 

2.2 Boost升壓型

 

Boost升壓型電路拓撲
，有時又稱為step-up電路
，其典型的電路結構如下圖4所示：

 

 

同樣地，根據Buck電路的分析方式，Boost電路的工作原理為：

 

 

0<D<1，可以得出，輸出電壓大於輸入電壓

，屬於升壓。

 

2.3 Buck-Boost極性反轉升降壓型

 

Buck-Boost電路拓撲
，有時又稱為Inverting，其典型的電路結構如下圖5所示：

 

 

同樣地，根據Buck電路的分析方式，Buck-Boost電路的工作原理為：

 

 

 

金升陽K78係列的產品采用了Buck降壓型的電路結構進行設計，是LM78XX係列三端線性穩壓器的理想替代品
，效率最高可達96%
，不需要額外增加散熱片，同時還兼有短路保護和過熱保護，值得說明的是它能夠完美支持負輸出。

 

 

上麵提到金升陽K78係列產品可以支持負輸出，這是怎麼做到的呢
？ 

 

從上麵Buck電路以及Buck-Boost電路結構原理來看，主要的區別是兩者二極管與功率電感的位置互換。因此
，若將Buck電路的輸出Vo引腳接成輸入的GND，而之前的輸入GND就變成了負電壓輸出了，即變成了Buck-Boost的電路結構。對應到金升陽K78xx-500R2係列的產品就變成了如下圖6所示的負輸出。

 

 

因此，用2隻K7812-500R2的產品，實現BUCK與BUCK-BOOST電路相結合，可以得到±12V輸出，低的紋波和噪聲可以給運放進行供電。

 

 

需要值得注意的是，由於BUCK-BOOST電路在啟動電流會比BUCK電路大一些，所以會在BUCK-BOOST電壓輸入端加一些緩衝類的器件。

 

 

Buck與Boost兩者相結合

，會得到什麼樣的電路和應用呢？根據不同的控製，可以讓電源從高壓降到低壓，也可以將低壓升到高壓
，可以稱之為雙向DC-DC變換器之一
，典型的應用電路如下圖：

 

 

DC-DCshuangxiangbianhuanqimuqianzhuyaoyingyongzaigedachongfangdianxitongzhong，suizhechunengqijiandefazhandedaoleguangfandiyingyong，zhuyaodexingyezaiqichedianzi，diantijienengxitongdengyingyongxingye。

 

當T2管截止時
，T1管與D1、L等器件構成了Buck型降壓電路，可以實現對後級的負載進行供電；反之
，當T1管截止，T2管與D2二極管、L等器件構成了Boost升壓電路

，對前端電源進行能量補充。目前對T1和T2管的控製以模擬方式控製相對還是比較困難
，均是以數字控製方式為主。

 

下麵是將超級電容運用到電梯能量回收係統中
，將電機的能量在超級電容和直流母線之間進行相互傳遞，降低了能源的損耗。

 

 

由於超級電容充放電電流比較大，普通的功率MOS管已經不適合使用，通常用IGBT來替代，而IGBT驅動在導通和關斷的響應速度上，驅動電源選擇+15V和-9V將會是比較理想的，一方麵+15V能夠完全提供正向驅動的電壓，另一方麵-9V又能夠加速IGBT的關斷。而QP12W05S-37是個不錯的選擇。

 

 

 

基本電源拓撲結構中Buckjiangyaxingyingyongzuiduo
，danshigegejichutuopuzuheshiyong，keyijiejuehenduoleisiyuzhengfudianyuangongdianyijishuangxiangdianyuanyingyongfangmiandewenti。zongzhidianyuanjichutuopujiegousuilao，danshishijiyingyongquekeyiqianbianwanhua。

 

 

《開關電源的原理與設計》（修訂版） 張占鬆 蔡宣三；

《開關電源功率變換器拓撲與設計》 張興柱
；

《精通開關電源設計》（第2版） 【美】馬尼克塔 著 王健強 等譯

 

原文鏈接：http://www.mornsun.cn/html/news/content/870.html