開(kāi)關(guān)電源簡(jiǎn)介—— 開(kāi)關(guān)電源常用的基本拓撲約有14種。

開(kāi)關(guān)電源常用的基本拓撲約有14種每種拓撲都有其自身的特點(diǎn)和適用場(chǎng)合。一些拓撲適用于離線(xiàn)式（電網(wǎng)供電的）AC/DC變換器。其中有些適合小功率輸出(<200W)，有些適合大功率輸出：有些適合高壓輸入(≥220V AC)，有些適合120V AC或者更低輸入的場(chǎng)合：有些在高壓直流輸出（>～200V）或者多組（4-5組以上）輸出場(chǎng)合有較大的優(yōu)勢；有些在相同輸出功率下使用器件較少或是在器件數與可靠性之間有較好的折中。較小的輸入／輸出紋波和噪聲也是選擇拓撲經(jīng)?？紤]的因素。

一些拓撲更適用于DC/DC變換器。選擇時(shí)還要看是大功率還是小功率，高壓輸出還是低壓輸出，以及是否要求器件盡量少等。另外，有些拓撲自身有缺陷，需要附加復雜且難以定量分析的電路才能工作。

因此，要恰當選擇拓撲，熟悉各種不同拓撲的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍是非常重要的。錯誤的選擇會(huì )使電源設計一開(kāi)始就注定失敗。

本章將介紹幾種早期的基本拓撲-buck、boost及反極性調整器并討論其基本工作原理、典型波形、優(yōu)缺點(diǎn)以及應用場(chǎng)合。不同輸出功率、不同輸入電壓及其波動(dòng)范圍下晶體管的峰值電流電壓應力，輸入電流與輸出功率和輸入電壓之間的關(guān)系，以及效率及DC導通損

耗和AC開(kāi)關(guān)損耗，都將在本章介紹。

為說(shuō)明開(kāi)關(guān)型調整器的由來(lái)，下面先討論其前身——線(xiàn)性調整器（或稱(chēng)串聯(lián)型調整器）。

1.2  線(xiàn)性調整器——開(kāi)關(guān)調整器的原型

1.2.1

開(kāi)關(guān)電源 基本工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)

線(xiàn)性調整器的基本電路如圖1.1(a)所示，它由一個(gè)工作在線(xiàn)性區的晶體管與負載串聯(lián)構成。晶體管相當于一個(gè)可變電阻。首先，R1和R2組成的分壓網(wǎng)絡(luò )對輸出電壓采樣：然后，采樣電壓輸入到誤差放大器同參考電壓進(jìn)行比較：最后，誤差放大器輸出電壓經(jīng)電流放大器驅動(dòng)串聯(lián)的功率晶體管。

調整原理如下：直流輸出電壓由于輸入電壓升高或輸出負載電流減小而升高時(shí)，串接晶體管（設為NPN型）基極電壓下降，其等效電阻阻值加大，使輸出電壓降低，從而保持采樣電壓等于參考電壓。這種負反饋控制在輸出電壓由于輸入電壓下降或負載電流增加而下降時(shí)也同樣起作用。此時(shí)，誤差放大器輸出會(huì )使串接晶體管基極電壓上升，集射極電阻減小，直流輸出電壓升高，使采樣電壓等于參考電壓。

實(shí)質(zhì)上，輸入電壓的任何變化（不管是由于交流輸入網(wǎng)壓的紋波，還是由于輸入電壓規定范圍內的穩態(tài)波動(dòng)，或是由于負載瞬變造成的輸入電壓瞬態(tài)變化）都會(huì )被串聯(lián)晶體管等效電阻所調整.使輸出電壓保持不變暗，其恒定程度與反饋放大器的的開(kāi)環(huán)增益相關(guān)

圖1.1(a)Ql與負載串聯(lián)起可變電阻作用：負反饋環(huán)通過(guò)改變其阻值以保持輸出電壓Vo的穩定。(b)線(xiàn)性調整器的壓差。若串聯(lián)NPN型晶體管，則應保證交流輸入電壓Vac最低時(shí)對應的直流電壓的紋波谷值與輸出電壓Vo之間有2.5V的壓差反饋回路完全是直流耦合。由于整個(gè)回路沒(méi)有開(kāi)關(guān)器件，所以回路各點(diǎn)的直流電壓都可預測和計算。電路中沒(méi)有變壓器并且不存在引起RFI噪聲的瞬態(tài)尖峰電壓或電流。由于晶體管不工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所以不存在晶體管的下降電流和上升電壓瞬時(shí)重疊造成的交流開(kāi)關(guān)損耗。所有功耗只是電路各元件的直流損耗，很容易計算。

1.2.2

線(xiàn)性調整器的缺點(diǎn)

直到20世紀60年代初期，這種簡(jiǎn)單的直流耦合串聯(lián)型調整器一直是數十億美元產(chǎn)值的電源工業(yè)的主要產(chǎn)品。但是，這種電源只能降壓，而且它的輸出與輸入之間有公共端，通常需要另加電路實(shí)現輸出與輸入的隔離。此外，其初始直流輸入電壓，即圖1.1(a)中的V，一般由工頻變壓器次級整流獲得，而工頻變壓器的體積和重量限制了它的推廣應用。

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