基本的不隔離的直流開(kāi)關(guān)電源結構形式和其特點(diǎn)

直流開(kāi)關(guān)電源與線(xiàn)性電源相比一般成本較高，但在有些特別場(chǎng)合卻更簡(jiǎn)單和便宜，甚至幾乎只能用開(kāi)關(guān)電源，如升壓和極性反轉等。直流開(kāi)關(guān)電源還可分為隔離的和不隔離的兩種，隔離的是采用變壓器來(lái)實(shí)現輸入與輸出間的電氣隔離，變壓器還便于實(shí)現多路不同電壓或多路相同電壓的輸出。

直流開(kāi)關(guān)電源結構復雜，設計和分析都有較特別的一套理論和方法，這里主要介紹6種基本的不隔離的直流開(kāi)關(guān)電源結構形式和其特點(diǎn)，便于依據應用場(chǎng)合來(lái)選擇使用。

理想假定：為便于分析，常假定存在如下理想狀態(tài)

1. 電子器件理想：電子開(kāi)關(guān)管Q和D的導通和關(guān)斷時(shí)間為零，通態(tài)電壓為零，斷態(tài)漏電流為零

2. 電感和電容均為無(wú)損耗的理想儲能元件，且開(kāi)關(guān)頻率高于LC的諧振頻率

3. 在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內，輸入電壓Vin保持不變

4. 在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內，輸出電壓有很小的紋波，但可認為基本保持不變，其值為Vo

5. 不計線(xiàn)路阻抗

6. 變換器效率為100%

一、Buck變換器：也稱(chēng)降壓式變換器，是一種輸出電壓小于輸入電壓的單管不隔離直流變換器。

Buck變換器有兩種基本工作方式：

CCM(Continuous current mode)：電感電流連續模式，輸出濾波電感Lf的電流總是大于零

DCM(Discontinuous current mode)：電感電流斷續模式，在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷期間有一段時(shí)間Lf的電流為零

1.1 CCM時(shí)的基本關(guān)系：

輸入電壓Vin不變，輸出電壓Vo變化，常用作電動(dòng)機速度控制或充電器對蓄電池的恒流充電

輸入電壓Vin變化，輸出電壓Vo恒定，即普通開(kāi)關(guān)穩壓電源

1.3 電感電流臨界連續的邊界：

1.3.1 輸入電壓恒定不變時(shí)：Vin=const

可畫(huà)出Buck變換器在Vin=const時(shí)的外特性曲線(xiàn)：

理想情況下，在電流斷續區輸出電壓僅由占空比Dy確定。實(shí)際電路中，因元器件的非理想化，在電感電流的連續區，Buck變換器的外特性也是下降的，即Io加大，Vo降低。為保持Vo不變，在Io增加時(shí)，要適當加大占空比Dy。

1.3.2 輸出電壓恒定不變時(shí)：Vo=const

在電感電流臨界連續時(shí)，若加大負載，則進(jìn)入電流連續工作區；減小負載，則進(jìn)入電流斷續區。

若負載不變，減小輸入電壓Vin，為使Vo不變，應加大Dy，也進(jìn)入電流連續區。

二、Boost變換器：也稱(chēng)升壓式變換器，是一種輸出電壓高于輸入電壓的單管不隔離直流變換器。

2.1 CCM時(shí)的基本關(guān)系：

Q導通時(shí)為電感Lf儲能階段，此時(shí)電源不向負載提供能量，負載靠?jì)τ陔娙軨f的能量維持工作；Q關(guān)斷時(shí)，電源和電感共同向負載供電，此時(shí)還給電容Cf充電。變換器必須接負載，不然會(huì )因能量不斷送到負載端而使Vo不斷升高而損壞。