一、開關(guān)電源的控制結(jié)構(gòu)
一般地，開關(guān)電源大致由輸入電路、變換器、控制電路、輸出電路四個(gè)主體組成。如果細(xì)致劃分，它包括：輸入濾波、輸入整流、開關(guān)電路、采樣、基準(zhǔn)電源、比較放大、震蕩器、V/F轉(zhuǎn)換、基極驅(qū)動、輸出整流、輸出濾波電路等。實(shí)際的開關(guān)電源還要有保護(hù)電路、功率因素校正電路、同步整流驅(qū)動電路及其它一些輔助電路等。下面是一個(gè)典型的開關(guān)電源原理框圖，掌握它對我們理解開關(guān)電源有重要意義。
圖1：開關(guān)電源的基本結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)控制類型不同，PM（脈沖調(diào)制）電路可能有多種形式。這里是典型的PFM結(jié)構(gòu)。作用：把輸入電網(wǎng)交流電源轉(zhuǎn)化為符合要求的開關(guān)電源直流輸入電源。有電容輸入型、扼流圈輸入型兩種，開關(guān)電源多數(shù)為前者。含開關(guān)電路、輸出隔離（變壓器）電路等，是開關(guān)電源電源變換的主通道，完成對帶有功率的電源波形進(jìn)行斬波調(diào)制和輸出。功率器件：最常用的有GTR、MOSFET、IGBT。調(diào)制方式：PWM、PFM、混合型三種。PWM最常用。分無抽頭、帶抽頭。半波整流、倍流整流時(shí)，無須抽頭，全波時(shí)必須有抽頭。向驅(qū)動電路提供調(diào)制后的矩形脈沖，達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。基準(zhǔn)電路：提供電壓基準(zhǔn)。如并聯(lián)型基準(zhǔn)LM358、AD589，串聯(lián)型基準(zhǔn)AD581、REF192等。比較放大：把采樣信號和基準(zhǔn)信號比較，產(chǎn)生誤差信號，用于控制電源PM電路。V/F變換：把誤差電壓信號轉(zhuǎn)換為頻率信號。基極驅(qū)動電路：把調(diào)制后的振蕩信號轉(zhuǎn)換成合適的控制信號，驅(qū)動開關(guān)管的基極。把輸出電壓整流成脈動直流，并平滑成低紋波直流電壓。輸出整流技術(shù)現(xiàn)在又有半波、全波、恒功率、倍流、同步等整流方式。
各類拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)電源分析
由于穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感充放電伏秒積相等，因此：
圖2：Buck電路拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)在開關(guān)管S通時(shí)，輸入電源通過L平波和C濾波后向負(fù)載端提供電流；當(dāng)S關(guān)斷后，L通過二極管續(xù)流，保持負(fù)載電流連續(xù)。輸出電壓因?yàn)檎伎毡茸饔?，不會超過輸入電源電壓。利用同樣的方法，根據(jù)穩(wěn)態(tài)時(shí)電感L的充放電伏秒積相等的原理，可以推導(dǎo)出電壓關(guān)系：
圖3：Boost電路拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)這個(gè)電路的開關(guān)管和負(fù)載構(gòu)成并聯(lián)。在S通時(shí)，電流通過L平波，電源對L充電。當(dāng)S斷時(shí)，L向負(fù)載及電源放電，輸出電壓將是輸入電壓Ui+UL，因而有升壓作用。Buck-Boost電路：升/降壓斬波器，入出極性相反，電感傳輸。電壓關(guān)系：Uo/Ui=-Δ/（1-Δ）
圖4：Buck-Boost電路拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)S通時(shí)，輸入電源僅對電感充電，當(dāng)S斷時(shí)，再通過電感對負(fù)載放電來實(shí)現(xiàn)電源傳輸。Cuk電路：升/降壓斬波器，入出極性相反，電容傳輸。電壓關(guān)系：Uo/Ui=-Δ/（1-Δ）。
圖5：Cuk變換器電路拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，Ui對L1充電。當(dāng)S斷開時(shí)，Ui+EL1通過VD對C1進(jìn)行充電。再當(dāng)S閉合時(shí)，VD關(guān)斷，C1通過L2、C2濾波對負(fù)載放電，L1繼續(xù)充電。
S1和S2輪流導(dǎo)通，將在二次側(cè)產(chǎn)生交變的脈動電流，經(jīng)過全波整流轉(zhuǎn)換為直流信號，再經(jīng)L、C濾波，送給負(fù)載。由于電感L在開關(guān)之后，所以當(dāng)變比為1時(shí)，它實(shí)際上類似于降壓變換器。當(dāng)S1和S2輪流導(dǎo)通時(shí)，一次側(cè)將通過電源-S1-T-C2-電源及電源-C1-T-S2-電源產(chǎn)生交變電流，從而在二次側(cè)產(chǎn)生交變的脈動電流，經(jīng)過全波整流轉(zhuǎn)換為直流信號，再經(jīng)L、C濾波，送給負(fù)載。同樣地，這個(gè)電路也相當(dāng)于降壓式拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)。
當(dāng)S1、S3和S2、S4兩兩輪流導(dǎo)通時(shí)，一次側(cè)將通過電源-S2-T-S4-電源及電源-S1-T-S3-電源產(chǎn)生交變電流，從而在二次側(cè)產(chǎn)生交變的脈動電流，經(jīng)過全波整流轉(zhuǎn)換為直流信號，再經(jīng)L、C濾波，送給負(fù)載。這個(gè)電路也相當(dāng)于降壓式拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)。
當(dāng)S導(dǎo)通時(shí)，原邊經(jīng)過輸入電源-N1-S-輸入電源，產(chǎn)生電流。當(dāng)S斷開時(shí)，N1能量轉(zhuǎn)移到N3，經(jīng)N3-電源-VD3向輸入端釋放能量，避免變壓器過飽和。VD1用于整流，VD2用于S斷開期間續(xù)流。
當(dāng)S導(dǎo)通時(shí)，Ui對L1充電。當(dāng)S斷開時(shí)，Ui+EL1對C11及變壓器原邊放電，同時(shí)給C11充電，電流方向從上向下。附邊感應(yīng)出脈動直流信號，通過VD對C12反向充電。在S導(dǎo)通期間，C12的反壓將使VD關(guān)斷，并通過L2、C2 濾波后，對負(fù)載放電。這里的C12明顯是用于傳遞能量的，所以Cuk電路是電容傳輸變換電路。
該電路與推挽電路類似。不同的是，在主通路上串聯(lián)了一個(gè)電感。其作用是在S1、S2斷開期間，使得變壓器能量轉(zhuǎn)移到N3繞組，通過VD3回饋到輸入端。
該電路也與推挽電路類似，并在主通路上串聯(lián)了一個(gè)電感。在開關(guān)導(dǎo)通期間，L積蓄能量。當(dāng)一側(cè)開關(guān)斷開時(shí)，電感電動勢和Ui疊加在一起，對另一側(cè)放電。因此，L有升壓作用。在脈沖調(diào)制電路中，加入R、L諧振電路，使得流過開關(guān)的電流及管子兩端的壓降為準(zhǔn)正弦波。這種開關(guān)電源成為諧振式開關(guān)電源。利用一定的控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)管在電流或電壓波形過零時(shí)切換，這樣對縮小電源體積，增大電源控制能力，提高開關(guān)速度，改善紋波都有極大好處。所以諧振開關(guān)電源是當(dāng)前開關(guān)電源發(fā)展的主流技術(shù)。又分為：1．ZCS——零電流開關(guān)。開關(guān)管在零電流時(shí)關(guān)斷。2．ZVS——零電壓開關(guān)。開關(guān)管在零電壓時(shí)關(guān)斷。具體關(guān)于這個(gè)技術(shù)的簡單介紹，見后面相關(guān)內(nèi)容。脈沖調(diào)制變換器：驅(qū)動波形為方波。PWM、PFM、混合式。諧振式變換器：驅(qū)動波形為正弦波。又分ZCS（零電流諧振開關(guān)）、ZVS（零電壓諧振開關(guān)）兩種。3)Buck-Boost：升/降壓斬波器，入出極性相反，電感傳輸。4)Cuk：升/降壓斬波器，入出極性相反，電容傳輸。
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