关键词：开关电源 线性电源 电源模块 Buck Boost Buck-Boost 双向电源

1、 摘要

开关电源已经深刻到公平易近经济的各个行业傍边，设计师或是自行设计电源或是购买电源模块，然则这些电源都离不开电源的各类电路拓扑。本文先介绍了开关电源的三大年夜基本拓扑：Buck、Boost、Buck-Boost，并就这三者拓扑之间进行了简单地组合，获得了异常奇妙的电路，例如：正负输出电源、双向电源等，可以或许知足诸如运放供电、电池充放电等某些特别的需求。

2、 开关电源基本拓扑

开关电源三大年夜基本拓扑为：Buck、Boost、Buck-Boost，大年夜部分开关电源都是采取这几种基本拓扑或者其对应的隔离方法，下面以电感持续模式进内行单介绍。

Buck降压型电路拓扑，有时又称为Step-down电路，其典范的电路构造如下图1所示：

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Buck电路的工作道理为：

当PWM驱动高电平使得NMOS管T导通的时刻，忽视MOS管的导通压降，等效如图2，电感电流呈线性上升，MOS导通时电感正向伏秒为：

2.1 Buck降压型

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当PWM驱动低电平的时刻，MOS管截止，电感电流不克不及突变，经由续流二极管形成回路（忽视二极管电压），给输出负载供电，此时电感电流降低，如下图3所示，MOS截止时电感反向伏秒为：

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D为占空比，0

2.2 Boost升压型

Boost升压型电路拓扑，有时又称为step-up电路，其典范的电路构造如下图4所示：

大年夜膳绫擎Buck电路以及Buck-Boost电路构造道理来看，重要的差别是两者二极管与功率电感的地位交换。是以，若将Buck电路的输出Vo引脚接成输入的GND，而之前的输入GND就变成了负电压输出了，即变成了Buck-Boost的电路构造。对应到金升阳K78xx-500R2系列的产品就变成了如下图6所示的负输出。 alt="" />

同样地，根据Buck电路的分析方法，Boost电路的工作道理为： alt="" />

同样地，根据Buck电路的分析方法，Buck-Boost电路的工作道理为： alt="" />

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2.3 Buck-Boost极性反转起落压型

Buck-Boost电路拓扑，有时又称为Inverting，其典范的电路构造如下图5所示： alt="" />

3、 Buck与Buck-Boost组合

金升阳K78系列的产品采取了Buck降压型的电路构造进行设计，是LM78XX系列三端线性稳压器的幻想替代品，效力最高可达96%，不须要额外增长散热片，同时还兼有短路保护和过热保护，值得解释的是它可以或许完美支撑负输出。

膳绫擎提到金升阳K78系列产品可以支撑负输出，这是怎么做到的呢？

是以，用2只K7812-500R2的产品，实现BUCK与BUCK-BOOST电路相结合，可以获得±12V输出，低的纹波和噪声可以给运放进行供电。 alt="" />

须要值得留意的是，因为BUCK-BOOST电路在启动电流会比BUCK电路大年夜一些，所以会在BUCK-BOOST电压输入端加一些缓冲类的器件。

4、 Buck与Boost组合

当T2管截止时，T1管与D1、L等器件构成了Buck型降压电路，可以实现对后级的负载进行供电；反之，当T1管截止，T2管与D2二极管、L等器件构成了Boost升压电路，对前端电源进行能量弥补。今朝对T1和T2管的┞菲握以模仿方法控制相对照样比较艰苦，均是以数字控制方法为主。

Buck与Boost两者相结合，会获得什么样的电路和应用呢？根据不合的┞菲握，可以让电源大年夜高压降到低压，也可以将低压升到高压，可以称之为双向DC-DC变换器之一，典范的应用电路如下图： alt="" />

DC-DC双向变换器今朝重要应用在各大年夜充放电体系中，跟着储能器件的成长获得了广泛地应用，重要的行业袈溱汽车电子，电梯节能体系等应用行业。

下面是将超等电容应用到电梯能量收受接收体系中，将电机的能量在超等电容和直流母线之间进行互相传递，降低了能源的损耗。 alt="" />

因为超等电容充放电电流比较大年夜，通俗的功率MOS管已经不合适应用，平日用IGBT来替代，而IGBT驱动在导通和关断的响应速度上，驱动电源选择+15V和-9V将会是比较幻想的，一方面+15V可以或许完全供给正向驱动的电压，另一方面-9V又可以或许加快IGBT的关断。而QP12W05S-37是个不错的选择。 alt="" />

5、 总结

根本电源拓扑构造中Buck降压型应用最多，然则各个基本拓扑组合应用，可以解决很多类似于正负电源供电以及双向电源竽暌功用方面的问题。总之电源基本拓扑构造虽老，然则实际应用却可以千变万化。

6、 参考文献

《开关电源的道理与设计》（修订版） 张占松 蔡宣三； 《开关电源功率变换器拓扑与设计》 张兴柱； 《精晓开关电源设计》（第2版） 【美】马尼克塔 著 王健强 等译