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电路结构方式分类

按转换器的电路结构方式分类

电源适配器按转换器的电路结构方式分为非隔离型和隔离型。

1.非隔离型DC-DC转换器
非隔离型DC-DC转换器输入和输出共地，适合低压直流电源适配器转换的场合，包括降压式、升压式和升降压式。非隔离型DC-DC转换器的基本电路如图所示。

图非隔离型DC-DC转换器的基本电路

在分析上述电路工作原理时，为简便起见，假定开关为理想开关，电路中各元件的内阻忽略不计。另外，输入电压为UI、输出电压为UO、电感和电容的值足够大，流经电感的电流与电容两端电压的纹波非常小。

1）降压式转换器
（1）工作原理
降压式转换器也称Buck电路。其工作原理分解电路如图所示。当开关S闭合时，等效电路如图（b）所示，电流见图中标注；VD因承受反压而截止，电感L励磁并存储能量，电容CO开始充电。当开关S断开时，等效电路如图（c）所示，电流见图中标注；VD承受正压而导通，电感L消磁并释放能量，电容CO开始放电。在以上两种情形下，电感与负载的电流方向不变，但图（b）过程电感电流线性增加，图（c）过程电感电流线性减小。

图降压式转换器分解电路
在换能电路中，如果负载太轻或电感L数值太小，在tON期间储能不足，那么在tOFF还未结束时能量已放尽，将导致输出电压为零，会出现阶梯台阶（参见第5章）。为了使输出电压的交流分量足够小，CO的取值应足够大。换言之，只有在L和CO的取值足够大时，输出电压UO和负载电流IO才是连续的，L和CO的取值越大，UO的波形越平滑。

由于IO是UI通过开关管和LCO滤波电路轮流提供的，所以在通常情况下，脉动成分比线性稳压电源适配器要大一些，这是降压式DC-DC转换器的缺点之一。

（2）降压公式
当开关S闭合时，加在电感L两端的电压为（UI-UO）。这期间，电感L由电压（UI-UO）励磁并储存能量，磁通的增加量为

当开关S断开时，由于电感电流不能突变，二极管变为导通状态。输出电压UO与开关导通时方向相反加到电感L上。这期间，电感L消磁并释放能量，磁通的减少量为

在稳态时，电感L磁通的增加量与减少量相等。所谓“伏·秒相等原则”，即ΔφON＝ΔφOFF，联立式（1-2）和式（1-3），则降压型转换器的电压变比M为

注：M＝UO/UI（下同）。
因D≤1，则UO≤UI，故这种转换器是降压式转换器。

2）升压式转换器
（1）电源适配器研发工作原理
升压式转换器也称Boost电路。其工作原理分解电路如图所示。当开关S闭合时，等效电路如图（b）所示，电流见图中标注；VD因承受反压而截止，电感L励磁并存储能量，电容CO开始放电。当开关S断开时，等效电路如图（c）所示，电流见图中标注；VD承受正压而导通，电感L消磁并释放能量，电容CO开始充电。在以上两种情形下，负载的电流方向不变，但图（b）过程电感电流线性增加，图（c）过程电感电流线性减小。

图升压式转换器分解电路

（2）升压公式
当开关S闭合时，输入电压UI加在电感L上。这期间，电感L由输入电压UI励磁并储存能量，磁通的增加量为

当开关S断开时，由于电感电流不能突变，二极管转为导通状态，电压（UO-UI）与开关导通时方向相反加到电感L上。这期间，电感L消磁并释放能量，磁通的减少量为

在稳态时，电感L中磁通的增加量与减少量相等，即ΔφON＝ΔφOFF，联立式，则升压型转换器的电压变比M为

因D≤1，则UO≥UI，故这种转换器是升压式转换器。

3）升降压式转换器
（1）工作原理
升降压式转换器也称Buck-Boost电路。其工作原理分解电路如图（a）所示。当开关S闭合时，等效电路如图（b）所示，电流见图中标注；VD因承受反压而截止，电感L励磁并存储能量，电容CO开始放电。当开关S断开时，等效电路如图（c）所示，电流见图中标注；VD承受正压而导通，电感L消磁并释放能量，电容CO开始充电。在以上两种情形下，负载的电流方向不变，但图（b）过程电感电流线性增加，图（c）过程电感电流线性减小。

图升降压式转换器分解电路

（2）升降压公式
当开关S闭合时，输入电压UI加在电感L上。这期间，电感L由输入电压UI励磁并储存能量，磁通的增加量为

当开关S断开时，由于电感电流不能突变，二极管转为导通状态。输出电压UO与开关导通时方向相反加到电感L上。这期间，电感L消磁并释放能量，磁通的减少量为

在稳态时，电感L中磁通的增加量与减少量相等，即ΔφON＝ΔφOFF，联立式，则升降压型转换器的电压变比M为

当0≤D≤0.5时，M≤1，当0.5≤D≤1时，M≥1，故这种转换器是升降压式转换器。

非隔离型DC-DC转换器的控制特性曲线如图1-12所示。由特性曲线可知，通过控制开关的占空比D就可以改变输出电压的大小。对于这三类转换器，也可以从能量的蓄积与释放的观点来说明其基本工作原理。电感励磁就是蓄积能量，电感消磁就是释放能量。因此，对于三类转换器，当开关S闭合时，来自电源适配器的能量蓄积在电感L上；当开关S断开时，蓄积在电感中的能量释放给负载。由于它们是改变开关占空比来控制能量的蓄积与释放，以获得直流输出的一种方式，因此也称为储能型（电感就是储能元件）。

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| 发布时间：2019.05.22 来源：电源适配器厂家

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