在開關穩(wěn)壓電源中，直流變換器中的功率晶體管工作在開關狀態(tài)。目前開關電源的工作頻率在幾百kHz，有些甚至已經(jīng)到了MHz量級。如下圖所示是DC-DC開關變換器的原理框圖：
DC-DC開關變換器的原理框圖
開關電源的實現(xiàn)方式有很多種，如最傳統(tǒng)的脈寬調制（PWM）技術，目前常用的為提高變換效率的零電壓（ZV）、零電流（ZC）技術、相移脈寬調制零電壓諧振變換等。每種技術之下，又有很多種拓撲結構，開關電源設計需要豐富的模擬電路知識，涉及到功率器件選取、電源濾波、驅動電路、控制環(huán)路、高頻磁芯變壓器、EMC等多個方面。
脈寬調制
是開關電源設計中最成熟的技術。脈寬調制是一種功率控制方式，不同占空比的脈沖具有不同的直流分量，所以負載變化時，根據(jù)調整輸出脈沖的占空比達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。脈寬調制易于實現(xiàn)，因為驅動脈沖具有固定的頻率，與負載特性無關，因此應用最為廣泛。
buck電路和boost電路同屬脈寬調制型開關電路，是組成DC/DC變換器的兩個基本電路。buck電路開關管串聯(lián)在主電路中，為降壓式DC/DC變換器。boost電路的開關管并聯(lián)在主電路中，為升壓式DC/DC變換器。
Buck變換器
Buck變換器由電壓源、串聯(lián)開關和電流負載組成，也稱它為串聯(lián)開關變換器。如下圖所示是它的基本拓撲形式：
Buck變換器
下圖所示是晶體管開關變換器（buck）電路，其中晶體管Q為開關器件，L為濾波電感，C為濾波電容，D為續(xù)流二極管。
晶體管開關變換器（buck）電路ton為晶體管的導通時間，在此時間段，L內的電流逐漸增加，當導通結束后，進入晶體管截止時間段toff，這時候由于L內的電流到達最大值ILmax，電感中的電流不能突變，所以，L中繼續(xù)有電流流過，二極管D作為晶體管截止期間的續(xù)流元件。當截止時間結束后，電感中的電流到達最小值ILmin，重新開始新的周期。
Boost變換器
Boost變換器是從buck變換器進行對偶變換后得到的，其原理如下圖所示：
Boost變換器
Boost變換器稱為并聯(lián)開關變換器。與buck變換器不同的是，boost型電感在輸入端（開關），buck型電感在輸出端。
Boost型變換器的輸出電壓Vo總是大于輸入電壓Vi。當開關管導通時，二極管D關閉，電感L與開關管的節(jié)點電壓為0。當開關管關閉時，電感L兩端的電勢翻轉，所以電感L與開關管的節(jié)點電壓大于輸入電壓Vi，電感電流通過二極管D續(xù)流，使得Vo大于Vi。由Vo=Vi*[T/(T-Ton)]可以證明，T是開關脈沖周期，Ton是導通時間。 |
