DC-DC开关电源 拓扑结构（BUCK BOOST BUCK-BOOST）电路

先挂几个链接：

比较粗略的BUCK/BOOST电路的分析

http://tech.hqew.com/fangan_522451

http://blog.csdn.net/u011388550/article/details/23841023

这个还是不错的

http://www.elecfans.com/article/83/116/2016/20160307404422_a.html

 

 1、 开关电源基础拓扑：

BUCK减压型

先上电路图

图中器件T为  N-mos管

当PWM驱动高电平使得NMOS管T导通的时候，忽略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：

　　

　　当PWM驱动低电平的时候，MOS管截止，电感电流不能突变，经过续流二极管形成回路（忽略二极管电压），给输出负载供电，此时电感电流下降，如下图3所示，MOS截止时电感反向伏秒为：

　　

什么是电感的伏秒平衡呐？

处于稳定状态的电感，开关导通时间(电流上升段)的伏秒数须与开关关断(电流下降段)时的伏秒数在数值上相等，尽管两者符号相反。这也表示，绘出电感电压对时间的曲线，导通时段曲线的面积必须等于关断时段曲线的面积。

　

Boost升压型

　　Boost升压型电路拓扑，有时又称为step-up电路，其典型的电路结构如下图4所示：

　　

　　同样地，根据Buck电路的分析方式，Boost电路的工作原理为：

　　

　

Buck-Boost极性反转升降压型

　　Buck-Boost电路拓扑，有时又称为Inverting，其典型的电路结构如下图5所示：

　　

　　同样地，根据Buck电路的分析方式，Buck-Boost电路的工作原理为：

　　

 

　　2、 Buck与Buck-Boost组合

　　金升阳K78系列的产品采用了Buck降压型的电路结构进行设计，是LM78XX系列三端线性稳压器的理想替代品，效率最高可达96%，不需要额外增加散热片，同时还兼有短路保护和过热保护，值得说明的是它能够完美支持负输出。

　　上面提到金升阳K78系列产品可以支持负输出，这是怎么做到的呢？

　　从上面Buck电路以及Buck- Boost电路结构原理来看，主要的区别是两者二极管与功率电感的位置互换。因此，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的电路结构。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。

　　

　　因此，用2只K7812-500R2的产品，实现BUCK与BUCK-BOOST电路相结合，可以得到±12V输出，低的纹波和噪声可以给运放进行供电。

　　

　　需要值得注意的是，由于BUCK-BOOST电路在启动电流会比BUCK电路大一些，所以会在BUCK-BOOST电压输入端加一些缓冲类的器件。

 

　　3、 Buck与Boost组合

　　Buck与Boost两者相结合，会得到什么样的电路和应用呢？根据不同的控制，可以让电源从高压降到低压，也可以将低压升到高压，可以称之为双向DC-DC变换器之一，典型的应用电路如下图：

　　

　　DC-DC双向变换器目前主要应用在各大充放电系统中，随着储能器件的发展得到了广泛地应用，主要的行业在汽车电子，电梯节能系统等应用行业。

　　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补充。目前对T1和T2管的控制以模拟方式控制相对还是比较困难，均是以数字控制方式为主。

　　下面是将超级电容运用到电梯能量回收系统中，将电机的能量在超级电容和直流母线之间进行相互传递，降低了能源的损耗。

　　

　　由于超级电容充放电电流比较大，普通的功率MOS管已经不适合使用，通常用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将会是比较理想的，一方面+15V能够完全提供正向驱动的电压，另一方面-9V又能够加速IGBT的关断。而QP12W05S-37是个不错的选择。

 

　　4、 总结

　　基本电源拓扑结构中Buck降压型应用最多，但是各个基础拓扑组合使用，可以解决很多类似于正负电源供电以及双向电源应用方面的问题。总之电源基础拓扑结构虽老，但是实际应用却可以千变万化。

对于DCDC，大家都不陌生，因为就是开关电源，当然还有AC/DC，通常的AC/DC，都是110V或者220V交流变换为直流电源，我们这里先来讨论DCDC电源设计。

        DCDC电源类型分为2种，一种是隔离性，一种是非隔离型。隔离型DCDC 的意思是输出的GND和输入的GND是无关系的，也成为悬浮电源。常见的DC-DC芯片大都是非隔离型的。隔离性的电源，是双向，也叫做升压降压类型，非隔离型的，分为boost 和buck两种。

        首先我们来说下非隔离的DC-DC原理，这类电源又分为boost和buck，即为升压和降压模式。首先分析下DCDC降压电路：

        Buck 模式DCDC 结构主要由输入电容、功率MOS管、PWM模块、肖特基二极管、功率电感、输出电容和输出调节电阻构成。DCDC开关电源这种结构模式决定了它输出噪声比较大。

        接下来我们分析下工作原理，当功率MOS（以后简称开关），闭合时，电源通过电感给负载供电，并将电能储存在电感L和输出电容中，由于电感L的自感，在开关闭合时，电流增大的比较缓慢，即输出不能立刻达到电源的电压值。一定时间后，开关断开，由于电感L的自感作用（可以形象的认为电感中的电流具有惯性作用），将保持电路中的电流不变，即从左到右继续流。电流流过负载，从地返回，流到肖特基二极管的正极，经过二极管返回电感L的左端，从而形成一个回路。通过控制PWM的占空比就可以控制输出的电压。

        在开关闭合期间，电感储存能量，在断开期间释放能量，所以电感L叫做储能电感，二极管在开关断开期间负责给L提供电流通路，所以二极管叫做续流二极管。当开关闭合时，电压很小，所以发热功率U*I就会很小，这就是开关电源高效率的原因。

        通过这里原理，我们就知道了为什么在DCDC设计的时候，输出一定要有大电容，二极管和电感为什么一定要靠近IC。而且DCDC的后级滤波一定要好，因为内部有开关频接下来讲解下boost型DCDC电路：

        其基本模型如上图，经过我们对buck 电路的原理分析，对于BOOST 应该很清楚了，同样调整PWM的占空比，可以调节输出，当PWM占空比为50%的时候，输出电压为输入电压的2倍，基本原理如下：

        开关导通时, 输入电压流向电感, 电感电流线性增加,电感储能增加,电源向电感转移电能。

        开关断开时, 电感电压等于输入电压减去输出电容的电压, 电感电流减少,电感储能减少, 电感储能向负载转移电能。

        通过这样不断的开关实现了DCDC升压，但是这种结构得到的电流比较小，通常在几百毫安，而且效率不高。