开关电源的三种拓扑

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文章作者：Power Lin
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功率相等原则

电感的伏秒平衡：处于稳定状态的电感，开关导通时间（电流上升段）的伏秒数，须与开关关断时间（电流下降段）的伏秒数在数值上相等。

(VI−VO)×DT=VO×(1−D)TVO=VI×D(V_I-V_O)\times DT=V_O\times (1-D)T V_O=V_I\times D(VI−VO)×DT=VO×(1−D)TVO=VI×D

Buck 降压型也称 Step-down 电路，其典型电路拓扑结构如下：

【Buck】

Buck 电路的工作原理：

MOS 管导通：

当功率 MOS 管导通时（可以等效为开关闭合），电源通过电感给负载供电，并将电能储存在电感和输出电容中。因为电感电流不能突变，所以在开关闭合时，电流增大得比较缓慢，即输出不能立刻达到电源的电压值。

此时电感正向伏秒为：V1×Ton=(VI−VO)×TsV_1 \times T_{on}=(V_I-V_O)\times T_sV1×Ton=(VI−VO)×Ts

MOS 管截止：

当功率 MOS 管截止时（相当于开关断开），因为电感的自感作用（可以形象理解为电感中的电流具有惯性作用），电路中的电流将保持不变（即从左到右继续流），电流走续流二极管提供的回路，为输出负载供电。

此时电感正向伏秒为：VO×Toff=VO×ToffV_O \times T_{off}=V_O \times T_offVO×Toff=VO×Toff

开关断开期间，电感储存能量，并在截止期间释放能量，所以称储能电感；二极管负责给电感提供电流通路，所以称续流二极管。

通过控制 PWM 的占空比就可以控制输出的电压。

Boost 升压型也称 Step-up 电路，其典型电路拓扑结构如下：

【Boost】

Buck 电路的工作原理：

MOS 管导通：

当功率 MOS 管导通时（可以等效为开关闭合），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。

MOS 管截止：

当功率 MOS 管截止时（相当于开关断开），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、储能减少，电感储能向负载转移电能。