在非隔離電源方案中,基礎拓撲的Buck、Boost、Buck-Boost電路中,前兩種已經在前面章節進行了詳細描述。
很多工程師對Buck和Boost電路都特別熟悉,只是對Buck-Boost不熟悉,這是因為現在電路設計中,以數字電路為主,不論是升壓還是降壓,一般都是以正壓為主。
而Buck-Boost雖然這個拓撲可以降壓也可以升壓,但是產生的是一個負壓,例如:輸入電壓為12V,輸出電壓為-5V。
因為我們把第三種可以生成負壓的基本拓撲稱為Buck-Boost,同時日常工作中,我們還會把其他可以實現升降壓的電路稱為Buck-Boost,例如Buck電路和Boost電路級聯在一起實現可以升降壓的電路也稱為Buck-Boost,所以經常給大家造成困擾。
有些書籍會把這個拓撲結構稱為“反極性Buck-Boost”,也有的書籍把這個基本電路稱為反激“Fly-Back”(容易與隔離的反激電路混淆),為了避免混淆,本書把第三種基本拓撲電路也稱為“反極性Buck-Boost”。
1.1 反極性Buck-Boost電路的工作過程
反極性Buck-Boost主要應用在OLED驅動、音頻等領域,與Buck、Boost一樣,反極性Buck-Boost也是由基本的開關、二極管和電感組成,如圖7.1所示。
降壓-升壓(Buck-Boost)轉換器將輸入電壓Vin的正直流電壓轉換為輸出端的負直流電壓V out 。當功率管Q1閉合導通時,電流的流向如圖7.2所示。
此時,輸入電壓V in ,電感L直接接到電源兩端。輸入電壓對電感直接進行充電,電感電流逐漸上升。導通瞬態時di/dt很大,故此過程中主要由輸入電容Cin供電。
此時Q1相當于短路,電感L兩端的電壓為V in 。輸出端,Cout依靠自身的放電為RL提供能量。
由于Q1是導通的,所以二極管D1的兩端電壓分別是Vin和V out ,由于Vout是負值,Vin是正值,所以D1是反向截止的,等同于斷開。
當功率管Q1關斷時,電流的流向見圖7.3。輸入端Vin給輸入電容充電。輸出端V out ,由于電感的電流不能突變,電感通過續流管D1給輸出電容Cout及負載RL供電。
由于電感的電流流向不變,電感即給電容充電,同時也為負載RL供電,電流的流向為:負載電阻→肖特基二極管→L1上端。RL的下端是GND,也就是電壓為0V,RL的電流方向為從下往上,根據電流的流向RL的上端電壓Vout比其下端更低,是一個負值。
根據上面公式就可以看出:當占空比小于50%時,輸出為降壓;當占空比大于50%時,輸出為升壓。
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