电源基础拓扑是开关电源设计的核心,其主要分为降压(Buck)、升压(Boost)以及降压-升压(Buck-Boost)三种基本类型。每种拓扑都有其独特的应用领域和功能。 Buck降压型电路拓扑是最常见的电源设计之一,它的工作原理是通过开关器件的导通与截止来控制电感中的电流变化,实现电压的降低。具体地,当PWM信号驱动开关管导通时,输入电压加到电感上,电感电流线性上升;而当开关管截止时,由于电感电流不能突变,通过续流二极管回路继续向输出负载供电,使电感电流下降。输出电压是由占空比决定的,因此输出电压低于输入电压。 Boost升压型电路拓扑则相反,其工作原理是通过储能元件电感来实现输入电压的升高。在开关管导通时,电感储能,而当开关管截止,电感中的能量释放出来,通过二极管给输出负载供电,同时输出电压通过储能元件升压。输出电压高于输入电压。 Buck-Boost极性反转升降压型电路拓扑结合了Buck和Boost的特性,可使输出电压的极性与输入电压相反,并且可以实现降压或升压。在电路中,二极管与功率电感的位置互换是Buck与Buck-Boost拓扑的主要区别。 在实际应用中,通过不同的拓扑组合可以得到许多新颖的应用电路。例如,金升阳K78系列产品的设计就是Buck降压型电路结构,具有高效率,可以实现高达96%的效率,且具有短路和过热保护,特别的是能够支持负输出电压的应用。 将Buck电路与Buck-Boost电路结合,可以得到正负电源输出,用于运放供电等特殊需求。例如,金升阳K78系列产品的输出端接成输入的GND,从而得到负电压输出。这样的设计可以得到±12V输出,同时具有低的纹波和噪声特性。 此外,Buck与Boost拓扑组合可以形成双向DC-DC变换器,这种电路可以实现电压的双向变换。在电梯节能系统等应用中,通过控制T1管和T2管,可以使电路在降压和升压模式之间切换,从而实现能量的双向流动和补充。在超级电容的应用中,由于其较大的充放电电流,需要使用IGBT代替功率MOS管,并选择适当的驱动电源来提高IGBT的响应速度。 总结来说,虽然电源基础拓扑结构相对固定,但通过不同的组合和控制方法,可以应对多样化的电源设计需求。开关电源设计中,不同的拓扑结构可以应对不同的电压转换需求,而且在现代技术不断进步的背景下,这些基础拓扑的应用仍然可以千变万化,满足各种新兴电子系统和设备的要求。
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