常见DC-DC变换器拓扑综述sometimes-

SIMPLYSMARTERSIMPLYSMARTERSIMPLYSMARTERSIMPLYSMARTER™™™™常见DC/DCDC/DCDC/DCDC/DC变换器拓扑综述SometimesSometimesSometimesSometimes电源网2222提要：1.非隔离变换器2.隔离变换器3333非隔离变换器拓扑•BUCK（降压）类型变换器•BOOST（升压）类型变换器•BUCK－BOOST（升降压）类型变换器4444BUCK（降压）类型变换器基本BUCK变换器基于耦合电感的BUCK变换器BUCK变换器的并联同步整流BUCK变换器5555基本BUCK变换器由于MOS是浮地的，所以驱动要采用变压器驱动或者自举驱动，在低压的buck中，基本都是采用自举驱动。一般的DC芯片都集成了自举驱动电路。Q1MOSFETNL1INDUCTORD1DIODEC1CAPVOUTVIN6666基本BUCK变换器-变形结构MOS的驱动方便。但是输入和输出的地被隔开，输出电压采样比较麻烦。在照明LED中有应用。Q1MOSFETNL1INDUCTORD1DIODEC1CAPVOUTVIN7777基本BUCK变换器-变形结构负压转负压BUCK驱动容易，输出电压采样比较麻烦。基本才用隔离反馈，差分采样，或者电压电流转换的方式来采样输出电压。Q1MOSFETNL1INDUCTORD1DIODEC1CAPVINVOUT8888基于耦合电感的BUCK变换器利用耦合电感可以用较大的占空比来实现较低的输出电压。但是由于耦合电感的漏感问题，必须对MOS和DIODE采用吸收电路，来抑制尖峰。Q1MOSFETND1DIODEC1CAPVINVOUTL1AL1BCOUPLEINDUCTOR9999BUCK变换器的并联对于大电流输出的场合，多采用多个BUCK并联的方式。可以采用直接并联，或者交错并联的方法。多相交错并联可以减少输入输出电流纹波，更为常用。并联还需要注意的就是均流问题。Q1MOSFETND1DIODEC1CAPVOUTL1INDUCTORQ2MOSFETND2DIODEC2CAPL2INDUCTORVIN10101010同步整流BUCK变换器用MOS取代整流二极管，提高低压大电流时候的效率。但是驱动比较复杂，空载损耗比较大。多路并联比较困难。改进的办法：二极管模拟技术Q1MOSFETNC1CAPVINVOUTL1INDUCTORQ2MOSFETN11111111BUCK（降压）类型变换器的应用1.通信，工业，消费类电子等降压场合，比如POL，VRM2.适配器前级的PFC电路3.LED的驱动•等等12121212BOOST（升压）类型变换器驱动方便，采样方便，输入电流可以连续。但是短路无法保护。C1CAPVINL1INDUCTORQ1MOSFETND1DIODEVOUT13131313BOOST变换器的并联一般以多相交错的方式并联。比如PFC中两相交错C1CAPL1INDUCTORQ1MOSFETND1DIODEC2CAPVINL2INDUCTORQ2MOSFETND2DIODEVOUTVOUTVIN14141414BOOST变换器的应用Boost变换器由于动态响应，保护等问题，在应用领域没有BUCK这么广泛。但是可以用在一些升压的场合。最为常见的是PFC应用，由于boost输入电流可以连续，结构简单，是PFC电路的主流拓扑15151515BUCK－BOOST正压转负压拓扑Flyback的原型可以采用普通的BUCK控制器来控制。C1CAPL1INDUCTORQ1MOSFETND1DIODEVOUTVIN16161616SEPIC正压转正压电路复杂，器件比较多，成本比较高C1CAPVINL1INDUCTORC2CAPL2INDUCTORQ1MOSFETND1DIODEVOUT17171717基于耦合电感的SEPIC采用耦合电感可以减小电感值，减小电感体积C1CAPQ1MOSFETND1DIODEL1AC2CAPL1B18181818双管BUCK-BOOST正压转正压电路复杂，驱动复杂控制方式为Q1和Q2同时导通关断。这个拓扑，当Q2始终关断的时候，可作为BUCK，Q1始终导通的时候，可作为Boost。所以可以在三种拓扑之间切换。C1CAPL1INDUCTORQ1MOSFETND1DIODEQ2MOSFETND2DIODEVINVOUT19191919隔离变换器拓扑1.Flyback2.Forward3.PushPull4.HalfBridge5.FullBridge6.ZVS7.Resonant20202020Flyback基本Flyback是由buck－boost变化过来。所以反激变压器不需要另外的复位电路。通常外加的RC或者RCD是用来吸收漏感能量的。C1CAPQ1MOSFETND1DIODET1trans1325VOUTVIN21212121双管flyback可以降低MOSFET的耐压，但是电路复杂，占空比不能超过0.5.D2，D3也是用来钳位漏感尖峰，并不是用来复位。C1CAPQ1MOSFETND1DIODET1trans1325VOUTQ2MOSFETND2DIODED3DIODE22222222正激变换器－第三绕组复位属于无损复位，但是变压器绕组较多比较复杂。而且最大占空比受变压器的匝比限制。C1CAPQ1MOSFETND1DIODET1trans1325D3DIODED4DIODEL1INDUCTORT123232323正激变换器－RCD复位励磁能量损耗在RCD电路中。虽然简单，但是效率比较低。C1CAPQ1MOSFETND1DIODET1trans1325D3DIODED4DIODEL1INDUCTORR1RESISTORC2CAPNP24242424正激变换器－LCD复位无损复位，但是电路比较复杂C1CAPQ1MOSFETND1DIODET1trans1325D3DIODED4DIODEL1INDUCTORC2CAPNPL2INDUCTORD5DIODE25252525正激变换器－谐振复位电路简单，比较适合输入电压比较低的应用。C1CAPQ1MOSFETND1DIODET1trans1325D4DIODEL1INDUCTORC2CAPNP26262626正激变换器－有源钳位PMOS有源钳位，驱动简单。电容耐压需要比较高。C1CAPQ1MOSFETND1DIODET1trans1325D4DIODEL1INDUCTORC2CAPNPQ2MOSFETP27272727正激变换器－有源钳位NMOS有源钳位，驱动麻烦，但是电容耐压比较低。C1CAPQ1MOSFETND1DIODET1trans1325D4DIODEL1INDUCTORC2CAPNPQ2MOSFETN28282828双管正激比较适用于高输入电压应用，但是最大占空比不能超过0.5C1CAPQ1MOSFETND1DIODED4DIODEL1INDUCTORQ2MOSFETNT1TRANSFORMER1548D5DIODED6DIODE29292929推挽变换器推挽变换器易于驱动，但容易偏磁。一般采用电流型控制。比较适合输入电压比较低的应用。C1CAPQ1MOSFETND1DIODED4DIODEL1INDUCTORQ2MOSFETNT1TRAN_ISDN_0515637230303030半桥变换器半桥变换器，是比较受欢迎的中等功率变换器。但是应采用电压型控制。C1CAPQ1MOSFETND1DIODED4DIODEL1INDUCTORQ2MOSFETNT1TRAN_ISDN_102697104C2CAPC3CAP31313131全桥变换器全桥变换器是比较受欢迎的大功率变换器。可采用电流型控制，或者电压型控制（一般需要加隔直电容）C1CAPQ1MOSFETND1DIODED4DIODEL1INDUCTORQ2MOSFETNT1TRAN_ISDN_102697104Q3MOSFETNQ4MOSFETN32323232ZVS变换器－－不对称半桥利用不对称控制的方式，以及漏感或者谐振电感。来实现ZVS。原边的电容可以是一个或者两个，稳态时候是一样的，但是启动时候，略有差别。C1CAPQ1MOSFETND1DIODED4DIODEL1INDUCTORQ2MOSFETNT1TRAN_ISDN_102697104L2INDUCTORC2capC3cap33333333ZVS全桥ZVS全桥利用特殊的控制方式，加上谐振电感或者变压器漏感来实现开关管的ZVS。控制方式有很多种：1.移相控制方式2.有限双极性控制方式3.不对称控制方式C1CAPQ1MOSFETND1DIODED4DIODEL1INDUCTORQ2MOSFETNT1TRAN_ISDN_102697104Q3MOSFETNQ4MOSFETNL2INDUCTOR34343434LLC半桥变换器现在比较流行的谐振变换器。可以实现比较完全的软开关。但是由于是变频控制，在适应宽电压输入，以及过流限流方面比较困难。35353535LLC全桥大功率谐振变换器36363636其他事实上，DC/DC的拓扑还远不止如此，很多拓扑由于不是很常用，不为人熟知，比如CUK，ZETA，推挽正激，四开关推挽，隔离Boost拓扑群，不对称反激变换器，LCC谐振变换器，以及单级PFC，串并联组合拓扑等等。