電源的輸入到輸出轉(zhuǎn)換拓?fù)潆娐?，由開關(guān)管+電感器+二極管的串、并組合而成，單純從組合邏輯來(lái)說(shuō)有n種（N>10），那為什么只有這三種是有效的電源拓?fù)淠兀?/p>

我記得在《電阻器應(yīng)用》章節(jié)中說(shuō)起過(guò)“共地”和“浮地”的設(shè)計(jì)問(wèn)題，一般接地設(shè)備的單板上所有地，不管是否在單板內(nèi)部共地，最終都會(huì)連接到“大地”上，從而回流到“大地”；那為什么大家都要連到“大地”呢？因?yàn)榈厍蚴堑葎?shì)體，所有設(shè)備只要連在“大地”上，那么兩個(gè)設(shè)備之間便共地了（接地其實(shí)并非如此簡(jiǎn)單，后續(xù)《電磁兼容基礎(chǔ)》再詳細(xì)分析接地問(wèn)題）。

——電網(wǎng)系統(tǒng)參考的“地”便是“大地”，所有電網(wǎng)系統(tǒng)電源輸出后需最終回流到“大地”。

那兩個(gè)設(shè)備之間相互“浮地”行不行？只要沒(méi)有電氣接觸（舉個(gè)栗子：用光纜連接）應(yīng)該是可以的。但只要有電氣接觸，就可能存在兩個(gè)問(wèn)題：

1. 兩個(gè)有不同參考地系統(tǒng)的信號(hào)，是無(wú)法相互識(shí)別和判斷的；

——只針對(duì)單端信號(hào)，差分信號(hào)AC耦合后，不受影響（共模電平接收端提供）；

2. 兩個(gè)信號(hào)線接觸瞬間可能產(chǎn)生浪涌電流，造成器件損壞，設(shè)計(jì)中注意浪涌保護(hù)。

說(shuō)回電源拓?fù)?，除了這BUCK，BOOST，BUCK-BOOST三種電源基本拓?fù)渲?，部分拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的輸入和輸出之間沒(méi)有公共地（對(duì)于非隔離式拓?fù)?，電源無(wú)法回流），即開關(guān)拓?fù)渑c系統(tǒng)的其它部分之間沒(méi)有合適的參考地。如下圖所示，以BUCK-BOOST拓?fù)潆娐返淖兎N為例，在開關(guān)導(dǎo)通或關(guān)斷過(guò)程中，沒(méi)有一個(gè)共同的“地”始終將輸入端和輸出端連接在一起，導(dǎo)致電源回流中斷；所以對(duì)于BUCK-BOOST拓?fù)鋪?lái)說(shuō)，必須將二極管和開關(guān)管放在電感器的同一邊，如上一節(jié)BUCK-BOOST結(jié)構(gòu)圖所示。

——對(duì)于隔離式開關(guān)電源拓?fù)?，由于采用了變壓器，所以回流是通過(guò)變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，輸入電源與輸出電源之間不需要公共地。

那再也找不出三種拓?fù)渲獾挠泄驳氐耐負(fù)淞嗣?？如下圖所示，不同電感器的連接方式，在設(shè)置合適地后，可得到三個(gè)不同的端點(diǎn)：輸入端、輸出端和地端。

1. 若電感器與輸出端相連，則得到BUCK拓?fù)潆娐罚?/li>
2. 若電感器與輸入端相連，則得到BOOST拓?fù)潆娐罚?/li>

——根據(jù)剛剛的分析，輸入或輸出端接電感器，那么輸入、輸出的回流地必然不能串接開關(guān)管或則二極管，那么開關(guān)管和二極管只能分別串接在輸出/輸入和地端；而除了BUCK和BOOST的電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)外，我們組合電路后得到其它拓?fù)涠际菬o(wú)效的；舉個(gè)栗子，如上圖BUCK拓?fù)渲校喝绻麑⒍O管串接在輸入端，開關(guān)管串接在地端，那么當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，輸入端和地端短路，不是有效的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

3. 若電感器與地端相連，則得到BUCK-BOOST拓?fù)潆娐贰?/li>

2，三種基本拓?fù)?a target="_blank">DC傳遞函數(shù)比較

伏秒定律是在電源穩(wěn)態(tài)工作下，所有開關(guān)拓?fù)浔仨氁獫M足的定律。如果在電源穩(wěn)態(tài)下不滿足伏秒定律：Von * ton = Voff * toff；那么我們從電感器公式VΔt = LΔI，可得LΔIon ≠ LΔIoff，那么電感器磁芯磁場(chǎng)強(qiáng)度將往一個(gè)方向偏，最終導(dǎo)致電感器磁芯飽和而損壞開關(guān)管或電感器本身。

同樣我們對(duì)于不同開關(guān)拓?fù)湔伎毡鹊亩x是一樣：開關(guān)管的“導(dǎo)通”時(shí)間Ton占開關(guān)周期T的比例，即D = Ton/T；如果對(duì)于連續(xù)模式來(lái)說(shuō)T= Ton+Toff（不連續(xù)模式下：T > Ton+Toff）。如下圖所示，我們可以根據(jù)伏秒定律和占空比定義來(lái)推導(dǎo)不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的直流傳遞函數(shù)。

所以我們分別得到了理想情況下（不計(jì)算開關(guān)管、二極管、電感器等損耗）的三種基本電源拓?fù)涞闹绷鱾鬟f函數(shù)：

1. BUCK拓?fù)涞闹绷鱾鬟f函數(shù)：D = Vo/Vin；
2. BOOST拓?fù)涞闹绷鱾鬟f函數(shù)：D = (Vo-Vin)/Vo = 1 – Vin/Vo；
3. BUCK-BOOST拓?fù)涞闹绷鱾鬟f函數(shù)：D = Vo/(Vin+Vo) = 1 – Vin/(Vin+Vo)。

——我們通過(guò)直流傳遞函數(shù)，看到所有拓?fù)渲挟?dāng)Vin輸入電壓不變時(shí)，隨Vo輸出電壓增加，占空比D變大；但是BOOST和BUCK-BOOST拓?fù)涞恼伎毡茸畲蟛荒艹^(guò)50%，。

那么我們得到了開關(guān)電源拓?fù)涞闹绷鱾鬟f函數(shù)又有啥用呢？我們?cè)诤罄m(xù)開關(guān)電源具體設(shè)計(jì)中詳細(xì)分解。

3，三種基本拓?fù)潆娏鞅容^

三種基本拓?fù)涓鞣N電流之間的關(guān)系如下圖所示：IL為平均電感電流，Io為輸出電流，IIN為輸入電流，ISW為開關(guān)管電流，ID為二極管電流。

關(guān)于IL與Io的關(guān)系，需要注意的是：

1. 對(duì)于BUCK拓?fù)鋪?lái)說(shuō)電感電流IL與輸出電流Io相同，原因是電感器是串在輸出端的，所有輸出電流均流過(guò)電感器提供；
2. 對(duì)于BOOST和BUCK-BOOST拓?fù)鋪?lái)說(shuō)，電感電流IL則與輸出電流Io并不相同，甚至遠(yuǎn)大于輸出電流（取決于其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)），這就要求BOOST和BUCK-BOOST拓?fù)渲械碾姼衅黧w積更大。

同理我們從得到的開關(guān)管電流ISW，二極管電流ID，輸入電流IIN、輸出電流Io的關(guān)系，可以分析對(duì)各器件的要求。