電源知識(shí)：從Buck-Boost到Flyback

電源的拓?fù)溆泻芏喾N，但是其實(shí)我們能夠理解一種拓?fù)洌涂梢岳斫馄渌負(fù)浣Y(jié)構(gòu)。因?yàn)榻M成各種拓?fù)涞幕驹厥且粯拥摹?/p>

對(duì)于隔離電源。大家接觸最多的電路拓?fù)鋺?yīng)該是 flyback。

但是大家一開始做電源的時(shí)候，不會(huì)設(shè)計(jì),連分析也不懂,唯一能做的是模仿(額,難聽點(diǎn)就是抄襲了)。這樣子的狀態(tài)持續(xù)了一段時(shí)間后,才開始慢慢的有一些了解。但對(duì)于新手來說，如果能從基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)BUCK、BOOST進(jìn)行演變成更復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，那么我們?nèi)跁?huì)貫通的理解各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，就變得非常容易。

其實(shí)理解隔離電源，相對(duì)非隔離DCDC來說，需要多理解一個(gè)基本元素——變壓器。然后很多基本原理也可以通過基本拓?fù)溥M(jìn)行演變。

本文就是做了一個(gè)演變的過程分析。

為了分析 flyback 電路,我們從 flyback 的源頭開始說吧。Flyback 是從最基本的三種電路中的buck-boost 演變而來的。所以對(duì) buck-boost 的分析,一定有助于對(duì) flyback 的分析,而且buck-boost 看起來似乎要比 flyback 簡單,至少它沒有變壓器。

下面將要開始來對(duì) buck-boost 進(jìn)行演變,最終會(huì)演變成 flyback。

Buck-Boost電路——降壓或升壓斬波器，其 輸出均勻電壓U0大于或小于輸進(jìn)電壓Ui，極性相反。

圖一 是 buck-boost 的原型電路。把電感 L 繞一個(gè)并聯(lián)線圈出來,如圖二:

把 L 的 2 個(gè)并聯(lián)線圈斷開連接,并且改變?nèi)?shù)比,改為n,如圖三:

把圖三中的二極管沿著所在回路移動(dòng),變成陰極朝外的樣子,并且,改變輸出電壓V和接地的位置。（二極管的作用是單向?qū)?，電路沒有其他分支電流，在一個(gè)環(huán)路中的兩個(gè)位置，效果可以等效。）

（Buck Boost是實(shí)現(xiàn)反壓的，但是我們隔離電源并不是需要反壓，所以我們需要調(diào)換一下電源的極性。）

如圖四：

把圖四中的 Q 順著回路移動(dòng)到變壓器下方,如圖五:

（開關(guān)的位置其實(shí)在哪都可以，只是我們不希望MOS的打開條件Vgs的伏值不要太高。）

轉(zhuǎn)變一下變壓器的繞線方向，則形成了Flyback

以上說明,我們研究 buck-boost 的行為特性,對(duì)研究 flyback 的行為特性有很大的幫助。因?yàn)閮蓚€(gè)電路各工作過程都是極其類似的。只是在buck boost的拓?fù)渲校挥幸粋€(gè)電感，進(jìn)行儲(chǔ)能，而在flyback電路中，是一個(gè)變壓器。原邊側(cè)的電磁能量，在原邊側(cè)電路突然斷開的時(shí)候，能夠把能量傳遞到副邊側(cè)。

對(duì)于Buck-Boost拓?fù)鋪碚f：

第一個(gè)工作狀態(tài):mosfet Q 開通,二極管 D 關(guān)斷.如圖八所示:

此時(shí)，輸入電源對(duì)電感進(jìn)行充電。電容原先充電的能量，對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電，保持其原來的電壓。

第二個(gè)工作狀態(tài):Mosfet Q 關(guān)斷,二極管 D 開通.如圖九所示:

此時(shí)，電感會(huì)維持原來的電流。

我們來看下flyback的工作過程：

假定這個(gè) flyback 電路仍然工作在穩(wěn)定的 CCM 狀態(tài)。

在狀態(tài) 1 mosfet Q 開通,二極管 D 關(guān)斷,電路如圖所示。

類比于剛剛我們提到的BuckBoost的狀態(tài)一，此時(shí)對(duì)電感進(jìn)行充電，電容維持負(fù)載的電流。

在flyback的狀態(tài) 2 Mosfet Q 關(guān)斷,二極管 D 開通，此時(shí)變壓器的副邊對(duì)負(fù)載和電容進(jìn)行充電。

剛剛我們討論的是CCM情況。flyback有個(gè)另外的情況DCM。

工作在DCM情況下的flyback比在CCM下多了一個(gè)工作狀態(tài) 3. 工作狀態(tài)1 和工作狀態(tài)2 與CCM的工作狀態(tài) 1 和 2 相同,在工作狀態(tài) 3 下,Mosfet Q 和二極管 D 都處于關(guān)斷狀態(tài).三個(gè)工作狀態(tài)經(jīng)歷時(shí)間分別為 d1Ts,d2Ts,d3Ts.