1、電源的分類
我們常見到的電源按照輸入輸出的類型主要分為三種：AC/DC，DC/DC，DC/AC（逆變器）。如下圖所示：
1.1 開關(guān)電源的概念
開關(guān)電源是指利用電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管的開通和關(guān)斷時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源（開關(guān)管通常是MOS、三極管、IGBT等）。按照輸入輸出類型分為交流開關(guān)電源和直流開關(guān)電源，按照開關(guān)管類型又可單獨(dú)分為線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器。在這里重點(diǎn)介紹直流開關(guān)電源
1.2 DC/DC
廣義上的DC/DC電源我們按照開關(guān)管的類型分為線性電源和開關(guān)電源兩種。
線性電源：又稱為線性電源、低壓差穩(wěn)壓器、LDO（Low Dropout Regulator）。
開關(guān)電源：又稱為開關(guān)電源、DC/DC（狹義上的叫法，根據(jù)不同的習(xí)慣叫法不同）
注：線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器的區(qū)別
線性電源：①傳輸元件工作在線性區(qū)，它沒有開關(guān)的跳變；
②僅限于降壓轉(zhuǎn)換，很少會(huì)看到升壓的應(yīng)用。
開關(guān)電源：①傳輸器件開關(guān)在每個(gè)周期完全接通和完全關(guān)斷的狀態(tài)
②里面至少包括一個(gè)電能儲(chǔ)能的元件，如：電感器或者電容器；
③多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（降壓、升壓、降壓-升壓等）
開關(guān)電源按照隔離方式又分為非隔離型和隔離型，非隔離型按照充電方式又分為電感形式和電容形式（電荷泵）。隔離型又分為正激型和反激型。
2、開關(guān)電源的兩種基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
2.1 降壓電路 BUCK
2.1.1 降壓電路的概念
如圖所示，電路中僅包含一個(gè)直流源DC，一個(gè)開關(guān)S和一個(gè)負(fù)載R，以一定頻率對(duì)S進(jìn)行操作。
S=1，開關(guān)導(dǎo)通，時(shí)間ton，Vo=Vi；S=0，開關(guān)斷開，時(shí)間toff，Vo=0
設(shè)占空比D，S動(dòng)作周期為T，則可計(jì)算輸出電壓平均值為：Vo=D*Vi，D≤1,因此我們可以知道輸出電壓永遠(yuǎn)是小于輸入電壓的。
在上述電路的基礎(chǔ)上，我們?cè)黾右恍┰骷岆娐纷兊酶油暾?/p>
①輸出端增加電容C，平滑輸出電壓
②增加電感L，抑制電流突變，同時(shí)用于儲(chǔ)存電流
③增加二極管D，開關(guān)斷開時(shí)提供續(xù)流回路
④將開關(guān)更改為功率開關(guān)管
以下就得到了典型的BUCK電路模型：
狀態(tài)一：當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，輸入的能量從電源Vi，通過S→電感器L→電容器C→負(fù)載R供電，此時(shí)電感器L同時(shí)也在儲(chǔ)存能量。
狀態(tài)二：當(dāng)S關(guān)斷時(shí)，能量不再是從輸入端獲得，而是通過續(xù)流回路，從電感器L存儲(chǔ)的能量→電容C→負(fù)載R→二極管D。
2.1.2 電壓-電流波形
開關(guān)導(dǎo)通的時(shí)候，能量從輸入向輸出傳遞，Iq電流斜率上升，此時(shí)Id電流是沒有的；當(dāng)輸出電壓高到一定程度時(shí)，開關(guān)就斷開，這是電感、負(fù)載、二極管形成自然的續(xù)流回路，Id電流開始線性減少，此時(shí)Iq電流是沒有的。當(dāng)電壓低到一定程度后，重新開通開關(guān)；通過這樣高頻率的開通和關(guān)斷，就形成一個(gè)穩(wěn)定的輸出電壓。
2.1.3 降壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)?/p>
上圖就是一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)，我們可以通過兩個(gè)電阻的分壓采樣輸出的電壓，再經(jīng)過一個(gè)比較器和基準(zhǔn)比較，如果輸出小于基準(zhǔn)，MOS管就開通；如果輸出大于基準(zhǔn)，就關(guān)斷MOS管。
2.2 升壓電路 BOOST
2.2.1 升壓電路的概念
我們已經(jīng)知道通過對(duì)電壓回路的不斷開合從而實(shí)現(xiàn)降壓，但是卻不能實(shí)現(xiàn)升壓。我們換一條思路，假設(shè)在線路的傳輸過程中，線路不存在損耗，即輸出功率等于輸入功率
P= Vin*Iin=Vout*Iout
在功率不變的情況下，只要降低傳輸過去的輸出電流Iout，則可以提高輸出電壓。所以升壓電流就等同于設(shè)計(jì)一個(gè)降流電流，僅包含一個(gè)輸入電流源，一個(gè)開關(guān)S和一個(gè)負(fù)載R。因?yàn)殚_關(guān)要實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的分流，所以開關(guān)要和負(fù)載進(jìn)行并聯(lián)。如下圖所示：
S=1，開關(guān)導(dǎo)通，時(shí)間ton，io=0；S=0，開關(guān)斷開，時(shí)間toff，io=ii
輸出電流的平均值：Io=（1-D）Ii
功率不變的條件下，電壓與電流成反比則輸出電壓為：Vo=1/（1-D）*Vi，D≤1,因此我們可以知道輸出電壓永遠(yuǎn)是高于輸入電壓的。
在上述電路的基礎(chǔ)上，我們?cè)黾右恍┰骷岆娐纷兊酶油暾?/p>
①現(xiàn)實(shí)中是很難找到電流源，我們把一個(gè)電壓源串聯(lián)電感近似于一個(gè)電流源；
②輸出端增加電容C，平滑輸出電壓；
③使用二極管加功率開關(guān)器件替換開關(guān)S，防止電容短路且提供供電回路；
以下就得到了典型的BOOST電路模型：
狀態(tài)一：當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，輸入的能量從電源Vi，對(duì)電感充電，形成的回路是：輸入Vi→電感L→開關(guān)管Q；
狀態(tài)二：當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，輸入的能量和電感能量一起向輸出提供能量，形成的回路是：輸入Vi→電感L→二極管D→電容C→負(fù)載R，因此這時(shí)候輸出的電壓肯定就比輸入的電壓高，從而實(shí)現(xiàn)升壓。
2.2.2 電壓-波形電流
2.2.3 升壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)?/span>
上圖所示升壓轉(zhuǎn)換器的控制回路是通過分壓電阻的采樣，然后經(jīng)過誤差比較器和基準(zhǔn)源比較，最后輸出PWM。
2.3 總結(jié)
①BUCK、BOOST電路中都包含了三個(gè)元器件，電感、開關(guān)管、二極管，將BOOST中的三個(gè)元器件順時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°得到BUCK電路。
②在上述電路中，占空比越大，效率越高，損耗越小。
