无电解电容开关电源的研究和开发+文献综述(5)
图2.2 脉冲跨周期调制 工作原理
目前脉冲跨周期调制方式已经用于开关电源，具有如下优点：在负载较轻时率很高，工作频率高，频率特性好，功率管开关次数少，适用于小功率电源管理IC。存在以下缺点：输出纹波大，输入电压调整能力弱。
脉冲跨周期调制、脉冲宽度调制、脉冲频率调制和时钟信号的控制波形比较，如图2.3所示。
图2-3 脉冲跨周期调制、脉冲宽度调制、脉冲频率调制和时钟的控制信号波形
2.2.2 开关电源的基本构成
开关电源的基本结构图如图2.4所示。整机电路可分为主电路和控制电路两部分。主电路由交流输入EMI防电磁干扰电源滤波器、二极管整流与电容滤波、DC/DC功率变换器三个部分组成。控制电路通过反馈信号与给定信号相比较的结果产生恰当的控制信号，并对控制信号进行隔离与放大，以保证能控制与驱动主电路正常工作，使得输出符合要求，同时也起到对主电路保护的作用。
图2.4 开关电源的基本结构图
DC/DC变换器是开关电源中最主要的功率变换环节。DC/DC变换器有输入输出无隔离即直通型和输入输出隔离型两种类型。直通型DC/DC变换器典型的电路有降压（Buck）型、升压(Boost)型、升降压(Buck—Boost)式和斩波（Cuk）型等几种类型；输入与输出隔离型的DC/DC变换器典型的电路有单端正激式、单端反激式、推挽式、半桥式和全桥式等几种类型。但无论哪种类型的DC/DC变换器的开关电源其基本原理都是开关管工作于开关状态下，通过改变开关管导通与关断的时间比例来改变输出电压的。输出电压的稳定依靠电容电感的滤波和反馈电路来实现。
2.2.3 开关电源的常见拓扑结构
(1) 降压变换器
降压变换器又称Buck变换器，其基本电路结构如图2.5所示。PWM比较器的输出信号控制开关管，使VDiode(开关节点)上的电压波形具有Vout的平均值。电感和输出电容组成一个低通滤波器，滤波后电压以很小的纹波呈现在输出端。
图2.5 降压变换器拓扑结构
(2) 升压变换器
升压变器又Boost称变换器，其基本电路结构如图2.6所示。改变降压变换器中元件的位置就可把它变成升压变换器。在升压变换器中，开关管导通时在电感中有斜波电流流过。当开关管断开时，电感中的电流必须保持流动，电感上的电压改变极性，使二极管正向偏置，并释放能量到输出端和输出电容器。
图2.6 升压变换器拓扑结构
(3) 正激变换器
正激变换器又称Forward式变换器是在降压变换器的开关管和续流二极管之间加入变压器得到的，其基本电路结构如图2.7所示。由于正激变换器的隔离元件是个单纯的变压器，因此输出端要附加一个电感L作为能量的存储及传递元件。电路中必须有一个导向二极管和一个续流二极管。同时要使变压器的初级和次级有同名端。因为能量是在开关管导通时传递给次级的，所以叫正激变换器。
图2.7 正激变换器拓扑结构
(4) 反激变换器
反激变换器又称Flyback式变换器，其基本电路结构如图2.8所示。由于反激变换器的电路拓扑结构简单，能提供多组直流输出和升降范围宽，因此广泛应用于中小功率变换场合。其结构相当于在升压变换器中，用一个变压器代替升压电感，即构成了反激式变换器。
图2.8 正激变换器拓扑结构
反激变换器中，隔离变压器兼起储能电感的作用，变压器磁芯处于直流偏磁状态，为防止磁芯饱和，需要较大的气隙。所以变压器初级电感值通常比较低。反激变换器中开关管导通时，电感电流变化率较大。