開關(guān)電源中有幾種基礎(chǔ)的拓撲，buck拓撲電路、boost拓撲電路以及反激式開關(guān)電源等等。這些拓撲既有他們相同之處，也有其獨特性。下面我們研究一下開關(guān)電源拓撲結(jié)構(gòu)如何選擇。

一些拓撲適用于離線式(電網(wǎng)供電的)AC/DC變換器，其中有些適合小功率輸出(<200W)，有些適合大功率輸出;有些適合較高的AC輸人電壓(>=220V AC)，而有些適合較低的AC輸人電壓的場合;有些在較高的DC輸出電壓( >200V)場合有較大的優(yōu)勢，而有些在較低的DC輸出電壓場合有較大的優(yōu)勢。對于多級電壓輸出的應(yīng)用場合，使用器件較少或是在器件數(shù)與可靠性之間有較好折中是選擇拓撲要考慮的因素。同時，輸入/輸出紋波和噪聲要求也是選擇拓撲要考慮的重要因素。某些拓撲因其本身固有的局限性，需要輔助電路或更復(fù)雜的電路，使得在某些應(yīng)用場合它的特性變得非常難以分析。

因此，要恰當(dāng)選擇拓撲，熟悉各種不同基本拓撲的優(yōu)缺點是非常重要的。錯誤的選擇會導(dǎo)致電源的性能變差，甚至浪費設(shè)計時間和成本。因此有必要充分地了解不同拓撲的基本特性參數(shù)。

圖1 BOOST 電路拓撲及波形

圖1所示的Boost是將較低的未調(diào)整輸入電壓升為較高的調(diào)整輸出電壓，該電路稱為升壓調(diào)整器或升壓電感變換器。

Q1關(guān)斷時，L1的極性顛倒;將Q1導(dǎo)通時，L1存儲的能量經(jīng)過D1以更高的電壓釋放給輸出負載。

在Vdc和開關(guān)管Q1之間串接電感L1，當(dāng)Q1導(dǎo)通時，電流從電感L1的下端流入Q1。當(dāng)Q1關(guān)斷時，電流從電感L1的下端通過整流二極管D1輸送給輸出電容C0及負載。

假設(shè)輸出電壓和電流已建立，電路已穩(wěn)定運行，當(dāng)QI導(dǎo)通時(TON)，二極管反偏截止，L1的電流線性上升達到峰值Ip=Vdc TON /L1

由于在Q1導(dǎo)通時段輸出電流完全由C0提供，所以C0應(yīng)選得足夠大，以使在TON時段向負載供電時，其電壓降到最小并滿足要求。

Q1關(guān)斷時，由于電感電流不能突變，L1的電壓極性顛倒，L1異名端電壓相對同名端為正。L1同名端電壓為Vdc，且L1經(jīng)D1向C0充電，使C0兩端電壓(泵升電壓)高于Vdc。此時電感儲能給負載提供電流，并補充C0單獨向負載供電時損失的電荷。Vdc在Q1關(guān)斷時段也向負載提供能量。

輸出電壓的調(diào)整是通過負反饋環(huán)控制Q1導(dǎo)通時間實現(xiàn)的。若直流負載電流上升，則導(dǎo)通時間會自動增加，為負載提供更多能量。若Vdc下降而TON不變，則峰值電流即L1的儲能會下降，導(dǎo)致輸出電壓下降。但負反饋環(huán)會檢測到電壓的下降，并通過增大TON來維持輸出電壓恒定。

BOOST有兩個非常不同的工作模式，這些工作模式與電感的狀態(tài)條件有關(guān)。

如果一個周期結(jié)束時，電感電流已降到零，則工作于不連續(xù)模式。如果一個周期結(jié)束時，電感電流沒有降到零，則工作于連續(xù)模式。

當(dāng)介紹開關(guān)拓撲時，輸出濾波電容一般不包含在拓撲結(jié)構(gòu)中。因此，開關(guān)拓撲的輸出電流不是輸出到負載的直流電流，而是流入輸出電容和負載的合成電流，輸出電容和負載是并聯(lián)的。

與Buck拓撲不同，Boost拓撲的輸入電流是連續(xù)的(有一些紋波)，而輸出電流對于任何工作模式都是不連續(xù)的。因此，連續(xù)模式和不連續(xù)模式只是針對電感的電流而言。

如圖1(d)所示，當(dāng)D1電流在Q1下次異通之前下降到零，則電路工作于不連續(xù)模式。

若電流在關(guān)斷結(jié)束時還未下降到零，則由于電感電流不能突變，Q1下次導(dǎo)通時電流上升會有一個階梯，Q1和D1上的電流將呈典型的階梯斜坡形狀，如圖2所示。

圖2 連續(xù)模式下boost拓撲Q1、D1和L1的

此時電路工作于連續(xù)模式，因為在一個工作周期里電感電流始終大于零。

假設(shè)反饋環(huán)能控制輸出電壓恒定，則當(dāng)R0或Vdc減小時，反饋環(huán)會增加Q1異通時間Ton，以保待輸出電壓恒定。當(dāng)負載電流增加，R0或Vdc持續(xù)減小，則可能使Ton增大，到下次導(dǎo)通之前Q1和D1電流仍未降到零，此時電路進入連續(xù)工作模式。

能使不連續(xù)模式下反饋環(huán)穩(wěn)定工作的誤差放大，不一定能使連續(xù)模式下的反饋環(huán)穩(wěn)定，并會產(chǎn)生振蕩。反饋環(huán)理論分析認為，連續(xù)工作模式時boost電路的傳遞函數(shù)存在右半平面零點，穩(wěn)定有右半平面零點的反饋環(huán)的唯辦法是大幅減小誤差放大器的帶寬。

簡而言之，在不連續(xù)工作模式中電感和D1的電流有一段時間為零。也就是在能量傳遞期間(Q1關(guān)斷和D1導(dǎo)通期間)和能量存儲期問(Q1導(dǎo)通和D1關(guān)斷期間)有一小段時間間隙。這個時間余量(死區(qū))對電源系統(tǒng)運行特性非常重要，它在連續(xù)工作模式不會存在。

充分了解這兩種工作模式是非常重要的。因為在具有Boost功能的任何開關(guān)拓撲里，它的

影響非常大。為了更好地理解這一點，我們將分析BOOST拓撲連續(xù)工作模式下負載突然增大時電路的響應(yīng)特性。

假設(shè)一個連續(xù)工作模式的Boost電路已進人穩(wěn)定運行狀態(tài)，輸出電壓和負載電流穩(wěn)定，電感電流連續(xù)。當(dāng)負載電流突然增大時，輸出電壓將有下降的趨勢，此時控制環(huán)路將增大Q1的導(dǎo)通時間，以增大電感L1的電流。然而，需要經(jīng)過幾個周期，電感L1的電流才能增加的非常大(由電感值、輸入電壓和Q1導(dǎo)通時間的實際增址決定)。

必須注意的是，導(dǎo)通時間增加的直接影響是使關(guān)斷時間減少，因為一周期的時間是固定的。因為D1只在Q1關(guān)斷期間才導(dǎo)通( 而且導(dǎo)通時間減少)，平均輸出電流開始減小，而不是增大。因此，當(dāng)我們試圖增加輸出電流時，這個直接影響將減小輸出電流，這需要經(jīng)過幾個周期電感電流的增加來慢慢使它調(diào)整。