從Buck-Boost到Flyback的這些電源知識,看得人都懂了~

2021-02-13 貿澤電子設計圈

電源的拓撲有很多種,但是其實我們能夠理解一種拓撲,就可以理解其他拓撲結構。因為組成各種拓撲的基本元素是一樣的。

對於隔離電源。大家接觸最多的電路拓撲應該是 flyback。

但是大家一開始做電源的時候,不會設計,連分析也不懂,唯一能做的是模仿(額,難聽點就是抄襲了)。這樣子的狀態持續了一段時間後,才開始慢慢的有一些了解。但對於新手來說,如果能從基本拓撲結構BUCK、BOOST進行演變成更複雜的拓撲結構,那麼我們融會貫通的理解各種拓撲結構,就變得非常容易。


其實理解隔離電源,相對非隔離DCDC來說,需要多理解一個基本元素——變壓器。然後很多基本原理也可以通過基本拓撲進行演變。

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 buck-boost 的分析,一定有助於對 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 buck-boost 進行演變,最終會演變成 flyback。

Buck-Boost電路——降壓或升壓斬波器,其輸出均勻電壓U0大於或小於輸進電壓Ui,極性相反。

圖一 是 buck-boost 的原型電路。把電感 L 繞一個並聯線圈出來,如圖二:

把 L 的 2 個並聯線圈斷開連接,並且改變圈數比,改為:1:n,如圖三:

把圖三中的二極體沿著所在迴路移動,變成陰極朝外的樣子,並且,改變輸出電壓V和接地的位置。(二極體的作用是單向導通,電路沒有其他分支電流,在一個環路中的兩個位置,效果可以等效。)

(Buck Boost是實現反壓的,但是我們隔離電源並不是需要反壓,所以我們需要調換一下電源的極性。)
如圖四:

把圖四中的 Q 順著迴路移動到變壓器下方,如圖五:
(開關的位置其實在哪都可以,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,對研究 flyback 的行為特性有很大的幫助。因為兩個電路各工作過程都是極其類似的。只是在buck boost的拓撲中,只有一個電感,進行儲能,而在flyback電路中,是一個變壓器。原邊側的電磁能量,在原邊側電路突然斷開的時候,能夠把能量傳遞到副邊側。

第一個工作狀態:mosfet Q 開通,二極體 D 關斷.如圖八所示:

此時,輸入電源對電感進行充電。電容原先充電的能量,對負載進行供電,保持其原來的電壓。

第二個工作狀態:Mosfet Q 關斷,二極體 D 開通.如圖九所示:

此時,電感會維持原來的電流。

我們來看下flyback的工作過程:

假定這個 flyback 電路仍然工作在穩定的 CCM 狀態。


在狀態 1 mosfet Q 開通,二極體 D 關斷,電路如圖所示。

類比於剛剛我們提到的BuckBoost的狀態一,此時對電感進行充電,電容維持負載的電流。

在flyback的狀態 2 Mosfet Q 關斷,二極體 D 開通,此時變壓器的副邊對負載和電容進行充電。

剛剛我們討論的是CCM情況。flyback有個另外的情況DCM。

工作在DCM情況下的flyback比在CCM下多了一個工作狀態 3. 工作狀態1 和工作狀態2 與CCM的工作狀態 1 和 2 相同,在工作狀態 3 下,Mosfet Q 和二極體 D 都處於關斷狀態.三個工作狀態經歷時間分別為 d1Ts,d2Ts,d3Ts.

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