电路电子拾遗——DC/DC、AC/DC典型转化电路

零·前言

显然，将电路、数电、模电的学习压缩至64学时是荒谬的，笔者决定利用假期时间适当地补习一些经典重点内容。

本文将介绍DC/DC转化电路中经典的Buck-Boost电路、开关式AC/DC全波整流转化电路，以及它们通用的线性稳压器电路。

一·Buck-Boost电路

Buck-Boost电路，也称升降压变换器，是一种输出电压可以高于或低于输入电压的开关电源电路，其最基本的电路拓扑如下：

当开关晶体管导通时，输入电流自上而下通过电感L流向GND，电感L储能，电容C放电，忽略晶体管Q压降，\(U_{on} \approx U_{in}\)。

当开关晶体管断开时，电感L放能，电流自下而上通过电容C，电容C充电，忽略二极管D压降，\(U_{off} \approx -U_{out}\)。

电路稳定时，电感充放电平衡，存在\(I_{on} = I_{off}\)，又由电感的电压公式\(U = L \frac{dI}{dt}\)，可得\(U_{on}T_{on} = U_{off}T_{off}\)，称伏秒平衡。

代入\(U_{in}T_{on} = -U_{out}(T-T_{on})\)，写为占空比形式\(U_{out} = - \frac{D}{1-D}U_{in}\)。

由图，电容C的极性与标识的输出电压\(U_{out}\)极性相反，即输入电压\(U_{in}\)与输出电压\(U_{out}\)的极性相反；由占空比取值范围\(0 < D < 1\)知，\(U_{out} < 0\)。

通常，此类转换器的开关由PWM波控制。此类转换器具有三种工作模式：CCM(电感电流连续，即每个周期开始时电感电流不为零)、DCM(电感电流不连续)、BCM(临界)。工作于CCM模式，输出纹波较小，输出电压与负载电流无关；工作于DCM模式，转换效率较高。

二·开关式AC/DC全波整流转化电路

开关式AC/DC全波整流转化电路的电路拓扑如下：

对于正弦波交流输入信号，先通过二极管桥式电路全波整流，将负电压成分转化为正电压，再通过电容充放电平滑波形得到纯净的直流。

纹波电压\(U_{ripple} = \frac{I_{load}}{fC}\)，其中\(I_{load}\)为流经负载的电流，\(f\)为交流输入信号频率，\(C\)为滤波电容。

然后，开关晶体管对直流进行斩波得到方波，经过高频变压器传至负载电路，用二极管对其半波整流，再通过电容滤波得到纯净的直流。

三·线性稳压器电路

线性稳压器通过对输出电压的采集，与基准电压比对，再将比较结果放大，输出至晶体管控制极控制晶体管的导通程度，其电路拓扑如下：

易知，输出电压\(U_{out} = \frac{R1}{R1 + R2}U_{ref}\)。

反馈回路：输出电压\(U_{out}\)下降时，运算放大器正极输入端电压下降低于\(U_{ref}\)，运算放大器输出端输出负电压，晶体管\(|U_{BE}|\)增大，\(I_{B}\)增大，\(I_{E}\)增大，\(I_{out}\)增大，\(U_{out}\)增大，反馈回路达到平衡；反之亦然。

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