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用於低占空比、基於飛輪電容的三種BUCK變換器結構

發布時間：2019-04-01 責任編輯：xueqi

【導讀】如果將飛輪電容串聯在BUCK電路的主回路，輸入電壓通過飛輪電容加到輸出電感，由於電容相當於一個電壓源，那麼，電感兩端所加的電壓為：Vin –Vc –Vo，相比Vin –Vo，電壓降低很多，就可以實現這種低占空比的應用，同時還可以提高效率，下麵分別介紹這三種飛輪結構的BUCK變換器。

飛輪電容的工作原理類似於充電泵電容，可以實現如下功能:

（1）疊加在浮動電壓上實現升壓，如疊加在BUCK、BOOST變換器開關節點SW的電容。

（2）實現升降壓功能，如SEPIC電路的主功率回路電容。

（3）實現負壓功能，如CUK電路的主功率回路電容。

如果將飛輪電容串聯在BUCK電路的主回路，輸入電壓通過飛輪電容加到輸出電感，由於電容相當於一個電壓源，那麼，電感兩端所加的電壓為：Vin –Vc –Vo，相比Vin –Vo，電壓降低很多，就可以實現這種低占空比的應用，同時還可以提高效率，下麵分別介紹這三種飛輪結構的BUCK變換器。

1、四管、雙電容、單電感結構

電路結構所下圖所示，工作過程有2個模式。

模式1：S1和S3導通，S2和S4截止

輸出電感激磁，輸入電壓通過C1向輸出負載提供能量，同時對C1充電；C2通過S3對輸出負載放電提供部分電感電流，因此，電感的負載電流由輸入電源（通過S1、C1）和C2同時提供。

如果C1、C2的電容相等，電感電流等於電容C1、C2的電流之和。S1、S3工作於硬開關狀態，由於S1、S3的電流降低，因此可以同時降低導通損耗和開關損耗。

模式2：S2和S3導通，S1和S3截止

輸出電感去磁，在前麵一個階段過程結束時，由於C1、C2的電壓不平衡，當S2、S4導通後，將C1、C2並聯，所以電壓高的電容將會對電壓低的電容放電，那麼，S4不僅流過輸出電感續流電流，還要流過C1、C2充放電的電流，因此其導通損耗會增加。

主功率（S1、S3）占空比：D=2Vo/Vin

2、四管、單電容、雙電感結構

電路結構所下圖所示，工作過程有4個模式。

模式1：S1和S3導通，S2和S4截止

L1激磁，輸入電壓通過C1向輸出負載提供能量，同時對C1充電； L2去磁，S4續流。

模式2： S3和S4導通，S1和S2截止

L1、L2去磁，S3、S4續流。

模式3： S2和S4導通，S1和S3截止

L2激磁，電容C1放電，通過L2向輸出負載提供能量； L1去磁，S4續流。

模式4： S1和S3導通，S2和S4截止

L1、L2去磁，S3、S4續流。

本結構相當於二相工作，可以同時降低導通損耗和開關損耗。

3、六管、雙電容、三電感結構

電路結構所下圖所示，工作過程有4個模式。

模式1：S1A、S2B和S3A導通，S1B、S2A和S3B截止

輸入電壓通過C1向輸出負載提供能量，同時C2放電向輸出負載提供能量。

模式2： S1B、S2A和S3B導通，S1A、S2B和S3A 截止

輸入電壓通過C2向輸出負載提供能量，同時C1放電向輸出負載提供能量。

L1、L2為耦合電感，在模式1、模式2中正、反向工作實現激磁和去磁，L3激磁。

模式3：S3A和S3B導通，S1A、S1B、S2A和S2B截止

L1、L2的電壓短路到0， S3A和S3B續流，L3電感去磁。

通過耦合電感，實現48V-1V的超低的占空比。

來源：鬆哥電源

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