目录

1.1 正激电路演变

1.2 正激电路工作原理

1.2.1连续电流模式

1.2.2断续电流模式

前文我们分享了常用隔离DCDC中的反激变换器。本文继续分享另一款隔离型的DCDC拓扑—正激变换器。

Buck电路和Boost电路区别

Buck电路是一种高效的降压型直流电源变换器，能把较高的直流输入电压稳定地转换成较低的输出电压，转换效率通常能达到 95% 以上 。根据 Analog Devices 等权威资料，它主要通过控制开关管的快速通断，配合电感和电容的储能滤波作用来实现电压调节 。这种电路广泛应用于手机、电脑、汽车电子等需要电源管理的设备中 。

1. 核心功能是降压：Buck 电路的主要任务是将高电压变成低电压，输出电压永远小于或等于输入电压，不能用来升压 。
2. 效率比线性电源高：相比传统的电阻分压或线性稳压器（LDO），Buck 电路通过开关方式传输能量，发热少、效率高，特别适合电池供电的设备 。
3. 应用场景非常广：常见于便携式电子设备（如平板、笔记本）、计算机服务器供电、汽车车载系统以及工业控制器中 。

1. 核心元件只有四个：典型电路包含开关管（如 MOSFET）、电感、电容和续流二极管（同步 Buck 用 MOSFET 代替二极管）。
2. 工作原理分两步走：
   • 开关导通时：电源通过开关和电感向负载供电，电感储存能量，电流逐渐增加 。
   • 开关关断时：电源断开，电感释放储存的能量，通过续流二极管继续给负载供电，电流逐渐减小 。
3. 电压大小靠占空比控制：输出电压与输入电压的关系近似为  V out= V in × D，其中 D 是开关导通时间占整个周期的比例（占空比），调节 D 就能改变输出电压 。

• 有两种工作模式：
  • 连续导通模式 (CCM)：电感电流始终大于零，适合重载场景，输出更稳定 。
  • 断续导通模式 (DCM)：轻载时电感电流会降到零，效率可能略低，但控制更简单 。
• 和 Boost电路的区别：Buck 电路只能降压，而 Boost 电路只能升压；Buck 的电感在开关后级，Boost 的电感在开关前级 。
• 设计实例参考：例如要将 24V 电压降到 12V/3A，在 100kHz 开关频率下，占空比约为 50%，可选用 68μH 电感和 220μF 级电容 。
• 同步与非同步选择：同步 Buck 用 MOSFET 替代二极管，效率更高（可达 97%），适合低压大电流应用；非同步成本更低，适合一般场景 。
  

1.1 正激电路演变
正激变换器拓扑可由buck拓扑演变而来，我们先回顾一下buck电路：

 

Buck电路在开关导通时给电感充电和给负载供电，在开关断开时，由电感产生的感应电动势续流供电。

1、这时如果想将输入电源和后级隔开，我们可以加一个变压器：

 

但这时变压器初级加的是一个持续的直流电，变压器磁芯很快就会饱和，这个时候次级将无法产生感应电动势，也就是能量没有传递到次级。所以我们要想办法让初级电流变成一个变化的电流。

2、将次级的开关移到初级，借住开关的通断来使电流变化：

 

开关导通时，变压器初级电流从同名端流入，磁芯磁通量增加，次级产生感应电动势，电流从次级同名端流出，进而给电感L充能和给负载供电。开关关断时，次级将产生从同名端流入的电流来阻碍磁通量的减少，此电流将通过二极管D形成回路，这就相当于次级被短路了，而变压器的副边如果短路，将会引起原边产生大电流，将导致器件烧毁损坏，所以要避免在开关关断时，变压器次级发生短路。

3、在变压器次级再增加一个二极管：

 

可以看到，增加这个二极管后，开关关断时，次级流入同名端的电流回路别二极管截断，这就避免了次级短路问题。但是此时又有新的问题，开关导通时，变压器磁芯充了磁能，而开关断开时，由于次级二极管的截止，无法将这部分磁能转换为电能释放掉，下次开关导通又继续充磁，几个周期后，变压器将磁饱和，磁饱和之后变压器原边就不再是励磁电感了，可以认为变成了导线而导致短路，将会引起原边产生大电流，将导致器件烧毁损坏，所以还需要想办法在开关断开时，将开关导通时充的磁能释放掉，也叫做磁复位。

4、在变压器上增加磁复位绕组：

 

上图中的N1为原边绕组、N2为副边绕组、N3为磁复位绕组，这三个绕组在同一个磁芯上。在开关导通时励磁电流i1给磁芯充磁，副边产生感应电流i2给电感充能和给负载供电，磁复位绕组N3产生的从同名端流出的电流被二极管D3截止。在开关关断时，N2的感应电流被D2截止，但此时磁复位绕组N3的产生从同名端流入的感应电流可经D3形成回路，磁芯中的能量可回流到电源中完成磁复位。

PS：关于感应电流的方向若有疑问，大家可自行查阅一下同名端的定义。

1.2 正激电路工作原理
1.2.1连续电流模式
在开关导通时，工作回路如下图，变压器变压后给电感充能和给负载供电，与buck电路开关导通时差不多，这个阶段变压器磁芯磁通增加、电感电流增加：

 

回路参数变化如下图黄色区域所示：

 

电流的增量为：

 

变压器磁通的增量为：

 

在开关关断时，工作回路如下图，电感给负载供电，变压器进行磁复位，这个阶段变压器磁芯磁通减少到0、电感电流减少;

 

回路参数变化如下图黄色区域所示：

电流的减量为：

 

变压器磁通的减量为：

 

前面buck电路分析过，一个周期内电感电流的增量和减量相等，可计算得：

 

同时，一个周期内磁芯磁通的增量一定得小于减量，否则无法完成磁复位，可得：

 

计算得：

 

1.2.2断续电流模式
断续电流模式指的是在开关关断期间，次级线圈的电流会下降到0。如下图所示：

 

t0~ t1、t1~ t2的过程与连续电流模式一致，增加了第三个阶段t2~ t3，这个阶段初、次级线圈电流均为0，由电容向负载提供能量。

下面对电流断续时的输入输出电压关系进行推导。

设开关断开后的次级线圈电流持续时间为αT（t2-t1），0≤α≤1-D，电感在整个开关周期的平均电流为：

 

忽略电容的漏电流，负载电流基本等于电感的平均电流：

 

根据电感的电流增减量相等可得：

 

从此式解出α，代入负载电流等于平均电流的等式中，解得：

 

其中：

 

从上式可以看出，输出电压将随着负载电流减小而升高，在负载电流为0的极限情况下：

 

从以上的分析可知，正激电路的输入输出关系和buck电路非常相似，仅有的差别在于变压器的变压比，因此正激电路可以看成是输入电压按变压器电压比折算至副边后经buck电路得到。隔离电路中的半桥、全桥、推挽电路也是类似原理。