用于低占空比、基于飞轮电容的三种BUCK变换器结构

品慧电子讯如果将飞轮电容串联在BUCK电路的主回路，输入电压通过飞轮电容加到输出电感，由于电容相当于一个电压源，那么，电感两端所加的电压为：Vin –Vc –Vo，相比Vin –Vo，电压降低很多，就可以实现这种低占空比的应用，同时还可以提高效率，下面分别介绍这三种飞轮结构的BUCK变换器。

飞轮电容的工作原理类似于充电泵电容，可以实现如下功能:

（1）叠加在浮动电压上实现升压，如叠加在BUCK、BOOST变换器开关节点SW的电容。

（2）实现升降压功能，如SEPIC电路的主功率回路电容。

（3）实现负压功能，如CUK电路的主功率回路电容。

如果将飞轮电容串联在BUCK电路的主回路，输入电压通过飞轮电容加到输出电感，由于电容相当于一个电压源，那么，电感两端所加的电压为：Vin –Vc –Vo，相比Vin –Vo，电压降低很多，就可以实现这种低占空比的应用，同时还可以提高效率，下面分别介绍这三种飞轮结构的BUCK变换器。

1、四管、双电容、单电感结构

电路结构所下图所示，工作过程有2个模式。

模式1：S1和S3导通，S2和S4截止

输出电感激磁，输入电压通过C1向输出负载提供能量，同时对C1充电；C2通过S3对输出负载放电提供部分电感电流，因此，电感的负载电流由输入电源（通过S1、C1）和C2同时提供。

如果C1、C2的电容相等，电感电流等于电容C1、C2的电流之和。S1、S3工作于硬开关状态，由于S1、S3的电流降低，因此可以同时降低导通损耗和开关损耗。

模式2：S2和S3导通，S1和S3截止

输出电感去磁，在前面一个阶段过程结束时，由于C1、C2的电压不平衡，当S2、S4导通后，将C1、C2并联，所以电压高的电容将会对电压低的电容放电，那么，S4不仅流过输出电感续流电流，还要流过C1、C2充放电的电流，因此其导通损耗会增加。

主功率（S1、S3）占空比：D=2Vo/Vin

2、四管、单电容、双电感结构

电路结构所下图所示，工作过程有4个模式。

模式1：S1和S3导通，S2和S4截止

L1激磁，输入电压通过C1向输出负载提供能量，同时对C1充电； L2去磁，S4续流。

模式2： S3和S4导通，S1和S2截止

L1、L2去磁，S3、S4续流。

模式3： S2和S4导通，S1和S3截止

L2激磁，电容C1放电，通过L2向输出负载提供能量； L1去磁，S4续流。

模式4： S1和S3导通，S2和S4截止

L1、L2去磁，S3、S4续流。

本结构相当于二相工作，可以同时降低导通损耗和开关损耗。

3、六管、双电容、三电感结构

电路结构所下图所示，工作过程有4个模式。

模式1：S1A、S2B和S3A导通，S1B、S2A和S3B截止

输入电压通过C1向输出负载提供能量，同时C2放电向输出负载提供能量。

模式2： S1B、S2A和S3B导通，S1A、S2B和S3A 截止

输入电压通过C2向输出负载提供能量，同时C1放电向输出负载提供能量。

L1、L2为耦合电感，在模式1、模式2中正、反向工作实现激磁和去磁，L3激磁。

模式3：S3A和S3B导通，S1A、S1B、S2A和S2B截止

L1、L2的电压短路到0， S3A和S3B续流，L3电感去磁。

通过耦合电感，实现48V-1V的超低的占空比。

来源：松哥电源