1 / 三大非隔離拓撲簡介 /

1.1 拓撲結構

BUCK 拓撲是一種直流 - 直流（DC-DC）降壓轉換器，其輸出電壓低于輸入電壓。它由開關管（如 MOSFET）、二極管、電感和輸出電容組成。工作時，開關管周期性導通和關斷，電能通過電感存儲和釋放，二極管在開關關斷時提供續流路徑。通過控制占空比（開關導通時間與周期之比），可精確調節輸出電壓。

BOOST拓撲是一種升壓轉換器，輸出電壓高于輸入電壓。輸出電壓由占空比決定，占空比越大，輸出電壓越高。

BUCK-BOOST 拓撲兼具降壓和升壓功能，輸出電壓可高于或低于輸入電壓，極性與輸入相反。通過調節占空比，可實現降壓或升壓轉換。

圖1 三大非隔離拓撲的結構(from ADI)

1.2 增益和占空比的關系

對于BUCK拓撲，輸出電壓＜輸入電壓，通過占空比 D 調節輸出，增益 M (D)=D。

對于BOOST拓撲，輸出電壓＞輸入電壓，增益 M (D)=1/(1-D)，占空比越大升壓越高。

對于BUCK-BOOST拓撲，輸出電壓可高于或低于輸入電壓，且極性反向，增益 M (D)=-D/(1-D)。

圖2 三大非隔離拓撲的占空比和增益(from Erickson)

2 / 電感電流與輸入電壓的關系 /

2.1 平均電感電流與占空比的關系

BUCK拓撲：平均電感電流 IL_AVE = 輸出電流 IOUT，與輸入電壓無關，僅由負載決定。

BOOST / BUCK-BOOST拓撲：平均電感電流IL_AVE 與占空比 D 強相關，如 Boost 中 D=(VOUT-VIN)/VOUT，輸入電壓變化會直接改變 D，進而影響電感平均電流。

2.2 紋波電流

BUCK和BUCK-BOOST拓撲：輸入電壓升高時，電感紋波電流增大。

BOOST拓撲：在中間電壓時，電感紋波電流最大；參考圖3。

2.3 啟動峰值電流，電容充電的浪涌挑戰

參考電容公式(6)，啟動時，輸出電容初始電壓為 0，對應浪涌電流是Cout*Vout/tss（tss 為啟動時間）。

BUCK拓撲在最大輸入電壓下啟動峰值電流最大，而 BOOST / BUCK-BOOST拓撲在最小輸入電壓下峰值電流更危險。

2.4 電感電流與輸入電壓的綜合關系分析

表3所示，是不考慮輸出電容初始電荷量的情況下，三個拓撲對應的電感電流表達式與輸入電壓等參數的關系。

圖3所示，是在其他參數不變的情況下，電感電流與輸入電壓的變化關系。

圖3 電感電流與輸入電壓的關系(from ADI)

對于降壓拓撲：輸入電壓↑→交流分量↑，但直流分量（=IOUT）不變→最大輸入電壓時電感峰值電流最大。因此，在最大輸入電壓下，電感電流峰值最大。

• 要點：降壓拓撲的輸出電容選型，必須在最大輸入電壓下完成。

對于升壓型和升降壓型拓撲：輸入電壓↑→占空比 D↓→直流分量↓，雖交流分量↑，但直流分量主導→最小輸入電壓時電感峰值電流最大。

• 要點：升壓型和升降壓型拓撲的輸出電容選型，應使用最小輸入電壓進行設計。

3 / 小結 /

• 請立即檢查你的設計：降壓電路的參數設計從最大輸入電壓開始，而升壓 / 升降壓電路從最小輸入電壓開始。
• 看懂規律，才能讓每一個元件都站對正確的參數位置。