第2章 DC-DC开关型功率变换器的基本电路

2.1 DC-DC开关型功率变换器的基本电路

DC-DC开关型功率变换器分为不带隔离变压器和带隔离变压器两类基本电路。不带隔离变压器的基本电路有Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk、SEPIC和Zeta六种，带变压器的基本电路有Forward、Flyback、Cuk、SEPIC和Zeta五种。

单端DC-DC开关型PWM功率变换器（以下简称开关变换器）是各类开关型功率变换器（如双端、AC-DC、软开关等）的基本电路。开关变换器有哪些基本电路，不同年代、不同文献的说法不一，本文所述“开关变换器基本电路”一词已包含了单端、PWM和DC-DC变换等性质。

现在一般认为，无变压器的开关变换器基本电路有六种，即Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk、SFPIC和Zeta，图2.1的左列所示为这六种基本电路，右列所示为相应的等效电路，等效的原则将在后面进一步讨论。

20世纪80年代中期以前，国际公认的无变压器的开关变换器基本电路只有三种，即Buck（降压）、Boost（升压）、Buck-Boost（降压-升压或升降压），其中Buck和Boost电路互为对偶。

20世纪70年代中期，美国加州理工学院发表研究成果，提出了一种新型开关变换器，称为Cuk变换器（是以发明人SlobodanCuk的姓来命名的），Cuk变换器与Buck-Boost变换器互为对偶，也是一种升降压变换器，到20世纪80年代中期以后，逐渐被国际学者公认为基本电路之一。

1976年，美国P.W.Clarke发表的研究成果提出一种有变压器的一次侧电感式变换器（PrimaryInductanceConverter），简称PIC，获得专利。1977年，Bell实验室在PIC基础上，开发了有变压器的“单端一次侧电感式变换器”（Single-Ended Primary Inductance Convert-er），简称（有变压器的）SEPIC电路。如果用电感代替变压器，就可得到图2.1（e）所示的无变压器的SEPIC电路，这是一种新型的DC-DC单端PWM开关变换器，其对偶电路称为DualSEPIC或Zeta变换器。到1989年，人们将SEPIC和Zeta变换器也列为PWM开关变换器的基本电路，因此无变压器的开关变换器基本电路增加到六种，其中有三对是互为对偶的。从这六种PWM开关变换器基本电路可以衍生出准谐振变换器，ZVS/ZCS-PWM变换器和ZVT/ZCT-PWM变换器等。表2.1给出了六种DC-DC单端PWM开关变换器的输出-输入电压比Vo/Vs。

图2.1 开关变换器的六种基本电路及其对应的等效电路

表2.1 DC-DC单端PWM开关变换器的输出-输入电压比

注：Vs—输入电压；Vo—输出电压；D—占空比（导通比），D=ton/Ts，1-D=toff/Ts（其中，ton为开关晶体管导通时间；toff为关断时间；Ts为周期，Ts=ton+toff）。

由表2.1可见，SEPIC和Zeta变换器的输出-输入电压比与Buck-Boost（及Cuk）变换器相同，它们也属于升降压变换器。