在开关稳压电源中，开关电路是其核心部分，它是由功率开关管、二极管、电感器和电容器等组成的。功率开关管可以是半导体功率三极管，也可以是MOSFET、SCR、IGBT、集成稳压器等。本文以IGBT为例说明其在开关电源中的应用。根据功率开关管在输入和输出之间的位置，基本开关电路可分为串联开关电路、并联开关电路和串—并联开关电路等几种。下面分别予以论述。
1.1 串联开关电路
串联开关电路也叫降压开关电路或Buck 电路。串联开关电路的原理图和等效电路图如图1-l(a)、(b)所示。
1.1 串联开关电路
串联开关电路也叫降压开关电路或Buck 电路。串联开关电路的原理图和等效电路图如图1-l(a)、(b)所示。
图1-1 串联开关电路的原理图和等效电路图
由图1-l(a)可以看出，串联开关电路由功率开关管V1 (IGBT)、续流二极管V2、电感L和电容C组成，Vl受占空比为0的脉冲的控制，交替导通或关断，再经L和C组成的滤波器，在负载R上得到直流输出电压Uo，从而完成将脉动的直流输入电压Vcc变换成平滑直流输出电压Uo的功能。
采用图1-l(b)所示的等效电路图来分析串联开关电路的稳态工作过程。功率开关管VI用一开关 S来代替。当开关S处于位置 l（闭合）时，表示Vl处于导通状态；当开关 S处于位置 2（断开）时，表示Vl处于关断状态。开关管VI处于导通和关断状态时的等效电路如图1-2所示。
图1-2(a)为Vl处于导通状态时的等效电路。输入电流ii＝iL（iL为电感电流），iL流过电感L时，在电感器达到饱和之前，电流iL线性增加，负载R 流过电流 I。，R上的电压即输出电压Uo，其极性为上正下负。当ii>I。时，电容C处于充电状态，而二极管V2处于反偏置状态。
图1-2(b)为Vl处于关断状态时的等效电路。由于开关管关断，ii=0，而电感中的电流 iL
不会发生突变，电感I中的磁场将改变L两端的电压UL的极性，以维持电流 iL不变。负载R上的电压U。仍保持上正下负。在iL <I。时，电容C处于放电状态，以维持电流Io不变，即保持输出电压Uo (I。R)不变。此时，续流二极管V2处于正偏置状态，为电感电流吐和输出电流I。提供通路。
图1-2 开关管Vl处于导通和关断状态时的等效电路图
从上述分析中可以看出，当Vl处于导通状态时，ii>0；当Vl处于关断状态时，ii=0。所以，输入电流ii随Vl周期性的导通和关断而成为脉动电流，而输出电流Io在电感L、续流二极管V2、滤波电容C的作用下却保持连续平滑。若负载为电阻性的，输出电压也呈现连续平滑的特性。
以上分析，假设所有元器件都为理想元器件，但实际上，损耗总是存在的，故开关管的电压降不可忽略。这样，U。<Vcc，即为降压情况。
1.2 并联开关电路
并联开关电路也叫升压开关电路或Boost 电路，并联开关电路的原理图和等效电路图如图1-3所示。
从图1-3(a)可以看出，并联开关电路与串联开关电路一样，也是由开关管V1(IGBT)、二极管V2、电感L、电容C组成的。不同之处只是这些元器件的相对位置与串联开关电路不同。开关管V1是并联在输入和输出端之间，V1受占空比为D的脉冲控制，交替导通或关断。图1-3 (b)是并联开关电路的等效电路图。图中用开关S来代替开关管Vl。当开关 S处于位置 1时，表示Vl处于导通状态；当开关 S处于位置 2时，表示Vl处于关断状态。
图1-3 并联开关电路的原理图和等效电路图
开关管Vl处于导通和关断状态时的等效电路如图1-4所示。利用图1-4 来分析并联开关电路的稳态工作过程。当开关 S处于位置 1[如图1-4(a)]时，流经电感L的电流 Il在电感器达到饱和之前呈线性增加，能量（磁能）存储在电感I中。此时，电容C经负载R放电，R中流过电流I。，负载R上的电压降即为输出电压U。，极性为上正下负。由于开关管Vl处于导通状态，续流二极管V2处于反偏置，电容C不能通过开关管Vl放电。
图1-4 开关管Vl处于导通和关断状态时的等效电路图
当开关 S处于位置2[如图1-4( b)时，电感L中的磁场改变电感L两端的电压uL的极性，以维持电流ZL不发生突变。此时，输出电压U。＝Vcc+ UL，由于UL与Vcc极性相同，使得Uo>Vcc，形成升压的形式。由于VI受占空比为D的脉冲的控制而交替地导通和关断，所以流经二极管Vz的电流是脉动电流，但由于电容C的滤波作用，在负载R上流有连续平滑的电流I。。若负载为电阻性的，输出电压也呈现连续平滑的特性。
1.3 串—并联开关电路
串—并联开关电路也叫降压—升压开关电路、Buck-Boost开关电路或反号开关电路。实际上，它是在一个串联开关电路后再接一个并联开关电路，其原理图和等效电路图如图1-5所示。
图1-5 串--并联开关电路的原理图和等效电路图
串联开关电路后接并联开关电路是怎样演变成图1-5 (a)所示的只有一个开关管、一个二极管、一个电感器和一个电容器的最简单的电路形式呢？建议读者可从串联开关电路的等效电路后接并联开关电路的等效电路人手进行简化。此时，需要注意两个问题：第一，将串联开关电路中的滤波电容器的作用并入并联开关电路的滤波电容器中，整个电路只有一个输出端上的滤波器；第二，两个开关管由同一个占空比为D的脉冲来控制，即同时导通或同时关断。通过推导便可得到如图1-5 (b)所示的等效电路图，进而得到图1-5 (a)所示的实用的串—并联开关电路。
利用图1-5(a)来分析串—并联开关电路的稳态工作过程。当 Vl导通时，电流ii流经电感L，电流为iL，能量以磁能的形式存储在电感器中。在开关管Vl关断时，ii =0，为维持电感L中的电流不发生突变，电感器产生自感反电动势，其极性为上负下正。此时，二极管V2被正向偏置而导通，负载电阻R上的电压等于电感器上的反电动势，也为上负下正。此时，电容C被充电。刍Vl再次寻通时，C经负载R放电，以维持输出电压Uo保持不变。这样，虽然 ii和iL[见图1-5 (a)]都是脉动的，但由于电容C的滤波作用，负载电流Io是连续平滑的由于输出电压U。与输入电压Vcc的极性相反，所以串—并联开关电路也称为反号开关电路。
1.4 并—串联开关电路
并—串联开关电路也叫Boost-Buck开关电路或Cuk开关电路。实际上，它是一个并联开关电路后接一个串联开关电路而成的。其原理图和等效电路图如图1-6所示。
图1-6 并—串联开关电路的原理图和等效电路图
从并联开关电路的等效电路后接串联开关电路的等效电路入手来分析电路的演变。在图1-7(a)中，虚线左边为并联开关电路的等效电路，虚线右边为串联开关电路的等效电路。假设开关S1和S2是由同一个脉冲控制，它们同步导通或关断，这样S1、V1、S2、V2在电路中的作用可以分别用一个双刀双掷开关S来取代，则演变成图1-7（b）中的等效电路。假设输出电压U。允许成为反极性的，那么，双刀双掷开关 S和与其并联的电容Cl可以等效为一个单刀双掷开关和与其并联的电容器，如图1-7(c)所示。在图1-7（c）中，单刀双掷开关S1的作用可以用图1-7 (d)中开关 Sl和二极管V1来代替。图1-7 (d)与图1-6 (b)所示的并—串联开关电路的等效电路完全相同。
图1-7 并—串联开关电路的等效电路的简化
下面利用图1-6(a)的电路来分析并—串联开关电路的稳态工作过程。
当开关管V1导通时，二极管V2反向偏置，输入电流ii流经电感Ll，ii=iLl，能量以磁能的形式存储在电感L1中。与此同时，电容C1通过V1、C2、L2放电，能量以磁能的形式存储在L2中，并为负载R供电。此时，开关管Vl中流过的电流为输入电流和输出电流之和。
当开关管Vl关断时，二极管V2正向偏置导通，输入电流 走向电容Cl充电，此时的电流 ii是直流输入电源Vcc和电感Li存储的能量所提供的。与此同时，电感L2存储的能量提供电流iL2负载R。若电容C和电感L1、L2足够大，ii和iL2基本上保持不变。由此可见，当 V1导通时，电容C 1充电；而当V1关断时，Cl放电。所以，电容Cl是能量的传递元件。
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