开关电源各种拓扑结构的特点
图片1、基本名词 常见的基本拓扑结构 ■Buck降压 ■Boost升压 ■Buck-Boost降压-升压 ■Flyback反激 ■Forward正激 ■Two-Transistor Forward双晶体管正激 ■Push-Pull推挽 ■Half Bridge半桥 ■Full Bridge全桥 ■SEPIC ■C’uk 基本的脉冲宽度调制波形 这些拓扑结构都与开关式电路有关。 基本的脉冲宽度调制波形定义如下：
图片2、Buck降压
图片特点 ■把输入降至一个较低的电压。 ■可能是最简单的电路。 ■电感/电容滤波器滤平开关后的方波。 ■输出总是小于或等于输入。 ■输入电流不连续 (斩波)。 ■输出电流平滑。 3、Boost升压
图片特点 ■把输入升至一个较高的电压。 ■与降压一样，但重新安排了电感、开关和二极管。 ■输出总是比大于或等于输入(忽略二极管的正向压降)。 ■输入电流平滑。 ■输出电流不连续 (斩波)。 4、Buck-Boost降压-升压
图片特点 ■电感、开关和二极管的另一种安排方法。 ■结合了降压和升压电路的缺点。 ■输入电流不连续 (斩波)。 ■输出电流也不连续 (斩波)。 ■输出总是与输入反向 (注意电容的极性)，但是幅度可以小于或大于输入。 ■“反激”变换器实际是降压-升压电路隔离（变压器耦合）形式。 5、Flyback反激
图片特点 ■如降压-升压电路一样工作，但是电感有两个绕组，而且同时作为变压器和电感。 ■输出可以为正或为负，由线圈和二极管的极性决定。 ■输出电压可以大于或小于输入电压，由变压器的匝数比决定。 ■这是隔离拓扑结构中最简单的 ■增加次级绕组和电路可以得到多个输出。 6、Forward正激
图片特点 ■降压电路的变压器耦合形式。 ■不连续的输入电流，平滑的输出电流。 ■因为采用变压器，输出可以大于或小于输入，可以是任何极性。 ■增加次级绕组和电路可以获得多个输出。 ■在每个开关周期中必须对变压器磁芯去磁。常用的做法是增加一个与初级绕组匝数相同的绕组。 ■在开关接通阶段存储在初级电感中的能量，在开关断开阶段通过另外的绕组和二极管释放。 7、Two-Transistor Forward双晶体管正激
图片特点 ■两个开关同时工作。 ■开关断开时，存储在变压器中的能量使初级的极性反向，使二极管导通。 ■主要优点： ■每个开关上的电压永远不会超过输入电压。 ■无需对绕组磁道复位。 8、Push-Pull推挽
图片特点 ■开关（FET）的驱动不同相，进行脉冲宽度调制（PWM）以调节输出电压。 ■良好的变压器磁芯利用率---在两个半周期中都传输功率。 ■全波拓扑结构,所以输出纹波频率是变压器频率的两倍。 ■施加在FET上的电压是输入电压的两倍。 9、Half-Bridge半桥
图片特点 ■较高功率变换器极为常用的拓扑结构。 ■开关（FET）的驱动不同相，进行脉冲宽度调制（PWM）以调节输出电压。 ■良好的变压器磁芯利用率---在两个半周期中都传输功率。而且初级绕组的利用率优于推挽电路。 ■全波拓扑结构,所以输出纹波频率是变压器频率的两倍。 ■施加在FET上的电压与输入电压相等。 10、Full-Bridge全桥
图片特点 ■较高功率变换器最为常用的拓扑结构。 ■开关（FET）以对角对的形式驱动，进行脉冲宽度调制（PWM）以调节输出电压。 ■良好的变压器磁芯利用率---在两个半周期中都传输功率。 ■全波拓扑结构，所以输出纹波频率是变压器频率的两倍。 ■施加在 FETs上的电压与输入电压相等。 ■在给定的功率下，初级电流是半桥的一半。 11、SEPIC单端初级电感变换器
图片特点 ■输出电压可以大于或小于输入电压。 ■与升压电路一样，输入电流平滑，但是输出电流不连续。 ■能量通过电容从输入传输至输出。 ■需要两个电感。 12、C’uk(Slobodan C’uk的专利)
图片特点 ■输出反相 ■输出电压的幅度可以大于或小于输入。 ■输入电流和输出电流都是平滑的。 ■能量通过电容从输入传输至输出。 ■需要两个电感。 ■电感可以耦合获得零纹波电感电流。 13、电路工作的细节 下面讲解几种拓扑结构的工作细节 ■降压调整器： 连续导电 临界导电 不连续导电 ■升压调整器 (连续导电) ■变压器工作 ■反激变压器 ■正激变压器 14、Buck-降压调整器-连续导电
图片■电感电流连续。 ■Vout 是其输入电压 (V1)的均值。 ■输出电压为输入电压乘以开关的负荷比 (D)。 ■接通时，电感电流从电池流出。 ■开关断开时电流流过二极管。 ■忽略开关和电感中的损耗, D与负载电流无关。 ■降压调整器和其派生电路的特征是： 输入电流不连续 (斩波), 输出电流连续 (平滑)。 15、Buck-降压调整器-临界导电
图片■电感电流仍然是连续的，只是当开关再次接通时 “达到”零。 这被称为 “临界导电”。 输出电压仍等于输入电压乘以D。 16、Buck-降压调整器-不连续导电
图片■在这种情况下，电感中的电流在每个周期的一段时间中为零。 ■输出电压仍然 (始终)是 v1的平均值。 ■输出电压不是输入电压乘以开关的负荷比 (D)。 ■当负载电流低于临界值时,D随着负载电流而变化(而Vout保持不变)。 17、Boost升压调整器
图片■输出电压始终大于（或等于）输入电压。 ■输入电流连续，输出电流不连续（与降压调整器相反）。 ■输出电压与负荷比（D）之间的关系不如在降压调整器中那么简单。在连续导电的情况下：
图片在本例中，Vin = 5, Vout = 15, and D = 2/3. Vout = 15，D = 2/3. 18、变压器工作（包括初级电感的作用）
图片■变压器看作理想变压器，它的初级（磁化）电感与初级并联。 19、反激变压器
图片■此处初级电感很低，用于确定峰值电流和存储的能量。当初级开关断开时，能量传送到次级。 20、Forward 正激变换变压器
图片■初级电感很高，因为无需存储能量。 ■磁化电流 (i1) 流入 “磁化电感”，使磁芯在初级开关断开后去磁 (电压反向)。 21、总结 ■此处回顾了目前开关式电源转换中最常见的电路拓扑结构。 ■还有许多拓扑结构，但大多是此处所述拓扑的组合或变形。 ■每种拓扑结构包含独特的设计权衡： 施加在开关上的电压 斩波和平滑输入输出电流 绕组的利用率 ■选择最佳的拓扑结构需要研究： 输入和输出电压范围 电流范围 成本和性能、大小和重量之比
