开关电源设计经验之拓扑选择
最新开关电源拓扑结构
开关电源拓扑结构开关电源拓扑结构回顾Lloyd H·Dixon Jr前言本文回顾了在开关电源中常用的三种基本电路系列即降压变换电路、升压变换电路和反激（或升降压）电路的特性，这三种电路均可以工作于电感断流或续流模式下。
工作方式的选择对整体电路特性有很大的影响。
所使用的控制方式也能有助于减少与拓扑和工作模式相关的问题。
三种以恒频率工作的控制方法包括：直接占空比控制、电压前馈、和电流模式（双环）控制。
本文还论述了三个基本电路的一些扩展，以及每种拓扑、工作模式、组合控制方法的相对优点。
一、三种基本拓扑结构：三种基本的拓扑结构降压式，升压式，反激式如图1所示。
串联式变换器（CUK）是反激式拓扑的倒置（不宜翻译为逆变，因其意思为DC－AC的变换），不作论述。
这三种不同的开关电路使用了三种相同的元件：电感，晶体管（晶体管包括三极管及MOSFET）和二极管，但是使用了不同的安放方式，（输出电容是滤波元件，不是开关电路的一部分）。
理论上，还有另外三种由这三种元件组成的T型结构的电路，但这三种是前面三种电路的简单镜像和在相反方向的耦合能量。
有一条在任何运行模式和控制方式下都适用于上述三种电路拓扑的原则：在稳态运行下，在每个开关周期内，电感两端的平均电压必须为零，否则平均感应电流将会改变，违反稳态前提。
三种基本电路系列的每一个在输入和输出电压、电流、占空比之间都有一个确定的关系。
例如：降压调整器的功能是使输出电压V0小于输入电压V in，并和它V in有相同的极性。
升压电路的作用是使V0大于V in，并且有相同的极性。
反激拓扑电路的作用是使V0既可大于也可小于V in，但是两者极性相反。
二、断流工作模式：在电感电流断续方式下，或者说“断流模式”下，降压、升压和反激电路的动作方式是相似的，电感电流在每个开关周期的最后部分期间为零（因此不连续）。
在每个周期的开始部分，感应电流从零增加，从输入端得到储存能量。
在周期的第二部分，所有储存的能量通过负载泄放，从输入端汲取能量到输出端。
5种经典开关电源拓扑结构
工作过程分析
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工作过程：1、当K导通时 →IL线性增加，D1截止→ 此时IL和C向负载供电 当IL＞ Io时，IL向 C充电也向负载供电 2、当K关断时→L通 过D1形成续流回路， IL向C充电也向负 载供电→当 IL﹤Io时，L 和C同时向负载供电。 若IL减小到0,则D 关断，只有C向负载供电
隔离式电路的类型
坛 m 论 o c 器 . t 压 i b 变 g 子 i b 电 . s 特 b b 比 / 大 p:/ t t h
非隔离式拓扑举例
坛 m 论 o � BUCK拓扑 c 器 . t 压 i � BOOST拓扑 b 变 g 子 i b � BUCK-BOOST 拓扑 电 . s 特 b b 比 / 大 p:/ t t h
0
电流连续时τ>L/RTs ，
∆ il 2 =
t2 t1
∆il1 = ∫
t1
Vi − Vo Vi − Vo Vi − Vo dt = t1 = D1Ts (1式) L L L
Vo Vo Vo dt = ( t 2 − t 1) = D 2 Ts ( 2 式 ) L L L
电压增益比M（DCM）
Τ<L/RTs,同CCM模式相似，同样可以由1式2式相 等，得到M=Vo/Vs=D1/(D1+D2)，此时D1+D2<1。 � 又有Io是IL在Ts内的平均值，即IL等腰三角形面积 在Ts时间内的平均值，并且等于Vo/R.固有 Io=[0.5(D1+D2)Ts(Vs-Vo)D1Ts/L]/Ts=Vo/R,两式联 , 合可以解得 2 Vo
坛 m 论 o c 器 . t 压 i b 变 g 子 i b 电 . s 特 b b 比 / 大 p:/ t t h
大功率开关电源拓扑
大功率开关电源拓扑
大功率开关电源通常采用多种拓扑结构，以满足不同的应用需求。
其中比较常见的包括单端降压拓扑、双向变换拓扑和桥式全桥
拓扑。
首先，单端降压拓扑是一种常见的大功率开关电源拓扑结构。
它通过开关管控制输入电压的通断，然后通过输出电感和电容进行
滤波，从而实现对输出电压的调节和稳定。
这种拓扑结构适用于需
要从高电压转换到低电压的场合，例如电源适配器和电动汽车充电
器等。
其次，双向变换拓扑是另一种常见的大功率开关电源拓扑结构。
它可以实现双向能量转换，既可以将直流电转换为交流电，也可以
将交流电转换为直流电。
这种拓扑结构适用于需要实现能量的双向
传输的场合，例如电动汽车充电桩和光伏逆变器等。
最后，桥式全桥拓扑是一种适用于大功率开关电源的拓扑结构。
它通过四个开关管和一个输出变压器构成一个全桥结构，可以实现
对输入电压的高效变换和输出电压的稳定调节。
这种拓扑结构适用
于需要高功率密度和高效率的场合，例如工业变频电源和电力电子
设备等。
总的来说，大功率开关电源拓扑结构多样，选择合适的拓扑结
构需要根据具体的应用需求和性能要求进行综合考虑，以实现高效、稳定和可靠的能量转换和调节。
开关电源拓扑结构详解
开关电源拓扑结构详解主回路——开关电源中，功率电流流经的通路。
主回路一般包含了开关电源中的开入端和负载端。
开关电源（直流变换器）的类型很多，在研究开发或者维修电源系统时，全面了解开关电源主回路的各种基本类型，以及工作原理，具有极其重要的意义。
开关电源主回路可以分为隔离式与非隔离式两大类型。
1. 非隔离式电路的类型：非隔离——输入端与输出端电气相通，没有隔离。
1.1. 串联式结构串联——在主回路中开关器件（下图中所示的开关三极管T）与输入端、输出端、电感器L、负载RL四者成串联连接的关系。
开关管T交替工作于通/断两种状态，当开关管T导通时，输入端电源通过开关管T及电感器L对负载供电，并同时对电感器L充电，当开关管T关断时，电感器L中的反向电动势使续流二极管D自动导通，电感器L中储存的能量通过续流二极管D形成的回路，对负载R继续供电，从而保证了负载端获得连续的电流。
串联式结构，只能获得低于输入电压的输出电压，因此为降压式变换。
例如buck 拓扑型开关电源就是属于串联式的开关电源。
上图是在图1-1-a电路的基础上，增加了一个整流二极管和一个LC滤波电路。
其中L是储能滤波电感，它的作用是在控制开关K接通期间Ton限制大电流通过，防止输入电压Ui直接加到负载R上，对负载R进行电压冲击，同时对流过电感的电流iL转化成磁能进行能量存储，然后在控制开关T关断期间Toff把磁能转化成电流iL继续向负载R提供能量输出；C是储能滤波电容，它的作用是在控制开关K接通期间Ton把流过储能电感L的部分电流转化成电荷进行存储，然后在控制开关K关断期间Toff把电荷转化成电流继续向负载R提供能量输出；D是整流二极管，主要功能是续流作用，故称它为续流二极管，其作用是在控制开关关断期间Toff，给储能滤波电感L释放能量提供电流通路。
在控制开关关断期间Toff，储能电感L将产生反电动势，流过储能电感L的电流iL由反电动势eL的正极流出，通过负载R，再经过续流二极管D的正极，然后从续流二极管D的负极流出，最后回到反电动势eL的负极。
开关电源的基本拓扑结构
总结词
半桥型拓扑结构通过两个开关管和电容器的组合，实现输出电压的调节。
详细描述
在半桥型拓扑结构中，两个开关管交替导通和关断，通过调节占空比来调节输出电压。 这种拓扑结构适用于需要较高电压、大电流输出的应用场景，如逆变器和电机驱动等。
全桥型（Full-Bridge）
总结词
全桥型拓扑结构通过四个开关管的组合 ，实现输出电压的调节。
降压-升压型开关电源工作原理
总结词
根据输入电压和输出电压的大小关系，自动切换降压 或升压模式。
详细描述
在降压-升压型开关电源中，根据输入电压和输出电压 的大小关系，自动切换降压或升压模式。当输入电压 高于输出电压时，自动进入降压模式；当输入电压低 于输出电压时，自动进入升压模式。
反相开关型开关电源工作原理
VS
详细描述
在全桥型拓扑结构中，四个开关管两两交 替导通和关断，通过调节占空比来调节输 出电压。这种拓扑结构适用于需要极高电 压、大电流输出的应用场景，如高压直流 输电等。
03 开关电源的工作原理
降压型开关电源工作原理
总结词
通过控制开关管开通和关断的时间，调节输 出电压的大小。
详细描述
在降压型开关电源中，输入电压首先经过开 关管，通过控制开关管的开通和关断时间来 调节输出电压的大小。当开关管开通时，输 入电压加在负载上，当开关管关断时，输入 电压与负载断开，输出电压因此得到调节。
升压型开关电源工作原理
要点一
总结词
通过控制开关管开通和关断的时间，实现输出电压高于输 入电压的功能。
要点二
详细描述
在升压型开关电源中，当开关管开通时，输入电压同时加 在负载和储能元件上，当开关管关断时，储能元件释放能 量，使输出电压高于输入电压。通过控制开关管的开通和 关断时间，实现输出电压的调节。
开关电源拓扑的选择
第二章 拓扑实际选择2.1 引言在设计你的变换器前，你必须首先选择电路拓扑。
因为其它所有电路元件设计，像元件选择，磁芯设计，闭环补偿等等都取决于拓扑。
所以在设计开始之前，你得首先仔细研究所要开发的电源的要求和技术规范：输入、输出电压，输出功率、输出纹波、电磁兼容要求等等，以保证选择适当的拓扑。
在电力电子技术教科书和开关电源书籍中只是概要地介绍几个基本的拓扑，分别说明这些拓扑工作的基本概念，输出与输入关系，和对元器件基本要求等等，而很少或没有指出该拓扑的长处和短处以及相应的应用场合。
而在有关文献中讨论的拓扑就非常多，单就谐振变换器拓扑就有数百种。
在如此众多的拓扑中，实际看到经常在产品中使用的拓扑只有大约14种。
为何有如此巨大差距？一个很重要的因素是作为电源商品，成本(军品另当别论)和质量作为第一目标。
因此，选择的电路拓扑应当考虑到电路复杂性和是否成熟，该拓扑可能使用的元器件定额和是否易购，制造是否需要高级技术人员、特殊的测试设备、元器件是否严格筛选等等，应当从整个电源产品效率、体积、成本以及技术条件和规范综合因素考虑。
因此尽管众多研究者为了提高电源效率，减少体积研究如何减少开关损耗，提高开关频率，提出如此多的拓扑，发明者申请了大量专利。
这些拓扑和专利在理论上是有价值的，并存在应用的可能性，软开关PWM 和有源箝位等技术都是从研究谐振，准谐振变换器发展而来的。
这些新拓扑和专利在某一方面提出了新的途径和方法，但也会带来某些方面的不足，作者和申请者不可能面面俱到。
理论上先进就能做出最好产品，这是天真的想法。
理论研究始终是探索性的，始终走在生产的前面；而产品是该领域研究最充分，经过若干因素折衷的实践产物。
这也是理论研究与生产实际的差别。
同时也是专利与生产力的距离。
专利往往只是一个好主意（good idea ），只是在某一方面有独创性，是否能转变为产品那就时另一回事。
如果为了将效率提高1％，而使得成本提高10％，这是任何厂商不愿意做的。
开关电源各种拓扑集锦
开关电源拓扑六种基本DC/DC变换器拓扑:1、Buck2、Boost3、Buck-Boost4、CUK5、Zeta6、Sepic基本拓扑是Buck，Boost，其他是演变。
Buck为降压变换器，常用的拓扑基本上是Buck的：正激，半桥，全桥，推挽等等。
Boost变换器为Buck的对偶拓扑，是升压变换器，常用于小功率板载电源，大功率PFC电路上，对于隔离的Boost变换器也有推挽，双电感，全桥等电路。
Buck-Boost是反激变换器的原型，属于升降压变换器。
后面三种电路不是很常用，都是升降压变换器。
一、 反激1、单端反激2、双端反激二、 正激1、绕组复位正激2、R CD复位正激3、L CD复位正激4、有源钳位正激● Flyback钳位● Boost钳位5、双管正激6、无损吸收双正激7、有源钳位双正激8、原边钳位双正激9、软开关双正激三、 推挽1、推挽2、无损吸收推挽3、推挽正激推挽变换器是双端变换器。
其实是两个正激变换器通过变压器耦合而来，基本推挽变换器好处是驱动不需隔离，变压器双端磁化，只要两个开关管。
但是，变压器绕组利用率低，开关管电压应力为输入两倍，所以一般只适合低压输入的场合。
而且有个问题就是会出现偏磁，所以要采用电流型控制等方法来避免。
如果将两个双管正激同样耦合，可以构成四开关管的推挽变换器，也就是所谓的双双管正激。
其管子电压应力下降为输入电压。
其他等同。
推挽正激是通过一个电容来解决变换器漏感尖峰，偏磁等问题四、 半桥1、半桥2、不对称半桥3、谐振半桥4、移相半桥五、 全桥1、全桥2、全桥LLC3、移相全桥全桥变换器在大功率场合是最常用了，特别是移项ZVS和ZVZCS 六、 三电平变换器（three level converter）这些三电平是半桥演化而来，同样可以演化出多电平变换器，合适高压输入场合。
而且可以通过全桥的移相控制方式实现软开关。
七、 五种隔离三电平DC/DC变换器1、F orward三电平DC/DC变换器2、F lyback三电平DC/DC变换器3、P ush-Pull三电平DC/DC变换器4、半桥三电平DC/DC变换器5、全桥三电平DC/DC变换器八、 B oost隔离变换器1、双电感Boost2、全桥Boost。
开关电源三大拓扑
开关电源三大基本拓扑1、摘要开关电源已经深入到国民经济的各个行业当中，设计师或是自行设计电源或是购买电源模块，但是这些电源都离不开电源的各种电路拓扑。
本文先介绍了开关电源的三大基础拓扑：Buck、Boost、Buck-Boost，并就这三者拓扑之间进行了简单地组合，得到了非常巧妙的电路，例如：正负输出电源、双向电源等，能够满足诸如运放供电、电池充放电等某些特殊的需求。
2、开关电源基础拓扑开关电源三大基础拓扑为：Buck、Boost、Buck-Boost，大部分开关电源都是采用这几种基础拓扑或者其对应的隔离方式，下面以电感连续模式进行简单介绍。
2.1Buck降压型Buck降压型电路拓扑，有时又称为Step-down电路，其典型的电路结构如下图1所示：Buck电路的工作原理为：当PWM驱动高电平使得NMOS管T导通的时候，忽略MOS管的导通压降，等效如图2，电感电流呈线性上升，MOS导通时电感正向伏秒为：当PWM驱动低电平的时候，MOS管截止，电感电流不能突变，经过续流二极管形成回路（忽略二极管电压），给输出负载供电，此时电感电流下降，如下图3所示，MOS截止时电感反向伏秒为：D为占空比，02.2Boost升压型Boost升压型电路拓扑，有时又称为step-up电路，其典型的电路结构如下图4所示：同样地，根据Buck电路的分析方式，Boost电路的工作原理为：2.3Buck-Boost极性反转升降压型Buck-Boost电路拓扑，有时又称为Inverting，其典型的电路结构如下图5所示：同样地，根据Buck电路的分析方式，Buck-Boost电路的工作原理为：3、Buck与Buck-Boost组合金升阳K78系列的产品采用了Buck降压型的电路结构进行设计，是LM78XX系列三端线性稳压器的理想替代品，效率最高可达96%，不需要额外增加散热片，同时还兼有短路保护和过热保护，值得说明的是它能够完美支持负输出。
开关电源的基本拓扑结构
反相型（Inverting）
总结词
反相型开关电源是输出电压与输入电压相位 相反的电源转换器。
详细描述
反相型开关电源主要由开关管、储能元件 （电容器）和二极管组成。当开关管导通时， 输入电压加在电容器上，电能转化为电场能 储存；当开关管断开时，电容器放电，输出 电压为输入电压减去二极管的压降，从而达 到改变输出电压相位的目的。
输出滤波器通常由电容、电感和电阻组成，能够有效地抑制纹波电压和电磁干扰。
输出滤波器的性能对电源的输出电压和电流的稳定性和精度具有重要影响。
控制电路
控制电路：用于控制开关管的 通断时间，实现电源的稳压或 稳流输出。
控制电路通常由比较器、运放、 逻辑门电路等组成，能够根据 输出电压或电流的变化调整开 关管的通断时间。
正激式（Forward）
总结词
正激式开关电源是输出电压与输入电压相位相同的电源转换器。
详细描述
正激式开关电源主要由开关管、储能元件（电感器）和变压器组成。当开关管导通时， 输入电压加在电感器上，电能转化为磁能储存；当开关管断开时，变压器原边产生反向 电动势，输出电压为输入电压减去二极管的压降，从而达到提高输出电压幅度的目的。
反激式（Flyback）
要点一
总结词
反激式开关电源是输出电压与输入电压相位相反的电源转 换器。
要点二
详细描述
反激式开关电源主要由开关管、储能元件（变压器原边） 和二极管组成。当开关管导通时，输入电压加在变压器原 边，电能转化为磁能储存；当开关管断开时，变压器副边 产生反向电动势，输出电压为输入电压减去二极管的压降 ，从而达到改变输出电压相位的目的。
升压型（Boost）
总结词
升压型开关电源是输出电压大于输入电压的电源转换器。
开关电源三大基础拓扑
开关电源三大基础拓扑开关电源三大基础拓扑为：Buck、Boost、Buck-Boost，大部分开关电源都是采用这几种基础拓扑或者其对应的隔离方式。
拓扑的分类取决于电感的连接方式。
当我们在电路中设置合适的参考地后，可以得到三个端子：输入端、输出端、地。
若电感一端与地相连，得到buck-boost电路；若与输入端相连，得到boost电路；若与输出端相连，得到buck电路。
三种电路拓扑的小结Buck电路：占空比D≈VO/VIN ，输出电流IO=电感电流IL，电感电流IL额定值≥1.2IL，正输入负输出/负输入正输出；Boost电路：占空比D≈(VO-VIN)/VO，输出电流IO=电感电流IL(1-D)，电感电流IL额定值≥1.2IL，提高输入的值，不改变输入极性；Buck-boost电路：占空比D≈VO/(VO+VIN)，输出电流IO=电感电流IL(1-D)，电感电流IL额定值≥1.2IL，降低输入的值，不改变输入极性。
各类拓扑下的器件选用一、电感的设计对buck拓扑，一般在输入电压最大值Vimax(即占空比最小值Dmin)下设计电感。
将电流纹波率r设置为0.3~0.4。
对buck-boost、boost拓扑，一般在输入电压最小值Vimin(即占空比最大值Dmax)下设计电感。
将电流纹波率r设置为0.3~0.4。
二、二极管的选用1、所选二极管的额定电流至少等于最恶劣平均电流的两倍。
对buck拓扑，ID≥2I0(1-Dmin);对buck-boost、boost拓扑, ID≥2I0。
2、所选二极管的额定电压至少比最恶劣二极管电压大20%。
对buck拓扑，VD≥1.2Vimax；对boost拓扑，VD≥1.2Vo , Vo为输出电压；对buck-boost拓扑，VD≥1.2(Vimax+ Vo)。
三、开关管的选用1、由P=UI，得开关管有效电流值输入电压最小值Vimin(即占空比最大值Dmax)处最大。
2、所选开关管的额定电流至少等于开关管有效电流值的两倍。
pkload 开关电源设计要点
一、概述越来越多的电子产品使用pkload开关电源设计，这种设计可以提高电源转换效率并减小电路尺寸。
然而，要想设计一个高质量的pkload开关电源，需要考虑许多方面的要点。
本文将分析pkload开关电源设计的关键要点，以帮助工程师设计出更加稳定、高效的电源系统。
二、电源拓扑选择1. pkload开关电源可以采用多种不同的拓扑，包括Boost、Buck、Buck-Boost等。
在选择拓扑时，需要考虑输入/输出电压范围、负载变化情况以及转换效率等因素。
不同的拓扑适用于不同的应用场景，工程师需要根据具体情况进行选择。
2. 特殊应用场景可能需要特殊的拓扑，如高压、高频变换器等。
在选择拓扑时需充分考虑这些特殊情况，并针对性地进行设计和优化。
三、功率器件选择1. 选择合适的功率器件是pkload开关电源设计的关键。
工程师需要考虑器件的导通/关断损耗、开关速度、最大工作电压和电流、热阻等参数，以保证电源系统的稳定性和效率。
2. 典型的功率器件包括MOSFET、IGBT、二极管等，不同的器件有各自的优缺点，工程师需要根据实际需求进行选择。
四、控制策略设计1. 控制策略是pkload开关电源设计中至关重要的一环。
常见的控制策略包括电压模式控制、电流模式控制以及混合控制等，工程师需要根据应用场景选择适合的控制策略。
2. 控制策略的设计需要充分考虑系统动态响应、稳态误差、过载/短路保护等方面，以确保电源系统在各种工况下都能稳定可靠地工作。
五、参考设计及仿真验证1. 对于pkload开关电源设计，工程师可以参考已有的设计方案和资料，以快速搭建原型并进行测试验证。
2. 在实际设计过程中，可以利用仿真软件如SPICE、PSIM等进行电路仿真，以评估系统的性能、稳定性和可靠性，并优化设计方案。
六、EMI/EMC设计1. 电磁兼容性（EMC）和电磁干扰（EMI）是pkload开关电源设计中需要重点考虑的问题。
电源系统产生的干扰可能影响其他电子设备的正常工作，因此需要进行EMI/EMC设计并满足相应标准要求。
开关电源电路设计要点与调试
开关电源电路设计要点与调试开关电源是一种用于电子设备的电源供应，其具有高效率、稳定性和可调性等优点。
设计和调试开关电源时，需要注意一些重要要点。
一、开关电源设计要点：1.选择适当的拓扑结构：开关电源的拓扑结构有多种，如降压型、升压型、升降压型等。
要根据设备的功率需求和使用环境来选择合适的拓扑结构。
2.选择合适的功率器件：开关电源的功率器件主要包括开关管、二极管和变压器等。
需要选择具备合适功率和工作频率范围的器件，并且要考虑其可靠性和成本。
3.控制和保护电路设计：开关电源需要有稳定的控制和保护功能，如输出电压、电流的监测和调节，过载、过压、短路等故障的保护。
需要设计相应的反馈和控制电路，保证开关电源的可靠工作。
4.选择合适的滤波电路：开关电源在工作过程中会产生较大的开关干扰，需要采取合适的滤波措施，减小开关干扰对其他电子设备的影响。
5.选择合适的输出电容：开关电源的输出端需要连接电容进行滤波，以减小输出纹波。
应选择适当容量和质量的电容，保证输出电压稳定。
6.保证开关电源的安全性：开关电源设计时需要考虑一些安全因素，如避免触电危险、瞬态过电压保护等，保证电源的安全可靠性。
7.合理布局和散热设计：开关电源的布局设计要合理，器件的热量要及时散热，避免温度过高对电源稳定性的影响。
二、开关电源调试要点：1.确认电源输入输出参数：在开关电源调试之前，首先要明确电源的输入和输出参数，如输入电压范围、输出电压和电流等，以便调试和验证工作的正确性。
2.建立逐步调试的过程：开关电源调试时可以采用逐步调试的方法，即先调试一部分功能，然后逐渐增加其他功能的调试。
这样可以避免在调试过程中出现一些难以排查的问题。
3.注意开关电源的保护功能：在调试的过程中，要注意开关电源的保护功能是否正常，如过载、过压、短路等故障保护功能是否有效。
可以通过人工模拟故障情况进行测试。
4.确保开关电源的稳定性：开关电源在调试过程中需要保证输出电压和电流的稳定性。
非隔离型开关电源的四种典型拓扑
非隔离型开关电源的四种典型拓扑（实用版）目录1.非隔离型开关电源的基本概念2.非隔离型开关电源的四种典型拓扑2.1 降压型电路2.2 升压型电路2.3 极性反转型电路2.4 反激式电路2.5 正激式电路2.6 推挽式电路2.7 半桥式电路2.8 全桥式电路正文非隔离型开关电源是一种常见的电源电路，其工作原理是通过开关管的开通和截止，将输入电压转换为所需的输出电压。
非隔离型开关电源的四种典型拓扑包括降压型电路、升压型电路、极性反转型电路和反激式电路、正激式电路、推挽式电路、半桥式电路和全桥式电路。
降压型电路是一种将输入电压转换为较低输出电压的电路。
在工作过程中，当开关管导通时，输入电压可以传递到输出端；开关截止时，则被隔断。
这种脉冲状的能量传递经变换和滤波形成平滑的电压输出。
升压型电路是一种将输入电压转换为较高输出电压的电路。
在工作过程中，开关管 Q1 导通时，扼流圈 L1 储能。
这时 iluin/lt（t为扼流圈导通时间）。
设导通结束时的储能为E，则E=1/2 * iluin * t。
在开关管 Q1 截止时，储能 E 通过输出整流器进行整流，输出电压 U0=E/Cout，其中 Cout 为输出电容。
极性反转型电路是一种将输入电压的极性反转后输出的电路。
在工作过程中，开关管 Q1 和 Q2 交替导通和截止，使得输出电压的极性与输入电压相反。
反激式电路、正激式电路、推挽式电路、半桥式电路和全桥式电路都是非隔离型开关电源的一种形式转换。
反激式电路和正激式电路是通过改变开关管的接线方式来实现的，推挽式电路是通过两个开关管分别控制输入电压的正负半周期来实现的，半桥式电路和全桥式电路是通过多个开关管共同控制输入电压的正负半周期来实现的。
开关电源典型拓扑
开关电源典型拓扑
开关电源是一种常见的电源系统，其中典型的拓扑结构包括：1. 单端升压式（Boost）开关电源：该电路通过一个开关管切换电源电压，产生高于输入电压的输出电压。
一般将此电路用于需要减小内阻、提升整机效率的场合。
2. 单端降压式（Buck）开关电源：该电路同样通过一个开关管切换电源电压，但产生低于输入电压的输出电压。
此电路用于减小电压而提升电流，适用于很多操作。
3. 变换式（Flyback）开关电源：该电路通过开关闭合来储存能量，随后把储存的能量传送到输出绕组，通过电感、变压器实现电能转换的拓扑系统，一般适用于中等功率的场合。
4. 直流-直流（DC-DC）转换器：该电路通过开关闭合快速切换电源电压，将高电压转换为低电压，从而实现不同电压级别的环路控制的拓扑。
常见于移动设备、工业控制以及电子电源等领域。
开关电源的拓扑
开关电源的拓扑
开关电源的拓扑主要有以下几种：
1. 单端正激式（Buck）拓扑：投入电压大于输出电压时，将电源输入关断，输出电容释放能量给负载；
2. 升压式（Boost）拓扑：投入电压小于输出电压时，通过开关周期性充放电操作，将输出电压升高；
3. 反激式（Flyback）拓扑：通过磁共振，利用辅助绕组将输入电能转移到输出端，适用于输出电压变化较大的场景；
4. 无互感式（Push-Pull）拓扑：利用两个互补的开关管周期性地切换，通过变压器将输入电能传递到负载端；
5. 电桥式（Full-Bridge）拓扑：利用四个开关管，通过变压器传递电能，具有较高的输出功率能力。
不同的拓扑结构适用于不同的应用场景，可以根据需要选择最合适的拓扑。
开关电源的基本拓扑结构
开关电源基本拓扑
10
电感电流临界连续（TM）
Io
1 2 iLf
max
iLf
max
Vin Vo Lf
DyTs
(1.14) (1.15)
若用IoG表示临界电流连续的负载电流, then
I oG
Io
1 2
I Lf
max
I oG
Vin Vout 2Lf fs
Dy
(1.16)
开关电源基本拓扑
11
Vin = constant (输入电压恒定)
Vout Lf
Ton
Vin
Vout Lf
Ts Dy
(1.10)
iLf
Vout Lf
Toff
Vout Lf
Ts D
where
D
T' off
Ts
(1 Dy )
Vout Dy Vin Dy D
Io
1 Ts
I Lf max 2
(Ton
T' off
)
1 2 I Lf max(Dy D)
(1.11) (1.12) (1.13)
开关电源基本拓扑
32
From (1.2 ) & (1.4)
Vout Vin
Dy
(1.6)
I0
I Lf
m in
I Lf 2
max
(1.7)
Q 1 iLf Ts 22 2
Vo
Q Cf
(1 Dy )Vo
8Lf C f
f
2 s
(1.8)
开关电源基本拓扑
8
Fig 1.3
开关电源基本拓扑
电流断续时的工作模式 (DCM)
boost和buck两种开关电源的基本电路拓扑和工作原理
boost和buck两种开关电源的基本电路拓扑和工作
原理
Boost和Buck两种开关电源的基本电路拓扑和工作原理如下：
1. Boost拓扑电路：Boost电路是一个升压电路。
当开关管导通时，输入电压Vi对电感Ls充电，形成的回路是：输入Vi→电感Ls→开关管Q。
当开关管关断时，输入的能量和电感能量一起向输出提供能量，形成的回路是：输入Vi→电感Ls→二极管D→电容C→负载RL。
此时负载的供电电源相当于Vi加上电感的感应电动势，从而实现升压。
2. Buck拓扑电路：Buck电路是一个降压电路。
当开关闭合时，续流二极管D是截止的，由于输入电压Vi与储能电感Ls接通，因此输入-输出压差（Vi-Vo）就加在Ls上，使通过Ls上的电流线性地增加。
在此阶段，除向负载供电外，还有一部分电能储存在电感Ls和电容Cr中。
当开关断开时，在电感Ls上产生反向电动势，使二极管D从截止变成导通。
如需了解更多信息，建议咨询专业技术人员或者查阅相关技术手册。
中大功率开关电源常用变换拓扑结构形式
中大功率开关电源常用变换拓扑结构形式一、前言中大功率开关电源是一种将交流电转换为直流电的电源设备，广泛应用于各个领域，如工业控制、通信设备、医疗仪器等。
常用的变换拓扑结构有：单端正激变换器、单端反激变换器、双端正激变换器、双端反激变换器和桥式变换器。
二、单端正激变换器单端正激变换器是中大功率开关电源中最常见的一种拓扑结构。
它由交流输入端、变压器、开关管、输出电感、输出滤波电容和负载组成。
当交流电输入时，开关管周期性地打开和关闭，通过变压器将输入电压转换为所需的输出电压。
这种结构简单、成本低廉，但效率较低。
三、单端反激变换器单端反激变换器是在单端正激变换器的基础上进行改进的一种结构。
它通过在变压器的次级侧串联一个电感，使得变压器在每个开关周期内都能正常工作。
这种结构能够实现零电流开关和零电压开关，提高了效率和稳定性。
四、双端正激变换器双端正激变换器是一种将输入电压转换为输出电压的常用拓扑结构。
它由两个开关管、两个变压器和输出电感组成。
当交流电输入时，两个开关管交替工作，通过变压器将输入电压转换为所需的输出电压。
这种结构能够实现双端开关，提高了效率和稳定性。
五、双端反激变换器双端反激变换器是在双端正激变换器的基础上进行改进的一种结构。
它通过在两个变压器的次级侧串联一个电感，使得变压器在每个开关周期内都能正常工作。
这种结构能够实现零电流开关和零电压开关，提高了效率和稳定性。
六、桥式变换器桥式变换器是一种将交流电转换为直流电的常用拓扑结构。
它由四个开关管和变压器组成。
当交流电输入时，四个开关管交替工作，通过变压器将输入电压转换为所需的输出电压。
这种结构能够实现全桥开关，提高了效率和稳定性。
七、总结中大功率开关电源常用的变换拓扑结构包括：单端正激变换器、单端反激变换器、双端正激变换器、双端反激变换器和桥式变换器。
每种拓扑结构都有其优点和特点，应根据具体需求选择适合的结构。
在设计中，还需要考虑电路的效率、稳定性和成本等因素，以确保电源的正常工作。
开关电源电路拓扑结构的选择
开关电源电路拓扑结构的选择2009-04-26 10:58:30| 分类：硬件设计-从头开| 标签：|字号大中小订阅开关电源（直流变换器）的类型很多，从输入输出有无隔离角度，开关电源主回路可以分为隔离式与非隔离式两大类型。
这两种类型中又各自包含有不同的电路拓扑种类。
每种结构都有各自的特点，适用于不同的应用场合，下边将对各种开关电源拓扑结构简要叙述和比较。
1. 非隔离式开关电源拓扑结构非隔离式电路是指输入端与输出端电气相通，没有隔离。
非隔离式又可分串联式结构、并联式结构和极性反转式结构三种电路拓扑结构，这三种电路拓扑结构有各自的特点，工作过程不一样，应用场合也不一样。
（1）串联式结构特点和工作原理图3所示为串联式结构，这种结构的特点是:在主回路中开关器件T与输入端、输出端、电感器L、负载RL四者成串联连接的关系。
开关管T交替工作于导通/关断两种状态，当开关管T导通时，输入端电源通过开关管T及电感器L 对负载供电，并同时对电感器L充电，当开关管T关断时，电感器L中的反向电动势使续流二极管D自动导通，电感器L中储存的能量通过续流二极管D形成的回路，对负载RL继续供电，从而保证了负载端获得。
图3串联式开关稳压电路主回路串联式结构中，输出电压与输入电压成线性关系，其表达式为Vo≈Vi×D，D为开关器件T的占空比，D越大输出越大，其最大值为1，因此串联式结构只能获得低于输入电压的输出电压，只适合于降压式变换。
（2）并联式结构特点和工作原理图4所示为并联式结构，并联式结构与串联式结构有相同的组成部分，只是他们的位置被重新布置了一下。
这种结构的特点是:在主回路中开关器件T与输出端负载成并联连接的关系。
开关管T交替工作于导通/关断两种状态，当开关管T导通时，输入端电源通过开关管T对电感器L充电，同时续流二极管D关断，负载RL靠电容器存储的电能供电；当开关管T关断时，续流二极管D导通，输入端电源电压与电感器L中的自感电动势正向叠加后，通过续流二极管D对负载RL供电，并同时对电容器C充电。
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开关电源设计经验之拓扑选择
一、正激式变换器
正激式变换器不需要将能量存储在变换器的电感中，当变压器原边电压为正时，输出二极管正向偏置，这时开关管处于导通状态。
而在反激式变换器里，开关管关断时，二极管才导通。
当开关关断时，唯一存储能量的是变压器的漏感。
1、最小负责问题。
正激式变换器需要有一个最小负载，电感必须足够大，才能保证脉动电流的峰值小于最小负载电流。
否则电流就会不连续，并引起输出电压上升。
这就意味着正激式变换器不能工作在空载状态，因为无穷大的电感是不现实的。
解决办法：圆环型磁芯。
圆环型磁芯的电感量会随着流过电流的减小而逐渐增大。
在最小负载时，电感量比较大，以利于电流连续。
最大负载时，仍然有一定量的电感量，但其值并不很大。
一般而言，输出电压的纹波可以随着负载电流的增加而增大，因此，没有必要设计对应于维持最轻负载工作时需要的那样大的电感量。