第八章 正激和推挽变换器拓扑
开关电源拓扑结构对比(全)
开关电源拓扑结构概述(降压,升压,反激、正激)开关电源拓扑结构概述(降压,升压,反激、正激)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关器件、储能器件、脉冲变压器、滤波器、输出整流器、等所有功率器件，以及供电输入端和负载端。
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/blog/100019740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。
电源设计关键之dianxing拓扑结构
电源设计关键之拓扑结构世界各地有关降低电子系统能耗的各种倡议，正促使单相交流输入电源设计人员采用更先进的电源技术。
为了获得更高的功率级，这些倡议要求效率达到87% 及以上。
由于标准反激式（flyback）和双开关正激式等传统电源拓扑都不支持这些高效率级...要设计一个高效率的电源，就需要电源工程师牢牢掌握电源拓扑结构的扎实基本功。
基于此，为了使广大工程师对电源拓扑结构能有一个比较清晰的认识，电子发烧友网推出《电源设计关键之拓扑结构》系列文章，以飨读者。
敬请留意后续章节。
一、开关电源拓扑结构概述主回路—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关器件、储能器件、脉冲变压器、滤波器、输出整流器、等所有功率器件，以及供电输入端和负载端。
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。
1.2. 并联式结构并联——在主回路中，相对于输入端而言，开关器件（下图中所示的开关三极管T）与输出端负载成并联连接的关系。
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对电感器L充电，同时续流二极管D关断，负载R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R供电，并同时对电容器C充电。
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。
开关电源各种拓扑结构集锦详解 后附笔记
《精通开关电源设计》笔记三种基础拓扑（buck boost buck-boost ）的电路基础： 1， 电感的电压公式dtdILV =＝T I L ∆∆，推出ΔI ＝V ×ΔT/L2， sw 闭合时，电感通电电压V ON ，闭合时间t ON sw 关断时，电感电压V OFF ，关断时间t OFF3， 功率变换器稳定工作的条件：ΔI ON ＝ΔI OFF 即，电感在导通和关断时，其电流变化相等。
那么由1，2的公式可知，V ON ＝L ×ΔI ON /Δt ON ，V OFF ＝L ×ΔI OFF /Δt OFF ，则稳定条件为伏秒定律：V ON ×t ON ＝V OFF ×t OFF4， 周期T ，频率f ，T ＝1/f ，占空比D ＝t ON /T ＝t ON /（t ON ＋t OFF ）→t ON ＝D/f ＝TD→t OFF ＝（1－D ）/f电流纹波率r P51 52r ＝ΔI/ I L ＝2I AC /I DC 对应最大负载电流值和最恶劣输入电压值ΔI ＝E t /L μH E t ＝V ×ΔT （时间为微秒）为伏微秒数，L μH 为微亨电感，单位便于计算 r ＝E t /（ I L ×L μH ）→I L ×L μH ＝E t /r →L μH ＝E t /（r* I L ）都是由电感的电压公式推导出来 r 选值一般0.4比较合适，具体见 P53电流纹波率r ＝ΔI/ I L ＝2I AC /I DC 在临界导通模式下，I AC ＝I DC ，此时r ＝2 见P51 r ＝ΔI/ I L ＝V ON ×D/Lf I L ＝V O ＦＦ×（1－D ）/Lf I L →L ＝V ON ×D/rf I L 电感量公式：L ＝V O ＦＦ×（1－D ）/rf I L ＝V ON ×D/rf I L 设置r 应注意几个方面：A,I PK ＝（1＋r/2）×I L ≤开关管的最小电流，此时r 的值小于0.4，造成电感体积很大。
开关电源各种拓扑结构集锦详解
开关电源各种拓扑集锦1、先给出六种基本DC/DC变换器拓扑依次为buck，boost，buck－boost，cuk，zeta，sepic变换器以上六种拓扑被认为是DC/DC变换器的六种基本拓扑，不过也有专家认为最基本的拓扑是buck和boost，其他均由此演变而来。
buck变换器为降压变换器，也是最常用的变换器，工程上常用的拓扑基本上是buck族的，如正激，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。
从效率的角度来说，这些变换器的输入和输出等同时候，效率最高。
也就是buck最佳占空比为1，boost 为0，buck－boost为0.5。
2、正激变换器：A、绕组复位正激变换器B、LCD复位正激变换器C、RCD复位正激变换器D、有源钳位正激变换器E、双管正激F、无损吸收双正激：G、有源钳位双正激H、原边钳位双正激、I、软开关双正激评论：正激变换器是常用变换器之一，特别在中小功率场合。
正激变换器属于单端变换器，所用开关管少，可靠性高，虽然变压器利用率低，但是在较高频率下其变压器磁通摆幅可以与双端变换器相当。
但是开关管电压应力较大。
双管正激开关管电压应力为输入电压，虽然用了两个管子，但是耐压低，导通电阻也小，损耗也小，同时散热面积相对大了，所以可靠性更好，在中大功率比较常用。
但是双管正激实现软开关较难，就目前的一些拓扑来说，都需要辅助开关管来实现。
如果能不加入辅助管而实现软开关，一定超有前途。
正激变换器也常用来交错并联，来扩大功率，能减小输出滤波器体积。
3、推挽变换器A、推挽变换器B、无损吸收推挽变换器C、推挽正激推挽变换器：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。
电源拓扑结构介绍----正激和反激(第5、6周)
D1
470u L1
470u L1
***
36 V1
***
R1 C1
TX1
D1N4148
***
36 V1
***
R1 D2 D1N4148 C1
TX1
***
470u
***
D3 D1N4148
(a)
L1
(b)
R1 D2 D1N4148 C1
正激变换器工作在不 (c) 同模态的等效电路
2. 带复位绕组的正激变换器的工作原理分析
正激式变换器 （Forward Converter）的介绍 ）
Buck、Boost和 Buck、Boost和Buck/Boost 变换器都是不隔 离的直流变换器。（不隔离就是指输入和输出共 。（不隔离就是指输入和输出 离的直流变换器。（不隔离就是指输入和输出共 ）。具有隔离的直流变换器也可按单管 具有隔离的直流变换器也可按单管、 地）。具有隔离的直流变换器也可按单管、两管和 四管分类。单管隔离直流变换器有正激（ 四管分类。单管隔离直流变换器有正激（forward) 和反激（flyback)两种 两种。 和反激（flyback)两种。 隔离式直流变换器都用变压器实现电气隔离。 隔离式直流变换器都用变压器实现电气隔离。 为了减小损耗和改善电力电子器件的工作条件， 为了减小损耗和改善电力电子器件的工作条件，变 漏磁。 压器各绕组应紧密耦合，尽量减小漏磁 压器各绕组应紧密耦合，尽量减小漏磁。 磁复位的引入： 磁复位的引入： 正激直流变换器变压器铁芯的磁复位有多种方 在输入端接复位绕组是最基本的方法， 法，在输入端接复位绕组是最基本的方法，其次还 RCD复位 LCD复位和有源箝位等磁复位方法 复位， 复位和有源箝位等磁复位方法。 有RCD复位，LCD复位和有源箝位等磁复位方法。下 面介绍具有复位绕组的正激变换器。 面介绍具有复位绕组的正激变换器。
正激类(全桥、半桥、推挽、正激)变压器计算
推挽式开 关电源变 压器的计 算方法与 前面正激 式或反激 式开关电 源变压器 的计算方 法大体相 同，只是 对变压器 铁心磁感 应强度的 变化范围 选择有区 别。对于 具有双向 磁极化的 变压器铁 心，其磁 感应强度 B的取值 范围，可 从负的最 大值-Bm 变化到正 的最大值 +Bm。
关于开关 电源变压 器的计算 方法，请 参考前面 “1-63．正激 式变压器 开关电源 电路参数 计算”中 的“2.1 变压器初 级线圈匝 数的计算 ”章节中 的内容。
（1152）式 还没有考 虑变压器 的工作效 率，当把 变压器的 工作效率 也考虑进 去时，最 好在（1152）式 的右边乘 以一个略 大于1的 系数。
B）直流 输出电压 非调整式 推挽开关 电源变压 器初、次 级线圈匝 数比的计 算
直流输出 电压非调 整式推挽 开关电 源，就是 在DC/AC 逆变电源 的交流输 出电路后 面再接一 级整流滤 波电路。 这种直流 输出电压 非调整式 推挽开关 电源的控 制开关K1 、K2的占 空比与 DC/AC逆 变电源一 样，一般 都是 0.5，因 此，直流 输出电压 非调整式 推挽开关
1-8-1-42．推挽 式开关电 源变压器 初、次级 线圈匝数 比的计算
A）交流 输出推挽 式开关电 源变压器 初、次级 线圈匝数 比的计算 推挽式开 关电源如 果用于 DC/AC或 AC/AC逆 变电源， 即把直流 逆变成交 流输出， 或把交流 整流成直 流后再逆 变成交流 输出，这 种逆变电 源一般输 出电压都 不需要调 整，因此 电路相对 比较简 单，工作 效率很高 。
n=N3/N1 =Uo/Ui =Upa/Ui —— 次/ 初级变压 比，D为 0.5时 （1152） 不过，在 低电压、 大电流输 出时，一 定要考虑 整流二极 管的电压 降。
开关电源拓扑之BUCK电路详解
Buck电路原理
上式中，对于Lc和D1 为固定值时，降压变换器的电流连续与否是由R = Vo/Io 值确定的。当R的欧姆值增大时，工作状态将从连续转化为不连续。另一方面 ，如果R和DTs 是固定的，则电感器的L<Lc 时，其工作状态由连续转化为不连 续。当Fs增大时，则保持开关变换器的连续状态工作的Lc降低。 从上图14、图15中可看到输入电流is是脉动的，与降压变换器的连续与否工作 状态无关。这个脉动电流，在实际应用中应受到限制，以免影响其他电器正常 工作。通常，电源Vs 和变换器的输入端之间会加上一些输入滤波器，这种滤 波器必须在开关变换器设计的早期阶段和建立模型过程就要预先进行考虑。否 则，在开关变换器与输入滤波器连接时，可能会引起意外的自激振荡。
+-
D
+
S
L2 C2
R
-
图6:Sepic
S
D
T
L
+
C
R
-
图8:单端反激变换器
开关电源拓扑概述
S1
D1
L
T
S2
D2
+
C
R
-
图9:推挽变换器
D1
L
C1
S1
T
D2
C2
S2
+
C3
R
-
D1
L
S1 S2
T
C
D2 S3 S4
图10:半桥变换器
+
R
-
图11:全桥变换器
之 开关电源拓扑介绍
Buck电路原理
Buck电路原理 Buck变换器又称降压变换器、串联开关稳压电源、三端开关型降压稳 压器。
源的主要组成部分是开关型DC_DC变换器，它是整个变换的核心。
开关电源常用拓扑结构图文解释
开关电源常用拓扑结构图文解释第一篇：开关电源常用拓扑结构图文解释开关电源常用拓扑结构开关变换器的拓扑结构是指能用于转换、控制和调节输入电压的功率开关器件和储能器件的不同配置。
开关变换器的拓扑结构可以分为两种基本类型：非隔离型和隔离型。
变换器拓扑结构是根据系统造价、性能指标和输入/输出负载特性等因素选定。
1、非隔离型开关变换器一，Buck变换器，也称降压变换器，其输入和输出电压极性相同，输出电压总小于输入电压，数量关系为：其中Uo为输出电压，Ui为输入电压，ton为开关管一周期内的导通时间，T为开关管的导通周期。
降压变换器的电路模式如图2所示。
工作原理是：在开关管VT导通时，输入电源通过L平波和C滤波后向负载端提供电流；当VT关断后，L通过二极管续流，保持负载电流连续。
二，Boost变换器，也称升压变换器，其输入和输出电压极性相同，输出电压总大于输入电压，数量关系为：。
升压变换器的电路模式如图3所示。
工作原理是：在VT导通时，电流通过L平波，输入电源对L充电。
当VT关断时，电感L及电源向负载放电，输出电压将是输入电压加上输入电源电压，因而有升压作用。
三，Buck-Boost变换器，也称升降压变换器，其输入输出电压极性相反，既可升压又可降压，数量关系为：。
升降压变换器的电路模式如图4所示。
工作原理是：在开关管VT导通时，电流流过电感L，L储存能量。
在VT关断时，电感向负载放电，同时向电容充电。
四，Cuk变换器，也称串联变换器，其输入输出电压极性相反，既可升压又可降压，数量关系为：。
Cuk变换器的电路模式如图5所示。
工作原理是：在开关管VT 导通时，二极管VD反偏截止，这时电感L1储能；C1的放电电流使L2储能，并向负载供电。
在VT关断时，VD正偏导通，这时输入电源和L1向C1充电；同时L2的释能电流将维持负载电流。
2、隔离型开关电源变换器一，推挽型变换器，其变换电路模型如图6所示。
工作过程为：VT1和VT2轮流导通，这样将在二次侧产生交变的脉动电流，经过VD1和VD2全波整流转换为直流信号，再经L、C滤波，送给负载。
反激式、正激式、推挽式、半桥式、全桥式开关电源的优点和缺点
反激式、正激式、推挽式、半桥式、全桥式开关电源的优点和缺点反激式开关电源的优点和缺点反激变换器01反激式开关电源的电压和电流的输出特性要比正激式开关电源的差。
反激式开关电源在控制开关接通期间不向负载提供功率输出，仅在控制开关关断期间才把存储能量转化为反电动势向负载提供输出，但控制开关的占空比为0.5时，变压器次级线圈输出的电压的平均值约等于电压最大值的的二分之一，而流过负载的电流正好等于变压器次级线圈最大电流的四分之一。
即电压脉动系数等于2，电流脉动系数等于4。
反激式开关电源的电压脉动系数，和正激式开关电源的脉动系数基本相同，但是电流的脉动系数是正激式开关电源的电流脉动系数的两倍。
由此可知，反激式开关电源的电压和电流的输出特性要比正激式开关电源的差。
特别是，反激式开关电源使用的时候，为了防止电源开关管过压击，起占空比一般都小于0.5，此时，流过变压器次级线圈的电流会出现断续，电压和电流的脉动系数都会增加，其电压和电流的输出特性将会变得更差。
02反激式开关电源的瞬态控制特性相对来说比较差。
由于反激式开关电源仅在开关关断期间才向负载提供能量输出，当负载电流出现变化时，开关电源不能立即对输出电压或电流产生反应，而需要等到下一个周期事，通过输出电压取样和调宽控制电路的作用，开关电源才开始对已经过去了的事情进行反应，即改变占空比，因此，反激式开关电源的瞬态控制特性相对来说比较差。
有时，当负载电流变化的频率和相位与取样、调宽控制电路输出的电压的延时特性在相位保持一致的时候，反激式开关电源输出电压可能会产生抖动，这种情况在电视机的开关电源中最容易出现。
03反激式开关电源变压器初级和次级线圈的漏感都比较大，开关电源变压器的工作效率低。
反激式开关电源变压器的铁芯一般需要留一定的气隙，一方面是为了防止变压器的铁芯因流过变压器的初级线圈的电流过大，容易产生磁饱和。
另一方面是因为变压器的输出功率小，需要通过调整电压器的气隙和初级线圈的匝数，来调整变压器初级线圈的电感量的大小。
DCDC变换器拓扑结构分析
DCDC变换器拓扑结构分析⼀、正激变换电路由于正激DC/DC变换器具有电路拓扑简单，输⼈输出电⽓隔离，电压升、降范围宽，易于多路输出等优点，因此被⼴泛应⽤于中⼩功率电源变换场合。
然⽽，正激变换器的⼀个固有缺点是需要附加电路实现变压器磁复位。
采⽤磁复位绕组正激变换器川的优点是技术成熟可靠，磁化能量⽆损地回馈到直流电⽹中去。
但附加的磁复位绕组使变压器结构复杂化，变压器漏感引起的关断电压尖峰需要RC缓冲电路来抑制，占空⽐d<0.5，功率开关承受的电压应⼒与输⼈电源电压成正⽐。
RCD钳拉正激变换器图的优点是磁复位电路简单，占空⽐d可以⼤于0.5，功率开关承受电压应⼒较低此电路只是在原有的双管正激电路上添加了2个Lr、Cr谐振⽹络实现软开关。
图4中,L2为缓冲电感,Lm为变压器的励磁电感,C1和C2分别是开关管VS1和VS2的寄⽣电容。
电路拓扑在1个开关周期中可分为7个时间段描述。
下⾯将对每个时间段分别描述。
先假定在t0时刻之前,VS1和VS2关断,谐振电感Lr上的电流iLr为0,电容Cr上的电压UCr为-Uin,VD5关断,VD6正在续流。
为了使分析过程简化,在对电路分析之前,作如下⼏点假设:滤波电感L1⾜够⼤,在1个开关周期中可近似⽤恒流源I0等效代替;变压器漏感远⼩于励磁电感,在电路分析中忽略漏感的影响。
⼀个开关周期中电路的主要电量波形：1 t0~t1时间段在t0时刻,主功率开关管VS1和VS2同时导通,由于电感L2的作⽤,电流上升缓慢,VS1和VS2可以看成ZCS(零电流)导通。
在这⼀阶段,Lr、Cr开始谐振,VD5和VD6开始电流交换。
Cr上的电压从-Uin向Uin变化,电感Lr上的电流也从零上升。
当续流⼆极管VD6上的电流为零并且阻断时,这⼀时间段结束(这个时间段很短)。
此时,原边电流上升到I0/N(N=N1/N2,N1为原边匝数,N2为副边匝数)。
2 t1~t2时间段在t1~t2时间段,Lr和Cr继续谐振。
常用开关电源拓扑结构
常⽤开关电源拓扑结构开关电源拓扑结构概述(降压,升压,反激、正激)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关器件、储能器件、脉冲变压器、滤波器、输出整流器、等所有功率器件，以及供电输⼊端和负载端。
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/doc/3d41217ca26925c52dc5bf05.html /blog/100019740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。
几种常见的开关电源拓扑结构及应用
几种常见的开关电源拓扑结构及应用什么是拓扑呢?所谓电路拓扑就是功率器件和电磁元件在电路中的连接方式，而磁性元件设计，闭环补偿电路设计及其他所有电路元件设计都取决于拓扑。
最基本的拓扑是Buck(降压式)、Boost(升压式)和Buck/Boost(升/降压)，单端反激(隔离反激)，正激、推挽、半桥和全桥变化器。
下面简单介绍一下常用的开关电源拓扑结构。
Buck电路首先我们要讲的就是Buck电路。
Buck电路也成为降压(step-down)变换器。
它的电路图是下面这样的：晶体管，二极管，电感，电容和负载构成了主回路，下方的控制回路一般采用PWM(脉冲宽度调制)芯片控制占空比决定晶体管的通断。
Buck电路的功能是把直流电压Ui转换成直流电压Uo，实现降压目的。
展开剩余88%反激变换器反激式开关电源是指使用反激高频变压器隔离输入输出回路的开关电源，与之对应的有正激式开关电源。
反激(FLY BACK)，具体是指当开关管接通时，输出变压器充当电感，电能转化为磁能，此时输出回路无电流;相反，当开关管关断时，输出变压器释放能量，磁能转化为电能，输出回来中有电流。
反激式开关电源中，输出变压器同时充当储能电感，整个电源体积小、结构简单，所以得到广泛应用。
应用最多的是单端反激式开关电源。
优点：元器件少、电路简单、成本低、体积小，可同时输出多路互相隔离的电压;缺点：开关管承受电压高，输出变压器利用率低，不适合做大功率电源。
Boost电路Boost(升压)电路是最基本的反激变换器。
Boost变换器又称为升压变换器、并联开关电路、三端开关型升压稳压器。
上面的图就是Boost电路图。
Boost电路是一个升压电路，它的输出电压高于输入电压。
Buck/Boost变换器Buck/Boost变换器：也叫做升降压式变换器，是一种输出电压既可低于也可高于输入电压的单管不隔离直流变换器，但它的输出电压的极性与输入电压相反。
Buck/Boost变换器可以看做是Buck变换器和Boost变换器串联而成，合并了开关管。
正激、反激、双管反激、推挽开关电路小结
开关电源电路学习小结1.正激（Forward）电路正激电路的原理图如图1所示：图1、单管正激电路1.1电路原理图说明单管正极电路由输入Uin、滤波电容C1、C2、C3，变压器Trans、开关管VT1、二极管VD1、电感L1组成。
其中变压器中的N1、N2、N3三个线圈是绕在同一个铁芯上的，N1、N2的绕线方向一致，N3的绕线方向与前两者相反。
1.2电路工作原理说明开关管VT1以一定的频率通断，从而实现电压输出。
当VT1吸合时，输入电压Uin被加在变压器线圈N1的两边，同时通过变压器的传输作用，变压器线圈N2两边产生上正下负的电压，VD1正向导通。
Uin的能量通过变压器Tran传输到负载。
由于N3的绕线方向与N1的相反，VT1导通时，N3的电压极性为上负下正。
当VT1关断时，N1中的电流突然变为0，但铁芯中的磁场不可能突变，N1产生反电动势，方向上负下正；N3则产生上正下负的反向电动势，多出的能量将被回馈到Uin。
通过上述内容可以看到W3的作用，就是为了能使磁场连续而留出的电流通路，采用这种接线方式后，VT1断开器件，磁场的磁能被转换为电能送回电源。
如果没有N3，那么VT1关断瞬间要事磁场保持连续，唯有两个电流通路：一是击穿开关；二是N2电流倒流使二极管反向击穿。
击穿开关或二极管，都需要很高电压，使击穿后电流以较高的变化率下降到零；而很高的电流变化率（磁通变化率）自然会产生很高的感生电动势来形成击穿电压。
由此可见，如果没有N3，则电感反向时的磁能将无法回收到电源；并且还会击穿开关和二极管。
1.3小结1)正激电路使用变压器作为通道进行能量传输；2)正激电路中，开关管导通时，能量传输到变压器副边，同时存储在电感中；开关管关断时，将由副边回路中的电感续流带载；3)正激电路的副边向负载提供功率输出，并且输出电压的幅度基本是稳定的。
正激输出电压的瞬态特性相对较好；4)为了吸收线圈在开关管关断时时的反电动势，需要在变压器中增加一个反电动势吸收绕组，因此正激电路的变压器要比反激电路的体积大；5)由于正激电路控制开关的占空比都取0.5左右，而反激电路的占空比都较小，所以正激电路的反激电动势更高。
电源拓扑结构介绍----正激和反激
变换器的介绍： Transformer introduction
变压器：原边（原级）primary side 和
副边（次级）secondary side 原边电感（励磁电感）--magnetizing inductance
漏感---leakage inductance
副边开路或者短路测量原边电感分别得励磁电感和漏感 变压器的作用：1. 电气隔离； 2. 变比不同，达到电压升降； 3. 磁耦合传送能量；
压器储存能量，磁通量增加。在导通期间，磁通的增加量
为：
( )
V in W1
* D * Ts
此过程中，副边绕组的电压为Vin/N（N为原边和副 边匝数比），整流二极管D3导通，给电感、电容充电和负
载供电。
2012-10-31
15
(2) MOS管截止时，变压器原边励磁电感中的电流不
能跃变（方向不变，大小连续变化），通过二极管D1和D2
式中，K13=W1/W3是原边与复位绕组的匝比，
K23=W2/W3 是副边与复位绕组的匝比。
2012-10-31
8
此时，整流二极管D1 关断，滤波电感电流iL1通过续
流二极管D2续流，与buck变换器类似。
在此开关模态中，加在Q上的电压VQ为：
VQ=Vin+K13*Vin。
电源电压Vin反向加在复位绕组W3上，故铁芯去磁， 铁芯磁通Ø减小： W3*dØ/dt=-Vin 铁芯磁通Ø的减小量为：Vin/W3*ΔD*Ts。
2. 和Boost、Buck变换器一样，Flyback变换器也 有电流连续和断续两种工作方式。对Flyback变换器
来说，电流连续是指变压器两个绕组的合成安匝在一 个开关周期中不为零，而电流断续是指合成安匝在Q 截止期间有一段时间为零。图中a、b、c 给出了变换 器在不同开关模态下的等效电路图。
常见反激式、正激式、桥式、推挽式DC／DC电源变换器的拓扑类型
主题: 常见反激式、正激式、桥式、推挽式DC／DC电源变换器的拓扑类型常见DC/DC电源变换器的拓扑类型见表1～表3所列。
表中给出不同的电路结构，同时也给出相应的电压及电流波形(设相关的电感电流为连续工作方式)。
PWM表示脉宽调制波形，U1为直流输入电压，UDS为功率开关管S1(MOSFFT)的漏一源极电压。
ID1为S1的漏极电流。
IF1为D1的工作电流，U0为输出电压，IL为负载电流。
T为周期，t为UO呈高电平(或低电平)的时问及开关导通时间，D为占空比，有关系式：D=t/T。
C1、C2均为输入端滤波电容，CO为输出端滤波电容，L1、L2为电感。
1、常见单管DC/DC电源变换器
2、常见反激式或正激式DCDC电源变换器
3、常见桥式或推挽式DCDC电源变换器。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
8.1 正激变换器
正激变换器的电磁理论
仅运行于第一象限 磁心在磁滞回线上约以励磁电流幅值的半值为中心（VdcTon/2Lm） 运行，励磁电流没有反向，只是简单地线性上升至幅值，然后再线 性下降到零。 正激变换器的磁心气隙 气隙使磁滞回线斜率降低，使dB/dH（磁心磁导率）降低。磁导率 降低使励磁电感减小，使励磁电流（Im=VdcTon/Lm）增大，励磁 电流不向负载传递功率，只用于磁心磁通沿磁滞回线移动，不应超 过负载电流地10％。 有气隙磁心的励磁电感
8.1 正激变换器
工作原理：（1）导通 （2）关断
为什么称为正激变换器？ 能量是在开关管Q1导通时流入负载的
8.1 正激变换器
置位伏秒数面积A1和复位伏秒数面积A2相等,避免磁心进入饱和，导致开关管损坏 A1=VdcTon
8.1 正激变换器
8.1 正激变换器
8.1 正激变换器
开关模态1 (0≤t≤t1)
输出电压与输入电压、导通时间和匝比的设计关系
Ns Vin Vo =Vin D D Np K
确定参数的顺序 （1） 确定最小直流输入电压Vdc （2）最大导通时间Ton设为半周期的80％ （3）根据法拉第定律确定初级匝数Np （4）根据所需主输出电压Vom求解次级主绕组匝数Ns
4.2 正激变换器
初级电流、输出功率及输入电压之间的关系
采用耐压至少为200V的功率器件
8.1 正激变换器
存在问题？用于交流输入为120×（1±10％）V的离线式开关变换
器时的最大应力。 交流输入最高时，整流后直流输入电压为 1.1*120 *1.41 186V 减去2V的整流二极管的压降为184V 关断后的最大电压应力为
Vms 2.6 184 Байду номын сангаас78V
第八章正激和推挽变换器
功 率 变 换 电 路
不隔离型
降压、升压、降-升 压、库克变换器
单端 隔离型 双端
反激、正激 推挽、半桥、 全桥
第八章正激和推挽变换器
8.1 正激变换器拓扑(Forward Converter Topology) 8.2 双管单端正激变换器拓扑(Doubled-Ended) 8.3 推挽拓扑(Push-Pull Topology)
保证复位时间等于导通时间，则磁心总能复位。因为：开关管关断时，Np上 的反向电压与导通时的正向电压相等。因此，若最大导通时间不超过半周期 的80％，使下半周期开始前有20％的余量，则磁心总能成功复位。
8.2 双管正激变换器
实际输出功率限制：
单端正激变换器的功率限制是多少？ 输出功率可达到400W~500W，且满足所需电压、电流及增益要求的廉价开关 管容易买到。 一个额定交流输入为120V，且具有10％稳态误差和±15％的瞬态 误差的双管正激变换器。 最大整流输出直流电压为1.41*120*1.1*1.15=214V 最小整流输出直流电压为1.41*120*0.9*0.85=130V 初级等效平顶电流幅值为Ipft=3.13Po/Vdc 当Po=400W，Ipft=9.6A
设计原则及变压器的设计参考单端正激变换器。
8.3 推挽拓扑
区别： 使用两个幅值相等、脉宽可调、相位相差180 度的脉冲驱动Q1和Q2。
8.3 推挽拓扑
8.3 推挽拓扑
8.3 推挽拓扑
开关模态1 (0≤t≤t1)
Vo N s = 2D Vin N p
Ns VDR1 =VDR2 ==2 Vin Np
设从直流输入到所有次级总输出功率的转换效率为80％，即Po=0.8Pin或 Pin=1.25Po 阶梯斜坡电流等效为同样脉宽的平顶电流，其幅值为阶梯斜 坡中点值Ipft，则电流平均值为0.4Ipft，因此有
功率开关管的最大关断电压应力
若复位绕组Nr的匝数与初级绕组Np的匝数相等，功率开关管最大电 压关断应力为最大输入电压的两倍加上漏感尖峰。
8.1 正激变换器 有气隙磁心的励磁电感：
长度为li的磁心中引入长度为la的气隙，励磁电感的减小比例为：
例：国际标准磁心Ferroxcube 783E608-3C8，其磁路长度为9.78cm，有 效磁导率为2300。如果在磁路上加4mil（0.0102cm）的气隙，根据式 2.39，有
8.1 正激变换器
交流输入最低时，整流后直流输入电压为 峰值电流为
0.9 *120 *1.41 2 150V
I pft 3.13 22 /150 4.17 A
考虑到15％的输入瞬态值，峰值关断应力为550V，因此管子来源应高于此值。
8.2 双管正激变换器
特点：有两个开关管，
关断时每个开关管仅承受 一倍直流输入电压，而且 不出现漏感尖峰，没有漏 感能量消耗。
Vin + = DT Np
Ns Vin v Ns = Vin = Np K
8.1 正激变换器
开关模态2 (t1≤t≤t2)
Vin - = D T Nw
VQ1 =Vin +K pwVin =(1+K pw )Vin
8.1 正激变换器
Ns Vin Vo =Vin D D Np K
8.1 正激变换器
实际输入电压和输出功率限制
最大直流输入电压低于60V的正激变换器，其实际最大输出功率为 150～200W，原因是较大功率输出时，初级电流幅值会太大。
例：设计一个用于通信行业的200W正激变换器。最小 和最大输入电压分别为38V及60V，初级电流幅值和最 大关断应力分别为
I pft 3.13Po / Vdc 3.13(200) / 38 16.5 A Vms 2.6Vdc 2.6 60 156V
8.3 推挽拓扑
开关模态2 (t1≤t≤t2)