典型开关电源拓扑及特征

典型开关电源拓扑及特征（增加学习解读整理）

Buck降压电路

特征：

■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

Boost升压电路

特征：

■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)。

Buck-Boost升降压电路

特征：

■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。

SEPIC升降压电路

特征：

■输出电压共地同相。

■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。

C’uk升降压电路

特征：

■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。

Flyback反激变换

特征：

■最简单的隔离拓扑结构；

■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（看

成2个具有一定相关的隔离电感）和电感。

■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。电压等式在电流处于CCM（磁通量连续、输入电流与输出电流时序叠加后连续）方成立。在DCM 模式下，输出电压将高于上式，保持占空比不变，随着负载加大，输出电压会下降，这个过程功率保持不变，然后负载继续加大，进入CCM模式，然后上式成立，随着负载继续加大，电压不变电流增加，原边表现为电流上升，继续增加负载功率，将触发磁芯饱和。最大功率将受限饱和磁通，(原边电感/圈数越大传递的功率越小，PFC电感有类似也有区别，PFC电感影响输入功率不是因为磁通饱和，而是阻抗限流)，此时提高控制频率只可非线性的提高少部分功率。

■增加次级绕组和电路可以得到多个输出。

■输出可以获得正负电源，有2绕组级联，取中线为0基准。

■导通时前级蓄能，关断时后次级释放能量，并完成变压器去磁。

■适用于较小功率场景，小功率辅助控制电源常用。

Forward正激变换

特征：

■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。

■输出整流类似buck降压回路。

■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（因为是隔离）。■增加次级绕组和电路可以获得多个输出，同反激电路。

■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（决定了占空比不大于50%，否则产生剩磁，绕组数量变化去磁时间如何变化？绕组数量少应该去磁时间更短！）。在开关接通阶段存储在初级电感中的能量，在断开阶段通过去磁回路释放回电源输入端。

■正激变换传递的功率大小原理与反激完全不同，理论上与变压器磁通量无关。关于磁芯饱和只需要关注去磁处理以及最大导通时间限制即可。

■开关管关断时产生2倍输入电压（励磁绕组相同时！越少电压更高），对管子耐压较高。

■输出半桥整流，采用了Buck降压电路（后续的几个正激转换电路也是如此），其电压表达式也同Buck降压，该电路是的输出电流更连续。如果直接二极管整流会如何？产生很大的尖峰电流，输入输出都有。

■小功率辅助控制电源常用。

双管正激变换

特征：

■两个开关同时工作，（增加1个开关管以及1个二级管实现了取代去磁绕组回路）

■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，形成去磁回路。

■优点1，每个开关上的电压永远不会超过输入电压。

■优点2，无需对绕组磁道复位。

■比较常用于中等功率，如3KW电源模块常用。

■附加整流电流：上述两正激变换整流电路可替换为同步整流电流，以获取更高效率。

Push-Pull推挽变换

特征：

■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。原边绕组线圈分别工作利用一半周期）

■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（类似正激）。

■因为变压器两个半周期都都传输了功率，所以输出双半桥整流。

半桥变换

特征：

■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。

■施加在初级绕组的电压只有输入电压的一般，上半桥开通时才产生输入电流。上半桥导通时，一方面通过变压器传递功率、一方面往半桥电容中储存能量，以供后半桥桥导通通过变压器传递功率。

■实际工程上，半桥电容不会额外增加母线平波电容的总需求，无论是包含交流整流的部件电路，还是直接的直流电输入时。

全桥变换

特征：

■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。

■在输入或输出变化较大时，输出电感除了有利于输出电流稳定抑制尖峰，也有利于电压的控制

■输出回路，次边整流采用单绕组全波整流也较常见（图略），节省1绕组然后增加2个二极管，为什么？（综合效率、效益考虑，在高压大功率输出时采用，此时效率影响较小，但变压器绕制更简单低成本。反过来也就是为撒子，低压输出时宁可额外增加双绕组输出而实现半桥整流）

■输出回路，下图是双绕组的同步整流示意图