各类基本电源拓扑结构介绍
电源基本拓扑
电源基本拓扑
【原创版】
目录
1.电源基本拓扑的定义
2.电源基本拓扑的种类
3.各种电源基本拓扑的特点
4.电源基本拓扑在电子设备中的应用
5.电源基本拓扑的发展趋势
正文
一、电源基本拓扑的定义
电源基本拓扑是指电源系统中基本的电路结构，它主要包括直流电源和交流电源两大类。
直流电源基本拓扑通常包括单相桥式整流器、全桥整流器等；交流电源基本拓扑通常包括变压器、整流器、滤波器等。
二、电源基本拓扑的种类
1.直流电源基本拓扑
直流电源基本拓扑主要包括单相桥式整流器、全桥整流器等。
2.交流电源基本拓扑
交流电源基本拓扑主要包括变压器、整流器、滤波器等。
三、各种电源基本拓扑的特点
1.单相桥式整流器
单相桥式整流器具有结构简单、工作可靠等优点，但存在整流电压峰值系数较低、输出电流脉动较大等缺点。
2.全桥整流器
全桥整流器具有整流电压峰值系数较高、输出电流脉动较小等优点，但结构相对较复杂。
3.变压器
变压器具有变换电压、电流、功率等功能，是交流电源系统中的重要组成部分。
4.整流器
整流器是将交流电转换为直流电的装置，其主要功能是整流。
5.滤波器
滤波器是对整流后的脉动直流电进行平滑处理的装置，其主要功能是滤波。
四、电源基本拓扑在电子设备中的应用
电源基本拓扑广泛应用于各种电子设备中，如计算机、通信设备、家电等。
电路基本拓扑结构
电路基本拓扑结构一、串联电路串联电路是指将电阻、电感或电容等元件依次连接在一起，形成一个电流只能沿着一个路径流动的电路。
串联电路的特点是电流在各个元件之间保持恒定，而电压则在各个元件上分配。
串联电路可以用来实现元件的累加效应，例如在一个电路中串联两个电阻，总电阻等于两个电阻之和。
此外，串联电路还可以用来实现电压的分配，根据欧姆定律，电压在串联电路中按照电阻值的比例分配。
二、并联电路并联电路是指将电阻、电感或电容等元件并排连接在一起，形成一个电流可以分流的电路。
并联电路的特点是电压在各个元件之间保持恒定，而电流则在各个元件上分流。
并联电路可以用来实现元件的并加效应，例如在一个电路中并联两个电阻，总电阻等于两个电阻的倒数之和的倒数。
此外，并联电路还可以用来实现电流的分配，根据欧姆定律，电流在并联电路中按照电阻值的倒数的比例分配。
三、混合电路混合电路是指由串联电路和并联电路组合而成的电路。
混合电路的特点是既有串联电路的电流恒定特性，又有并联电路的电压恒定特性。
混合电路常用于实际电路中，用于实现不同元件之间的复杂关系。
通过合理地设计混合电路，可以实现各种功能，例如电压放大、电流放大、滤波等。
四、三角形电路三角形电路是指由三个电阻组成的电路，形状类似于一个闭合的三角形。
三角形电路的特点是电阻之间形成回路，电流可以在回路中不断流动。
三角形电路常用于电路分析中，通过求解回路中的电流和电压，可以得到电路中各个元件的参数。
五、星形电路星形电路是指由三个电阻组成的电路，形状类似于一个闭合的星形。
星形电路的特点是电阻之间形成一个交点，电流从交点分流到各个电阻。
星形电路常用于电路分析中，通过求解交点处的电流和电压，可以得到电路中各个元件的参数。
六、桥式电路桥式电路是指由四个电阻组成的电路，形状类似于一个闭合的桥形。
桥式电路的特点是电阻之间形成两个交点，电流可以在交点中分流。
桥式电路常用于电路分析和测量中，通过调节桥臂上的电阻值，可以得到未知电阻的值。
25种开关电源拓扑电路结构与连接原理与及特点选择与设计方法
25种开关电源拓扑电路结构与连接原理与及特点选择与设计方法开关电源是一种将交流电转换为直流电的电源装置，其常见的拓扑电路结构包括单端（Buck）、反相（Boost）和反相-反相（Buck-Boost）等。
下面将详细介绍这些拓扑电路的连接、原理与特点，并给出选择与设计方法。
1.单端拓扑电路结构与连接：单端拓扑电路主要由功率开关器件、电感元件和输出滤波电容组成。
它的连接方式为输入电压接到开关电源的输入端，输出电压则输出到输出端。
单端拓扑电路常用于输出电压比输入电压更低的应用场景。
2.反相拓扑电路结构与连接：反相拓扑电路也是由功率开关器件、电感元件和输出滤波电容组成。
不同之处在于它的连接方式，输入电压通过开关电源的输入端接到电感上，输出电压则从电感上接出。
反相拓扑电路适用于输出电压比输入电压更高的应用场景。
3.反相-反相拓扑电路结构与连接：反相-反相拓扑电路结构是将单端拓扑与反相拓扑结合起来的一种结构，它可以实现输入电压和输出电压的翻转。
输入电压通过开关电源的输入端接到电感上，输出电压同样从电感上输出。
这种拓扑电路可以根据输入输出电压的差异实现升压或降压功能。
这些拓扑电路的原理与特点如下：1.单端拓扑电路原理与特点：单端拓扑电路使用开关器件以一定的频率开关电源输入，通过电感和输出滤波电容将开关输出的方波转换为稳定的直流电。
这种电路的特点是简单、成本较低，但效率较低，适用于输出电压较低的场景。
2.反相拓扑电路原理与特点：反相拓扑电路通过控制开关器件的导通和截止来改变电感中的电流，从而改变输出电压。
与单端拓扑电路相比，它的效率较高，但成本较高。
反相拓扑电路适用于输出电压较高的场景。
3.反相-反相拓扑电路原理与特点：反相-反相拓扑电路通过将输入电压先升压或降压至一个中间电压，再通过反向变换输出所需的电压。
这种电路可以实现较大范围的升压和降压功能，但需要多个开关器件和电感，因此成本和复杂度较高。
在选择与设计开关电源的方法上，应注意以下几点：1.根据实际需求确定输出电压和电流的要求，然后选择适合的拓扑电路结构。
电源基本拓扑
电源基本拓扑电源基本拓扑是指电力系统中电源、负载和中间转换装置之间的基本结构。
它是电力系统设计、运行和控制的基础，对于电力系统的稳定性和可靠性具有重要意义。
根据不同的电源类型和转换装置，电源基本拓扑可以分为以下几类：1.直接供电拓扑：在这种拓扑中，电源直接为负载提供电力，无需中间转换装置。
这种拓扑结构简单，易于实现，但适用于电源电压和负载电压相匹配的情况。
2.升降压变换器拓扑：在这种拓扑中，电源通过升降压变换器为负载提供电力。
这种拓扑可以实现电源电压与负载电压的分离，提高系统的工作效率。
3.变换器串联拓扑：这种拓扑由多个变换器串联组成，每个变换器负责一部分负载。
通过变换器的串联，可以实现电源电压与负载电压的灵活匹配，提高系统的电压调节能力。
4.变换器并联拓扑：这种拓扑由多个变换器并联组成，每个变换器负责一部分负载。
并联拓扑可以提高系统的输出功率和可靠性，但需要解决负载分配不均的问题。
5.逆变器拓扑：在这种拓扑中，电源通过逆变器将直流电转换为交流电，为负载提供电力。
逆变器拓扑广泛应用于可再生能源发电系统，如太阳能、风能等。
电源基本拓扑在电力系统中的应用十分广泛，包括家用电器、工业设备、通信系统、电动汽车等领域。
随着电力电子技术的发展，电源基本拓扑不断优化和创新，呈现出以下发展趋势：1.高效率：提高电源转换效率，降低能源损耗，是电源基本拓扑发展的重要方向。
2.高可靠性：在电源基本拓扑中引入冗余设计、故障诊断等技术，提高系统的可靠性和安全性。
3.轻量化：采用新型材料和结构设计，降低电源基本拓扑的重量和体积，提高便携性。
4.智能化：利用现代控制理论和通信技术，实现电源基本拓扑的智能化控制和优化管理。
5.绿色环保：发展可再生能源接入和利用技术，减少对环境的影响，推动电源基本拓扑的可持续发展。
总之，电源基本拓扑在电力系统中具有重要作用，其分类、应用和发展趋势反映了电力电子技术的进步和创新。
最详细的5种开关电源拓扑结构
开关电源分类
开关电源主回路可以分为隔离式与非隔离式两大类型。 非隔离——输入端与输出端电气相通，没有隔离。 1、串联式结构是指在主回路中，相对于输入端而言，开 关器件与输出端负载成串联连接的关系。例如buck拓扑型 开关电源就是属于串联式的开关电源 2、并联式结构是指在主回路中，相对于输入端而言，开 关器件与输出端负载成并联连接的关系。例如boost拓扑 型开关电源就是属于串联式的开关电源 3、极性反转结构是指输出电压与输入电压的极性相反。 电路的基本结构特征是：在主回路中，相对于输入端而言， 电感器L与负载成并联。Buck-boost拓扑就是反极性开关 电源
工作过程分析
工作过程： 1、当K导通时→IL 线性增加，D截止此 时C向负载供电 2、当K断开时→Ul 和Ui串联，以高于 Uo的电压向C充电同 时向负载供电，此时 D导通,IL逐渐减小 若IL减小到0，则D 截止，只有C向负载 供电
CCM和DCM模式下的各点电压
由上可知BOOST电路也会出现电感电流断续的情况，即 也有CCM 和DCM两种模式，各点电压分别如左右所示 在DCM模式下若IL值逐渐减小到Io，则C和L同时向负载放 电， 若IL值继续减小直至0，则D关断，只有C向负载放电，直 到下次周期开始
DCM模式下的电压增益比
τ <0.5D1(1-D1)(1-D1)时，IL不连续,同样利用IL的 上升部分同下降部分相等可以得到电压增益M= （D1+D2）/D2 此时D1+D2<1，又有IL在Ts内的平均值是 Is,Is=Vs(D1+D2)D1Ts/2L=MIo. 从以上两式可以得到
1 1 2D12 / D1 M 0.5 2 2
电源常用拓扑结构特点及波形
电源常用拓扑结构特点及波形基本名词电源常见的拓扑结构■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：1、Buck降压特点■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。
2、Boost升压特点■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)。
3、Buck-Boost降压-升压特点■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。
4、Flyback反激特点■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。
5、Forward正激■降压电路的变压器耦合形式■不连续的输入电流，平滑的■因为采用变压器，输出可以■增加次级绕组和电路可以获■在每个开关周期中必须对变绕组。
■在开关接通阶段存储在初级6、Two-Transistor Fo 特点■两个开关同时工作。
■开关断开时，存储在变压器■主要优点：■每个开关上的电压永远不会■无需对绕组磁道复位。
开关电源基本拓扑结构剖析
Vout Dy Vin Dy D
(1.12)
Io
1 Ts
I Lf max 2
(Ton
T' off
)
1 2 I Lf max(Dy D)
(1.13)
开关电源基本拓扑
开关电源技术——郑琼林
9
电感电流临界连续
2 I o Lf max i
1
(1.14)
iLf
max
Vin Vo Lf
DyTs
(1.15)
IoG
(1 Dy )Dy 2Lf fs
Vin
Fig 1.4 Vin=const
开关电源基本拓扑
开关电源技术——郑琼林
11
Vout = constant (输出电压恒定) For Vo=Vin Dy, so eq.(1.16) can be reformed as:
I oG
(1 2L
Dy f fs
)
Fig 3.1 Configuration of Buck/Boost converter main circuit
开关电源基本拓扑
开关电源技术——郑琼林
15
电感电流连续时的工作模式 (CCD)
Mode 1
Fig 3.2
Mode 2
开关电源基本拓扑
开关电源技术——郑琼林
16
电流连续时(CCM)的工作原理(operating principle)
Vout
Fig 1.5 Vout=const
开关电源基本拓扑
开关电源技术——郑琼林
12
开关电源基本拓扑结构
二、并联型——boost converter
升压式(Boost)变换器是一种输出电压等于或高于输入电压的单管非隔离直流变换 器。下图给出了它的电路拓扑图。Boost变换器的主电路由开关管Q，二极管 D，输出滤波电感Lf和输出滤波电容Cf构成。
电源拓扑结构及工作原理
电源拓扑结构及工作原理电源拓扑结构是电源的基本组成部分，是指电源中各部分组成的结构和电路，是电源工作的关键。
不同的电源拓扑结构在工作原理上也有所不同，我们可以根据需要选择适合自己的电源拓扑结构。
一、直流电源的拓扑结构1. 线性稳压器线性稳压器是最简单的直流电源拓扑结构，其工作原理是利用功率晶体管控制电源的输出电压。
直流电源通过变压器降压之后会进入一个整流电路，其将交流电压转换为直流电压。
而后直流电压进入一个滤波电路，其可以去除电源的电流突变和波动，使输出的直流电压更加平稳稳定。
2. 开关稳压器开关稳压器（Switching regulator）是一种可随意调整输出电压的电源拓扑结构，其工作原理是通过周期性开关控制电源的输出电压。
开关稳压器主要由四个部件组成：开关管、电感器、滤波电容和稳压管。
在工作时，一般都是通过工作周期和调节占空比来控制直流电源的输出电压。
二、交流电源的拓扑结构1. 单相全控桥电路单相全控桥电路是交流电源的基本拓扑结构之一，其工作原理为四个可控硅管组成的桥式电路。
通过控制可控硅管的通断状态，可以实现交流电源的开关及输出控制。
2. 三相桥式整流电路三相桥式整流电路是交流电源比较成熟的一种拓扑结构，其工作原理是在交流电源端加装三相桥式整流电路。
可以使交流电源的波形更为平稳，输出功率更加稳定。
总结：电源拓扑结构及其工作原理是电源研究的重要基础，而且在实际应用中，应根据不同的使用需求，选择不同的电源拓扑结构。
同时，随着技术的不断发展，电源拓扑结构也会不断更新，我们需要不断学习新技术，以便更好地为实际应用服务。
六种基本DCDC变换器拓扑结构总结
六种基本DCDC变换器拓扑结构总结DC-DC变换器是一种将一种直流电压转换为另一种直流电压的电子设备。
根据其拓扑结构，可以将DC-DC变换器分为六种基本拓扑结构。
下面将对这六种拓扑结构进行总结。
1. 升压型拓扑结构（Boost Converter）：升压型拓扑结构是将输入电压提升到更高电压的一种拓扑结构。
其基本结构由一个电感、一个开关管、一个二极管和一个输出滤波电容组成。
工作原理为当开关管打开时，电感储存能量；当开关管关闭时，电感释放储存的能量，将电流经过二极管和输出滤波电容供给负载。
2. Buck拓扑结构（降压型拓扑结构）：Buck拓扑结构是将输入电压降低到更低电压的一种拓扑结构。
其基本结构由一个电感、一个开关管和一个输出滤波电容组成。
工作原理为当开关管打开时，电感储存能量；当开关管关闭时，电感释放储存的能量，将电流经过输出滤波电容供给负载。
3. Buck-Boost拓扑结构（降升压型拓扑结构）：Buck-Boost拓扑结构可以实现输入电压的增益和降低。
其基本结构由一个电感、一个开关管和一个输出滤波电容组成。
工作原理为当开关管打开时，电感储存能量；当开关管关闭时，电感释放储存的能量，将电流经过输出滤波电容供给负载。
该拓扑结构可以实现输入电压大于、等于或小于输出电压的转换。
4. 反激型拓扑结构（Flyback Converter）：反激型拓扑结构是一种将输入电压转换为输出电压的一种拓扑结构。
其基本结构由一个变压器、一个开关管和一个输出滤波电容组成。
工作原理为开关管导通时，电能储存在变压器中；开关管关闭时，变压器释放储存的能量，将电流经过输出滤波电容供给负载。
5. 单边反激型拓扑结构（Half-Bridge Converter）：单边反激型拓扑结构也是一种将输入电压转换为输出电压的一种拓扑结构。
其基本结构由两个开关管、一对二极管和一个输出滤波电容组成。
工作原理为开关管交替导通和关闭，将输入直流电压分别连接到变压器的两个输入端，以实现电压的转换。
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。
常用的开关电源拓扑结构-基础电子
常用的开关电源拓扑结构-基础电子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。
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。
它的电路图如下：上面提到的Buck和Boost电路，都是输出与输入共地，在电路上没有隔离。
采用变压器后，输出与输入电气隔离，可以多路输出。
而反激变换器是隔离变换器中简单的一种。
它分为两种工作模式，断续模式反激变换器和连续模式反激变换器。
电源基本拓扑
电源基本拓扑电源基本拓扑是指电源系统中电源和负载之间的连接方式和电流流动路径。
合理的电源基本拓扑可以提高电源系统的效率、可靠性和稳定性。
常见的电源基本拓扑有线性电源、开关电源和切换电源。
一、线性电源线性电源是最简单的电源基本拓扑，它由变压器、整流器、滤波器和稳压器组成。
变压器通过改变输入电压的大小实现输入电压和输出电压的匹配。
整流器将交流电转换为直流电，并通过滤波器消除输出电压中的纹波。
稳压器通过调节电阻或管子的导通状态来保持输出电压的稳定。
线性电源具有输出电压稳定、噪声小等优点，但效率较低、体积较大，适用于对输出电流要求不高的场合。
二、开关电源开关电源是一种将输入电能变换为高频脉冲信号，再通过变压器和整流器转换为输出电压的电源基本拓扑。
开关电源的核心是开关管，通过开关管的开关状态来控制转换器的工作方式。
开关电源具有效率高、体积小、重量轻等优点，广泛应用于电子设备中。
开关电源可以根据输出电压的稳定性要求选择不同的拓扑结构，如Buck、Boost、Buck-Boost等。
三、切换电源切换电源是一种将输入电源切换到不同的输出电源的电源基本拓扑。
切换电源通常由多个电源和负载之间的切换器、控制器和保护器组成。
切换电源可以实现多种电源的自动切换和备份，保证负载的可靠供电。
切换电源广泛应用于电信、交通、航空等领域，对电源可靠性要求较高。
电源基本拓扑的选择应根据实际应用需求来确定。
线性电源适用于对输出电流要求不高、对输出电压稳定性要求较高的场合；开关电源适用于对效率和体积要求较高的场合；切换电源适用于对电源可靠性要求较高的场合。
电源基本拓扑是电源系统中重要的设计要素，不同的拓扑结构适用于不同的应用场合。
合理选择电源基本拓扑可以提高电源系统的性能和可靠性，满足负载的电源需求。
开关电源基本拓扑结构
I LfG
V in D y 2L f fs
I oG
(1 D y ) D y 2L f fs
V in
Fig 1.4 Vin=const
开关电源基本拓扑
25
Vout = constant (输出电压恒定) From eq. (2.14), then the eq.(2.16) and eq.(2.15) can be reformed as:
i Lf I Lf
max
V in Lf
T on
V in Lf
Ts D y
(3.9)
i Lf I Lf
max
Vo Lf T off
'
Ts D (1 D y )
(3.10)
where
Vo V in
D
Dy D
Ts
(3.11)
I in I Lf
I o D
2
(1 D y )V o 8L f C f fs
2
Vo
Q C
f
(1.8)
开关电源基本拓扑
8
电流断续时的工作模式 (DCM)
电流断续时的工作模式的典型情况：
Mode 1
输入电压Vin不变，输出电压Vo变化；譬如用作电机速度控制、充电
器对蓄电池恒流充电。 输入电压Vin变化，输出电压Vo不变，如普通开关电源。
I oG (1 D y ) 2L f fs V out
Fig 1.5 Vout=const
开关电源基本拓扑
13
湘潭电机股份有限公司150t工矿电机车IGBT直流斩波 1500V电压等级主要由IGBT功率组件、微机控制盒及 PLC控制单元构成。IGBT功率组件采用3 300V、 800A 斩波型IGBT模块作为主功率元件，主元件散 热器采用新型风冷热管散热器，一个IGBT功率组 件单独驱动一台牵引电机。 微机控制盒是装置的核心，配备16位单片机 80C196KC
开关电源拓扑结构
开关电源拓扑结构回顾Lloyd H·Dixon Jr摘要本文回顾了在开关电源中常用的三种电路结构即降压变换电路、升压变换电路和逆向变换电路的特性，这三种电路均可以在断续的感应电流或者连续的感应电流模式下使用。
运行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将与任何拓扑结构和运行方式相联系的问题减到最少。
三种以固定频率运行的控制方法包括：直接占空比控制、电压前馈、和电流模式（两个环路）控制。
本文还论述了三个基本电路的一些扩展，利用每个拓扑电路的相对优点—运行方式—控制方法组合。
一、三种基本拓扑结构：三种基本的拓扑结构如图1所示：降压式，升压式，反激式。
串联式变换器（CUK）是反激式拓扑的逆变，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，三极管，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独特的关系。
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既不大于也不小于V in，但是两者极性必须相反。
二、断续操作方式：在断续的感应电流方式下，或者说“断续方式”下，降压、升压和反激电路的动作方式是相似的，感应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。
熟悉各种常见电源拓扑结构
熟悉各种常见电源拓扑结构在现代科技发展的背景下，电力供应已成为人们生活中不可或缺的一部分。
电源拓扑结构是指电力系统中将电能转换为普遍可用的形式的方式和方法。
了解各种常见的电源拓扑结构对于电力系统的设计和使用至关重要。
1. 直流直流 (DC-DC) 转换器DC-DC转换器的主要功能是将直流电源转换为所需的直流电压。
常见的DC-DC转换器结构包括降压型、升压型和升降压型。
降压型DC-DC转换器降低输入电压以获得所需输出电压，升压型DC-DC转换器提高输入电压以获得所需的输出电压，而升降压型DC-DC转换器则能够将输入电压转换为高于或低于输入电压的输出电压。
2. 交流直流 (AC-DC) 变换器AC-DC变换器将交流电源转换为直流电源。
这种转换器是电力系统中常见的部分，因为大多数电子设备需要直流电源才能正常工作。
最常见的AC-DC变换器是整流器，它将交流电压转换为直流电压。
整流器主要包括单相整流器和三相整流器。
单相整流器适用于家庭和商业领域，而三相整流器常用于工业领域。
3. 直流交流 (DC-AC) 变换器DC-AC变换器用于将直流电源转换为交流电源。
这种转换器在许多应用中都非常重要，例如太阳能系统和逆变器。
太阳能系统中的DC-AC变换器将太阳能电池板产生的直流电能转换为交流电能，以供给电网。
逆变器则将电池或汽车电源等直流电源转换为可供家庭电器使用的交流电源。
4. 交流交流 (AC-AC) 变换器AC-AC变换器是将交流电源从一种形式转换为另一种形式的设备。
这种转换器在电力系统中发挥着重要作用，例如变压器。
变压器可以提高或降低交流电压的大小，并且广泛应用于电力传输、家庭电器和工业设备等领域。
5. 隔离和非隔离拓扑结构电源拓扑结构可以分为隔离和非隔离两种结构。
隔离结构能够提供电气隔离，使输出与输入之间保持安全隔离。
而非隔离结构没有电气隔离，在一些特定应用中可能会造成安全问题。
所以，在设计电源系统时，必须仔细考虑安全需求和隔离要求。
各种开关电源拓扑结构总结
各种开关电源拓扑结构总结第一篇：各种开关电源拓扑结构总结各种结构拓扑结构的总结一．BUCK基本型降压电路，电路简洁，所需元件少，效率可以做到很高电路未实现隔离，大功率是对电路各种器件要求较高，稳定性不够高，灵活性不够。
二．BOOST基本升压电路，电路简洁，所需元件少，效率可以做到很高电路未实现隔离，大功率是对电路各种器件要求较高，如输出比较大的功率时开关管需要承受很大的脉冲电流，稳定性不够高，灵活性不够。
三．单端式a.单端正激，优点：该型是在BUCK型的基础上，加上一级隔离变压器，不仅做到了电路前后级之间的隔离，只要改变变压器的匝数，则可实现降压升压，外围元件较少。
缺点：开关关断时，变压器容易饱和，需要加磁复位绕组，对变压器绕制要求较高。
b．单端反击优点：电路结构相比于单端正激更加简单，变压器次级充当电感，元件更少。
缺点：当变压器存在漏感时会在原边形成很大的电流，对开关器件的损耗比较大，额外设计保护电路增加了设计负担，而且此种拓扑对变压器的设计上难度较大四．双端式a．半桥优点：可以减少原边开关元件的电压应力，半桥变换器是离线式开关电源的首选结构。
工作的两个半周期内充分利用了变压器原边绕组的PI和磁芯磁感应强度摆幅值，原边不需要能量回复绕组。
缺点：变压器磁芯容易出现阶梯形饱和问题，（可通过变压器中加入小气隙缓解，主要形成原因，正负脉冲时间不严格相等，整流二极管电压不严格相等。
稳态工作条件下，问题不大，但在瞬间负载变化的情况下，可能会导致严重问题如开关器件的损坏。
）b.推挽电路特点：对称结构，高频变压器原边是两个对称线圈，两只开关管接成对称关系，轮流通断优点：高频变压器磁利用率高，输出功率大，电源电压利用率高缺点：电流不平衡，容易出现变压器饱和的问题，对开关管的耐压值要求比较高。
五．四管隔离式全桥该结构使用的变压器绕组相对较少，对开关管耐压值要求相对于推挽较低。
但由于使用较多的开关管，损耗较大，驱动电路较复杂，该电路通常使用在1kw以上的超大功率电源上。
11种电源拓扑
11种电源拓扑
电源拓扑是指电源的电路结构和组成方式，常见的电源拓扑有11种。
1. 前置式电源拓扑：电源电路与被供电设备之间采用独立的变压器，常见于高保真音频、精密测量等场合。
2. 反激式电源拓扑：通过电感等元件使电源的输出电压反向回馈到输入端，实现高效率、小体积的设计，常用于电脑、手机等电子设备。
3. 降压式电源拓扑：将电源输出电压降低作为被供电设备的电源，常见于各种电子设备、LED灯等。
4. 升压式电源拓扑：将电源输出电压升高作为被供电设备的电源，常见于太阳能、风能等非常规能源领域。
5. 变频式电源拓扑：通过不同的开关频率调节输出电压，常见于电动机控制、农业灌溉等领域。
6. 双相电源拓扑：具有两个独立的相位输出的电源拓扑，常用于马达、变频器等应用。
7. 三相电源拓扑：具有三个独立的相位输出的电源拓扑，常用于各种工业设备、电气控制等领域。
8. 短路保护电源拓扑：具有自我检测和自我保护功能的电源，能防止短路、过载等故障，广泛应用于各种电子设备。
9. UPS电源拓扑：无需转换时间、具有瞬时备份电源的电源，用于保护计算机和网络系统。
10. 逆变器式电源拓扑：将直流电转换成交流电的电源，常见于太阳能、风能
等非常规能源领域。
11. 增加附加功能的电源拓扑：如加入滤波器、降噪电路等功能的电源。
开关电源常用拓扑
开关电源常用拓扑开关电源（Switching Power Supply）是一种将电能通过开关元件进行频繁开关的方式进行变换，而产生所需输出电压、电流和功率的电源。
开关电源具有高效、轻便、可靠等优点，广泛应用于电子系统中的各种设备和产品之中。
在实际应用中，开关电源可采用多种不同的拓扑结构，下面我们来介绍几种常用的拓扑结构及其特点。
1.降压型开关电源（Buck Converter）降压型开关电源是常见的一种拓扑结构，其基本原理是通过控制开关管的开关时间和开关频率，将高电压稳定地降低为低电压输出。
相比其他拓扑结构，降压型开关电源具有简单、可靠、成本低等优点，适用于电流小于输出电压的应用场合。
2.提升型开关电源（Boost Converter）提升型开关电源适用于输出电压高于输入电压的场合，其基本原理是通过控制开关管的开关时间和开关频率，将低电压升高至稳定的高电压输出。
相比降压型开关电源，提升型开关电源具有输出电压高、输出能力强等优点，但其效率相对较低。
3.反激型开关电源（Flyback Converter）反激型开关电源采用变压器隔离，其基本原理是通过控制开关管的开关时间和开关频率，将输入电压转换为直流输出，适用于输入、输出电压变化幅度较大、输出电流较小的应用场合。
相比其他拓扑结构，反激型开关电源具有简单、成本低等优点。
4.正激型开关电源（Forward Converter）正激型开关电源也采用变压器隔离，其基本原理是通过控制开关管的开关时间和开关频率，将输入电压转换为直流输出，适用于输入输出电压差不大，输出功率大、质量要求高的应用场合。
正激型开关电源的复杂度相对较高，但其效率高、稳定性好。
以上几种开关电源拓扑结构都有各自的特点和优劣，应根据具体的应用场合选择合适的方案。
为了确保开关电源的稳定性和安全性，还需充分考虑元器件的质量、功率、温度、使用寿命等方面。
尽管如此，开关电源的使用范围和影响力在电子行业中逐渐扩大，为现代电子技术发展提供了强有力的支持。
新手必学开关电源11种拓扑结构
开关电源11种拓扑结构
BUCK降压
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。
BOOST升压
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)。
FULL-BRIDGE全桥
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。
TWO-TRANSI■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。
PUSH-PULL推挽
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。
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HALF-BRIDGE半桥
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。
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各类电源拓扑结构分析
一．非隔离型开关变换器
1. 降压变换器（Buck ）：输入输出极性相同。
由于稳态时，电感充放电伏、秒积相等，因此，输入输出电压关系为： (Ui-Uo)*ton=Uo*toff => Uo/Ui=ton/(ton+toff)=Δ => Uo/Ui=Δ(占空比)。
Chart 1: buck circuit topology
在S 导通时，输入电源通过L 和C 滤波后向负载端提供电流；当S 断开后，L 通过二极管续流，保持负载电流连续。
输出电压因为占空比的作用，不会超过输入电源电压。
2. 升压变换器（Boost ）：输入输出极性相同。
利用同样的方法，根据稳态时电感L 的充放电伏、秒积相等的原理，推导出输入输出电压关系为：Uo/Ui=1/(1-Δ)。
Chart 2: boost circuit topology
开关管S 和负载构成并联，在S 导通时，电流通过L 滤波，电源对L 充电。
当S 断开时，L 向负载及电源放电，输出电压将是Ui+U L ，达到升压的目的。
3. 逆向变换器（Boost-Buck ）：
升、降压斩波器，输入输出极性相反，电感传输能量。
Uo I S I VD I I C I Ui
Uo I D S I D D L C I D
电压关系：Uo/Ui= -Δ/(1-Δ)
Chart 3: boost-buck circuit topology
在S 导通时，输入电源仅对电感L 充电；当S 断开时，再通过电感对负载放电来实现电源传输。
所以，这里的L 用于传输能量。
4. 丘克变换器（Cuk ）：
升、降压斩波器，输入输出极性相反，电容传输能量。
电压关系：Uo/Ui= -Δ/(1-Δ)。
Chart 4: cuk circuit topology
在S 导通时，Ui 对L1充电。
当S 断开时，Ui+L1通过D 对C1进行充电。
再当S 导通时，D 关断，L1继续充电，C1通过L2、C2滤波对负载放电。
所以，这里的C1用于传输能量。
N2 T C2 R Uo D L1 S Ui Ui Uo
D C
L
二．隔离型开关变换器
1．推挽型变换器：
图5：推挽型变换电路
S1和S2轮流导通，将在二次侧产生交变的脉动电流，经过全波整流转换为直流信号，再经L 、C 滤波，送给负载。
由于电感L 在开关之后，所以当变压器匝比为1时，它实际上类似于降压变换器。
2．半桥型变换器
图6：半桥式变换电路
当S1和S2轮流导通时，一次侧将通过电源-S1-T-C2-电源及电源-C1-T-S2-电源产生交变电流，从而在二次侧产生交变的脉动电流，经过全波整流转换为直流信号，再经L 、C 滤波，送给负载。
同样地，这个电路也相当于降压式拓扑结构。
S2 S1 C R N1 N1 N2 N2 Ui Uo
T C 2Ui S2 S1 R N1 N2 N2 Uo T C1 C2
3．全桥型变换器
当S1、S3和S2、S4两两轮流导通时，一次侧将通过电源-S2-T-S4-电源及电源-S1-T-S3-电源产生交变电流，从而在二次侧产生交变的脉动电流，经过全波整流转换为直流信号，再经L 、C 滤波，送给负载。
这个电路也相当于降压式拓扑结构。
4．正激型变换器
图8：正激型变换器电路
当S 导通时，原边经过输入电源-N1-S-输入电源，产生电流。
当S 断开时，N1能量转移到N3，经N3-电源-D3向输出端释放能量，避免变压器饱和。
D1用于整流，D2用于S 断开期间续流。
5．隔离型Cuk 变换器
C Ui
S3 S2 R N1 N2 N2 Uo
T S4 S1 T N3 C R N2 Uo S N1 D2 Ui N2 T C2 R Uo S N1 D
Ui
C11
图9：隔离型Cuk 变换器
当S 导通时，Ui 对L1充电。
当S 断开时，Ui+U L1对C11及变压器原边放电，同时给C11充电，电流方向从上向下。
附边感应出脉动直流信号，通过D 对C12反向充电。
在S 导通期间，C12的反压将使VD 关断，并通过L2、C2 滤波后，对负载放电。
这里的C12明显是用于传递能量的，所以Cuk 电路是电容传输变换电路。
6．电流变换器
图10：能量回馈型电流变换器电路
该电路与推挽电路类似。
不同的是，在主通路上串联了一个电感。
其作用是在S1、S2断开期间，使得变压器能量转移到N3绕组，通过D3回馈到输入端。
7. 隔离型升压变换器：
图11：隔离型升压电流变换器电路
该电路也与推挽电路类似，并在主通路上串联了一个电感。
在开关导通期间，L 积蓄能量。
当一侧开关断开时，电感电动势和Ui 迭加在一起，对另一侧S2
S1 C R N1 N1 N2 N2 Ui Uo T L S2
S1 C R N1 N1 N2 N2 Ui Uo T N4 N3 D3
放电。
因此，L有升压作用。
三．准谐振型变换器
在脉冲调制电路中，加入R、L谐振电路，使得流过开关的电流及管子两端的压降为准正弦波。
这种开关电源称为谐振式开关电源。
利用一定的控制技术，可以实现开关管在电流或电压波形过零时切换，这样对缩小电源体积，增大电源控制能力，提高开关速度，改善纹波都有极大好处。
所以谐振开关电源是当前开关电源发展的主流技术。
又分为：1．ZCS——零电流开关。
开关管在零电流时关断。
2．ZVS——零电压开关。
开关管在零电压时关断。