开关电源基本拓扑结构剖析
开关电源拓朴结构分析
Vin
n:1
Lm
Lo
Vo
Io IL
Ip Lk
Cr
D
G S
[t0, t1]
Im VinDT / Lm IL (Vin / n Vo)DT / Lo IP Im nIL
T
Vgs
D 1-D
Vds
Ip Im
t0 t1 t2 t3 t4 t5
IL
ΔIL
Vin/n-Vo VL
-Vo
Vin Io
VinDT=Vc(1-D)T
Vc=VinD/(1-D)
Vds=Vc+Vin
Vds=Vin/(1-D)
根据电感的伏秒平衡：
(Vin/n-Vo)DT=Vo(1-D)T
Vo=VinD/n
td1
td 2
Sa
D
S1
1-D
Vds
Ip Im
t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6=t0
IL
ΔIL
VT
Vin/n
-Vc/n
Vin Io
26
有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)（9）
Vin
10
Vc=VinD/(1-D) Vds=Vin/(1-D)
9
8
7
6 Vc( D) Vds(D) 5
4
3
2
1
0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 D
27
有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)（10）
IL
ΔIL
VT
Vin/n
-Vc/n
Vin Io
22
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。
DC-DC电源拓扑及其工作模式讲解
DC-DC电源拓扑及其工作模式讲解一、DC-DC电源基本拓扑分类：开关电源的三种基本拓扑结构有Buck、Boost、Buck-boost（反极性Boost）。
如果电感连接到地，就构成了升降压变换器，如果电感连接到输入端，就构成了升压变换器。
如果电感连接到输出端，就构成了降压变换器。
基本拓扑图如下：1.Buck2.Boost3.Buck-Boost二、DC-DC复杂拓扑结构1.反激隔离电源（FlyBack）另外有些隔离电源拓扑就是通过基本拓扑增加变压器或者变化得到的，例如反激隔离电源（FlyBack）。
2.Buck+Boost拓扑本质是用一个降压“加上”一个升压，来实现升降压。
SEPIC拓扑：集成了Boost和Flyback拓扑结构3.Cuk、Sepic、Zeta拓扑通过基本拓扑直接组合，形成了三个有实用价值的拓扑结构：Cuk、Sepic、Zeta。
Cuk的本质是Boost变换器和Buck变换器串联，Sepic的本质是Boost和Buck-Boost串联，Zeta可以看成Buck和Buck-Boost串联。
但是里面有些细节按照电流的方向在演进的过程中调整了二极管的方向，两极串联拓扑节省了复用的器件。
通过这样串联和演进，产生了新的三个电源拓扑。
同时，如果我们把同步Buck拓扑串联同步Boost可以形成四开关Buck-Boost拓扑。
4.四开关Buck-Boost拓扑同时，如果我们把同步Buck拓扑串联同步Boost可以形成四开关Buck-Boost拓扑5.反激、正激、推挽拓扑的演进利用变压器代替电感，可以把Boost演进为一个新拓扑FlyBack即反激变换器（反激的公式来看又是很像Buck-Boost，这里变压器不同于电感，也有说法会说反激是Buck-Boost变过来的）。
可以把Buck电路的开关通过一个变压器进行能量传递，就形成正激变换器。
将两个正激变换器进行并联，可以形成推挽拓扑。
正激的变压器，是直接输送能量过去，而不是像反激变压器那样传递能量。
开关电源拓扑结构。
D1
NU o NU o Ui
N是变压器的变压比
Uo
Up Ni
iL
iL1 N
Hale Waihona Puke I L max N
2Io N
2U o NR
Ui D1Ts NL
i L1
Ui D1Ts L
L Ui D1Ts R 2U o
Flyback变换器的优缺点比较
优点： 1、电路简单，能高效提供多路直流输出，因此适合多组输 出的要求，并可通过调节占空比D1的大小升压或降压。 2、输出功率为20~100w，可以同时输出不同的电压且有较 好的电压调整率。不需接输出滤波电感，使反激变换器成本 降低，体积减小。 缺点： 1、输出的纹波电压较大，外特性差，负载调整精度不高， 因此输出功率受到限制,通常应用于150W 以下。适用于相对 固定的负载。 2、与其他隔离变换器相比效率较低。
K由接通突然转为关断瞬间，流过变压器初级线 圈的电流i1突然为0，由于磁通不能突变，因此， 在K关断的Toff期间，变压器铁心中的磁通主要由 N2线圈回路中的电流来维持,N2中产生反激电流 ，流过D向电容C和负载R供电。
开关管导通 时等效电路
开关管关断 时等效电路
Buck-Boost拓扑结构简介
反激式变压器开关电源的工作情况同BUCK-BOOST拓扑极为相似。
另两种电感电流模式的介绍
CCM模式 D1+D2=1
DCM模式 D1+D2<1
Uo D1 Ui (D1 D2 )
二、Boost拓扑结构——升压式变换电路（非隔离）
Boost变换器：也称升压式变换器，是一种输出电压高 于输入电压的单管不隔离直流变换器。 该稳压电路元器件与前面讲的Buck变换电路一样，只是 摆放位置不同，由此导致其功能也不同。
开关电源11种拓扑结构介绍
开关电源11种拓扑结构介绍1、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：2、Buck降压■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■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■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■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■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■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■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。
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。
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。
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。
开关电源基本拓扑结构
返回
5.半桥电路
工作过程：
S1 与 S2 交替导通，使变压器一次侧形成幅值为 Ui/2 的交流电压。改变开关的占空比，就可以改变二次 侧整流电压ud的平均值，也就改变了输出电压Uo。 S1 导通时，二极管 VD1 处于通态，S2 导通时，二极 管VD2处于通态， 当两个开关都关断时，变压器绕组N1中的电流为零， VD1和VD2都处于通态，各分担一半的电流。 S1 或 S2 导通时电感 L 的电流逐渐上升，两个开关都 关断时，电感 L 的电流逐渐下降。 S1 和 S2 断态时承 受的峰值电压均为Ui。
返回
5.半桥电路
由于电容的隔直作用，半桥电路对由于两个开关导通 时间不对称而造成的变压器一次侧电压的直流分量有 自动平衡作用，因此不容易发生变压器的偏磁和直流 磁饱和。 Uo N 2 ton 输出电压： Ui N1 T 当滤波电感L的电流连续时： (4) 如果输出电感电流不连续，输出电压 U0 将高于式 （ 4 ）的计算值，并随负载减小而升高，在负载为 零的极限情况下， U o N 2 U i N1 2 。
N2 VD + W2
Uo
t
t
反激电路中的变压器起着储能元件的作用，可以看作 是一对相互耦合的电感。 工作过程：
S开通后， VD 处于断态， N1 绕组的电流线性增长，电感储能 增加； S关断后，N1绕组的电流被切断，变压器中的磁场能量通过N2 绕组和VD向输出端释放。S关断后的电压为：u U N1 U
（1）开关电源以其采用的变换器拓扑结构可以分为降压（Buck）、升压 （Boost）、升降压（Buck-Boost）、正激（Forward）、反激 （Flyback）、推挽（Push-Pull）、半桥（Half-Bridge）和全桥（FullBridge）型等各种模式。 （2）在这些拓扑结构的变换器中，又可以分为工作于PWM硬开关方式还是 工作于软开关方式两大类。 a. PWM硬开关变换器的开关管按外加脉冲控制通断时刻，与开关管的电 流及电压无关。因此它通常在高电压或大电流下被迫开通或强迫关断， 有较大的dv/dt和di/dt，且开关过程中，开关损耗较大，此种方式称为硬 开关工作模式。
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。
开关电源拓扑结构全解
低压MOS的应用
c.Half –bridge
半桥应用中，一般MOS的选用30-50V,电流根据功率大小最大不会超 过10A.它用到最多的是N+P沟道的SO-8,也有用单独的N,P沟道的管子 作桥壁。
低压MOS的应用
d.full-bridge
全桥应用与半桥差不多，一般MOS的选用30-50V,电流根据功率大小 最大不会超过10A.它用到最多的是N+P沟道的SO-8,也有用单独的N,P 沟道的管子作桥壁。
低压MOS的应用
• 在电动车控制器和电机控制的应用
Hale Waihona Puke • 在电动车控制器里面，实际就是马达调速电路。由六个MOS组成的桥 式电路。通过控制直流输入电压幅值，来控制电机输入方波幅值调整 转速。一般有无刷和有刷两种电机，但不影响MOS的选用。现在用到 的MOS的规格有两种60V/60A,75V/75A(aos-AOT428),根据最大输入 电压36V,48V考虑使用这两个MOS.
低压MOS的应用
• 在AC-DC拓补中应用 a.Flyback
反激电路在150W以下的AC-DC的电源中应用最广，在电脑 等产品中都会用到。他主要用的是600-800V的高压MOS,但也在一些 效率要求高的产品中需要用同步整流，在输出电压小于24V次级采用 100V的MOS整流输出Rds要小，电流要大于10倍输出电流。在大屏 的LCD-TV,大功率100W以上的adaptor就会使用。
Power IC
• AOZ1014
• AOZ1014内置集成了MOS,外加续流管。基本的BUCK应用，它的输 入4.5V-16V,输出电压可调，最低可调到0.8V输出,电流达到5A.可以用 在大屏LCD-TV，portable-TV等。
开关电源拓扑结构分析
Vo=VinD/n
td1
td 2
Sa
D
S1
1-D
Vds
Ip Im
t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6=t0
IL
ΔIL
VT
Vin/n
-Vc/n
Vin Io
26
有源钳位正激变换器（Active Clamped Forward)（9）
Vin
10
Vc=VinD/(1-D) Vds=Vin/(1-D)
9
Vin
Cr Lm
Sa
Ip
S1 G
n:1
+ VT
-
Lk D
S
Lo
Vo
Io IL
[t0, t1]
ImVinD /LTm IL (V/in n V)D o/L To IPImnIL
T
Sa
D
S1
1-D
Vds
Ip Im
t0 t1 t2 t3 t4 t5
IL
ΔIL
VT
Vin/n
-Vc/n
Vin Io
Vin
n:1
Lm
Lo
Vo
Io IL
Ip Lk
Cr
D
G S
[t0, t1]
ImVinD /LTm IL (V/in n V)D o/L To IPImnIL
T
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Vgs
D 1-D
Vds
Ip Im
t0 t1 t2 t3 t4 t5
IL
ΔIL
Vin/n-Vo VL
-Vo
Vin Io
13
谐振复位正激变换器（Resonant Reset Forward)（2）
开关电源的基本拓扑电路
开关电源的基本拓扑电路开关电源是一种将交流电转换为稳定直流电的电源装置，广泛应用于各个领域中。
而开关电源的基本拓扑电路则是指由电源输入端、开关器件、变压器、整流滤波电路和稳压电路组成的电路结构。
本文将围绕这五个主要组成部分，详细介绍开关电源的基本拓扑电路。
1. 电源输入端电源输入端是开关电源的起始点，通常接受交流电源输入。
在实际应用中，交流电源的电压和频率可能会有所不同，因此需要通过变压器对输入电压进行调整。
同时，为了保护开关电源和用户设备的安全，还需加入过压保护电路、过流保护电路等。
2. 开关器件开关器件是开关电源的核心组成部分，主要有晶体管、MOSFET、IGBT等。
开关器件通过开关操作，将输入交流电转换为高频脉冲信号，然后通过变压器进行电压变换。
3. 变压器变压器在开关电源中起到电压变换和隔离的作用。
开关器件产生的高频脉冲信号经过变压器的变压作用，使得输出端获得所需的稳定直流电压。
同时，变压器的隔离功能可以保护用户设备和用户的人身安全，防止电源输入端的干扰传递到输出端。
4. 整流滤波电路整流滤波电路是为了将变压器输出的高频脉冲信号转换为稳定的直流电压。
整流电路通常采用二极管或整流桥等器件，将交流电转换为半波或全波整流信号。
然后通过滤波电容器对整流信号进行滤波，去除残余的交流成分，得到稳定的直流输出。
5. 稳压电路稳压电路用于保持输出电压的稳定性，确保输出电压在负载变化和输入电压波动的情况下保持不变。
常见的稳压电路有线性稳压和开关稳压两种。
线性稳压电路通过调节器件的导通和截止来调整输出电压。
而开关稳压电路通过开关器件进行开关操作，通过调整开关频率和占空比来实现稳定输出。
总结起来，开关电源的基本拓扑电路包括电源输入端、开关器件、变压器、整流滤波电路和稳压电路。
这五个部分相互协作，完成了从交流电源到稳定直流电的转换过程。
开关电源具有体积小、效率高、稳定性好等特点，在各个领域中得到广泛应用。
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。
开关电源拓扑结构详解
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。
开关电源拓扑结构-9页文档资料
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V小于输入电压Vin ，并和它Vin有相同的极性。
升压电路的作用是使V大于Vin，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Vin，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。
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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
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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
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15
电感电流连续时的工作模式 (CCD)
Mode 1
Fig 3.2
Mode 2
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16
电流连续时(CCM)的工作原理(operating principle)
Vout
Fig 1.5 Vout=const
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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。
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开关电源基本拓扑
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1
开关电源基本拓扑结构
一、串联型——buck converter
降压式(Buck)变换器是一种输出电压等于或小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。Buck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。
Mode 1 [0, Ton]
Lf
diLf dt
Vin
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2
电流连续时的工作模式 (CCD)
Mode 1
Fig 1.2
Mode 2
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3
电流连续时(CCM)的工作原理(operating principle)
Assumptions：
1. 所用电力电子器件理想，即Q和D的导通和关断时间为0，通态电压为0， 断态漏电流为0；
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4
Mode 1 [0, Ton]
Lf
diLf dt
Vin Vout
(1.1)
iLf
()
Vin
Vout Lf
Ton
Vin
Vout Lf
Ts Dy
(1.2)
开关电源基本拓扑
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5
Mode 2 [Ton, Ts]
Lf
diLf dt
Vout
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)
Vo ESR iLf
(1.9)开关电ຫໍສະໝຸດ 基本拓扑开关电源技术——郑琼林
7
电流断续时的工作模式 (DCD)
Mode 1 Mode 2
Fig 1.3
开关电源基本拓扑
2. 在一个开关周期中，输入电压Vin保持不变；输出滤波电容电压，即输出 电压认有 很小的纹波，但可认为基本保持不变，其值为Vo；
3. 电感和电容均为无损耗的理想储能元件； 4. 不计线路阻抗。 5. 在[0，Ton]期间，Q导通； 6. 在[Ton，Ts]期间，Q截止。 7. 设开关管开关周期为Ts，则Ts=Ton+Toff, 开关频率fs＝1／Ts。 8. 若设占空比为Dy，则Dy=Ton／Toff。 9. 改变占空比Dy，即改变了导通时间Ton的长短，这种控制方式称为脉冲宽 度调制控制方式(Pulse width modulation，PWM）
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13
开关电源基本拓扑结构
三、倒极性——buck-boost converter
主电路拓扑和控制方式(Circuit topology and control mode)
升降压式(Buck/Boost)变换器是由Buck变换器和Boost变换器串联而成. 他将两只开 关管合并为一只开关管。图3.1给出了它的电路拓扑图。Buck/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。
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Mode 3
8
电流断续时(DCM)的工作原理(operating principle) 及基本关系
iLf
Vin
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 )
(1.11)
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Buck/Boost converter(升降压变换器)
主电路拓扑和控制方式(Circuit topology and control mode)
升降压式(Buck/Boost)变换器是由Buck变换器和Boost变换器串联而成. 他将两只开 关管合并为一只开关管。图3.1给出了它的电路拓扑图。Buck/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。
(1.3)
iLf ()
Vout Lf
Toff
Vout Lf
Ts (1
Dy )
(1.4)
开关电源基本拓扑
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6
Fundamental relationship
iLf () iLf () iLf (1.5)
From (1.2 ) & (1.4)
Vout Vin
Dy
(1.6)
I0
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
开关电源基本拓扑
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(1.16)
10
Vin = constant (输入电压恒定)
For Vo=Vin Dy, so eq.(1.16) can be reformed as: