工程师不可不知的电源11种拓扑结构

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]
•    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]
•    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。
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•    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。
6、Two-Transistor Forward双晶体管正激
 
特点
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。
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•    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。
8、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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•    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。
10、SEPIC单端初级电感变换器
 
特点
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。
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•    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。
12、C’uk(Slobodan C’uk的专利)
下面讲解几种拓扑结构的工作细节
降压调整器：
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•    升压调整器 (连续导电)
•    变压器工作
•    反激变压器
•    正激变压器
13、Buck-降压调整器-连续导电
 
电感电流连续。
•  Vout]
•    电感电流仍然是连续的，只是当开关再次接通时 “达到”零。
这被称为 “临界导电”。
输出电压仍等于输入电压乘以D。
15、Buck-降压调整器-不连续导电
 
在这种情况下，电感中的电流在每个周期的一段时间中为零。
•  输出电压仍然]
•    输出电压始终大于（或等于）输入电压。
•    输入电流连续，输出电流不连续（与降压调整器相反）。
•    输出电压与负荷比（D）之间的关系不如在降压调整器中那么简单。在连续导电的情况下：
 
在本例中，Vin = 5,Vout = 15, and D = 2/3.Vout = 15，D = 2/3.
17、变压器工作（包括初级电感的作用）
 
变压器看作理想变压器，它的初级（磁化）电感与初级并联。
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•    此处初级电感很低，用于确定峰值电流和存储的能量。当初级开关断开时，能量传送到次级。
19、Forward 正激变换变压器
 
初级电感很高，因为无需存储能量。
•  磁化电流]
•    此处回顾了目前开关式电源转换中最常见的电路拓扑结构。
•    还有许多拓扑结构，但大多是此处所述拓扑的组合或变形。
•    每种拓扑结构包含独特的设计权衡：
施加在开关上的电压
斩波和平滑输入输出电流
绕组的利用率
•    选择最佳的拓扑结构需要研究：
输入和输出电压范围
电流范围
成本和性能、大小和重量之比

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