开关电源拓扑介绍

1.三种非隔离DC-DC拓扑结构概述

1.1Buck型变换器

Buck型变换器的拓扑结构如图2.2所示，Buck型变换器也称降压型电源拓扑。在开关管S导通时，二极管VD负极电压高于正极反偏截止，此时电流经过电感L向电容和负载供电，同时电感L中储存了能量。在开关管S关断时，电感L中储存的能量不能立即释放，产生的感应电流通过负载、二极管VD形成续流通路，继续给负载供电。该二极管也因此称为续流二极管。在降压型电源拓扑中， 当驱动开关管的PWM占空比为D时，输出与输入满足的关系为V_o=DV_i。

1.2Boost变换器

Boost变换器基本拓扑结构如图2.3所示。Boost变换器也称为升压型电源拓扑。当开关管S导通时，二极管正极电压低于负极电压反偏关断，电源和电感形成通路，电感L流过电流储存能量，此时负载由电容提供能量。当开关管S断开时，此时二极管正向导通，电源和电感L储存的能量同时向电容、负载供电。在升压型变换器中，当驱动开关管的控制信号占空比为D时，输出与输入满足关系为V_o=1/(1-D) V_i。

1.3Buck-Boost变换器

Buck-Boost变换器基本拓扑结构如图2.4所示，Buck-Boost变换器也称为升降压型开关电源拓扑，。在开关管S导通时，二极管负极电压高于正极电压反偏截至，电源和电感形成通路，电感L储存能量。当开关管S关断时，二极管正向导通，电感电流不会立即释放与负载、二极管形成续流通路。但是，此时负载电压与输入电压极性相反。在Buck-Boost变换器中，当驱动开关管的控制信号的占空比为D时，输出与输入满足的关系为V_o=D/(1-D) V_i。

2.五种隔离式DC-DC拓扑结构概述

2.1正激式变换器

正激式变换器基本拓扑结构如图2.5所示。将变压器放在降压型变换器的开关管和二极管之间就可以得到正激式的拓扑结构，变压器的原边和副边的隔离就使输入和输出隔离。正激时变换器因电路设计简单、经济便捷，在50W~400W的场合应用很广。但是由于变压器上所有线圈电流在开关管关断的时候，全部断开，为了保证变压器的磁芯不发生磁饱和现象，附加绕组W3的加入起到磁芯复位的功能。

当开关管S导通时，电源电压加到初级绕组W1上，根据N1、N2同名端的关系，此时初级绕组能量传递到次级绕组W2，VD1导通，电感L，电容C共同获得初级输入的能量。当开关管S关断时，W1中剩余能量通过辅助绕组W3返回到电源的输入，VD1截止，次级的电感L、 二极管VD2、负载形成续流通路。
在正激式变换器中特别注意开关S关断到下个周期开关S导通的时间内要使磁芯剩余的能量得到释放，否则在后续的时间内，该剩余的能量值不断的增加，最后达到磁芯所能承受的极限值而饱和。

2.2反激式变换器

反激式变换器基本拓扑结构如图2.6所示。在Buck-Boost型变换器中将高频变压器放在电感的位置就有了反激式的电路。反激式变换器设计非常容易，价格低廉，常常用在多路输出的小功率开关电源场合。

当开关管S导通时，电源电压加在初级绕组W1两端，根据N1、N2同名端的关系，绕组W2的高电位在下端，二极管VD1此时不导通。当开关S关断时， 绕组W2的高电位在上端，二极管VD1正向导通，负载获得能量。

2.3推挽式变换器

推挽式变换器其拓扑结构如图2.7所示。原边开关管S1、S2交替导通，变压器磁芯中的能量能够正常的储存和释放，从而将能量从原边向副边传递。

当开关S1导通，S2关断时，副边绕组二极管VD1导通，负载获得能量。当S2导通，S1关断时，副边二级管VD2导通，负载仍能获得能量。当开关管S1，S2都关断时，电感L通过二极管VD1、VD2和负载形成通路，根据并联分流，负载电流只有一半通过每个二极管，但此时开关管承受的电压均为〖2V〗_i。，所以为了保证开关管的电压应力不会过大，推挽式变换器用在低压大电流的场合具有一定的优势。

2.4半桥变换器

半桥变换器其拓扑结构如图2.8所示。一条桥臂由两个电容组成，另一条桥臂由两个功率开关管组成。在电路正常工作时，原边绕组在控制信号整个周期均有电流，磁芯的利用率得到提高。所以半桥变换器用在高电压、大功率的情况下比较有优势。

电容C1和 C2容值、型号一致，则每个电容上的电压为1/2 V_i。当开关S1导通S2关断时，二极管VD1导通，VD2截止，此时N21绕组向负载传递能量。当开关S1关断，S2导通时，二极管VD2导通，VD截止，此时N22绕组能向负载传递能量，即副边绕组N21和N22交替释放能量。

2.5全桥变换器

全桥变换器其拓扑结构如图2.9所示。四个开关管组成H桥电路，变压器原变绕组接在桥式电路的负载位置。当开关S1和S4导通，S2和S3关断时，初级绕组的高电位在上端。当开关S2和S3导通，S1和S4关断时，初级绕组的高电位在下端。因此，在一个周期内初绕组流过的电流方向相反，变压器不存在磁芯饱和问题，这也使得全桥变换器的效率和功率密度可以做的很高。全桥变换器的次级绕组带有一个中心抽头，输出采用全波整流的方式，因此适合应用在大功率的条件下。

3.总结