盘点 | 11种开关电源的拓扑结构特点

本文主要讲述常见的开关电源拓扑结构特点和优缺点对比。

常见的拓扑结构，包括Buck降压、Boost升压、Buck-Boost降压-升压、Flyback反激、Forward正激、Two-Transistor Forward双晶体管正激等。

常见的基本拓扑结构

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：

常见的基本拓扑结构

1、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。

2、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)。

3、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。

4、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。

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

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。

7、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。

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

较高功率变换器极为常用的拓扑结构。

开关的驱动不同相，进行脉冲宽度调制以调节输出电压。

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。

9、Full-Bridge全桥

较高功率变换器最为常用的拓扑结构。

开关以对角对的形式驱动，进行脉冲宽度调制以调节输出电压。

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

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。

11、C’uk(Slobodan C’uk的专利)

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。