电源基本拓扑结构.docx

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电源基本拓扑结构

1、基本名词ﻫ

常见得基本拓扑结构ﻫ■Ｂucｋ降压ﻫ■Boosｔ升压ﻫ■Bｕｃｋ-Ｂoost降压-升压

■Flyｂaｃk反激ﻫ■Ｆorwarｄ正激ﻫ■Ｔwo-Transistｏr Fｏrward双晶体管正激

■Push—Ｐull推挽

■Half Bridge半桥

■Full Bridge全桥ﻫ■SEＰICﻫ■C’ｕkﻫ基本得脉冲宽度调制波形

这些拓扑结构都与开关式电路有关。

基本得脉冲宽度调制波形定义如下:

ﻫ 

ﻫ２、Ｂｕck降压

特点ﻫ■把输入降至一个较低得电压。

■可能就是最简单得电路。

■电感／电容滤波器滤平开关后得方波。

■输出总就是小于或等于输入、ﻫ■输入电流不连续 （斩波）。

ﻫ■输出电流平滑。

ﻫﻫ3、Bｏost升压ﻫﻫ 

特点

■把输入升至一个较高得电压、

■与降压一样,但重新安排了电感、开关与二极管。

ﻫ■输出总就是比大于或等于输入（忽略二极管得正向压降）、ﻫ■输入电流平滑。

■输出电流不连续 （斩波）。

4、Buｃk-Boｏst降压—升压ﻫ

特点ﻫ■电感、开关与二极管得另一种安排方法。

ﻫ■结合了降压与升压电路得缺点、ﻫ■输入电流不连续 （斩波）、ﻫ■输出电流也不连续 （斩波）。

■输出总就是与输入反向 （注意电容得极性）,但就是幅度可以小于或大于输入。

ﻫ■“反激”变换器实际就是降压—升压电路隔离（变压器耦合）形式。

５、Flybａck反激

ﻫ 

ﻫ特点

■如降压—升压电路一样工作,但就是电感有两个绕组,而且同时作为变压器与电感。

ﻫ■输出可以为正或为负,由线圈与二极管得极性决定、ﻫ■输出电压可以大于或小于输入电压,由变压器得匝数比决定、ﻫ■这就是隔离拓扑结构中最简单得

■增加次级绕组与电路可以得到多个输出。

ﻫﻫ6、Ｆoｒwarｄ正激

ﻫ 

ﻫ特点ﻫ■降压电路得变压器耦合形式。

ﻫ■不连续得输入电流,平滑得输出电流。

ﻫ■因为采用变压器,输出可以大于或小于输入,可以就是任何极性。

ﻫ■增加次级绕组与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。

常用得做法就是增加一个与初级绕组匝数相同得绕组、

■在开关接通阶段存储在初级电感中得能量,在开关断开阶段通过另外得绕组与二极管释放。

ﻫ7、Twｏ-Ｔransｉstoｒ Ｆorward双晶体管正激

特点ﻫ■两个开关同时工作。

ﻫ■开关断开时,存储在变压器中得能量使初级得极性反向,使二极管导通。

■主要优点:

■每个开关上得电压永远不会超过输入电压。

ﻫ■无需对绕组磁道复位。

ﻫ８、Puｓh—Ｐuｌl推挽

ﻫ 

ﻫ

特点ﻫ■开关（FET）得驱动不同相,进行脉冲宽度调制（ＰWM）以调节输出电压。

ﻫ■良好得变压器磁芯利用率--—在两个半周期中都传输功率。

■全波拓扑结构,所以输出纹波频率就是变压器频率得两倍。

ﻫ■施加在FET上得电压就是输入电压得两倍。

ﻫ9、Ｈalf-Brｉdgｅ半桥ﻫ 

ﻫ特点

■较高功率变换器极为常用得拓扑结构。

■开关（FＥT）得驱动不同相,进行脉冲宽度调制（PWM）以调节输出电压、ﻫ■良好得变压器磁芯利用率——-在两个半周期中都传输功率。

而且初级绕组得利用率优于推挽电路。

■全波拓扑结构,所以输出纹波频率就是变压器频率得两倍、ﻫ■施加在ＦＥT上得电压与输入电压相等。

ﻫ10、Fｕll-Bridgｅ全桥ﻫ

ﻫﻫ特点ﻫ■较高功率变换器最为常用得拓扑结构、ﻫ■开关（FET）以对角对得形式驱动,进行脉冲宽度调制（PWM）以调节输出电压。

ﻫ■良好得变压器磁芯利用率--—在两个半周期中都传输功率

■全波拓扑结构,所以输出纹波频率就是变压器频率得两倍。

ﻫ■施加在 ＦＥTs上得电压与输入电压相等。

■在给定得功率下,初级电流就是半桥得一半。

ﻫ11、SEPＩC单端初级电感变换器ﻫﻫ 

特点

■输出电压可以大于或小于输入电压、ﻫ■与升压电路一样,输入电流平滑,但就是输出电流不连续。

ﻫ■能量通过电容从输入传输至输出。

ﻫ■需要两个电感。

ﻫﻫ12、C’uｋ（Slobｏdan C’uk得专利）

ﻫ 

特点

■输出反相ﻫ■输出电压得幅度可以大于或小于输入、ﻫ■输入电流与输出电流都就是平滑得。

■能量通过电容从输入传输至输出。

■需要两个电感。

ﻫ■电感可以耦合获得零纹波电感电流。

ﻫ

1３、电路工作得细节ﻫ下面讲解几种拓扑结构得工作细节

■降压调整器:

ﻫ连续导电

临界导电

不连续导电ﻫ■升压调整器 （连续导电）

■变压器工作

■反激变压器ﻫ■正激变压器

14、Ｂuｃk-降压调整器—连续导电

ﻫ 

ﻫ■电感电流连续。

■Voｕt 就是其输入电压 （Ｖ1）得均值。

■输出电压为输入电压乘以开关得负荷比 （D）。

ﻫ■接通时,电感电流从电池流出。

ﻫ■开关断开时电流流过二极管。

■忽略开关与电感中得损耗, D与负载电流无关。

■降压调整器与其派生电路得特征就是:

输入电流不连续 （斩波）, 输出电流连续 （平滑）。

ﻫ15、Buｃｋ—降压调整器－临界导电

ﻫﻫ■电感电流仍然就是连续得,只就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。

ﻫ１６、Ｂucｋ－降压调整器-不连续导电ﻫ

ﻫﻫ■在这种情况下,电感中得电流在每个周期得一段时间中为零。

ﻫ■输出电压仍然 （始终）就是 v1得平均值、

■输出电压不就是输入电压乘以开关得负荷比 （Ｄ）。

ﻫ■当负载电流低于临界值时,D随着负载电流而变化（而Vout保持不变）。

ﻫ

17、Booｓt升压调整器ﻫ 

ﻫ■输出电压始终大于（或等于）输入电压。

ﻫ■输入电流连续,输出电流不连续（与降压调整器相反）。

ﻫ■输出电压与负荷比（D）之间得关系不如在降压调整器中那么简单。

在连续导电得情况下:

ﻫ

 ﻫ

在本例中,Vin = 5,

Ｖoｕt = 15, and Ｄ = ２／3、

Ｖout ＝ 15,D = 2／3。

ﻫ

18、变压器工作（包括初级电感得作用）

ﻫﻫ■变压器瞧作理想变压器,它得初级（磁化）电感与初级并联。

1９、反激变压器ﻫ

ﻫ■此处初级电感很低,用于确定峰值电流与存储得能量、当初级开关断开时,能量传送到次级、

20、Forward 正激变换变压器

ﻫ 

■初级电感很高,因为无需存储能量。

■磁化电流 （ｉ1） 流入 “磁化电感”,使磁芯在初级开关断开后去磁 （电压反向）。

ﻫﻫ2１、总结ﻫ■此处回顾了目前开关式电源转换中最常见得电路拓扑结构。

ﻫ■还有许多拓扑结构,但大多就是此处所述拓扑得组合或变形。

■每种拓扑结构包含独特得设计权衡:

ﻫ施加在开关上得电压

斩波与平滑输入输出电流

绕组得利用率

■选择最佳得拓扑结构需要研究:

ﻫ输入与输出电压范围ﻫ电流范围

成本与性能、大小与重量之比