20种开关电源拓扑的优缺点对比.docx
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20种开关电源拓扑的优缺点对比
20种幵关电源拓扑的优缺点对比!
1、基本名词
常见的基本拓扑结构
■Buck降压
■Boost升压
■Buck-Boost降压-升压
■Hyback反激
forward正激
■Two-TransistorForward双晶体管正激
■^ush-Pull推挽
■HalfBridge半桥
■FullBridge全桥
■SEPIC
■D'uk
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
Vin
Vout
+
|Load
—
?
T
f（R>
Vout=DVin
特点
■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
Vout
q1
Load
T-\丁
Vout=——VinD
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。
■输岀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
Vin
Vout
4-
3
"+
UI
1Load
VOUl-!
D
Df
Vin
特点
■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）。
■输岀电流也不连续（斩波）
■输岀总是与输入反向（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
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。
■输岀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岀。
6、Forward正激
特点
■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，输岀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岀。
■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。
L
工
Vout=—^―Vin
n
Lo«d（R）
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。
8、Push-Pull推挽
厂
丄
T亠
LJ
Vo
特点
■开关（FET）的驱动不同相，进行脉冲宽度调制（PWM）以调节输岀电压
■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。
9、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）以调节输岀电压。
■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。
10、Full-Bridge全桥
11、SEPIC单端初级电感变换器
DVout=Vin
D1
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。
12、C'uk（SlobodanC'uk的专利）
+
t
Vii
1
Vout
1彳
ILoadJ（R）
-D
Vout=Vin
特点
■输岀反相■输岀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。
13、电路工作的细节
下面讲解几种拓扑结构的工作细节
■降压调整器：
连续导电
临界导电
不连续导电
■升压调整器（连续导电）
■变压器工作
■反激变压器
■正激变压器
14、Buck-降压调整器-连续导电
■电感电流连续。
■/out是其输入电压（V1）的均值。
■输岀电压为输入电压乘以开关的负荷比（D）。
■接通时，电感电流从电池流岀。
■开关断开时电流流过二极管。
■忽略开关和电感中的损耗，D与负载电流无关。
■降压调整器和其派生电路的特征是：
输入电流不连续（斩波），输出电流连续（平滑）
15、Buck-降压调整器-临界导电
r
16、Buck-降压调整器-不连续导电
■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
time»
Vin=15V
■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。
■输岀电压仍然（始终）是v1的平均值。
■输岀电压不是输入电压乘以开关的负荷比（D）。
■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）
17、Boost升压调整器
■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：
Vo=Vin（丄）
1-D
在本例中，Vin=5,
Vout=15,andD=2/3.
Vout=15,D=2/3.
18、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。
19、反激变压器
■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。
20、Forward正激变换变压器
9
■初级电感很高，因为无需存储能量。
（电压反向）
■磁化电流（⑴流入“磁化电感”，使磁芯在初级开关断开后去磁
21、总结
■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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