脉冲开关电源的不同类型及拓扑
20种开关电源拓扑的优缺点对比
■增加次级绕组和电路可以得到多个输出。
6、Forward正激
特点
■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)。
4、Buck-Boost降压-升压
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。
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。
■输出电压可以大于或小于输入电压，由变压器的匝数比决定。
■C’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
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
特点
■把输入升至一个较高的电压。
20种开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
■uck-Boost降压-升压
■Flyback反激
■Forward正激
开关电源拓扑结构对比(全)
开关电源拓扑结构概述(降压,升压,反激、正激)开关电源拓扑结构概述(降压,升压,反激、正激)主回路—开关电源中，功率电流流经的通路。
主回路一般包含了开关电源中的开关器件、储能器件、脉冲变压器、滤波器、输出整流器、等所有功率器件，以及供电输入端和负载端。
开关电源（直流变换器）的类型很多，在研究开发或者维修电源系统时，全面了解开关电源主回路的各种基本类型，以及工作原理，具有极其重要的意义。
开关电源主回路可以分为隔离式与非隔离式两大类型。
1. 非隔离式电路的类型：非隔离——输入端与输出端电气相通，没有隔离。
1.1. 串联式结构串联——在主回路中开关器件（下图中所示的开关三极管T）与输入端、输出端、电感器L、负载RL 四者成串联连接的关系。
开关管T交替工作于通/断两种状态，当开关管T导通时，输入端电源通过开关管T及电感器L对负载供电，并同时对电感器L充电，当开关管T关断时，电感器L中的反向电动势使续流二极管D自动导通，电感器L中储存的能量通过续流二极管D形成的回路，对负载R继续供电，从而保证了负载端获得连续的电流。
串联式结构，只能获得低于输入电压的输出电压，因此为降压式变换。
例如buck拓扑型开关电源就是属于串联式的开关电源/blog/100019740上图是在图1-1-a电路的基础上，增加了一个整流二极管和一个LC滤波电路。
其中L是储能滤波电感，它的作用是在控制开关K接通期间Ton限制大电流通过，防止输入电压Ui直接加到负载R上，对负载R进行电压冲击，同时对流过电感的电流iL转化成磁能进行能量存储，然后在控制开关T关断期间Toff把磁能转化成电流iL继续向负载R提供能量输出；C是储能滤波电容，它的作用是在控制开关K接通期间Ton把流过储能电感L的部分电流转化成电荷进行存储，然后在控制开关K关断期间Toff把电荷转化成电流继续向负载R提供能量输出；D是整流二极管，主要功能是续流作用，故称它为续流二极管，其作用是在控制开关关断期间Toff，给储能滤波电感L释放能量提供电流通路。
5种经典开关电源拓扑结构
工作过程分析
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�
工作过程：1、当K导通时 →IL线性增加，D1截止→ 此时IL和C向负载供电 当IL＞ Io时，IL向 C充电也向负载供电 2、当K关断时→L通 过D1形成续流回路， IL向C充电也向负 载供电→当 IL﹤Io时，L 和C同时向负载供电。 若IL减小到0,则D 关断，只有C向负载供电
隔离式电路的类型
坛 m 论 o c 器 . t 压 i b 变 g 子 i b 电 . s 特 b b 比 / 大 p:/ t t h
非隔离式拓扑举例
坛 m 论 o � BUCK拓扑 c 器 . t 压 i � BOOST拓扑 b 变 g 子 i b � BUCK-BOOST 拓扑 电 . s 特 b b 比 / 大 p:/ t t h
0
电流连续时τ>L/RTs ，
∆ il 2 =
t2 t1
∆il1 = ∫
t1
Vi − Vo Vi − Vo Vi − Vo dt = t1 = D1Ts (1式) L L L
Vo Vo Vo dt = ( t 2 − t 1) = D 2 Ts ( 2 式 ) L L L
电压增益比M（DCM）
Τ<L/RTs,同CCM模式相似，同样可以由1式2式相 等，得到M=Vo/Vs=D1/(D1+D2)，此时D1+D2<1。 � 又有Io是IL在Ts内的平均值，即IL等腰三角形面积 在Ts时间内的平均值，并且等于Vo/R.固有 Io=[0.5(D1+D2)Ts(Vs-Vo)D1Ts/L]/Ts=Vo/R,两式联 , 合可以解得 2 Vo
坛 m 论 o c 器 . t 压 i b 变 g 子 i b 电 . s 特 b b 比 / 大 p:/ t t h
开关电源拓扑结构详解
开关电源拓扑结构详解主回路——开关电源中，功率电流流经的通路。
主回路一般包含了开关电源中的开入端和负载端。
开关电源（直流变换器）的类型很多，在研究开发或者维修电源系统时，全面了解开关电源主回路的各种基本类型，以及工作原理，具有极其重要的意义。
开关电源主回路可以分为隔离式与非隔离式两大类型。
1. 非隔离式电路的类型：非隔离——输入端与输出端电气相通，没有隔离。
1.1. 串联式结构串联——在主回路中开关器件（下图中所示的开关三极管T）与输入端、输出端、电感器L、负载RL四者成串联连接的关系。
开关管T交替工作于通/断两种状态，当开关管T导通时，输入端电源通过开关管T及电感器L对负载供电，并同时对电感器L充电，当开关管T关断时，电感器L中的反向电动势使续流二极管D自动导通，电感器L中储存的能量通过续流二极管D形成的回路，对负载R继续供电，从而保证了负载端获得连续的电流。
串联式结构，只能获得低于输入电压的输出电压，因此为降压式变换。
例如buck 拓扑型开关电源就是属于串联式的开关电源。
上图是在图1-1-a电路的基础上，增加了一个整流二极管和一个LC滤波电路。
其中L是储能滤波电感，它的作用是在控制开关K接通期间Ton限制大电流通过，防止输入电压Ui直接加到负载R上，对负载R进行电压冲击，同时对流过电感的电流iL转化成磁能进行能量存储，然后在控制开关T关断期间Toff把磁能转化成电流iL继续向负载R提供能量输出；C是储能滤波电容，它的作用是在控制开关K接通期间Ton把流过储能电感L的部分电流转化成电荷进行存储，然后在控制开关K关断期间Toff把电荷转化成电流继续向负载R提供能量输出；D是整流二极管，主要功能是续流作用，故称它为续流二极管，其作用是在控制开关关断期间Toff，给储能滤波电感L释放能量提供电流通路。
在控制开关关断期间Toff，储能电感L将产生反电动势，流过储能电感L的电流iL由反电动势eL的正极流出，通过负载R，再经过续流二极管D的正极，然后从续流二极管D的负极流出，最后回到反电动势eL的负极。
12种开关电源拓扑及计算公式
输入输出电压关系DTTonVin Vout ==开关管电流IoutIq =(max)1开关管电压VinVds =二极管电流)1(1D Iout Id −×=二极管反向电压VinVd =12、BOOST 电路输入输出电压关系DTon T T Vin Vout −=−=11开关管电流11((max)1DIout Iq −×=开关管电压VoutVds =二极管电流IoutId =1二极管反向电压VoutVd =13、BUCK BOOST 电路输入输出电压关系DDTon T Ton Vin Vout −=−=1开关管电流11((max)1DIout Iq −×=开关管电压VoutVin Vds −=二极管电流IoutId =1二极管反向电压VoutVin Vd −=1输入输出电压关系DDVin Vout −=1开关管电流)1((max)1DD Iout Iq −×=开关管电压VoutVin Vds +=二极管电流IoutId =1二极管反向电压VinVout Vd +=15、FLYBACK 电路输入输出电压关系LpIout VoutT D Vin Vout ×××=2开关管电流(max)1LpTonVin Iq ×=开关管电压NsNp Vout Vin Vds ×+=二极管电流IoutId =1二极管反向电压NpNs Vin Vout Vd ×+=16、FORW ARD 电路输入输出电压关系D NpNsT Ton Np Ns Vin Vout ×=×=开关管电流Iout NpNsIq ×=(max)1开关管电压VinVds ×=2二极管电流DIout Id ×=1二极管反向电压NpNs Vin Vout Vd ×+=17、2SWITCH FORWARD 电路输入输出电压关系D NpNsT Ton Np Ns Vin Vout ×=×=开关管电流Iout NpNsIq ×=(max)1开关管电压VinVds =二极管电流DIout Id ×=1二极管反向电压NpNs Vin Vout Vd ×+=18、ACTIVE CLAMP FORWARD 电路输入输出电压关系D NpNsT Ton Np Ns Vin Vout ×=×=开关管电流Iout Np NsIq ×=(max)1开关管电压)11(DVin Vds −×=二极管电流DIout Id ×=1二极管反向电压DNp Ns Vin Vout Vd −××+=111输入输出电压关系D NpNsT Ton Np Ns Vin Vout ×=×=开关管电流Iout NpNsIq ×=(max)1开关管电压VinVds =二极管电流)21(21D IoutD Iout Id −×+×=二极管反向电压21Vin Np Ns Vd ×=10、PUSH PULL 电路输入输出电压关系D NpNsT Ton Np Ns Vin Vout ××=××=22开关管电流Iout NpNsIq ×=(max)1开关管电压VinVds ×=2二极管电流)21(21D IoutD Iout Id −×+×=二极管反向电压NpNs Vin Vd ×=1输入输出电压关系D NpNsT Ton Np Ns Vin Vout ××=××=22开关管电流Iout NpNsIq ×=(max)1开关管电压VinVds =二极管电流)21(21D IoutD Iout Id −×+×=二极管反向电压NpNs Vin Vd ×=112、PHASE SHIFT ZVT输入输出电压关系D NpNsT Ton Np Ns Vin Vout ××=××=22开关管电流Iout NpNsIq ×=(max)1开关管电压VinVds =二极管电流Iout Id ×=211二极管反向电压NpNs Vin Vd ×=1。
开关电源的基本拓扑结构
总结词
半桥型拓扑结构通过两个开关管和电容器的组合，实现输出电压的调节。
详细描述
在半桥型拓扑结构中，两个开关管交替导通和关断，通过调节占空比来调节输出电压。 这种拓扑结构适用于需要较高电压、大电流输出的应用场景，如逆变器和电机驱动等。
全桥型（Full-Bridge）
总结词
全桥型拓扑结构通过四个开关管的组合 ，实现输出电压的调节。
降压-升压型开关电源工作原理
总结词
根据输入电压和输出电压的大小关系，自动切换降压 或升压模式。
详细描述
在降压-升压型开关电源中，根据输入电压和输出电压 的大小关系，自动切换降压或升压模式。当输入电压 高于输出电压时，自动进入降压模式；当输入电压低 于输出电压时，自动进入升压模式。
反相开关型开关电源工作原理
VS
详细描述
在全桥型拓扑结构中，四个开关管两两交 替导通和关断，通过调节占空比来调节输 出电压。这种拓扑结构适用于需要极高电 压、大电流输出的应用场景，如高压直流 输电等。
03 开关电源的工作原理
降压型开关电源工作原理
总结词
通过控制开关管开通和关断的时间，调节输 出电压的大小。
详细描述
在降压型开关电源中，输入电压首先经过开 关管，通过控制开关管的开通和关断时间来 调节输出电压的大小。当开关管开通时，输 入电压加在负载上，当开关管关断时，输入 电压与负载断开，输出电压因此得到调节。
升压型开关电源工作原理
要点一
总结词
通过控制开关管开通和关断的时间，实现输出电压高于输 入电压的功能。
要点二
详细描述
在升压型开关电源中，当开关管开通时，输入电压同时加 在负载和储能元件上，当开关管关断时，储能元件释放能 量，使输出电压高于输入电压。通过控制开关管的开通和 关断时间，实现输出电压的调节。
开关电源三种控制模式：PWMPFMPSM
开关电源三种控制模式：PWMPFMPSM一、PWM/PFM/PSM 三种控制模式的定义通常来说﹐开关电源（DC-DC）有三种最常见的调制方式分别为：1、脉冲宽度调制（PWM）2、脉冲频率调制（PFM）3、脉冲跨周期调制（PSM）在功率集成电路(PIC:Power Inregrated Circuit)中广泛采用了脉冲跨周期调制模式(PSM,Pulse Skip Modulation),可以克服脉冲调宽调制模式(PWM:Pulse Width Modulation)轻负载情况下变换效率较低、脉冲调频调制模式(PFM:Pulse Frequency Modulation)频谱分布随机的缺点。
他们调制行为的示意图可以用如图1所示一句话解读一下：PWM（频率不变，不断调整脉冲宽度）PFM（脉冲宽度不变，调整频率）PSM（频率和脉宽都不变，脉冲时有时无）1.PWM方式顾名思义，它是一种固定开关周期，变化T on来改变占空比的调制方式。
PWM方式，可称之为定频调宽，即开关频率保持恒定，而通过改变在每一个周期内的驱动信号的占空比来达到调制的目的，这是最常用的一种调制方式。
当输出电压发生变化时，通过环路的控制，便会使驱动信号的占空比发生改变，从而维持输出电压的恒定。
作为最常用的调制方式，PWM方式有以下优点:控制电路简单，易于设计与实现，输出纹波电压小，频率特性好，线性度高，并且在重负载的情况下有比较高的效率。
PWM是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，再进行数模转换。
可将噪声影响降到最低。
其缺点是随着负载的变轻，其效率也下降，尤其是轻负载的情况下，其效率很低。
PWM 由于误差放大器的影响，回路增益及响应速度会受到限制。
2. PFM方式PFM模式在正常工作时，驱动信号的脉冲宽度保持恒定，但脉冲出现的频率发生改变，即所谓的定宽调频。
当输出电压发生变化时，通过环路的调整，而使脉冲出现的频率发生改变，从而实现对电路的控制与调整。
开关电源各种拓扑集锦
开关电源拓扑六种基本DC/DC变换器拓扑:1、Buck2、Boost3、Buck-Boost4、CUK5、Zeta6、Sepic基本拓扑是Buck，Boost，其他是演变。
Buck为降压变换器，常用的拓扑基本上是Buck的：正激，半桥，全桥，推挽等等。
Boost变换器为Buck的对偶拓扑，是升压变换器，常用于小功率板载电源，大功率PFC电路上，对于隔离的Boost变换器也有推挽，双电感，全桥等电路。
Buck-Boost是反激变换器的原型，属于升降压变换器。
后面三种电路不是很常用，都是升降压变换器。
一、 反激1、单端反激2、双端反激二、 正激1、绕组复位正激2、R CD复位正激3、L CD复位正激4、有源钳位正激● Flyback钳位● Boost钳位5、双管正激6、无损吸收双正激7、有源钳位双正激8、原边钳位双正激9、软开关双正激三、 推挽1、推挽2、无损吸收推挽3、推挽正激推挽变换器是双端变换器。
其实是两个正激变换器通过变压器耦合而来，基本推挽变换器好处是驱动不需隔离，变压器双端磁化，只要两个开关管。
但是，变压器绕组利用率低，开关管电压应力为输入两倍，所以一般只适合低压输入的场合。
而且有个问题就是会出现偏磁，所以要采用电流型控制等方法来避免。
如果将两个双管正激同样耦合，可以构成四开关管的推挽变换器，也就是所谓的双双管正激。
其管子电压应力下降为输入电压。
其他等同。
推挽正激是通过一个电容来解决变换器漏感尖峰，偏磁等问题四、 半桥1、半桥2、不对称半桥3、谐振半桥4、移相半桥五、 全桥1、全桥2、全桥LLC3、移相全桥全桥变换器在大功率场合是最常用了，特别是移项ZVS和ZVZCS 六、 三电平变换器（three level converter）这些三电平是半桥演化而来，同样可以演化出多电平变换器，合适高压输入场合。
而且可以通过全桥的移相控制方式实现软开关。
七、 五种隔离三电平DC/DC变换器1、F orward三电平DC/DC变换器2、F lyback三电平DC/DC变换器3、P ush-Pull三电平DC/DC变换器4、半桥三电平DC/DC变换器5、全桥三电平DC/DC变换器八、 B oost隔离变换器1、双电感Boost2、全桥Boost。
电源基本拓扑结构
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■Flyback反激■Forward正激■Two-Transistor Forward双晶体管正激■Push-Pull推挽■Half Bridge半桥■Full Bridge全桥■SEPIC■C’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 (斩波)。
4、Buck-Boost降压-升压特点■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。
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。
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。
开关电源(SMPS)的拓扑结构(第一部分)
前馈控制
在降压转换器中，输入电压变化在电压输出端产生的影 响通常可通过输入电压前馈控制降到最低。与模拟控制 方式相比，使用具有输入电压检测功能的数字信号控制 器能轻易实现前馈控制。在前馈控制方法中，数字信号 控制器一旦检测到输入电压的变化，在输入变化对输出 参数造成实际影响之前就将开始采取自适应措施进行相 应的处理。
AN1114
开关电源 （SMPS）的拓扑结构 （第一部分）
作者： Mohammad Kamil Microchip Technology Inc.
简介
工业驱动向更小、更轻和更高效的电子设备的发展趋势 促 进 了 开 关 电 源 （Switch Mode Power Supply， SMPS）的发展。通常可采用几种不同的拓扑结构实现 SMPS。
DS01114A_CN 第 2 页
2008 Microchip Technology Inc.
图 2：
(A)
降压转换器 IIN
Q1 VIN
D1
L
+ IL -
IOUT VOUT
AN1114
(B) Q1GATE
t
(C)
VL
VIN - VOUT
t
-VOUT
(VIN - VOUT)/L
(D)
IIN
t
-VOUT/L IL2
输入和输出电容的设计取决于每一个转换器的开关频率 乘以并联转换器的个数。从输出电容的角度来看纹波电 流减少 “n”倍。与图 2 （D）中所示的单一转换器相 比，多相同步降压转换器汲取的输入电流是连续的且纹 波较少，如图 3 （E）所示。因此，对于多相同步降压 转换器来说，较小的输入电容能满足设计要求。
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脉冲开关电源的不同类型及拓扑
脉冲开关电源（Switching Power Supplies）是一种先将输入电源重复打开和关闭，然后用交流能量在电源输出端产生期望的直流电的电源。
脉冲开关电源具有高效、小型、可靠等特点，因而被广泛应用在众多领域中。
脉冲开关电源的类型
交流直流组合电源
交流直流组合电源也即是AC/DC电源，是脉冲开关电源的一种常见类型。
它
的输入端可以是直流电、交流电，经过变换后得到所需要的电源。
交流直流组合电源还分为两路电路和三路电路。
其中两路电路仅由一个变压器
产生所需要的交、直流电源输出，而三路电路则需要两个变压器进行输出。
直流直流组合电源
直流直流组合电源，也即是DC/DC电源，是脉冲开关电源的另一种常见类型。
它是将一个直流电源进行一定的电路控制后，得到多个不同电压的输出，也有多种拓扑结构。
其他类型
除了上述两种类型的电源，脉冲开关电源还包含了无线充电电源、LED驱动电
源等特殊类型。
脉冲开关电源的拓扑
变压器型
变压器型脉冲开关电源是一种常见的电源拓扑结构。
它使用变压器将输入电源
直接转换成所需要的输出电源，从而大大减小了电能的损耗。
有Flyback型、Forward型、Push-Pull型等多种不同类型的变压器型电源。
开关型
开关型脉冲开关电源使用开关和电感器等元件行使不同的变化状态来实现电能
输出的改变。
开关型脉冲开关电源分为单端的开关型电源和双端的开关型电源等不同类型。
常见的开关型脉冲开关电源还包含了Boost型、Buck型、Buck-Boost型等。
其他拓扑
除了上述两种拓扑结构的电源，脉冲开关电源还包含了谐振型、磁致声型、棒抵抗型等多种特殊的拓扑结构。
结语
以上就是脉冲开关电源的不同类型及拓扑的介绍。
脉冲开关电源的类型和拓扑根据不同的应用场景而有所区别，因此选型需要根据实际情况和需求来制定。