各类基本电源拓扑结构介绍
电源基本拓扑
电源基本拓扑
【原创版】
目录
1.电源基本拓扑的定义
2.电源基本拓扑的种类
3.各种电源基本拓扑的特点
4.电源基本拓扑在电子设备中的应用
5.电源基本拓扑的发展趋势
正文
一、电源基本拓扑的定义
电源基本拓扑是指电源系统中基本的电路结构，它主要包括直流电源和交流电源两大类。
直流电源基本拓扑通常包括单相桥式整流器、全桥整流器等；交流电源基本拓扑通常包括变压器、整流器、滤波器等。
二、电源基本拓扑的种类
1.直流电源基本拓扑
直流电源基本拓扑主要包括单相桥式整流器、全桥整流器等。
2.交流电源基本拓扑
交流电源基本拓扑主要包括变压器、整流器、滤波器等。
三、各种电源基本拓扑的特点
1.单相桥式整流器
单相桥式整流器具有结构简单、工作可靠等优点，但存在整流电压峰值系数较低、输出电流脉动较大等缺点。
2.全桥整流器
全桥整流器具有整流电压峰值系数较高、输出电流脉动较小等优点，但结构相对较复杂。
3.变压器
变压器具有变换电压、电流、功率等功能，是交流电源系统中的重要组成部分。
4.整流器
整流器是将交流电转换为直流电的装置，其主要功能是整流。
5.滤波器
滤波器是对整流后的脉动直流电进行平滑处理的装置，其主要功能是滤波。
四、电源基本拓扑在电子设备中的应用
电源基本拓扑广泛应用于各种电子设备中，如计算机、通信设备、家电等。
电路基本拓扑结构
电路基本拓扑结构一、串联电路串联电路是指将电阻、电感或电容等元件依次连接在一起，形成一个电流只能沿着一个路径流动的电路。
串联电路的特点是电流在各个元件之间保持恒定，而电压则在各个元件上分配。
串联电路可以用来实现元件的累加效应，例如在一个电路中串联两个电阻，总电阻等于两个电阻之和。
此外，串联电路还可以用来实现电压的分配，根据欧姆定律，电压在串联电路中按照电阻值的比例分配。
二、并联电路并联电路是指将电阻、电感或电容等元件并排连接在一起，形成一个电流可以分流的电路。
并联电路的特点是电压在各个元件之间保持恒定，而电流则在各个元件上分流。
并联电路可以用来实现元件的并加效应，例如在一个电路中并联两个电阻，总电阻等于两个电阻的倒数之和的倒数。
此外，并联电路还可以用来实现电流的分配，根据欧姆定律，电流在并联电路中按照电阻值的倒数的比例分配。
三、混合电路混合电路是指由串联电路和并联电路组合而成的电路。
混合电路的特点是既有串联电路的电流恒定特性，又有并联电路的电压恒定特性。
混合电路常用于实际电路中，用于实现不同元件之间的复杂关系。
通过合理地设计混合电路，可以实现各种功能，例如电压放大、电流放大、滤波等。
四、三角形电路三角形电路是指由三个电阻组成的电路，形状类似于一个闭合的三角形。
三角形电路的特点是电阻之间形成回路，电流可以在回路中不断流动。
三角形电路常用于电路分析中，通过求解回路中的电流和电压，可以得到电路中各个元件的参数。
五、星形电路星形电路是指由三个电阻组成的电路，形状类似于一个闭合的星形。
星形电路的特点是电阻之间形成一个交点，电流从交点分流到各个电阻。
星形电路常用于电路分析中，通过求解交点处的电流和电压，可以得到电路中各个元件的参数。
六、桥式电路桥式电路是指由四个电阻组成的电路，形状类似于一个闭合的桥形。
桥式电路的特点是电阻之间形成两个交点，电流可以在交点中分流。
桥式电路常用于电路分析和测量中，通过调节桥臂上的电阻值，可以得到未知电阻的值。
25种开关电源拓扑电路结构与连接原理与及特点选择与设计方法
25种开关电源拓扑电路结构与连接原理与及特点选择与设计方法开关电源是一种将交流电转换为直流电的电源装置，其常见的拓扑电路结构包括单端（Buck）、反相（Boost）和反相-反相（Buck-Boost）等。
下面将详细介绍这些拓扑电路的连接、原理与特点，并给出选择与设计方法。
1.单端拓扑电路结构与连接：单端拓扑电路主要由功率开关器件、电感元件和输出滤波电容组成。
它的连接方式为输入电压接到开关电源的输入端，输出电压则输出到输出端。
单端拓扑电路常用于输出电压比输入电压更低的应用场景。
2.反相拓扑电路结构与连接：反相拓扑电路也是由功率开关器件、电感元件和输出滤波电容组成。
不同之处在于它的连接方式，输入电压通过开关电源的输入端接到电感上，输出电压则从电感上接出。
反相拓扑电路适用于输出电压比输入电压更高的应用场景。
3.反相-反相拓扑电路结构与连接：反相-反相拓扑电路结构是将单端拓扑与反相拓扑结合起来的一种结构，它可以实现输入电压和输出电压的翻转。
输入电压通过开关电源的输入端接到电感上，输出电压同样从电感上输出。
这种拓扑电路可以根据输入输出电压的差异实现升压或降压功能。
这些拓扑电路的原理与特点如下：1.单端拓扑电路原理与特点：单端拓扑电路使用开关器件以一定的频率开关电源输入，通过电感和输出滤波电容将开关输出的方波转换为稳定的直流电。
这种电路的特点是简单、成本较低，但效率较低，适用于输出电压较低的场景。
2.反相拓扑电路原理与特点：反相拓扑电路通过控制开关器件的导通和截止来改变电感中的电流，从而改变输出电压。
与单端拓扑电路相比，它的效率较高，但成本较高。
反相拓扑电路适用于输出电压较高的场景。
3.反相-反相拓扑电路原理与特点：反相-反相拓扑电路通过将输入电压先升压或降压至一个中间电压，再通过反向变换输出所需的电压。
这种电路可以实现较大范围的升压和降压功能，但需要多个开关器件和电感，因此成本和复杂度较高。
在选择与设计开关电源的方法上，应注意以下几点：1.根据实际需求确定输出电压和电流的要求，然后选择适合的拓扑电路结构。
电源基本拓扑
电源基本拓扑电源基本拓扑是指电力系统中电源、负载和中间转换装置之间的基本结构。
它是电力系统设计、运行和控制的基础，对于电力系统的稳定性和可靠性具有重要意义。
根据不同的电源类型和转换装置，电源基本拓扑可以分为以下几类：1.直接供电拓扑：在这种拓扑中，电源直接为负载提供电力，无需中间转换装置。
这种拓扑结构简单，易于实现，但适用于电源电压和负载电压相匹配的情况。
2.升降压变换器拓扑：在这种拓扑中，电源通过升降压变换器为负载提供电力。
这种拓扑可以实现电源电压与负载电压的分离，提高系统的工作效率。
3.变换器串联拓扑：这种拓扑由多个变换器串联组成，每个变换器负责一部分负载。
通过变换器的串联，可以实现电源电压与负载电压的灵活匹配，提高系统的电压调节能力。
4.变换器并联拓扑：这种拓扑由多个变换器并联组成，每个变换器负责一部分负载。
并联拓扑可以提高系统的输出功率和可靠性，但需要解决负载分配不均的问题。
5.逆变器拓扑：在这种拓扑中，电源通过逆变器将直流电转换为交流电，为负载提供电力。
逆变器拓扑广泛应用于可再生能源发电系统，如太阳能、风能等。
电源基本拓扑在电力系统中的应用十分广泛，包括家用电器、工业设备、通信系统、电动汽车等领域。
随着电力电子技术的发展，电源基本拓扑不断优化和创新，呈现出以下发展趋势：1.高效率：提高电源转换效率，降低能源损耗，是电源基本拓扑发展的重要方向。
2.高可靠性：在电源基本拓扑中引入冗余设计、故障诊断等技术，提高系统的可靠性和安全性。
3.轻量化：采用新型材料和结构设计，降低电源基本拓扑的重量和体积，提高便携性。
4.智能化：利用现代控制理论和通信技术，实现电源基本拓扑的智能化控制和优化管理。
5.绿色环保：发展可再生能源接入和利用技术，减少对环境的影响，推动电源基本拓扑的可持续发展。
总之，电源基本拓扑在电力系统中具有重要作用，其分类、应用和发展趋势反映了电力电子技术的进步和创新。
最详细的5种开关电源拓扑结构
开关电源分类
开关电源主回路可以分为隔离式与非隔离式两大类型。 非隔离——输入端与输出端电气相通，没有隔离。 1、串联式结构是指在主回路中，相对于输入端而言，开 关器件与输出端负载成串联连接的关系。例如buck拓扑型 开关电源就是属于串联式的开关电源 2、并联式结构是指在主回路中，相对于输入端而言，开 关器件与输出端负载成并联连接的关系。例如boost拓扑 型开关电源就是属于串联式的开关电源 3、极性反转结构是指输出电压与输入电压的极性相反。 电路的基本结构特征是：在主回路中，相对于输入端而言， 电感器L与负载成并联。Buck-boost拓扑就是反极性开关 电源
工作过程分析
工作过程： 1、当K导通时→IL 线性增加，D截止此 时C向负载供电 2、当K断开时→Ul 和Ui串联，以高于 Uo的电压向C充电同 时向负载供电，此时 D导通,IL逐渐减小 若IL减小到0，则D 截止，只有C向负载 供电
CCM和DCM模式下的各点电压
由上可知BOOST电路也会出现电感电流断续的情况，即 也有CCM 和DCM两种模式，各点电压分别如左右所示 在DCM模式下若IL值逐渐减小到Io，则C和L同时向负载放 电， 若IL值继续减小直至0，则D关断，只有C向负载放电，直 到下次周期开始
DCM模式下的电压增益比
τ <0.5D1(1-D1)(1-D1)时，IL不连续,同样利用IL的 上升部分同下降部分相等可以得到电压增益M= （D1+D2）/D2 此时D1+D2<1，又有IL在Ts内的平均值是 Is,Is=Vs(D1+D2)D1Ts/2L=MIo. 从以上两式可以得到
1 1 2D12 / D1 M 0.5 2 2
电源常用拓扑结构特点及波形
电源常用拓扑结构特点及波形基本名词电源常见的拓扑结构■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：1、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。
2、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)。
3、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。
4、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。
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■因为采用变压器，输出可以■增加次级绕组和电路可以获■在每个开关周期中必须对变绕组。
■在开关接通阶段存储在初级6、Two-Transistor Fo 特点■两个开关同时工作。
■开关断开时，存储在变压器■主要优点：■每个开关上的电压永远不会■无需对绕组磁道复位。
开关电源基本拓扑结构剖析
Vout Dy Vin Dy D
(1.12)
Io
1 Ts
I Lf max 2
(Ton
T' off
)
1 2 I Lf max(Dy D)
(1.13)
开关电源基本拓扑
开关电源技术——郑琼林
9
电感电流临界连续
2 I o Lf max i
1
(1.14)
iLf
max
Vin Vo Lf
DyTs
(1.15)
IoG
(1 Dy )Dy 2Lf fs
Vin
Fig 1.4 Vin=const
开关电源基本拓扑
开关电源技术——郑琼林
11
Vout = constant (输出电压恒定) For Vo=Vin Dy, so eq.(1.16) can be reformed as:
I oG
(1 2L
Dy f fs
)
Fig 3.1 Configuration of Buck/Boost converter main circuit
开关电源基本拓扑
开关电源技术——郑琼林
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电感电流连续时的工作模式 (CCD)
Mode 1
Fig 3.2
Mode 2
开关电源基本拓扑
开关电源技术——郑琼林
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电流连续时(CCM)的工作原理(operating principle)
Vout
Fig 1.5 Vout=const
开关电源基本拓扑
开关电源技术——郑琼林
12
开关电源基本拓扑结构
二、并联型——boost converter
升压式(Boost)变换器是一种输出电压等于或高于输入电压的单管非隔离直流变换 器。下图给出了它的电路拓扑图。Boost变换器的主电路由开关管Q，二极管 D，输出滤波电感Lf和输出滤波电容Cf构成。
电源拓扑结构及工作原理
电源拓扑结构及工作原理电源拓扑结构是电源的基本组成部分，是指电源中各部分组成的结构和电路，是电源工作的关键。
不同的电源拓扑结构在工作原理上也有所不同，我们可以根据需要选择适合自己的电源拓扑结构。
一、直流电源的拓扑结构1. 线性稳压器线性稳压器是最简单的直流电源拓扑结构，其工作原理是利用功率晶体管控制电源的输出电压。
直流电源通过变压器降压之后会进入一个整流电路，其将交流电压转换为直流电压。
而后直流电压进入一个滤波电路，其可以去除电源的电流突变和波动，使输出的直流电压更加平稳稳定。
2. 开关稳压器开关稳压器（Switching regulator）是一种可随意调整输出电压的电源拓扑结构，其工作原理是通过周期性开关控制电源的输出电压。
开关稳压器主要由四个部件组成：开关管、电感器、滤波电容和稳压管。
在工作时，一般都是通过工作周期和调节占空比来控制直流电源的输出电压。
二、交流电源的拓扑结构1. 单相全控桥电路单相全控桥电路是交流电源的基本拓扑结构之一，其工作原理为四个可控硅管组成的桥式电路。
通过控制可控硅管的通断状态，可以实现交流电源的开关及输出控制。
2. 三相桥式整流电路三相桥式整流电路是交流电源比较成熟的一种拓扑结构，其工作原理是在交流电源端加装三相桥式整流电路。
可以使交流电源的波形更为平稳，输出功率更加稳定。
总结：电源拓扑结构及其工作原理是电源研究的重要基础，而且在实际应用中，应根据不同的使用需求，选择不同的电源拓扑结构。
同时，随着技术的不断发展，电源拓扑结构也会不断更新，我们需要不断学习新技术，以便更好地为实际应用服务。
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各类电源拓扑结构分析
一．非隔离型开关变换器
1. 降压变换器（Buck ）：输入输出极性相同。
由于稳态时，电感充放电伏、秒积相等，因此，输入输出电压关系为： (Ui-Uo)*ton=Uo*toff => Uo/Ui=ton/(ton+toff)=Δ => Uo/Ui=Δ(占空比)。
Chart 1: buck circuit topology
在S 导通时，输入电源通过L 和C 滤波后向负载端提供电流；当S 断开后，L 通过二极管续流，保持负载电流连续。
输出电压因为占空比的作用，不会超过输入电源电压。
2. 升压变换器（Boost ）：输入输出极性相同。
利用同样的方法，根据稳态时电感L 的充放电伏、秒积相等的原理，推导出输入输出电压关系为：Uo/Ui=1/(1-Δ)。
Chart 2: boost circuit topology
开关管S 和负载构成并联，在S 导通时，电流通过L 滤波，电源对L 充电。
当S 断开时，L 向负载及电源放电，输出电压将是Ui+U L ，达到升压的目的。
3. 逆向变换器（Boost-Buck ）：
升、降压斩波器，输入输出极性相反，电感传输能量。
Uo I S I VD I I C I Ui
Uo I D S I D D L C I D
电压关系：Uo/Ui= -Δ/(1-Δ)
Chart 3: boost-buck circuit topology
在S 导通时，输入电源仅对电感L 充电；当S 断开时，再通过电感对负载放电来实现电源传输。
所以，这里的L 用于传输能量。
4. 丘克变换器（Cuk ）：
升、降压斩波器，输入输出极性相反，电容传输能量。
电压关系：Uo/Ui= -Δ/(1-Δ)。
Chart 4: cuk circuit topology
在S 导通时，Ui 对L1充电。
当S 断开时，Ui+L1通过D 对C1进行充电。
再当S 导通时，D 关断，L1继续充电，C1通过L2、C2滤波对负载放电。
所以，这里的C1用于传输能量。
N2 T C2 R Uo D L1 S Ui Ui Uo
D C
L
二．隔离型开关变换器
1．推挽型变换器：
图5：推挽型变换电路
S1和S2轮流导通，将在二次侧产生交变的脉动电流，经过全波整流转换为直流信号，再经L 、C 滤波，送给负载。
由于电感L 在开关之后，所以当变压器匝比为1时，它实际上类似于降压变换器。
2．半桥型变换器
图6：半桥式变换电路
当S1和S2轮流导通时，一次侧将通过电源-S1-T-C2-电源及电源-C1-T-S2-电源产生交变电流，从而在二次侧产生交变的脉动电流，经过全波整流转换为直流信号，再经L 、C 滤波，送给负载。
同样地，这个电路也相当于降压式拓扑结构。
S2 S1 C R N1 N1 N2 N2 Ui Uo
T C 2Ui S2 S1 R N1 N2 N2 Uo T C1 C2
3．全桥型变换器
当S1、S3和S2、S4两两轮流导通时，一次侧将通过电源-S2-T-S4-电源及电源-S1-T-S3-电源产生交变电流，从而在二次侧产生交变的脉动电流，经过全波整流转换为直流信号，再经L 、C 滤波，送给负载。
这个电路也相当于降压式拓扑结构。
4．正激型变换器
图8：正激型变换器电路
当S 导通时，原边经过输入电源-N1-S-输入电源，产生电流。
当S 断开时，N1能量转移到N3，经N3-电源-D3向输出端释放能量，避免变压器饱和。
D1用于整流，D2用于S 断开期间续流。
5．隔离型Cuk 变换器
C Ui
S3 S2 R N1 N2 N2 Uo
T S4 S1 T N3 C R N2 Uo S N1 D2 Ui N2 T C2 R Uo S N1 D
Ui
C11
图9：隔离型Cuk 变换器
当S 导通时，Ui 对L1充电。
当S 断开时，Ui+U L1对C11及变压器原边放电，同时给C11充电，电流方向从上向下。
附边感应出脉动直流信号，通过D 对C12反向充电。
在S 导通期间，C12的反压将使VD 关断，并通过L2、C2 滤波后，对负载放电。
这里的C12明显是用于传递能量的，所以Cuk 电路是电容传输变换电路。
6．电流变换器
图10：能量回馈型电流变换器电路
该电路与推挽电路类似。
不同的是，在主通路上串联了一个电感。
其作用是在S1、S2断开期间，使得变压器能量转移到N3绕组，通过D3回馈到输入端。
7. 隔离型升压变换器：
图11：隔离型升压电流变换器电路
该电路也与推挽电路类似，并在主通路上串联了一个电感。
在开关导通期间，L 积蓄能量。
当一侧开关断开时，电感电动势和Ui 迭加在一起，对另一侧S2
S1 C R N1 N1 N2 N2 Ui Uo T L S2
S1 C R N1 N1 N2 N2 Ui Uo T N4 N3 D3
放电。
因此，L有升压作用。
三．准谐振型变换器
在脉冲调制电路中，加入R、L谐振电路，使得流过开关的电流及管子两端的压降为准正弦波。
这种开关电源称为谐振式开关电源。
利用一定的控制技术，可以实现开关管在电流或电压波形过零时切换，这样对缩小电源体积，增大电源控制能力，提高开关速度，改善纹波都有极大好处。
所以谐振开关电源是当前开关电源发展的主流技术。
又分为：1．ZCS——零电流开关。
开关管在零电流时关断。
2．ZVS——零电压开关。
开关管在零电压时关断。