开关电源三大基础拓扑
干货图文列举具有代表性的开关电源拓扑结构
干货图文列举具有代表性的开关电源拓扑结构1、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■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■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■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■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■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。
7、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。
8、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。
DC-DC电源拓扑及其工作模式讲解
DC-DC电源拓扑及其工作模式讲解一、DC-DC电源基本拓扑分类：开关电源的三种基本拓扑结构有Buck、Boost、Buck-boost（反极性Boost）。
如果电感连接到地，就构成了升降压变换器，如果电感连接到输入端，就构成了升压变换器。
如果电感连接到输出端，就构成了降压变换器。
基本拓扑图如下：1.Buck2.Boost3.Buck-Boost二、DC-DC复杂拓扑结构1.反激隔离电源（FlyBack）另外有些隔离电源拓扑就是通过基本拓扑增加变压器或者变化得到的，例如反激隔离电源（FlyBack）。
2.Buck+Boost拓扑本质是用一个降压“加上”一个升压，来实现升降压。
SEPIC拓扑：集成了Boost和Flyback拓扑结构3.Cuk、Sepic、Zeta拓扑通过基本拓扑直接组合，形成了三个有实用价值的拓扑结构：Cuk、Sepic、Zeta。
Cuk的本质是Boost变换器和Buck变换器串联，Sepic的本质是Boost和Buck-Boost串联，Zeta可以看成Buck和Buck-Boost串联。
但是里面有些细节按照电流的方向在演进的过程中调整了二极管的方向，两极串联拓扑节省了复用的器件。
通过这样串联和演进，产生了新的三个电源拓扑。
同时，如果我们把同步Buck拓扑串联同步Boost可以形成四开关Buck-Boost拓扑。
4.四开关Buck-Boost拓扑同时，如果我们把同步Buck拓扑串联同步Boost可以形成四开关Buck-Boost拓扑5.反激、正激、推挽拓扑的演进利用变压器代替电感，可以把Boost演进为一个新拓扑FlyBack即反激变换器（反激的公式来看又是很像Buck-Boost，这里变压器不同于电感，也有说法会说反激是Buck-Boost变过来的）。
可以把Buck电路的开关通过一个变压器进行能量传递，就形成正激变换器。
将两个正激变换器进行并联，可以形成推挽拓扑。
正激的变压器，是直接输送能量过去，而不是像反激变压器那样传递能量。
开关电源拓扑结构。
D1
NU o NU o Ui
N是变压器的变压比
Uo
Up Ni
iL
iL1 N
Hale Waihona Puke I L max N
2Io N
2U o NR
Ui D1Ts NL
i L1
Ui D1Ts L
L Ui D1Ts R 2U o
Flyback变换器的优缺点比较
优点： 1、电路简单，能高效提供多路直流输出，因此适合多组输 出的要求，并可通过调节占空比D1的大小升压或降压。 2、输出功率为20~100w，可以同时输出不同的电压且有较 好的电压调整率。不需接输出滤波电感，使反激变换器成本 降低，体积减小。 缺点： 1、输出的纹波电压较大，外特性差，负载调整精度不高， 因此输出功率受到限制,通常应用于150W 以下。适用于相对 固定的负载。 2、与其他隔离变换器相比效率较低。
K由接通突然转为关断瞬间，流过变压器初级线 圈的电流i1突然为0，由于磁通不能突变，因此， 在K关断的Toff期间，变压器铁心中的磁通主要由 N2线圈回路中的电流来维持,N2中产生反激电流 ，流过D向电容C和负载R供电。
开关管导通 时等效电路
开关管关断 时等效电路
Buck-Boost拓扑结构简介
反激式变压器开关电源的工作情况同BUCK-BOOST拓扑极为相似。
另两种电感电流模式的介绍
CCM模式 D1+D2=1
DCM模式 D1+D2<1
Uo D1 Ui (D1 D2 )
二、Boost拓扑结构——升压式变换电路（非隔离）
Boost变换器：也称升压式变换器，是一种输出电压高 于输入电压的单管不隔离直流变换器。 该稳压电路元器件与前面讲的Buck变换电路一样，只是 摆放位置不同，由此导致其功能也不同。
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。
开关电源拓扑结构
开关电源拓扑结构回顾Lloyd H·Dixon Jr前言本文回顾了在开关电源中常用的三种基本电路系列即降压变换电路、升压变换电路和反激（或升降压）电路的特性，这三种电路均可以工作于电感断流或续流模式下。
工作方式的选择对整体电路特性有很大的影响。
所使用的控制方式也能有助于减少与拓扑和工作模式相关的问题。
三种以恒频率工作的控制方法包括：直接占空比控制、电压前馈、和电流模式（双环）控制。
本文还论述了三个基本电路的一些扩展，以及每种拓扑、工作模式、组合控制方法的相对优点。
一、三种基本拓扑结构：三种基本的拓扑结构降压式，升压式，反激式如图1所示。
串联式变换器（CUK）是反激式拓扑的倒置（不宜翻译为逆变，因其意思为DC－AC的变换），不作论述。
这三种不同的开关电路使用了三种相同的元件：电感，晶体管（晶体管包括三极管及MOSFET）和二极管，但是使用了不同的安放方式，（输出电容是滤波元件，不是开关电路的一部分）。
理论上，还有另外三种由这三种元件组成的T型结构的电路，但这三种是前面三种电路的简单镜像和在相反方向的耦合能量。
有一条在任何运行模式和控制方式下都适用于上述三种电路拓扑的原则：在稳态运行下，在每个开关周期内，电感两端的平均电压必须为零，否则平均感应电流将会改变，违反稳态前提。
三种基本电路系列的每一个在输入和输出电压、电流、占空比之间都有一个确定的关系。
例如：降压调整器的功能是使输出电压V0小于输入电压Vin，并和它Vin 有相同的极性。
升压电路的作用是使V大于Vin，并且有相同的极性。
反激拓扑电路的作用是使V0既可大于也可小于Vin，但是两者极性相反。
二、断流工作模式：在电感电流断续方式下，或者说“断流模式”下，降压、升压和反激电路的动作方式是相似的，电感电流在每个开关周期的最后部分期间为零（因此不连续）。
在每个周期的开始部分，感应电流从零增加，从输入端得到储存能量。
在周期的第二部分，所有储存的能量通过负载泄放，从输入端汲取能量到输出端。
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。
开关电源三大拓扑
开关电源三大基本拓扑1、摘要开关电源已经深入到国民经济的各个行业当中，设计师或是自行设计电源或是购买电源模块，但是这些电源都离不开电源的各种电路拓扑。
本文先介绍了开关电源的三大基础拓扑：Buck、Boost、Buck-Boost，并就这三者拓扑之间进行了简单地组合，得到了非常巧妙的电路，例如：正负输出电源、双向电源等，能够满足诸如运放供电、电池充放电等某些特殊的需求。
2、开关电源基础拓扑开关电源三大基础拓扑为：Buck、Boost、Buck-Boost，大部分开关电源都是采用这几种基础拓扑或者其对应的隔离方式，下面以电感连续模式进行简单介绍。
2.1Buck降压型Buck降压型电路拓扑，有时又称为Step-down电路，其典型的电路结构如下图1所示：Buck电路的工作原理为：当PWM驱动高电平使得NMOS管T导通的时候，忽略MOS管的导通压降，等效如图2，电感电流呈线性上升，MOS导通时电感正向伏秒为：当PWM驱动低电平的时候，MOS管截止，电感电流不能突变，经过续流二极管形成回路（忽略二极管电压），给输出负载供电，此时电感电流下降，如下图3所示，MOS截止时电感反向伏秒为：D为占空比，02.2Boost升压型Boost升压型电路拓扑，有时又称为step-up电路，其典型的电路结构如下图4所示：同样地，根据Buck电路的分析方式，Boost电路的工作原理为：2.3Buck-Boost极性反转升降压型Buck-Boost电路拓扑，有时又称为Inverting，其典型的电路结构如下图5所示：同样地，根据Buck电路的分析方式，Buck-Boost电路的工作原理为：3、Buck与Buck-Boost组合金升阳K78系列的产品采用了Buck降压型的电路结构进行设计，是LM78XX系列三端线性稳压器的理想替代品，效率最高可达96%，不需要额外增加散热片，同时还兼有短路保护和过热保护，值得说明的是它能够完美支持负输出。
开关电源三种拓扑的产生
开关电源三种拓扑的产生基本概念拓扑拓扑，即电路的组成结构，如buck，boost，正激，反激，全桥，半桥等。
其他电源电路都是以此发展而来。
而最基本的电源拓扑只有3种：buck、boost和buck-boost电路。
电源电路的输入是输入电压Vin或网压，输出则分输出电压和输出电流。
线性调整器传统的电压调整电路如线性调整器，是通过串联一个晶体管来实现分压的功能，使晶体管工作在线性区，以输出电压为反馈，改变晶体管的阻值，起可变电阻的作用，承受部分电压。
承受的电压只能以热能形式消耗，因此效率非常低。
（好处是没有噪声，没有电磁干扰（EMI））用改变开关时间来提高效率要提高效率，就不能用等效电阻耗能的方式（在工作条件不变的情况下，提高效率能够减小输入电流。
这是采用开关方式的重要优点之一。
）采用开关方式（半导体部件工作在开关区）可以提高效率，且配合电容*电感可更有效地利用能量。
常用的三种半导体元件BJT（双极型晶体管）：电流控制型器件，适用于大电流工作。
MOSFET（场效应晶体管）：电压控制型器件，速度快，适用于高频，单负载大时，导通损耗就大（导通压降与电流成正比）IGBT：适用于较低频率，大电流装置在开关情况下实现连续的能量供给•引入储能元件，想到使用电容以维持负载电压稳定。
•电容会有浪涌电流（电容上电压不能突变，但电流可不一定），导致噪声和EMI。
•用一个电阻串联以抑制浪涌电流（储桶式调整器），但电阻会提高能量的损耗（R*I^2）•采用电感限制电流√PS：电路中的开关元件不停地开/关，当开关断开时，电感很容易造成很高的电压，若此时没有回路能够释放电能，在开关处很容易产生高压电弧（开关触点距离越大，电压越高），最终，电感储能以热能和电火花形式消耗。
因此，采用二极管续流的方式，产生一个电流回路。
开关频率与性能的关系降低开关频率：提高效率（其他损耗减小），减小EMI升高开关频率：减小电源体积，减小噪声开关变换器的3种工作模式-连续导通模式：CCM-临界导通模式：BCM（临界模式属于CCM和DCM的极限情况）-断续导通模式：DCM伏秒平衡{重要}稳定状态下：ΔIon=ΔIoff即：Von*Ton=Voff*Toff [Von、Voff为电感两端电压]在这种情况下，电感能够成功复位。
电源基本三种基本拓扑
Buck电路1：电容的输入输出平均电流为0，在整个周期内电感平均电流＝负载平均电流，所以有：I L＝I o2：二极管只在sw关断时流过电流，所以I D＝I L×（1－D）3：则平均开关电流I sw＝I L×D4：由基尔霍夫电压定律知：Sw导通时：V IN＝V ON＋V O＋V SW→V ON＝V IN－V O－V SW假设V SW相比足够小≈V IN－V OV O＝V IN－V ON－V SW≈V IN－V ON Sw关断时：V OFF＝V O＋V D →V O＝V OFF－V D假设V D相比足够小≈V OFF(等效于电感电压) 5：由占空比可得: D＝t ON/（t ON＋t OFF）＝V OFF/（V OFF＋V ON）由4可得：D＝V O/{（V IN－V O）＋V O}D＝V O/ V IN6：直流电流I DC＝电感平均电流I L，即I DC≡I L＝I o7：纹波电流I AC＝ΔI/2＝V IN（1－D）D/ 2Lf＝V O（1－D）/2Lf8：由电感的电压公式，伏秒数，占空比及5可得ΔI ＝V ON×t ON/L＝（V IN－V O）×D / Lf＝（V IN－DV IN）×D / Lf＝V IN（1－D）D / LfΔI/ t ON＝V ON/L＝（V IN－V O）/LΔI＝V OFF×t OFF/L＝V O T（1－D）/L＝V O（1－D）/LfΔI/ t OFF＝V OFF/L＝V O/L电流纹波率r＝ΔI/ I L＝2I AC/I DC在临界导通模式下，I AC＝I DC，此时r ＝2 见P51r＝ΔI/ I L＝V ON×D/Lf I L＝(V IN－V O)×D/Lf I L＝V OＦＦ×（1－D）/Lf I L＝V O×（1－D）/Lf I L9: 峰峰电流I PP＝ΔI＝2I AC＝r×I DC＝r×I L10：峰值电流I PK＝I DC＋I AC ＝（1＋r/2）×I DC＝（1＋r/2）×I L＝（1＋r/2）×I O最恶劣输入电压的确定：V O、I o不变，V IN对I PK的影响：D＝V O/ V IN V IN增加↑→D↓→ΔI↑, I DC＝I O,不变，所以I PK↑要在V IN最大输入电压时设计buck电路p49-51例题：变压器的电压输入范围是15-20v，输出电压为5v，最大输出电流是5A。
开关电源基本拓扑结构
I LfG
V in D y 2L f fs
I oG
(1 D y ) D y 2L f fs
V in
Fig 1.4 Vin=const
开关电源基本拓扑
25
Vout = constant (输出电压恒定) From eq. (2.14), then the eq.(2.16) and eq.(2.15) can be reformed as:
i Lf I Lf
max
V in Lf
T on
V in Lf
Ts D y
(3.9)
i Lf I Lf
max
Vo Lf T off
'
Ts D (1 D y )
(3.10)
where
Vo V in
D
Dy D
Ts
(3.11)
I in I Lf
I o D
2
(1 D y )V o 8L f C f fs
2
Vo
Q C
f
(1.8)
开关电源基本拓扑
8
电流断续时的工作模式 (DCM)
电流断续时的工作模式的典型情况：
Mode 1
输入电压Vin不变，输出电压Vo变化；譬如用作电机速度控制、充电
器对蓄电池恒流充电。 输入电压Vin变化，输出电压Vo不变，如普通开关电源。
I oG (1 D y ) 2L f fs V out
Fig 1.5 Vout=const
开关电源基本拓扑
13
湘潭电机股份有限公司150t工矿电机车IGBT直流斩波 1500V电压等级主要由IGBT功率组件、微机控制盒及 PLC控制单元构成。IGBT功率组件采用3 300V、 800A 斩波型IGBT模块作为主功率元件，主元件散 热器采用新型风冷热管散热器，一个IGBT功率组 件单独驱动一台牵引电机。 微机控制盒是装置的核心，配备16位单片机 80C196KC
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开关电源三大基础拓扑
开关电源三大基础拓扑为：Buck、Boost、Buck-Boost，大部分开关电源都是采用这几种基础拓扑或者其对应的隔离方式。
拓扑的分类取决于电感的连接方式。
当我们在电路中设置合适的参考地后，可以得到三个端子：输入端、输出端、地。
若电感一端与地相连，得到buck-boost电路；若与输入端相连，得到boost电路；若与输出端相连，得到buck电路。
三种电路拓扑的小结
Buck电路：占空比D≈VO/VIN ，输出电流IO=电感电流IL，电感电流IL额定值≥1.2IL，正输入负输出/负输入正输出；
Boost电路：占空比D≈(VO-VIN)/VO，输出电流IO=电感电流IL(1-D)，电感电流IL额定值≥1.2IL，提高输入的值，不改变输入极性；
Buck-boost电路：占空比D≈VO/(VO+VIN)，输出电流IO=电感电流IL(1-D)，电感电流IL额定值≥1.2IL，降低输入的值，不改变输入极性。
各类拓扑下的器件选用
一、电感的设计
对buck拓扑，一般在输入电压最大值Vimax(即占空比最小值Dmin)下设计电感。
将电流纹波率r设置为0.3~0.4。
对buck-boost、boost拓扑，一般在输入电压最小值Vimin(即占空比最大值Dmax)下设计电感。
将电流纹波率r设置为0.3~0.4。
二、二极管的选用
1、所选二极管的额定电流至少等于最恶劣平均电流的两倍。
对buck拓扑，ID≥2I0(1-Dmin);
对buck-boost、boost拓扑, ID≥2I0。
2、所选二极管的额定电压至少比最恶劣二极管电压大20%。
对buck拓扑，VD≥1.2Vimax；
对boost拓扑，VD≥1.2Vo , Vo为输出电压；
对buck-boost拓扑，VD≥1.2(Vimax+ Vo)。
三、开关管的选用
1、由P=UI，得开关管有效电流值输入电压最小值Vimin(即占空比最大值Dmax)处最大。
2、所选开关管的额定电流至少等于开关管有效电流值的两倍。
IRMS-SW2=IL-Dmax2×Dmax×(1+rDmax2/12), IRMS-SW为开关管有效电流，IL-Dmax为占空比最大时电感的平均电流值，rDmax为占空比最大时电流纹波率。
3、所选开关管的额定电压至少比最恶劣开关管电压大20%。
对buck拓扑，VD≥1.2Vimax；
对boost拓扑，VD≥1.2Vo , Vo为输出电压；
对buck-boost拓扑，VD≥1.2(Vimax+ Vo)。
buck-boost变换器的浅析
最早的buck-boost电路由电源、机械开关、电感、二极管、电容及负载构成。
机械开关的导通与关闭使得电感电流I的曲线由上升、下降交替
的线段构成，最终趋于稳定，达到稳定状态。
我们知道，电路的稳定状态为V(on)t(on)=V(off)t(off),占空比D=t(on)/t(on)+t(off)。
当我们用半导体开关代替机械开关后，占空比D≈
V(out)/(V(in)+V(out)).
buck-boost电路有两种拓扑，称为倒相拓扑，分别是正输入负输出和负输入正输出。
该电路是唯一的"纯反激式"拓扑，即从输入传递到输出的所有能量必须先储存于电感中。
在每一开关周期电流回到某一个非零值，称为连续导通模式CCM。
CCM是功率变换中最常见的工作模式。
另外，还有断续导通模式DCM，临界连续模式BCM。