1、基本名詞

常見的基本拓撲結構

■Buck降壓

■Boost升壓

■Buck-Boost降壓-升壓

■Flyback反激

■Forward正激

■Two-Transistor Forward雙晶體管正激

■Push-Pull推挽

■Half Bridge半橋

■Full Bridge全橋

■SEPIC

■C’uk

基本的脈沖寬度調制波形

這些拓撲結構都與開關式電路有關。

基本的脈沖寬度調制波形定義如下：

特點■把輸入降至一個較低的電壓。■可能是最簡單的電路。■電感/電容濾波器濾平開關后的方波?！鲚敵隹偸切∮诨虻扔谳斎搿！鲚斎?a href="/tags/電流" target="_blank">電流不連續(xù) (斬波)?！鲚敵鲭娏髌交?

3、Boost升壓

特點■把輸入升至一個較高的電壓?！雠c降壓一樣，但重新安排了電感、開關和二極管?！鲚敵隹偸潜却笥诨虻扔谳斎?忽略二極管的正向壓降)。■輸入電流平滑?！鲚敵鲭娏鞑贿B續(xù) (斬波)。

4、Buck-Boost降壓-升壓

特點■電感、開關和二極管的另一種安排方法?！鼋Y合了降壓和升壓電路的缺點。■輸入電流不連續(xù) (斬波)?！鲚敵鲭娏饕膊贿B續(xù) (斬波)?！鲚敵隹偸桥c輸入反向 (注意電容的極性)，但是幅度可以小于或大于輸入?！觥胺醇ぁ弊儞Q器實際是降壓-升壓電路隔離(變壓器耦合)形式。

5、Flyback反激

特點■如降壓-升壓電路一樣工作，但是電感有兩個繞組，而且同時作為變壓器和電感?！鲚敵隹梢詾檎驗樨摚删€圈和二極管的極性決定?！鲚敵鲭妷嚎梢源笥诨蛐∮谳斎腚妷海勺儔浩鞯脑褦?shù)比決定?！鲞@是隔離拓撲結構中最簡單的■增加次級繞組和電路可以得到多個輸出。

6、Forward正激

特點■降壓電路的變壓器耦合形式?！霾贿B續(xù)的輸入電流，平滑的輸出電流?！鲆驗椴捎米儔浩鳎敵隹梢源笥诨蛐∮谳斎?，可以是任何極性?！鲈黾哟渭壚@組和電路可以獲得多個輸出?！鲈诿總€開關周期中必須對變壓器磁芯去磁。常用的做法是增加一個與初級繞組匝數(shù)相同的繞組。■在開關接通階段存儲在初級電感中的能量，在開關斷開階段通過另外的繞組和二極管釋放。

7、Two-Transistor Forward雙晶體管正激

特點■兩個開關同時工作?！鲩_關斷開時，存儲在變壓器中的能量使初級的極性反向，使二極管導通。■主要優(yōu)點：■每個開關上的電壓永遠不會超過輸入電壓?！鰺o需對繞組磁道復位。

8、Push-Pull推挽

特點■開關(FET)的驅動不同相，進行脈沖寬度調制(PWM)以調節(jié)輸出電壓?！隽己玫淖儔浩鞔判纠寐?--在兩個半周期中都傳輸功率?！鋈ㄍ負浣Y構,所以輸出紋波頻率是變壓器頻率的兩倍?！鍪┘釉贔ET上的電壓是輸入電壓的兩倍。

9、Half-Bridge半橋

特點■較高功率變換器極為常用的拓撲結構?！鲩_關(FET)的驅動不同相，進行脈沖寬度調制(PWM)以調節(jié)輸出電壓?！隽己玫淖儔浩鞔判纠寐?--在兩個半周期中都傳輸功率。而且初級繞組的利用率優(yōu)于推挽電路。■全波拓撲結構,所以輸出紋波頻率是變壓器頻率的兩倍。■施加在FET上的電壓與輸入電壓相等。

10、Full-Bridge全橋

特點■較高功率變換器最為常用的拓撲結構?！鲩_關(FET)以對角對的形式驅動，進行脈沖寬度調制(PWM)以調節(jié)輸出電壓?！隽己玫淖儔浩鞔判纠寐?--在兩個半周期中都傳輸功率?！鋈ㄍ負浣Y構，所以輸出紋波頻率是變壓器頻率的兩倍。■施加在 FETs上的電壓與輸入電壓相等。■在給定的功率下，初級電流是半橋的一半。

11、SEPIC單端初級電感變換器

特點■輸出電壓可以大于或小于輸入電壓?！雠c升壓電路一樣，輸入電流平滑，但是輸出電流不連續(xù)?！瞿芰客ㄟ^電容從輸入傳輸至輸出?！鲂枰獌蓚€電感。

12、C’uk(Slobodan C’uk的專利)

特點■輸出反相■輸出電壓的幅度可以大于或小于輸入?！鲚斎腚娏骱洼敵鲭娏鞫际瞧交??！瞿芰客ㄟ^電容從輸入傳輸至輸出?！鲂枰獌蓚€電感?！鲭姼锌梢择詈汐@得零紋波電感電流。

13、電路工作的細節(jié)

下面講解幾種拓撲結構的工作細節(jié)■降壓調整器：連續(xù)導電臨界導電不連續(xù)導電■升壓調整器 (連續(xù)導電)■變壓器工作■反激變壓器■正激變壓器

14、Buck-降壓調整器-連續(xù)導電

■電感電流連續(xù)。■Vout 是其輸入電壓 (V1)的均值?！鲚敵鲭妷簽檩斎腚妷撼艘蚤_關的負荷比 (D)?！鼋油〞r，電感電流從電池流出?！鲩_關斷開時電流流過二極管?！龊雎蚤_關和電感中的損耗, D與負載電流無關?！鼋祲赫{整器和其派生電路的特征是：輸入電流不連續(xù) (斬波), 輸出電流連續(xù) (平滑)。

15、Buck-降壓調整器-臨界導電

■電感電流仍然是連續(xù)的，只是當開關再次接通時 “達到”零。這被稱為 “臨界導電”。輸出電壓仍等于輸入電壓乘以D。

16、Buck-降壓調整器-不連續(xù)導電

■在這種情況下，電感中的電流在每個周期的一段時間中為零?！鲚敵鲭妷喝匀?(始終)是 v1的平均值?！鲚敵鲭妷翰皇禽斎腚妷撼艘蚤_關的負荷比 (D)?！霎斬撦d電流低于臨界值時,D隨著負載電流而變化(而Vout保持不變)。

17、Boost升壓調整器

■輸出電壓始終大于(或等于)輸入電壓?！鲚斎腚娏鬟B續(xù)，輸出電流不連續(xù)(與降壓調整器相反)。■輸出電壓與負荷比(D)之間的關系不如在降壓調整器中那么簡單。在連續(xù)導電的情況下：

在本例中，Vin = 5,Vout = 15, and D = 2/3.Vout = 15，D = 2/3.

18、變壓器工作(包括初級電感的作用)

■變壓器看作理想變壓器，它的初級(磁化)電感與初級并聯(lián)。

19、反激變壓器

■此處初級電感很低，用于確定峰值電流和存儲的能量。當初級開關斷開時，能量傳送到次級。

20、Forward 正激變換變壓器

■初級電感很高，因為無需存儲能量。■磁化電流 (i1) 流入 “磁化電感”，使磁芯在初級開關斷開后去磁 (電壓反向)。

21、總結

■此處回顧了目前開關式電源轉換中最常見的電路拓撲結構?！鲞€有許多拓撲結構，但大多是此處所述拓撲的組合或變形?！雒糠N拓撲結構包含獨特的設計權衡： 施加在開關上的電壓 斬波和平滑輸入輸出電流 繞組的利用率■選擇最佳的拓撲結構需要研究： 輸入和輸出電壓范圍 電流范圍 成本和性能、大小和重量之比