Buck(降压):用于将输入电压降至较低电压。
Boost(升压):用于将输入电压提升至更高电压。
Buck-Boost(降压-升压):可在输入电压高于或低于输出电压时工作。
Flyback(反激):常用于低功率隔离型电源,设计简单。
Forward(正激):适合中等功率应用,提供良好的效率。
Two-Transistor Forward(双晶体管正激):是一种更可靠的正激电路,适合高功率应用。
Push-Pull(推挽):适合对称输出的中功率应用。
Half Bridge(半桥):适用于中等功率的隔离型电源。
Full Bridge(全桥):用于高功率应用,提供高效率。
SEPIC:在输入电压高于或低于输出电压时,依然能维持稳定的输出。
C’uk:提供较好的输出纹波控制,适合高压隔离型电源。
将输入电压降至较低电压
电路简单:Buck电路是开关电源中最简单的拓扑之一,设计容易实现。
电感/电容滤波:使用滤波器来平滑开关后的方波信号,确保输出电压的稳定。
输出电压始终小于或等于输入电压:这种拓扑适合所有需要降压的应用。
输入电流不连续:Buck电路的输入电流呈斩波状,不是连续的。
输出电流平滑:经过滤波后,输出电流相对平稳,适合负载对电流要求较高的场景。
将输入电压提升至更高电压:适用于需要输出电压高于输入电压的场合。
电感、开关和二极管重新排列:与降压电路类似,但元件的布置方式不同。
输出电压总是大于或等于输入电压:忽略二极管的压降时,输出电压一定高于输入电压。
输入电流平滑:由于电感的作用,输入电流是连续的。
输出电流不连续:输出端的电流呈现出斩波特性,不是连续的。
元件排列不同:电感、开关和二极管的布置方式与前两种不同。
结合了升压和降压的缺点:这种电路同时具备升压和降压电路的一些局限。
输入电流不连续:输入电流具有斩波特性。
输出电流不连续:输出端的电流同样不连续。
输出与输入电压极性相反:输出电压的极性与输入电压相反,电压幅度可以大于或小于输入电压(注意电容的极性)。
反激变换器是隔离型的降压-升压电路:通过变压器实现隔离的降压-升压电路。
工作原理类似降压-升压电路:电感有两个绕组,起到变压器和电感的双重作用。
输出电压正负可调:输出电压可以为正或负,具体取决于线圈和二极管的极性。
输出电压可大可小:输出电压大小由变压器的匝数比决定,可以高于或低于输入电压。
最简单的隔离拓扑:这是所有隔离型电源拓扑中最为简单的一种。
多个输出:通过增加次级绕组和电路,可以实现多个输出。
降压电路的变压器耦合版本:工作原理类似于降压电路,但增加了变压器耦合。
不连续输入电流,平滑输出电流:输入电流呈现不连续的特性,但输出电流是连续的。
输出电压灵活:由于变压器的作用,输出电压可以大于或小于输入电压,极性也可以不同。
多个输出:通过增加次级绕组,可以获得多个输出电压。
变压器磁芯去磁:每个开关周期内,需要对变压器磁芯进行去磁,通常通过增加一个与初级绕组匝数相同的绕组来实现。
能量存储与释放:开关接通时,初级电感存储能量;开关断开时,能量通过另外的绕组和二极管释放。
两个开关同时工作:电路中的两个开关需要协同工作。
开关断开时能量释放:变压器中的能量使初级绕组极性反转,二极管导通,完成能量的传递。
开关上的电压不会超过输入电压:这提高了电路的可靠性,减少了对开关元件的电压压力。
无需复位绕组磁芯:相比单晶体管正激电路,双晶体管正激不需要对绕组磁道进行复位处理。
FET 开关管交替驱动,通过脉冲宽度调制(PWM)调节输出电压。
变压器磁芯利用率高,两半周期均能传输功率。
全波拓扑结构,输出纹波频率为变压器频率的两倍。
施加在 FET 上的电压是输入电压的两倍。
常用于高功率转换器。
FET 开关管交替驱动,通过 PWM 控制输出电压。
变压器磁芯利用率高,初级绕组利用率优于推挽电路。
全波拓扑结构,输出纹波频率为变压器频率的两倍。
FET 承受的电压等于输入电压。
最常用的高功率转换器拓扑结构。
FET 成对角驱动,通过 PWM 控制输出电压。
变压器磁芯利用率高,两半周期都传输功率。
全波拓扑结构,输出纹波频率为变压器频率的两倍。
FET 承受的电压与输入电压相等。
同功率条件下,初级电流为半桥电路的二分之一。
输出电压可高于或低于输入电压。
输入电流平滑,但输出电流不连续,类似于升压电路。
能量通过电容从输入端传输至输出端。
需要两个电感。
输出电压反相。
输出电压幅度可以大于或小于输入电压。
输入电流和输出电流都保持平滑,减少噪声。
能量通过电容从输入传输到输出。
需要使用两个电感。
电感可以耦合,获得零纹波的电感电流。
降压调整器:分为连续导电、临界导电、不连续导电三种模式。
升压调整器:通常工作在连续导电模式下。
变压器工作:包括反激和正激变换器的工作原理。
电感电流始终连续,不会中断。
输出电压(Vout)是输入电压(V1)的平均值。
输出电压与开关的占空比(D)成正比,Vout = Vin × D。
当开关闭合时,电感电流从电源流出。
当开关断开时,电流通过二极管继续流动。
忽略开关和电感的损耗,D 与负载电流无关。
该电路特性为:输入电流呈斩波状不连续,输出电流平滑连续。
电感电流依然连续,但在每个开关周期结束时刚好降为零,这被称为“临界导电”。
输出电压仍然等于输入电压乘以占空比(D)。
在不连续导电模式下,电感中的电流在每个周期的一段时间内为零。
输出电压是输入电压的平均值,而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,占空比 D会随着负载电流变化,但输出电压保持不变。
输出电压始终大于或等于输入电压。
与降压调整器相反,输入电流连续,而输出电流不连续。
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:
变压器看作理想变压器,它的初级(磁化)电感与初级并联。
初级电感较低,用于确定峰值电流和存储的能量。当初级开关断开时,能量传递到次级绕组。
初级电感很高,因为无需存储能量。 磁化电流 (i1) 流入 “磁化电感”,使磁芯在初级开关断开后去磁 (电压反向)。
综述了常见的开关电源转换电路拓扑结构。
还有许多拓扑结构,但大多是这些拓扑的组合或变形。
每种拓扑结构都有独特的设计权衡,包括:
施加在开关上的电压
输入输出电流的斩波和平滑
绕组的利用率
选择最佳拓扑结构需要考虑:
输入和输出电压范围
电流范围
成本、性能、尺寸和重量的比率