盤點：開關電源拓撲的優缺點對比
發布時間：2018-09-20 責任編輯：xueqi
【導讀】常見的基本拓撲結構包括：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。
■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
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
基本的脈衝寬度調製波形
這些拓撲結構都與開關式電路有關。
基本的脈衝寬度調製波形定義如下：
2、Buck降壓
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後的方波。
■輸出總是小於或等於輸入。
■輸入電流不連續 (斬波)。
■輸出電流平滑
3、Boost升壓
特點
■把輸入升至一個較高的電壓。
■與降壓一樣，但重新安排了電感、開關和二極管。
■輸出總是比大於或等於輸入(忽略二極管的正向壓降)。
■輸入電流平滑。
■輸出電流不連續 (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。
■結合了降壓和升壓電路的缺點。
■輸入電流不連續 (斬波)。
■輸出電流也不連續 (斬波)。
■輸出總是與輸入反向 (注意電容的極性)，但是幅度可以小於或大於輸入。
■“反激”變換器實際是降壓-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。
■輸出可以為正或為負，由線圈和二極管的極性決定。
■輸出電壓可以大於或小於輸入電壓，由變壓器的匝數比決定。
■這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。
■不連續的輸入電流，平滑的輸出電流。
■因為采用變壓器，輸出可以大於或小於輸入，可以是任何極性。
■增加次級繞組和電路可以獲得多個輸出。
■在每個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。
■開關斷開時，存儲在變壓器中的能量使初級的極性反向，使二極管導通。
■主要優點：
■每個開關上的電壓永遠不會超過輸入電壓。
■無需對繞組磁道複位。
8、Push-Pull推挽
特點
■開關（FET）的驅動不同相，進行脈衝寬度調製（PWM）以調節輸出電壓。
■良好的變壓器磁芯利用率---在兩個半周期中都傳輸功率。
■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。
■開關（FET）的驅動不同相，進行脈衝寬度調製（PWM）以調節輸出電壓。
■良好的變壓器磁芯利用率---在兩個半周期中都傳輸功率。而且初級繞組的利用率優於推挽電路。
■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。
■開關（FET）以對角對的形式驅動，進行脈衝寬度調製（PWM）以調節輸出電壓。
■良好的變壓器磁芯利用率---在兩個半周期中都傳輸功率。
■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 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
■輸出電壓可以大於或小於輸入電壓。
■與升壓電路一樣，輸入電流平滑，但是輸出電流不連續。
■能量通過電容從輸入傳輸至輸出。
■需要兩個電感。
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於或小於輸入。
■輸入電流和輸出電流都是平滑的。
■能量通過電容從輸入傳輸至輸出。
■需要兩個電感。
■電感可以耦合獲得零紋波電感電流。
13、電路工作的細節
下麵講解幾種拓撲結構的工作細節
■降壓調整器：
連續導電
臨界導電
不連續導電
■升壓調整器 (連續導電)
■變壓器工作
■反激變壓器
■正激變壓器
14、Buck-降壓調整器-連續導電
■電感電流連續。
■Vout 是其輸入電壓 (V1)的均值。
■輸出電壓為輸入電壓乘以開關的負荷比 (D)。
■接通時，電感電流從電池流出。
■開關斷開時電流流過二極管。
■忽略開關和電感中的損耗, D與負載電流無關。
■降壓調整器和其派生電路的特征是：
輸入電流不連續 (斬波), 輸出電流連續 (平滑)。
15、Buck-降壓調整器-臨界導電
■電感電流仍然是連續的，隻是當開關再次接通時 “達到”零。
這被稱為 “臨界導電”。
輸出電壓仍等於輸入電壓乘以D。
16、Buck-降壓調整器-不連續導電
■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。
■輸出電壓仍然 (始終)是 v1的平均值。
■輸出電壓不是輸入電壓乘以開關的負荷比 (D)。
■當負載電流低於臨界值時,D隨著負載電流而變化(而Vout保持不變)。
17、Boost升壓調整器
■輸出電壓始終大於（或等於）輸入電壓。
■輸入電流連續，輸出電流不連續（與降壓調整器相反）。
■輸出電壓與負荷比（D）之間的關係不如在降壓調整器中那麼簡單。在連續導電的情況下：
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）電感與初級並聯。
19、反激變壓器
■此處初級電感很低，用於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後去磁 (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。
■還有許多拓撲結構，但大多是此處所述拓撲的組合或變形。
■每種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：
輸入和輸出電壓範圍
電流範圍
成本和性能、大小和重量之比
特別推薦
- 噪聲中提取真值！瑞盟科技推出MSA2240電流檢測芯片賦能多元高端測量場景
- 10MHz高頻運行！氮矽科技發布集成驅動GaN芯片，助力電源能效再攀新高
- 失真度僅0.002%！力芯微推出超低內阻、超低失真4PST模擬開關
- 一“芯”雙電！聖邦微電子發布雙輸出電源芯片，簡化AFE與音頻設計
- 一機適配萬端：金升陽推出1200W可編程電源，賦能高端裝備製造
技術文章更多>>
- 一秒檢測，成本降至萬分之一，光引科技把幾十萬的台式光譜儀“搬”到了手腕上
- AI服務器電源機櫃Power Rack HVDC MW級測試方案
- 突破工藝邊界，奎芯科技LPDDR5X IP矽驗證通過，速率達9600Mbps
- 通過直接、準確、自動測量超低範圍的氯殘留來推動反滲透膜保護
- 從技術研發到規模量產：恩智浦第三代成像雷達平台，賦能下一代自動駕駛！
技術白皮書下載更多>>
- 車規與基於V2X的車輛協同主動避撞技術展望
- 數字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰
- 汽車模塊拋負載的解決方案
- 車用連接器的安全創新應用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
按鈕開關
白色家電
保護器件
保險絲管
北鬥定位
北高智
貝能科技
背板連接器
背光器件
編碼器型號
便攜產品
便攜醫療
變容二極管
變壓器
檳城電子
並網
撥動開關
玻璃釉電容
剝線機
薄膜電容
薄膜電阻
薄膜開關
捕魚器
步進電機
測力傳感器
測試測量
測試設備
拆解
場效應管
超霸科技
