5种经典开关电源拓扑结构

大功率开关电源拓扑
大功率开关电源通常采用多种拓扑结构，以满足不同的应用需求。

其中比较常见的包括单端降压拓扑、双向变换拓扑和桥式全桥
拓扑。

首先，单端降压拓扑是一种常见的大功率开关电源拓扑结构。

它通过开关管控制输入电压的通断，然后通过输出电感和电容进行
滤波，从而实现对输出电压的调节和稳定。

这种拓扑结构适用于需
要从高电压转换到低电压的场合，例如电源适配器和电动汽车充电
器等。

其次，双向变换拓扑是另一种常见的大功率开关电源拓扑结构。

它可以实现双向能量转换，既可以将直流电转换为交流电，也可以
将交流电转换为直流电。

这种拓扑结构适用于需要实现能量的双向
传输的场合，例如电动汽车充电桩和光伏逆变器等。

最后，桥式全桥拓扑是一种适用于大功率开关电源的拓扑结构。

它通过四个开关管和一个输出变压器构成一个全桥结构，可以实现
对输入电压的高效变换和输出电压的稳定调节。

这种拓扑结构适用
于需要高功率密度和高效率的场合，例如工业变频电源和电力电子
设备等。

总的来说，大功率开关电源拓扑结构多样，选择合适的拓扑结
构需要根据具体的应用需求和性能要求进行综合考虑，以实现高效、稳定和可靠的能量转换和调节。

开关电源拓扑结构详解主回路——开关电源中，功率电流流经的通路。

主回路一般包含了开关电源中的开入端和负载端。

开关电源（直流变换器）的类型很多，在研究开发或者维修电源系统时，全面了解开关电源主回路的各种基本类型，以及工作原理，具有极其重要的意义。

开关电源主回路可以分为隔离式与非隔离式两大类型。

1. 非隔离式电路的类型：非隔离——输入端与输出端电气相通，没有隔离。

1.1. 串联式结构串联——在主回路中开关器件（下图中所示的开关三极管T）与输入端、输出端、电感器L、负载RL四者成串联连接的关系。

开关管T交替工作于通/断两种状态，当开关管T导通时，输入端电源通过开关管T及电感器L对负载供电，并同时对电感器L充电，当开关管T关断时，电感器L中的反向电动势使续流二极管D自动导通，电感器L中储存的能量通过续流二极管D形成的回路，对负载R继续供电，从而保证了负载端获得连续的电流。

串联式结构，只能获得低于输入电压的输出电压，因此为降压式变换。

例如buck 拓扑型开关电源就是属于串联式的开关电源。

上图是在图1-1-a电路的基础上，增加了一个整流二极管和一个LC滤波电路。

其中L是储能滤波电感，它的作用是在控制开关K接通期间Ton限制大电流通过，防止输入电压Ui直接加到负载R上，对负载R进行电压冲击，同时对流过电感的电流iL转化成磁能进行能量存储，然后在控制开关T关断期间Toff把磁能转化成电流iL继续向负载R提供能量输出；C是储能滤波电容，它的作用是在控制开关K接通期间Ton把流过储能电感L的部分电流转化成电荷进行存储，然后在控制开关K关断期间Toff把电荷转化成电流继续向负载R提供能量输出；D是整流二极管，主要功能是续流作用，故称它为续流二极管，其作用是在控制开关关断期间Toff，给储能滤波电感L释放能量提供电流通路。

在控制开关关断期间Toff，储能电感L将产生反电动势，流过储能电感L的电流iL由反电动势eL的正极流出，通过负载R，再经过续流二极管D的正极，然后从续流二极管D的负极流出，最后回到反电动势eL的负极。

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。

六种基本DCDC变换器拓扑结构总结DC-DC变换器是一种将一种直流电压转换为另一种直流电压的电子设备。

根据其拓扑结构，可以将DC-DC变换器分为六种基本拓扑结构。

下面将对这六种拓扑结构进行总结。

1. 升压型拓扑结构（Boost Converter）：升压型拓扑结构是将输入电压提升到更高电压的一种拓扑结构。

其基本结构由一个电感、一个开关管、一个二极管和一个输出滤波电容组成。

工作原理为当开关管打开时，电感储存能量；当开关管关闭时，电感释放储存的能量，将电流经过二极管和输出滤波电容供给负载。

2. Buck拓扑结构（降压型拓扑结构）：Buck拓扑结构是将输入电压降低到更低电压的一种拓扑结构。

其基本结构由一个电感、一个开关管和一个输出滤波电容组成。

工作原理为当开关管打开时，电感储存能量；当开关管关闭时，电感释放储存的能量，将电流经过输出滤波电容供给负载。

3. Buck-Boost拓扑结构（降升压型拓扑结构）：Buck-Boost拓扑结构可以实现输入电压的增益和降低。

其基本结构由一个电感、一个开关管和一个输出滤波电容组成。

工作原理为当开关管打开时，电感储存能量；当开关管关闭时，电感释放储存的能量，将电流经过输出滤波电容供给负载。

该拓扑结构可以实现输入电压大于、等于或小于输出电压的转换。

4. 反激型拓扑结构（Flyback Converter）：反激型拓扑结构是一种将输入电压转换为输出电压的一种拓扑结构。

其基本结构由一个变压器、一个开关管和一个输出滤波电容组成。

工作原理为开关管导通时，电能储存在变压器中；开关管关闭时，变压器释放储存的能量，将电流经过输出滤波电容供给负载。

5. 单边反激型拓扑结构（Half-Bridge Converter）：单边反激型拓扑结构也是一种将输入电压转换为输出电压的一种拓扑结构。

其基本结构由两个开关管、一对二极管和一个输出滤波电容组成。

工作原理为开关管交替导通和关闭，将输入直流电压分别连接到变压器的两个输入端，以实现电压的转换。

开关电源拓扑结构概述主回路——开关电源中，功率电流流经的通路。

主回路一般包含了开关电源中的开关器件、储能器件、脉冲变压器、滤波器、输出整流器、等所有功率器件，以及供电输入端和负载端。

开关电源（直流变换器）的类型很多，在研究开发或者维修电源系统时，全面了解开关电源主回路的各种基本类型，以及工作原理，具有极其重要的意义。

开关电源主回路可以分为隔离史与非隔离式两大类型。

一、非隔离式电路的类型：非隔离——输入端与输出端电气相通，没有隔离。

1、串联式结构串联——在主回路中开关器件（下图中所示的开关三极管T）与输入端、输出端、电感器L、负载RL四者成串联连接的关系。

开关管T交替工作于通/断两种状态，当开关管T导通时，输入端电源通过开关管T及电感器L对负载供电，并同时对电感器L充电，当开关管T关断时，电感器L中的反向电动势使续流二极管D 自动导通，电感器L中储存的能量通过续流二极管D形成的回路，对负载R继续供电，从而保证了负载端获得连续的电流。

串联式结构，只能获得低于输入电压的输出电压，因此为降压式变换。

2、并联式结构并联——在主回路中，相对于输入端而言，开关器件（下图中所示的开关三极管T）与输出端负载成并联连接的关系。

开关管T交替工作于通/断两种状态，当开关管T导通时，输入端电源通过开关管T对电感器L充电，同时续流二极管D关断，负载R靠电容器存储的电能供电；当开关管T关断时，续流二极管D 导通，输入端电源电压与电感器L中的自感电动势正向叠加后，通过续流二极管D对负载R供电，并同时对电容器C充电。

由此可见，并联式结构中，可以获得高于输入电压的输出电压，因此为升压式变换。

并且为了获得连续的负载电流，并联结构比串联结果对输出滤波电容C的容量有更高的要求。

3、极性反转型变换器结构极性反转——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。

开关管T交替工作于通/断两种状态，工作过程与并联式结构相似，当开关管T导通时，输入端电源通过开关管T对电感器L充电，同时续流二极管D关断，负载RL 靠电容器存储的电能供电；当开关管T关断时，续流二极管D导通，电感器L中的自感电动势通过续流二极管D对负载RL供电，并同时对电容器C充电；由于续流二极管D的反向极性，使输出端获得相反极性的电压输出。

九个最有用的电源拓扑结构图现代电源设计大约开始于三十年前，只有少数的拓扑结构可以很好地服务于业界。

在年代，对新的和领先的电源转换技术的研究创建了数以千计的可以加以使用的新型拓扑结构。

今天，主流行业已回到早期拓扑结构。

少数的相同的电路可以为大多数应用提供最佳解决方案。

在电源设计开始，有三种基本的转换器：降压式、升压式和降压升压式。

早期分析论文仅覆盖了这些拓扑结构。

也有的转换器表现完全与这些基本拓扑结构一样。

它们被认为是降压式、升压式和降压升压系列，电路中内建了隔离。

内建在降压式转换器系列是正激、双开关正激、半桥、全桥和推挽式。

升压有一种隔离型号，可以采用一个桥接或推挽式电路。

隔离降压升压电路是著名的反激式转换器。

发明新的电源拓扑结构和研究其工作正成为有趣的研究工作。

这形成了过去的大部分研究，尤其在年代期间。

一些新奇的电路发明出来，绞尽脑汁以全面了解它们的操作。

的论文提出了超过个新的拓扑结构，使用了更多的开关和二极管。

有一段时间，似乎老的待机拓扑结构已处于被取代的危险之中。

对许多需要生产产品的设计人员来说，这是一个非常困惑的时间。

在阅读会议论文之后，工程师们很想尝试预示着上佳表现，但是却被证明很难投入生产的奇异新颖的拓扑结构。

因此，业界兜了一大圈又回到原处。

现在，几乎所有设计都依赖于原来的基本拓扑结构。

例外的是对某些非常高密度的应用，或者是不寻常的电压及功率范围，但是工作的工程师几乎总能用一组基本电路找到可做的工作。

这不是说行业没有进展。

行业有了长足的发展——恰恰不是通过使用根本不同的电路拓扑结构。

主要进展一直在正确的应用中明智地利用正确的电路，某些拓扑结构将电源分割成较小的若干块（如母板和负载点转换器）、先进的封装、新的硅片器件，以及小心应用低损耗开关。

降压式转换器降压式转换器是所有电源中最基本的。

它提供比输入更低的电压输出，可以用在不需要隔离的所有功率级别。

如图（）所示，当输出电压处于低电位时，降压式转换器的二极管可以用一个有源开关替代。

开关电源几种拓扑结构的工作细节下面讲解几种拓扑结构的工作细节■降压调整器：连续导电临界导电不连续导电■升压调整器（连续导电）■变压器工作■反激变压器■正激变压器1、Buck-降压调整器-连续导电time—»■电感电流连续。

■ Vout是其输入电压（V1）的均值。

■输出电压为输入电压乘以开关的负荷比（D）。

■接通时，电感电流从电池流出。

■开关断开时电流流过二极管。

■忽略开关和电感中的损耗，D与负载电流无关。

■降压调整器和其派生电路的特征是：输入电流不连续（斩波）,输出电流连续（平滑）2、Buck-降压调整器-临界导电■电感电流仍然是连续的，只是当开关再次接通时“达到”零。

这被称为“临界导电”。

输出电压仍等于输入电压乘以D。

3、Buck-降压调整器-不连续导电■在这种情况下，电感中的电流在每个周期的一段时间中为零。

■输出电压仍然（始终）是v1的平均值。

■输出电压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，D随着负载电流而变化（而Vout保持不变）15V 丁1胡TVin = _Li15V T>4、Boost升压调整器------ Vout = 15Vfane ----- 1■输出电压始终大于（或等于）输入电压。

■输入电流连续，输出电流不连续（与降压调整器相反）。

■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Vo = Vin1—D丿况下: 在本例中，Vin = 5,Vout = 15, and D = 2/3.Vout = 15 ，D = 2/3.5、变压器工作（包括初级电感的作用）■变压器看作理想变压器，它的初级（磁化）电感与初级并联。

19、反激变压器■此处初级电感很低，用于确定峰值电流和存储的能量。

当初级开关断开时，能量传送到次级。

6、Forward 正激变换变压器■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)。

熟悉各种常见电源拓扑结构在现代科技发展的背景下，电力供应已成为人们生活中不可或缺的一部分。

电源拓扑结构是指电力系统中将电能转换为普遍可用的形式的方式和方法。

了解各种常见的电源拓扑结构对于电力系统的设计和使用至关重要。

1. 直流直流 (DC-DC) 转换器DC-DC转换器的主要功能是将直流电源转换为所需的直流电压。

常见的DC-DC转换器结构包括降压型、升压型和升降压型。

降压型DC-DC转换器降低输入电压以获得所需输出电压，升压型DC-DC转换器提高输入电压以获得所需的输出电压，而升降压型DC-DC转换器则能够将输入电压转换为高于或低于输入电压的输出电压。

2. 交流直流 (AC-DC) 变换器AC-DC变换器将交流电源转换为直流电源。

这种转换器是电力系统中常见的部分，因为大多数电子设备需要直流电源才能正常工作。

最常见的AC-DC变换器是整流器，它将交流电压转换为直流电压。

整流器主要包括单相整流器和三相整流器。

单相整流器适用于家庭和商业领域，而三相整流器常用于工业领域。

3. 直流交流 (DC-AC) 变换器DC-AC变换器用于将直流电源转换为交流电源。

这种转换器在许多应用中都非常重要，例如太阳能系统和逆变器。

太阳能系统中的DC-AC变换器将太阳能电池板产生的直流电能转换为交流电能，以供给电网。

逆变器则将电池或汽车电源等直流电源转换为可供家庭电器使用的交流电源。

4. 交流交流 (AC-AC) 变换器AC-AC变换器是将交流电源从一种形式转换为另一种形式的设备。

这种转换器在电力系统中发挥着重要作用，例如变压器。

变压器可以提高或降低交流电压的大小，并且广泛应用于电力传输、家庭电器和工业设备等领域。

5. 隔离和非隔离拓扑结构电源拓扑结构可以分为隔离和非隔离两种结构。

隔离结构能够提供电气隔离，使输出与输入之间保持安全隔离。

而非隔离结构没有电气隔离，在一些特定应用中可能会造成安全问题。

所以，在设计电源系统时，必须仔细考虑安全需求和隔离要求。

目录一、总则： (3)二、常见开关电源拓扑结构概述： (4)1、主回路开关电源： (4)2、开关电源主回路类型及结构： (4)三、21种开关电源拓扑特点与对比： (5)1、常见的基本拓扑结构： (5)2、基本的脉冲宽度调制波形： (6)3、Buck 降压： (7)4、Boost 升压： (7)5、Buck-Boost 降压和升压： (8)6、Flyback 反激： (9)7、Forward 正激： (9)8、Two-Transistor Forward双晶体管正激： (10)9、Push-Pull 推挽： (11)10、Half-Bridge 半桥： (12)11、Full-Bridge 全桥： (13)12、SEPIC 单端初级电感变换器： (13)13、C'uk转换器： (14)14、电路拓扑结构工作的细节： (15)15、Buck降压调整器连续导电： (15)16、Buck降压调整器临界导电： (16)17、Buck降压调整器不连续导电： (17)18、Boost 升压调整器： (17)19、变压器工作（包括初级电感的作用）： (18)20、反激变压器： (19)21、Forward 正激变换变压器： (20)三、常见隔离拓扑： (20)1、正激变换器(Forward Convert)： (20)2、推挽变换器： (21)3、反激变换器(Flyback Converter)： (22)四、开关电源(SMPS)常用拓扑及转换原理： (23)五、总结： (26)一、总则：1、直流变换器按输入与输出是否有电气隔离可分为两类：没有电气隔离的称为非隔离的直流变换器，有电气隔离的称为隔离的直流变换器。

2、基本的非隔离开关电源拓扑主要有六种，即降压变换器(buck)，升压变换器(boost)，升降压变换器(buck-boost)，Cuk变换器，Zeta变换器和Sepic变换器等。

在这六种变换器中，降压式变换器和升压式变换器是最基础的，另外四种是从中派生而来。

高压电源拓扑结构高压电源的拓扑结构主要有以下几种：1. 升压拓扑（Boost Topology）：升压拓扑是一种可以将输入电压升高到更高电压的电源拓扑结构。

它通常由一个开关管、一个电感和一个输出电容组成。

当开关管导通时，电感储存能量，闭合时则转换为输出电压。

由于升压拓扑没有反馈回路，因此输出电压比输入电压更高。

2. 降压拓扑（Buck Topology）：降压拓扑是一种可以将输入电压降低到较低电压的电源拓扑结构。

它通常由一个开关管、一个电感和一个输出电容组成。

当开关管导通时，电感储存能量，闭合时则将能量传输到输出电容中。

由于降压拓扑没有反馈回路，因此输出电压比输入电压更低。

3. 升降压拓扑（Boost-Buck Topology）：升降压拓扑结合了升压和降压拓扑的特点，可以根据需要将输入电压升高或降低到目标电压。

它通常由两个开关管、两个电感和一个输出电容组成。

通过控制开关管的开关状态，可以实现输入电压的升升或降降。

4. 反激拓扑（Flyback Topology）：反激拓扑是一种用于变压器隔离的高压电源拓扑结构。

它通常由一个开关管、一个变压器、输出二级整流电路和输出电容组成。

反激拓扑通过变压器将输入电压转换为输出电压，并且具有隔离效果。

5. 正激拓扑（Forward Topology）：正激拓扑也是一种用于变压器隔离的高压电源拓扑结构。

它通常由一个开关管、一个变压器、输出二级整流电路和输出电容组成。

正激拓扑通过变压器将输入电压转换为输出电压，并且具有隔离效果。

相比于反激拓扑，正激拓扑具有更好的能量转换效率。

上述拓扑结构可以根据实际需求进行选择，每种拓扑结构都有其适用的场景和特点。

几种常见的开关电源拓扑结构及应用什么是拓扑呢?所谓电路拓扑就是功率器件和电磁元件在电路中的连接方式，而磁性元件设计，闭环补偿电路设计及其他所有电路元件设计都取决于拓扑。

最基本的拓扑是Buck(降压式)、Boost(升压式)和Buck/Boost(升/降压)，单端反激(隔离反激)，正激、推挽、半桥和全桥变化器。

下面简单介绍一下常用的开关电源拓扑结构。

Buck电路首先我们要讲的就是Buck电路。

Buck电路也成为降压(step-down)变换器。

它的电路图是下面这样的：晶体管，二极管，电感，电容和负载构成了主回路，下方的控制回路一般采用PWM(脉冲宽度调制)芯片控制占空比决定晶体管的通断。

Buck电路的功能是把直流电压Ui转换成直流电压Uo，实现降压目的。

展开剩余88%反激变换器反激式开关电源是指使用反激高频变压器隔离输入输出回路的开关电源，与之对应的有正激式开关电源。

反激(FLY BACK)，具体是指当开关管接通时，输出变压器充当电感，电能转化为磁能，此时输出回路无电流;相反，当开关管关断时，输出变压器释放能量，磁能转化为电能，输出回来中有电流。

反激式开关电源中，输出变压器同时充当储能电感，整个电源体积小、结构简单，所以得到广泛应用。

应用最多的是单端反激式开关电源。

优点：元器件少、电路简单、成本低、体积小，可同时输出多路互相隔离的电压;缺点：开关管承受电压高，输出变压器利用率低，不适合做大功率电源。

Boost电路Boost(升压)电路是最基本的反激变换器。

Boost变换器又称为升压变换器、并联开关电路、三端开关型升压稳压器。

上面的图就是Boost电路图。

Boost电路是一个升压电路，它的输出电压高于输入电压。

Buck/Boost变换器Buck/Boost变换器：也叫做升降压式变换器，是一种输出电压既可低于也可高于输入电压的单管不隔离直流变换器，但它的输出电压的极性与输入电压相反。

Buck/Boost变换器可以看做是Buck变换器和Boost变换器串联而成，合并了开关管。