最详细的5种开关电源拓扑结构.

隔离式电路的类型
非隔离式拓扑举例
BUCK拓扑 BOOST拓扑 BUCK-BOOST拓扑
BUCK降压电路


上图是BUCK电路的经典模型。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芯片控制占空比决定晶体管的通断。 BUCK电路的功能：把直流电压Ui转换成直流电压 Uo，实现降压的目的
CCM，DCM模式下的各点电压

在K断开期间，IL线性下降，若周期结束即K导通瞬间IL不等 于0，则IL呈现左侧图(c)中的波形，电流连续。若K导通之前 IL就已经降为0，IL就会呈现断流的情形，为右侧图（c）的 波形。
临界情况下的电路各点波形
从电路结构可以看出IL的平均值就是输出电流Io, ΔIL为IL在本周期内的最大 变化值。 观察上图的波形可以发现，当电流刚好处在临界状态时，0.5 ΔIL=Io，分析 化简之后可以等效为τ=（1-D1）/2， τ=L/RTs 0.5ΔIL<Io时，即τ>（1-D1）/2 ，Io处在连续的状态。 0.5ΔIL>Io时，即τ<（1-D1）/2 ， Io则会出现断流的情况。
BUCK工作过程分 析



工作过程：1、当K导通时 →IL线性增加，D1截止→ 此时IL和C向负载供电 当IL＞ Io时，IL向 C充电也向负载供电 2、当K关断时→L通 过D1形成续流回路， IL向C充电也向负 载供电→当 IL﹤Io时，L 和C同时向负载供电。 若IL减小到0,则D 关断，只有C向负载供电
开关电源电路拓 扑结构
目录
开关电源拓扑结构综述 开关电源分类 非隔离式拓扑举例 BUCK BOOST BUCK-BOOST 隔离式拓扑举例 正激式 反激式

开关电源拓扑结构综述


开关电源主要包括主回路和控制回路两大部分 主回路是指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。 控制回路一般采用PWM控制方式，通过输出信号 和基准的比较来控制主回路中的开关器件
开关电源分类


开关电源主回路可以分为隔离式与非隔离式两大类型。 非隔离——输入端与输出端电气相通，没有隔离。 1、串联式结构是指在主回路中，相对于输入端而言，开 关器件与输出端负载成串联连接的关系。例如buck拓扑型 开关电源就是属于串联式的开关电源 2、并联式结构是指在主回路中，相对于输入端而言，开 关器件与输出端负载成并联连接的关系。例如boost拓扑 型开关电源就是属于串联式的开关电源 3、极性反转结构是指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。Buck-boost拓扑就是反极性开关 电源
BUCK拓扑的精简模型

上图是简化之后的BUCK电路主回路。下面分析输出电压的产生 1、K闭合后，D关断，电流流经L，L是储能滤波电感，它的作用是在 K接通Ton期间限制大电流通过，防止输入电压Ui直接加到负载R上， 对R进行电压冲击，同时把电感电流IL转化成磁能进行能量存储；与R 并联的C是储能滤波电容，如此R两端的电压在Ton期间是稳定的直流 电压 2、在K关断期间Toff，L将产生反电动势，流过电流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，最后回到反电动势 eL的负极。由于C的储能稳压，Toff阶段的输出电压Uo也是稳定的直 流电压 K闭合时，L两端有压降，意味着Uo<Ui, BUCK电路一定是降压电路
电压增益比M(CCM)

电流连续时τ>L/RTs ，
il 2
t2 t1
il1
t1
0
பைடு நூலகம்
Vi Vo Vi Vo Vi Vo dt t1 D1Ts(1式) L L L
， （通常定义D1为K导通D关断的时段0到T1占Ts的比例，D2为K 关断D导通的时段T1到T2占Ts的比例） 此时D1+D2=1。
CCM,DCM



由工作过程分析可以得知， IL可能会出现断流的情况。 通常我们把电流连续的模 式称为CCM模式，电流断 续的模式称为DCM模式。 当然也有两者之间的临界 情况BCM模式 下面就将按照以上三种模 式对电路做具体的分析。 注意：Uo,Io作为输出电压 电流，均认为是稳定的直 流量。

M
Vs

L RTs
1 1
8 D1 2
临界情况下，M的计算用以上 两种模式下任一种都可以， 这里就不做分析了。
电流连续与否是由0.5 ΔIL和 Io的大小关系决定的,调节占 空比D1或负载，有可能使 工作模式在CCM和DCM模 式之间发生转换。 CCM模式下，电压增益M就是 占空比D1， DCM模式下，电压增益M和占 空比D1则呈现非线性关系。 总体上来看，随着D1的增大M 值会增加。
Vo Vo Vo dt (t 2 t1) D 2Ts (2式) L L L
1式2式相等，可以得到M=Vo/Vs=D1,
由此处可知BUCK电路是一种降压电路，输出小于输入
电压增益比M（DCM）
Τ<L/RTs,同CCM模式相似，同样可以由1式2式相 等，得到M=Vo/Vs=D1/(D1+D2)，此时D1+D2<1。 又有Io是IL在Ts内的平均值，即IL等腰三角形面积 在Ts时间内的平均值，并且等于Vo/R.固有 Io=[0.5(D1+D2)Ts(Vs-Vo)D1Ts/L]/Ts=Vo/R,两式联 合可以解得 , Vo 2



隔离——输入端与输出端电气不相通，通过脉冲变压器的 磁偶合方式传递能量，输入输出完全电气隔离 单端——通过一只开关器件单向驱动脉冲变压器； 隔离室电路主要分为正激式和反激式两种 正激式：就是只有在开关管导通的时候，能量才通过变压 器或电感向负载释放，当开关关闭的时候，就停止向负载 释放能量。目前属于这种模式的开关电源有：串联式开关 电源，buck拓扑结构开关电源，激式变压器开关电源、推 免式、半桥式、全桥式都属于正激式模式。 反激式：就是在开关管导通的时候存储能量，只有在开关 管关断的时候释放才向负载释放能量。属于这种模式的开 关电源有：并联式开关电源、boots、极性反转型变换器、 反激式变压器开关电源。