电源变换器电路拓扑.

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。

开关电源拓扑计算公式01Buck变换器的功率器件设计公式（1）Buck 变换器的电路图：（2）Buck 变换器的主要稳态规格：（3）功率器件的稳态应力：有源开关S：无源开关D：上述公式是稳态工作时，功率器件上的电压、（电流）应力。

选择功率器件时，其电压耐量可放一个合适的余量（保证最坏情况下的电压峰值不超过此值），电流耐量则得按器件的结温降额要求决定、它与外部散热条件和器件的通态电阻、通态压降、结（电容）、反向恢复、结到壳的热阻等密切相关，是功率器件热设计的内容。

02Boost 变换器的功率器件设计公式（1）Boost 变换器的电路图：（2）Boost 变换器的主要稳态规格：（3）功率器件的稳态应力：有源开关S：无源开关D：上述公式是稳态工作时，功率器件上的电压、电流应力。

选择功率器件时，其电压耐量可放一个合适的余量（保证最坏情况下的电压峰值不超过此值），电流耐量则得按器件的结温降额要求决定、它与外部散热条件和器件的通态电阻、通态压降、结电容、反向恢复、结到壳的热阻等密切相关，是功率器件热设计的内容。

03Buckboost 变换器设计公式（1）Buckboost 变换器的电路图：（2）Buckboost 变换器的主要稳态规格：（3）功率器件的稳态应力：有源开关S：无源开关D：上述公式是稳态工作时，功率器件上的电压、电流应力。

选择功率器件时，其电压耐量可放一个合适的余量（保证最坏情况下的电压峰值不超过此值），电流耐量则得按器件的结温降额要求决定、它与外部散热条件和器件的通态电阻、通态压降、结电容、反向恢复、结到壳的热阻等密切相关，是功率器件热设计的内容。

04三绕组去磁正激变换器的功率器件设计公式（1）三绕组去磁正激变换器的电路图：（2）三绕组去磁正激变换器的主要稳态规格：（3）功率器件的稳态应力：有源开关S：无源开关D1，D2：上述公式是稳态工作时，功率器件上的电压、电流应力。

选择功率器件时，其电压耐量可放一个合适的余量（保证最坏情况下的电压峰值不超过此值），电流耐量则得按器件的结温降额要求决定、它与外部散热条件和器件的通态电阻、通态压降、结电容、反向恢复、结到壳的热阻等密切相关，是功率器件热设计的内容。

Uc3846详解大功率DC/DC变换器主电路拓扑有很多种，诸如双管正激式、推挽式、半桥式和全桥式等。

控制芯片的种类也非常多，主要分为电流控制型与电压控制型两大类。

电压控制型只对输出电压采样，作为反馈信号进行闭环控制，采用PWM技术调节输出电压，从控制理论的角度看，这是一种单环控制系统。

电流控制型是在电压控制型的基础上，增加一个电流负反馈环节，使其成为双环控制系统，从而提高了电源的性能。

根据对各种拓扑和控制方式的技术成熟程度，工程化实现难度，电气性能以及成本等指标的比较，本文选用半桥式DC/DC变换器作为主电路，电流型PWM控制芯片UC3846作为该系统的控制单元。

1 电压控制型脉宽调制器和电流控制型脉宽调制器[1]图1为电压控制型变换器的原理框图。

电源输出电压的采样反馈值Vf与参考电压Vr进行比较放大，得到误差信号Ve，它与锯齿波信号比较后，PWM比较器输出PWM控制信号，经驱动电路驱动开关管通断，产生高频方波电压，由高频变压器传输至副方，经整流滤波得到所需要的电压。

改变电压给定Vr，即可改变输出电压Vo。

图2为电流控制型变换器的原理框图。

恒频时钟脉冲置位R－S锁存器，输出高电平，开关管导通，变压器原边的电流线性增大，当电流在采样电阻Rs上的压降Vs达到Ve时，PWM比较器翻转，输出高电平，锁存器复位，驱动信号变低，开关管关断，直到下一个时钟脉冲使R－S锁存器置位。

电路就是这样逐个地检测和调节电流脉冲的。

当电源输入电压和/或负载发生变化时，两种控制类型的动态响应速度是不同的。

如果电压升高，则开关管的电流增长速度变快。

对电流控制型而言，只要电流脉冲一达到设定的幅值，脉宽比较器就动作，开关管关断，保证了输出电压的稳定。

对电压控制型而言，检测电路对电流的变化没有直接的反映，一直等到输出电压发生变化后才去调节脉宽，由于滤波电路的滞后效应，这种变化需要多个周期后才能表现出来，显然动态响应速度要慢得多，且输出电压的稳定性也受到一定的影响。

电源基本拓扑电源基本拓扑是指电力系统中电源、负载和中间转换装置之间的基本结构。

它是电力系统设计、运行和控制的基础，对于电力系统的稳定性和可靠性具有重要意义。

根据不同的电源类型和转换装置，电源基本拓扑可以分为以下几类：1.直接供电拓扑：在这种拓扑中，电源直接为负载提供电力，无需中间转换装置。

这种拓扑结构简单，易于实现，但适用于电源电压和负载电压相匹配的情况。

2.升降压变换器拓扑：在这种拓扑中，电源通过升降压变换器为负载提供电力。

这种拓扑可以实现电源电压与负载电压的分离，提高系统的工作效率。

3.变换器串联拓扑：这种拓扑由多个变换器串联组成，每个变换器负责一部分负载。

通过变换器的串联，可以实现电源电压与负载电压的灵活匹配，提高系统的电压调节能力。

4.变换器并联拓扑：这种拓扑由多个变换器并联组成，每个变换器负责一部分负载。

并联拓扑可以提高系统的输出功率和可靠性，但需要解决负载分配不均的问题。

5.逆变器拓扑：在这种拓扑中，电源通过逆变器将直流电转换为交流电，为负载提供电力。

逆变器拓扑广泛应用于可再生能源发电系统，如太阳能、风能等。

电源基本拓扑在电力系统中的应用十分广泛，包括家用电器、工业设备、通信系统、电动汽车等领域。

随着电力电子技术的发展，电源基本拓扑不断优化和创新，呈现出以下发展趋势：1.高效率：提高电源转换效率，降低能源损耗，是电源基本拓扑发展的重要方向。

2.高可靠性：在电源基本拓扑中引入冗余设计、故障诊断等技术，提高系统的可靠性和安全性。

3.轻量化：采用新型材料和结构设计，降低电源基本拓扑的重量和体积，提高便携性。

4.智能化：利用现代控制理论和通信技术，实现电源基本拓扑的智能化控制和优化管理。

5.绿色环保：发展可再生能源接入和利用技术，减少对环境的影响，推动电源基本拓扑的可持续发展。

总之，电源基本拓扑在电力系统中具有重要作用，其分类、应用和发展趋势反映了电力电子技术的进步和创新。

开关电源拓扑结构概述(降压,升压,反激、正激)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/blog/100019740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。

电源常用拓扑结构特点及波形基本名词电源常见的拓扑结构■Buck降压■Boost升压■Buck-Boost降压-升压■Flyback反激■Forward正激■Two-Transistor Forward双晶体管正激■Push-Pull推挽■Half Bridge半桥■Full Bridge全桥基本的脉冲宽度调制波形这些拓扑结构都与开关式电路有关。

基本的脉冲宽度调制波形定义如下：1、Buck降压特点■把输入降至一个较低的电压。

■可能是最简单的电路。

■电感/电容滤波器滤平开关后的方波。

■输出总是小于或等于输入。

■输入电流不连续(斩波)。

■输出电流平滑。

2、Boost升压特点■把输入升至一个较高的电压。

■与降压一样，但重新安排了电感、开关和二极管。

■输出总是比大于或等于输入(忽略二极管的正向压降)。

■输入电流平滑。

■输出电流不连续(斩波)。

3、Buck-Boost降压-升压特点■电感、开关和二极管的另一种安排方法。

■结合了降压和升压电路的缺点。

■输入电流不连续(斩波)。

■输出电流也不连续(斩波)。

■输出总是与输入反向(注意电容的极性)，但是幅度可以小于或大于输入。

■“反激”变换器实际是降压-升压电路隔离（变压器耦合）形式。

4、Flyback反激特点■如降压-升压电路一样工作，但是电感有两个绕组，而且同时作为变压器和电感。

■输出可以为正或为负，由线圈和二极管的极性决定。

■输出电压可以大于或小于输入电压，由变压器的匝数比决定。

■这是隔离拓扑结构中最简单的■增加次级绕组和电路可以得到多个输出。

5、Forward正激■降压电路的变压器耦合形式■不连续的输入电流，平滑的■因为采用变压器，输出可以■增加次级绕组和电路可以获■在每个开关周期中必须对变绕组。

■在开关接通阶段存储在初级6、Two-Transistor Fo 特点■两个开关同时工作。

■开关断开时，存储在变压器■主要优点：■每个开关上的电压永远不会■无需对绕组磁道复位。

此培训资料来源于德州仪器（TI）和中国电源学会（世纪电源网）合作举办的“TI 现场培训”课程，世纪电源网同意在 TI 网站上分享这些文档。

第二单元基本DC-DC变换器1.Buck变换器2.Boost变换器3.Buckboost变换器4.基本变换器总结12何为基本DC-DC 功率变换器？gV gI oI oV ont sT son T t d =由上图可知，当输入和输出不需要隔离时，一个最基本的DC-DC 功率变换器，其组成只能有也必须有下列四个元器件，它们分别是：有源开关（一般为MOSFET ），无源开关（一般为二极管），滤波电感和滤波电容。

到目前为止，最基本的DC-DC 功率变换器共有3个，它们分别是Buck （降压式）变换器，Boost （升压式）变换器和Buckboost （升降式）变换器。

为了方便推导DC-DC 功率变换器的稳态关系，在介绍具体的基本DC-DC 功率变换器之前，先介绍一种获得PWM DC-DC 功率变换器在CCM 下的稳态关系的简单方法----电感电压的伏秒平衡定律。

3电感电压的伏秒平衡定律对于已工作在稳态的DC-DC 功率变换器，有源开关导通时加在滤波电感上的正向伏秒一定等于有源开关截止时加在电感上的反向伏秒。

)(t V L )(t I LI gsV onT sT sonT T D =)(t V L 1L V 2L V )(t I L 1L I D 2L I D 1t D 2t D ttt因为：111)(t i L dt t dI LV L L L D D ==onT t ££02222)(t i L dt t dI L V L L L D D ==son T t T ££由于：01>L V 02<L V 所以：，，0111>D ´=D Lt V i L L 0222<D ´=D Lt V i L L 稳态时，必有：21L L i i D -=D 否则的话，电感电流会朝一个方向增加而使电感饱和，并致电路工作不正常。

三电平移相全桥拓扑-概述说明以及解释1. 引言1.1 概述随着电力系统的不断发展和电子技术的快速进步，电力变换和传输技术也在不断更新和改变。

在现代电力系统中，为了满足能源转换和传输的高效性和可靠性要求，采用了多种不同的拓扑结构。

其中，三电平移相全桥拓扑是一种重要且常用的拓扑结构。

三电平移相全桥拓扑是一种用于电力变换的拓扑结构，其设计旨在提高能源转换的效率和可靠性。

它是由三个电平移相全桥电路组成，每个电路中包含有多个功率开关器件和能量存储元件。

通过合理控制这些功率开关器件的开关状态，三电平移相全桥可以实现对输入电源的变换和控制，进而将能量传输到所需的负载上。

与传统的单电平全桥拓扑相比，三电平移相全桥拓扑具有许多优势。

首先，它可以提供更高的功率密度和更低的电压应力，减小了功率开关器件的损耗和热度。

其次，三电平移相全桥拓扑可以降低电磁干扰和谐波失真，提高电力系统的稳定性和可靠性。

此外，借助现代功率电子器件的快速开关特性，它还能够实现高频谐振和轻负载工作，进一步提高了系统的效率和性能。

在本文中，我们将深入探讨三电平移相全桥拓扑的关键原理和工作机制。

我们将介绍其基本结构和工作模式，并重点讨论其优点和在电力系统中的应用。

此外，我们还将讨论相关的控制策略和技术，以及三电平移相全桥拓扑的未来发展方向。

通过对这些内容的全面分析和研究，我们可以更好地理解三电平移相全桥拓扑在电力变换和传输中的重要性和价值，为电力系统的设计和优化提供参考和指导。

1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：文章结构是指整篇文章的组织和布局方式，为读者提供了一个清晰的阅读指南。

本文将按照以下结构组织：1. 引言：介绍三电平移相全桥拓扑的背景和重要性，并概述本文的主要内容。

2. 正文：深入讲解三电平移相全桥拓扑的相关要点，包括以下内容：2.1 三电平移相全桥拓扑要点1：详细介绍该拓扑结构的原理、特点和工作原理。

包括对拓扑结构中的各个组成部分（如IGBT、二极管等）的功能和作用进行阐述。

DCDC变换器拓扑结构分析⼀、正激变换电路由于正激DC/DC变换器具有电路拓扑简单，输⼈输出电⽓隔离，电压升、降范围宽，易于多路输出等优点，因此被⼴泛应⽤于中⼩功率电源变换场合。

然⽽，正激变换器的⼀个固有缺点是需要附加电路实现变压器磁复位。

采⽤磁复位绕组正激变换器川的优点是技术成熟可靠，磁化能量⽆损地回馈到直流电⽹中去。

但附加的磁复位绕组使变压器结构复杂化，变压器漏感引起的关断电压尖峰需要RC缓冲电路来抑制，占空⽐d<0.5，功率开关承受的电压应⼒与输⼈电源电压成正⽐。

RCD钳拉正激变换器图的优点是磁复位电路简单，占空⽐d可以⼤于0.5，功率开关承受电压应⼒较低此电路只是在原有的双管正激电路上添加了2个Lr、Cr谐振⽹络实现软开关。

图4中,L2为缓冲电感,Lm为变压器的励磁电感,C1和C2分别是开关管VS1和VS2的寄⽣电容。

电路拓扑在1个开关周期中可分为7个时间段描述。

下⾯将对每个时间段分别描述。

先假定在t0时刻之前,VS1和VS2关断,谐振电感Lr上的电流iLr为0,电容Cr上的电压UCr为-Uin,VD5关断,VD6正在续流。

为了使分析过程简化,在对电路分析之前,作如下⼏点假设:滤波电感L1⾜够⼤,在1个开关周期中可近似⽤恒流源I0等效代替;变压器漏感远⼩于励磁电感,在电路分析中忽略漏感的影响。

⼀个开关周期中电路的主要电量波形：1 t0~t1时间段在t0时刻,主功率开关管VS1和VS2同时导通,由于电感L2的作⽤,电流上升缓慢,VS1和VS2可以看成ZCS(零电流)导通。

在这⼀阶段,Lr、Cr开始谐振,VD5和VD6开始电流交换。

Cr上的电压从-Uin向Uin变化,电感Lr上的电流也从零上升。

当续流⼆极管VD6上的电流为零并且阻断时,这⼀时间段结束(这个时间段很短)。

此时,原边电流上升到I0/N(N=N1/N2,N1为原边匝数,N2为副边匝数)。

2 t1~t2时间段在t1~t2时间段,Lr和Cr继续谐振。

开关电源中常见变换器主电路拓扑1.1 Buck变换器Buck变换器又称降压变换器，Buck型电路拓扑由有源开关(功率MOSFET)、续流二极管D(或由同步整流开关代替)、储能电感L、滤波电容C组成。

其电路如图1-1所示。

电感和输出电容组成一个低通滤波器，滤波后电压以很小的纹波呈现在输出端。

图1-1 Buck变换器拓扑结构1.2 Boost变换器Boost变器又称升压变换器，其电路如图1-2所示。

改变降压变换器中元件的位置就可把它变成升压变换器。

在升压变换器中，开关管导通时在电感中有斜波电流流过。

当开关管断开时，电感中的电流必须保持流动，电感上的电压改变极性，使二极管正向偏置，并释放能量到输出端和输出电容器。

图1-2 Boost变换器拓扑结构1.3 反激变换器反激变换器又称Flyback式变换器，其电路如图1-3所示。

由于反激变换器的电路拓扑结构简单，能提供多组直流输出和升降范围宽，因此广泛应用于中小功率变换场合。

其结构相当于在Boost变换器中，用一个变压器代替升压电感，即构成了反激式变换器。

图1-3 反激电路原理图V1213T111423131211109867451516R12C1R14VZ112R11C5C6VZ212R9R1C10R18R13C8VD312R15VD112R7C3N1MC33262VFB1Comp2Multi3CS 4Z c d5G N D6Dri 7Vcc 8R10R19VD212C7R6VCC Vpfc,inVpfc,out 当开关晶体管VS 被驱动脉冲激励而导通时，Vin 加在开关变压器T 的初级绕组L1上，此时次级绕组L2的极性使VD 处于反偏而截止，因此L2上没有电流流过，此时电感能量储存在L1中，当VS 截止时，L2上电压极性颠倒使VD 处于正偏，L2上有电流流过，在VS 导通期间储存在L1中的能量此时通过VD 向负载释放。

反激式变换器工作波形见图 1-4。

图1-4 反激式变换器工作波形2.PFC 电路PFC 的英文全称为Power Factor Correction ，意思是功率因数校正。

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。