多路输出DC-DC主拓扑总结

摘要：首先阐述了三电平DC/DC变换器拓扑的推导过程，给出了6种非隔离三电平DC/DC变换器和5种隔离三电平DC/DC变换器拓扑结构；分析了三电平DC/DC变换器中，如何设计滤波电路的参数以提高其动态品质；最后以Buck三电平变换器和Buck Boost三电平变换器为例，分析了滑模控制在三电平DC/DC变换器中的应用前景。

关键词：三电平；DC/DC变换器；滑模控制1 引言J.Renes Pinheiro于1992年提出了零电压开关三电平DC/DC变换器[1]，该变换器的开关应力为输入直流电压的1/2，非常适合于输入电压高、输出功率大的应用场合。

因此，三电平DC/DC变换器引起了广泛关注，得到了长足发展。

目前，三电平技术在已有的DC/DC 变换器中，均得到了很好的应用。

部分三电平DC/DC变换器在降低开关应力的同时，还大大减小了滤波器的体积，提高了变换器的动态特性。

三电平技术的应用，充分体现了“采用有源控制的方式减小无源元件体积”的学术思想。

2 三电平DC/DC变换器拓扑的推导与发展2.1 三电平两种开关单元文献[2]分析了三电平DC/DC变换器的推导过程：用2只开关管串联代替1只开关管以降低电压应力，并引入1只箝位二极管和箝位电压源(它被均分为两个相等的电压源)确保2只开关管电压应力均衡。

电路中开关管的位置不同，其箝位电压源与箝位二极管的接法也不同。

文中提取出2个三电平开关单元如图1所示。

图1(a)中，箝位二极管的阳极与箝位电压源的中点相连，称之为阳极单元；图1(b)中，箝位二极管的阴极与箝位电压源的中点相连，称之为阴极单元。

2.2 六种非隔离三电平DC/DC变换器三电平DC/DC变换器的推导过程可以总结为以下三个步骤：一是将基本变换器的开关管替换为相互串联的2只开关管；二是寻找或构成箝位电压源；三是从箝位电压源的中点引入1只箝位二极管到相互串联的2只开关管的中点，箝位二极管的放置与2只开关管与箝位电压源联接的地方有关。

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。

六种基本DC/DC变换器拓扑，依次为buck,boost,buck-boost,cuk,zeta,sepic变换器半桥变换器也是双端变换器,以上是两种拓扑。

半桥开关管电压应力为输入电压.而且由于另外一个桥臂上的电容,具有抗偏磁能力,但是对于上面一种拓扑,通常还会加隔直电容来提高抗偏磁能力.但是如果采用峰值电流控制,要注意一个问题,就是有可能会导致电容安秒不平衡的问题.要需要其他方法来解决。

半桥变换器可以通过不对称控制来实现ZVS,也就是两个管子交替导通,一个占空比为D,另外一个就为1-D.就是所谓的不对称半桥,通常采用下面一种拓扑.对于不对称半桥可以采用峰值电流控制。

正激变换器绕组复位正激变换器LCD复位正激变换器RCD复位正激变换器有源钳位正激变换器双管正激吸收双正激有源钳位双正激原边钳位双正激软开关双正激推挽变换器无损吸收推挽变换器推挽变换器:推挽变换器是双端变换器.其实是两个正激变换器通过变压器耦合而来,基本推挽变换器好处是驱动不需隔离,变压器双端磁化,只要两个开关管.但是,变压器绕组利用率低,开关管电压应力为输入两倍,所以一般只适合低压输入的场合.而且有个问题就是会出现偏磁,所以要采用电流型控制等方法来避免.如果将两个双管正激同样耦合,可以构成四开关管的推挽变换器,也就是所谓的双双管正激.其管子电压应力下降为输入电压.其他等同.推挽正激是最近出现的一种新拓扑,通过一个电容来解决变换器漏感尖峰,偏磁等问题.在VRM中有应用.半桥变换器也是双端变换器,以上是两种拓扑.半桥开关管电压应力为输入电压.而且由于另外一个桥臂上的电容,具有抗偏磁能力,但是对于上面一种拓扑,通常还会加隔直电容来提高抗偏磁能力.但是如果采用峰值电流控制,要注意一个问题,就是有可能会导致电容安秒不平衡的问题.要需要其他方法来解决.半桥变换器可以通过不对称控制来实现ZVS,也就是两个管子交替导通,一个占空比为D,另外一个就为1-D.就是所谓的不对称半桥,通常采用下面一种拓扑.对于不对称半桥可以采用峰值电流控制.全桥变换器全桥变换器在大功率场合是最常用了,特别是移项ZVS和ZVZCS 接下去,会收集一些三电平变换器贴出来,在以后就给出boost族的隔离变换器....反激变换器.....正反激变换器......APFC.....PPFC.... 单级PFC.....谐振变换器等.....三电平变换器(three level converter)选了看起来比较舒服的两个拓扑,这些三电平是半桥演化而来,同样可以演化出多电平变换器,合适高压输入场合.而且可以通过全桥的移相控制方式实现软开关.。

隔离dcdc电源拓扑结构一、引言隔离DC-DC电源作为电子产品中不可或缺的组成部分，其主要功能是将输入电压转换为所需的输出电压，并且通过隔离器件实现输入输出间的电气隔离。

本文将介绍隔离DC-DC电源的拓扑结构。

二、非隔离式DC-DC电源非隔离式DC-DC电源是最简单的一种拓扑结构，其原理如下：通过一个开关管控制输入电压，使得输入电压在开关管导通期间充入能量存储元件（如电感），在开关管截止期间释放能量存储元件中的能量并将其转换为所需输出电压。

由于该结构没有使用隔离器件进行输入输出间的隔离，因此存在安全风险。

三、反激式DC-DC电源反激式DC-DC电源是一种基于变压器实现输入输出间隔离的拓扑结构，其原理如下：通过一个开关管控制输入端与变压器之间的连接，使得输入端充入能量存储元件（如电容），当开关管截止时，在变压器中产生高频交流磁场，通过磁耦合将能量传递到输出端，再通过输出端的整流电路转换为所需输出电压。

由于该结构使用了变压器进行输入输出间的隔离，因此能够有效降低安全风险。

四、正激式DC-DC电源正激式DC-DC电源是一种基于变压器实现输入输出间隔离的拓扑结构，其原理如下：通过一个开关管控制输入端与变压器之间的连接，使得输入端充入能量存储元件（如电感），当开关管导通时，在变压器中产生高频交流磁场，通过磁耦合将能量传递到输出端，再通过输出端的整流电路转换为所需输出电压。

由于该结构使用了变压器进行输入输出间的隔离，因此能够有效降低安全风险。

五、谐振式DC-DC电源谐振式DC-DC电源是一种基于谐振现象实现输入输出间隔离的拓扑结构，其原理如下：在开关管导通时，将能量存储元件中的能量传递到谐振网络中；在开关管截止时，利用谐振网络中形成的高频交流磁场将能量传递到输出端。

由于该结构使用了谐振网络进行输入输出间的隔离，因此能够有效降低安全风险。

六、总结本文简要介绍了隔离DC-DC电源的拓扑结构，包括非隔离式DC-DC电源、反激式DC-DC电源、正激式DC-DC电源和谐振式DC-DC电源。

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。

常见DC/DC变换器拓扑综述Sometimes电源网SIMPLY SMARTER™提要：1.非隔离变换器2.隔离变换器非隔离变换器拓扑•BUCK（降压）类型变换器•BOOST （升压）类型变换器•BUCK－BOOST （升降压）类型变换器BUCK（降压）类型变换器基本BUCK变换器基于耦合电感的BUCK变换器BUCK变换器的并联同步整流BUCK变换器吸收电路，来抑制尖峰。

可以采用直接并联，或者交错并联的方法。

多相交错并联可以减少输入输出电流纹波，更为常用。

并联还需要注意的就是均流问题。

改进的办法：二极管模拟技术BUCK（降压）类型变换器的应用1.通信，工业，消费类电子等降压场合，比如POL，VRM2.适配器前级的PFC电路3.LED的驱动•等等BOOST变换器的应用Boost变换器由于动态响应，保护等问题，在应用领域没有BUCK这么广泛。

但是可以用在一些升压的场合。

最为常见的是PFC应用，由于boost输入电流可以连续，结构简单，是PFC电路的主流拓扑这个拓扑，当终导通的时候，可作为间切换。

隔离变换器拓扑1.Flyback2.Forward3.Push Pull4.Half Bridge5.Full Bridge6.ZVS7. ResonantD2，D3也是用来钳位漏感尖峰，并不是用来复位。

原边的电容可以是一个或者两个，稳态时候是一样的，但是启动时候，略有差别。

3.不对称控制方式LLC半桥变换器现在比较流行的谐振变换器。

可以实现比较完全的软开关。

但是由于是变频控制，在适应宽电压输入，以及过流限流方面比较困难。

LLC全桥大功率谐振变换器其他事实上，DC/DC的拓扑还远不止如此，很多拓扑由于不是很常用，不为人熟知，比如CUK，ZETA，推挽正激，四开关推挽，隔离Boost拓扑群，不对称反激变换器，LCC谐振变换器，以及单级PFC，串并联组合拓扑等等。

DC-DC电源拓扑及其工作模式讲解一、DC-DC电源基本拓扑分类：开关电源的三种基本拓扑结构有Buck、Boost、Buck-boost（反极性Boost）。

如果电感连接到地，就构成了升降压变换器，如果电感连接到输入端，就构成了升压变换器。

如果电感连接到输出端，就构成了降压变换器。

基本拓扑图如下：1.Buck2.Boost3.Buck-Boost二、DC-DC复杂拓扑结构1.反激隔离电源（FlyBack）另外有些隔离电源拓扑就是通过基本拓扑增加变压器或者变化得到的，例如反激隔离电源（FlyBack）。

2.Buck+Boost拓扑本质是用一个降压“加上”一个升压，来实现升降压。

SEPIC拓扑：集成了Boost和Flyback拓扑结构3.Cuk、Sepic、Zeta拓扑通过基本拓扑直接组合，形成了三个有实用价值的拓扑结构：Cuk、Sepic、Zeta。

Cuk的本质是Boost变换器和Buck变换器串联，Sepic的本质是Boost和Buck-Boost串联，Zeta可以看成Buck和Buck-Boost串联。

但是里面有些细节按照电流的方向在演进的过程中调整了二极管的方向，两极串联拓扑节省了复用的器件。

通过这样串联和演进，产生了新的三个电源拓扑。

同时，如果我们把同步Buck拓扑串联同步Boost可以形成四开关Buck-Boost拓扑。

4.四开关Buck-Boost拓扑同时，如果我们把同步Buck拓扑串联同步Boost可以形成四开关Buck-Boost拓扑5.反激、正激、推挽拓扑的演进利用变压器代替电感，可以把Boost演进为一个新拓扑FlyBack即反激变换器（反激的公式来看又是很像Buck-Boost，这里变压器不同于电感，也有说法会说反激是Buck-Boost变过来的）。

可以把Buck电路的开关通过一个变压器进行能量传递，就形成正激变换器。

将两个正激变换器进行并联，可以形成推挽拓扑。

正激的变压器，是直接输送能量过去，而不是像反激变压器那样传递能量。

DC／DC电源变换器的拓扑类型0 引言本文的第一部分为“DC／DC电源变换器拓扑的分类”，第二部分是在参考美国TI公司资料的基础上撰写而成的，新增加了各种DC／DC电源变换器的主要特点及PWM控制器的典型产品，另外还按照目标对电路结构、波形参数和汁算公式中的物理量作了统一。

本文的特点足以表格形式归纳了常见DC／DC电源变换器的拓扑结构．这对电源专业的广大技术人员是一份不可多得的技术资料。

1 DC／DC电源变换器拓扑结构的分类DC／DC电源变换器的拓扑类型主要有以下13种：（1）Buck Converter降压式变换器；（2）Boost Conyerter升压式变换器；（3）Buck—Boost Converter降压/升压式变换器，含极性反转（Inverting）式变换器；（4）Cuk Converter升压，升压串联式变换器；（5）SEPIC（Single EndcdPdimary Inductor Converter）单端一次侧电感式变换器；（6）F1yback Converter反激式（亦称回扫式）变换器；（7）Forward Converter正激式变换器：（8）Double Switches Forward Converter双开关正激式变换器；（9）Active Clamp Forward Converter有源箝位（0）Half Bridge Converter半桥式变换器；（11）Full Bridge Converter全桥式变换器；（12）Push pull Convener推挽式变换器：（13）Phase Shift Switching ZVT（Phase Shift Switching Zero Voltage Transition）移相式零电压开关变换器。

2 常见DC／DC电源变换器的拓扑类型常见DC/DC电源变换器的拓扑类型见表1～表3所列。

表中给出不同的电路结构，同时也给出相应的电压及电流波形（设相关的电感电流为连续工作方式）。

dcdc变换拓扑DC-DC变换拓扑是一种常见的电力电子转换技术，用于将直流电压转换为不同电压级别的直流电压。

它在各种电子设备中广泛应用，如电源适配器、电动车辆、太阳能发电系统等。

本文将介绍DC-DC 变换拓扑的基本原理、常见的几种拓扑结构以及其特点和应用。

一、基本原理DC-DC变换拓扑的基本原理是利用电感和开关器件来实现电压的转换。

通过控制开关的通断，可以改变电路中电感和电容的充放电过程，从而实现对电压的升降。

在DC-DC变换拓扑中，通常使用MOSFET或IGBT等开关器件，通过PWM（脉宽调制）技术控制开关器件的导通和关断，以达到所需的电压转换效果。

二、常见的DC-DC变换拓扑结构1. 升压拓扑（Boost）：升压拓扑是将输入电压升高到输出电压的一种拓扑结构。

它的基本原理是在电路中串联一个电感和一个开关，通过控制开关的导通和关断，使得电感储能并将电能传递给负载。

升压拓扑常用于电源适配器、太阳能发电系统等需要输出高电压的应用。

2. 降压拓扑（Buck）：降压拓扑是将输入电压降低到输出电压的一种拓扑结构。

它的基本原理是在电路中并联一个电感和一个开关，通过控制开关的导通和关断，使得电感储能并将电能传递给负载。

降压拓扑常用于电动车辆、电子设备等需要输出低电压的应用。

3. 升降压拓扑（Buck-Boost）：升降压拓扑可以实现输入电压的升降转换。

它的基本原理是通过控制开关的导通和关断，使得电感储能并根据需要将电能传递给负载。

升降压拓扑常用于电动车辆、太阳能发电系统等需要输出可调电压的应用。

4. 反激拓扑（Flyback）：反激拓扑是一种常见的隔离型DC-DC变换拓扑。

它的基本原理是通过储能电感和开关器件的控制，将输入电压转换为输出电压。

反激拓扑具有隔离性能好、结构简单等特点，广泛应用于电源适配器、LED照明等领域。

三、DC-DC变换拓扑的特点和应用1. 高效性：DC-DC变换拓扑具有高转换效率的特点，可以将输入电压有效地转换为输出电压，减少能量的损耗。