02 、开关电源基本拓扑结构

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。

开关电源拓扑结构回顾Lloyd H·Dixon Jr前言本文回顾了在开关电源中常用的三种基本电路系列即降压变换电路、升压变换电路和反激（或升降压）电路的特性，这三种电路均可以工作于电感断流或续流模式下。

工作方式的选择对整体电路特性有很大的影响。

所使用的控制方式也能有助于减少与拓扑和工作模式相关的问题。

三种以恒频率工作的控制方法包括：直接占空比控制、电压前馈、和电流模式（双环）控制。

本文还论述了三个基本电路的一些扩展，以及每种拓扑、工作模式、组合控制方法的相对优点。

一、三种基本拓扑结构：三种基本的拓扑结构降压式，升压式，反激式如图1所示。

串联式变换器（CUK）是反激式拓扑的倒置（不宜翻译为逆变，因其意思为DC－AC的变换），不作论述。

这三种不同的开关电路使用了三种相同的元件：电感，晶体管（晶体管包括三极管及MOSFET）和二极管，但是使用了不同的安放方式，（输出电容是滤波元件，不是开关电路的一部分）。

理论上，还有另外三种由这三种元件组成的T型结构的电路，但这三种是前面三种电路的简单镜像和在相反方向的耦合能量。

有一条在任何运行模式和控制方式下都适用于上述三种电路拓扑的原则：在稳态运行下，在每个开关周期内，电感两端的平均电压必须为零，否则平均感应电流将会改变，违反稳态前提。

三种基本电路系列的每一个在输入和输出电压、电流、占空比之间都有一个确定的关系。

例如：降压调整器的功能是使输出电压V0小于输入电压Vin，并和它Vin 有相同的极性。

升压电路的作用是使V大于Vin，并且有相同的极性。

反激拓扑电路的作用是使V0既可大于也可小于Vin，但是两者极性相反。

二、断流工作模式：在电感电流断续方式下，或者说“断流模式”下，降压、升压和反激电路的动作方式是相似的，电感电流在每个开关周期的最后部分期间为零（因此不连续）。

在每个周期的开始部分，感应电流从零增加，从输入端得到储存能量。

在周期的第二部分，所有储存的能量通过负载泄放，从输入端汲取能量到输出端。

常用的开关电源拓扑结构-基础电子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。

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。

它的电路图如下：上面提到的Buck和Boost电路，都是输出与输入共地，在电路上没有隔离。

采用变压器后，输出与输入电气隔离，可以多路输出。

而反激变换器是隔离变换器中简单的一种。

它分为两种工作模式，断续模式反激变换器和连续模式反激变换器。

开关电源拓扑结构全解！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。

开关电源的拓扑结构，常见拓扑大约有14种，每种都有自身的特点和适用场合。

选择原则是要看是大功率还是小功率，高压输出还是低压输出，以及是否要求器件尽量少等。

因此，要恰当选择拓扑，熟悉各种不同拓扑的优缺点及适用范围是非常重要的。

错误的选择会使电源设计一开始就注定失败。

下面为大家整理汇总了开关电源20种基本拓扑，帮助系统掌握每种电路结构的工作原理与基本特性。

一、20种开关电源拓扑对比常见的基本拓扑结构：■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■SEPIC■C’uk二、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：三、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)■输出电流平滑四、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)五、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。

开关电源常用拓扑结构图文解释第一篇：开关电源常用拓扑结构图文解释开关电源常用拓扑结构开关变换器的拓扑结构是指能用于转换、控制和调节输入电压的功率开关器件和储能器件的不同配置。

开关变换器的拓扑结构可以分为两种基本类型：非隔离型和隔离型。

变换器拓扑结构是根据系统造价、性能指标和输入/输出负载特性等因素选定。

1、非隔离型开关变换器一，Buck变换器，也称降压变换器，其输入和输出电压极性相同，输出电压总小于输入电压，数量关系为：其中Uo为输出电压，Ui为输入电压，ton为开关管一周期内的导通时间，T为开关管的导通周期。

降压变换器的电路模式如图2所示。

工作原理是：在开关管VT导通时，输入电源通过L平波和C滤波后向负载端提供电流；当VT关断后，L通过二极管续流，保持负载电流连续。

二，Boost变换器，也称升压变换器，其输入和输出电压极性相同，输出电压总大于输入电压，数量关系为：。

升压变换器的电路模式如图3所示。

工作原理是：在VT导通时，电流通过L平波，输入电源对L充电。

当VT关断时，电感L及电源向负载放电，输出电压将是输入电压加上输入电源电压，因而有升压作用。

三，Buck-Boost变换器，也称升降压变换器，其输入输出电压极性相反，既可升压又可降压，数量关系为：。

升降压变换器的电路模式如图4所示。

工作原理是：在开关管VT导通时，电流流过电感L，L储存能量。

在VT关断时，电感向负载放电，同时向电容充电。

四，Cuk变换器，也称串联变换器，其输入输出电压极性相反，既可升压又可降压，数量关系为：。

Cuk变换器的电路模式如图5所示。

工作原理是：在开关管VT 导通时，二极管VD反偏截止，这时电感L1储能；C1的放电电流使L2储能，并向负载供电。

在VT关断时，VD正偏导通，这时输入电源和L1向C1充电；同时L2的释能电流将维持负载电流。

2、隔离型开关电源变换器一，推挽型变换器，其变换电路模型如图6所示。

工作过程为：VT1和VT2轮流导通，这样将在二次侧产生交变的脉动电流，经过VD1和VD2全波整流转换为直流信号，再经L、C滤波，送给负载。

开关电源的拓扑结构开关电源的拓扑结构是指功率变换电路的结构，也就是DC/DC变换器的结构。

拓扑结构不同，与之配套的PWM控制器类型和输出整流/滤波电路也有差异。

拓扑结构也基本决定了开关电源的工作原理及输出特性。

本章将对开关电源常用的拓扑结构及工作原理进行详细介绍，以便读者在设计、制作开关电源时选用。

第一节降压式变换器降压式变换器亦称Buck变换器，是最常用的DC/DC变换器之一。

降压式DC/DC变换器能将一种直流电压变换成更低的直流电压。

例如它可将+24V电源变换成+15V、+12V或+5V 电源，并且在变换过程中的电源损耗很小，在分布式电源系统中经常会用到。

1、降压式DC/DC变换器的拓扑结构降压式DC/DC变换器的拓扑结构如图2-1-1所示。

图中的开关S用来等效功率开关管，U1为直流输入电压，U o为直流输出电压，VD为续流二极管，L为输出滤波电感(也称储电感)，C为输出滤波电容。

当S闭合时除向负载供电之外，还有一部分电能储存于电感L和电容C 中，L上的电压为U L，其极性是左端为正、右端为负，此时续流二极管VD截止。

当S断开时，L上产生极性为左端负、右端正的反向电动势，使得VD导通，L中的电能继续传送给负载和电容C。

降压式DC/DC变换器在功率开关管导通时向负载传输能量，属于正激式DC/DC 变换器。

图2-1-1 降压式DC/DC变换器的拓扑结构2、降压式DC/DC变换器的工作原理降压式DC/DC变换器可用一只NPN型功率开关管VT（或N沟道功率场效应管MOSFET）作为开关器件S，在脉宽调制(PWM)信号的控制下，使输入电压交替地接通、断开储能电感L。

降压式变换器的简化电路如图2-1-2(a)所示，脉宽调制信号控制功率开关管VT的导通与截止。

图2-1-2(b)、(c)显示出了开关闭合、断开时的电流路径。

图2-1-2 降压式DC/DC变换器的工作原理简化电路；(b)开关闭合时的电流路径；(c)开关断开时的电流路径当开关闭合时续流二极管VD截止，由于输入电压U1与储能电感L接通，因此输入---输出压差(U1---U o)就加在电感L上，使通过L的电流I L线性地增加。

开关电源的基本拓扑电路开关电源是一种将交流电转换为稳定直流电的电源装置，广泛应用于各个领域中。

而开关电源的基本拓扑电路则是指由电源输入端、开关器件、变压器、整流滤波电路和稳压电路组成的电路结构。

本文将围绕这五个主要组成部分，详细介绍开关电源的基本拓扑电路。

1. 电源输入端电源输入端是开关电源的起始点，通常接受交流电源输入。

在实际应用中，交流电源的电压和频率可能会有所不同，因此需要通过变压器对输入电压进行调整。

同时，为了保护开关电源和用户设备的安全，还需加入过压保护电路、过流保护电路等。

2. 开关器件开关器件是开关电源的核心组成部分，主要有晶体管、MOSFET、IGBT等。

开关器件通过开关操作，将输入交流电转换为高频脉冲信号，然后通过变压器进行电压变换。

3. 变压器变压器在开关电源中起到电压变换和隔离的作用。

开关器件产生的高频脉冲信号经过变压器的变压作用，使得输出端获得所需的稳定直流电压。

同时，变压器的隔离功能可以保护用户设备和用户的人身安全，防止电源输入端的干扰传递到输出端。

4. 整流滤波电路整流滤波电路是为了将变压器输出的高频脉冲信号转换为稳定的直流电压。

整流电路通常采用二极管或整流桥等器件，将交流电转换为半波或全波整流信号。

然后通过滤波电容器对整流信号进行滤波，去除残余的交流成分，得到稳定的直流输出。

5. 稳压电路稳压电路用于保持输出电压的稳定性，确保输出电压在负载变化和输入电压波动的情况下保持不变。

常见的稳压电路有线性稳压和开关稳压两种。

线性稳压电路通过调节器件的导通和截止来调整输出电压。

而开关稳压电路通过开关器件进行开关操作，通过调整开关频率和占空比来实现稳定输出。

总结起来，开关电源的基本拓扑电路包括电源输入端、开关器件、变压器、整流滤波电路和稳压电路。

这五个部分相互协作，完成了从交流电源到稳定直流电的转换过程。

开关电源具有体积小、效率高、稳定性好等特点，在各个领域中得到广泛应用。

开关电源拓扑结构回顾Lloyd H·Dixon Jr摘要本文回顾了在开关电源中常用的三种电路结构即降压变换电路、升压变换电路和逆向变换电路的特性，这三种电路均可以在断续的感应电流或者连续的感应电流模式下使用。

运行方式的选择对整体电路特性有很大的影响。

所使用的控制方式也能有助于将与任何拓扑结构和运行方式相联系的问题减到最少。

三种以固定频率运行的控制方法包括：直接占空比控制、电压前馈、和电流模式（两个环路）控制。

本文还论述了三个基本电路的一些扩展，利用每个拓扑电路的相对优点—运行方式—控制方法组合。

一、三种基本拓扑结构：三种基本的拓扑结构如图1所示：降压式，升压式，反激式。

串联式变换器（CUK）是反激式拓扑的逆变，不作论述。

这三种不同的开关电路使用了三种相同的元件：电感，三极管，和二极管，但是使用了不同的安放方式，（输出电容是滤波元件，不是开关电路的一部分）。

理论上，还有另外三种由这三种元件组成的T型结构的电路，但这三种是前面三种电路的简单镜像和在相反方向的耦合能量。

有一条在任何运行模式和控制方式下都适用于上述三种电路拓扑的原则：在稳态运行下，在每个开关周期内，电感两端的平均电压必须为零，否则平均感应电流将会改变，违反稳态前提。

三种基本电路系列的每一个在输入和输出电压、电流、占空比之间都有一个独特的关系。

例如：降压调整器的功能是使输出电压V0小于输入电压V in，并和它V in有相同的极性。

升压电路的作用是使V0大于V in，并且有相同的极性。

反激拓扑电路的作用是使V0既不大于也不小于V in，但是两者极性必须相反。

二、断续操作方式：在断续的感应电流方式下，或者说“断续方式”下，降压、升压和反激电路的动作方式是相似的，感应电流在每个开关周期的最后部分期间为零（因此不连续）。

在每个周期的开始部分，感应电流从零增加，从输入端得到储存能量。

在周期的第二部分，所有储存的能量通过负载泄放，从输入端汲取能量到输出端。

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。