1、精品文檔精品文檔開關電源電路拓撲結構的選擇2009-04-26 10:58:301分類：硬件設計-從頭開|標簽：|字號大中小 訂閱開關電源(直流變換器)的類型很多，從輸入輸出有無隔離角度，開關電源 主回路可以分為隔離式與非隔離式兩大類型。這兩種類型中又各自包含有不同的 電路拓撲種類。每種結構都有各自的特點，適用于不同的應用場合，下邊將對各 種開關電源拓撲結構簡要敘述和比較。1.非隔離式開關電源拓撲結構非隔離式電路是指輸入端與輸出端電氣相通，沒有隔離。非隔離式又可分串 聯式結構、并聯式結構和極性反轉式結構三種電路拓撲結構，這三種電路拓撲結 構有各自的特點，工作過程不一樣，應用場合也不一樣。(1)

2、串聯式結構特點和工作原理TUi圖3所示為串聯式結構，這種結構的特點是：在主回路中開關器件T與輸入 端、輸出端、電感器L、負載RL四者成串聯連接的關系。開關管 T交替工作于 導通/關斷兩種狀態，當開關管T導通時，輸入端電源通過開關管 T及電感器L 對負載供電，并同時對電感器L充電，當開關管T關斷時，電感器L中的反向 電動勢使續流二極管D自動導通，電感器L中儲存的能量通過續流二極管 D形 成的回路，對負載RL繼續供電，從而保證了負載端獲得。f;-I0 _圖3串聯式開關穩壓電路主回路串聯式結構中，輸出電壓與輸入電壓成線性關系，其表達式為 Vo e Vi X D， D為開關器件T的占空比，D越大輸出越

3、大，其最大值為 1，因此串聯式結構只能獲得 低于輸入電壓的輸出電壓，只適合于降壓式變換。(2) 并聯式結構特點和工作原理圖4所示為并聯式結構，并聯式結構與串聯式結構有相同的組成部分，只是他們的位置被重新布置了一下。這種結構的特點是 ：在主回路中開關器件T與輸 出端負載成并聯連接的關系。開關管 T交替工作于導通/關斷兩種狀態，當開關 管T導通時，輸入端電源通過開關管T對電感器L充電，同時續流二極管D關斷, 負載RL靠電容器存儲的電能供電；當開關管 T關斷時，續流二極管D導通，輸 入端電源電壓與電感器L中的自感電動勢正向疊加后，通過續流二極管D對負載 RL供電，并同時對電容器C充電。'&#

4、39;L '因(C言RL 1DUiUo圖4并聯式開關穩壓電路主回路+由此可見，并聯式結構中，可以獲得高于輸入電壓的輸出電壓， 因此為升壓 式變換，適合于輸出電壓高于輸入電壓的場合，并且為了獲得連續的負載電流， 并聯結構比串聯結果對輸出濾波電容 C的容量有更高的要求。（3）極性反轉型變換器結構圖5所示為極性反轉變換器結構，輸出電壓與輸入電壓的極性相反。電路的 基本結構特征是：在主回路中，相對于輸入端而言，電感器L與負載成并聯。Uli-TLUo圖5極性反轉開關電源主回路開關管T交替工作于導通/關斷兩種狀態，工作過程與并聯式結構相似，當 開關管T導通時，輸入端電源通過開關管 T對電感器L充電

5、，同時續流二極管D 關斷，負載RL靠電容器存儲的電能供電；當開關管 T關斷時，續流二極管D導 通，電感器L中的自感電動勢通過續流二極管 D對負載RL供電，并同時對電容 器C充電；由于續流二極管D的反向極性，使輸出端獲得相反極性的電壓輸出。2 隔離式開關電源拓撲結構隔離式是指輸入端與輸出端電氣不相通，通過脈沖變壓器的磁耦合方式傳遞能量， 輸入輸出完全電氣隔離。隔離式又可分為以下幾種拓撲結構：（1）單端反激式開關電源電路中所謂的單端是指變換器的磁芯僅工作在磁滯回線的一側。所謂的反激是指當功率調整管T導通時，變壓器N在初級繞組中儲存能量；當功 率調整管T截止時，變壓器N通過次級繞組向負載傳遞能量。即

6、原/副邊交錯通 斷。這樣可以避免變壓器磁能被積累的問題， 但是由于變壓器存在漏感，將在原 邊形成電壓尖峰，可能擊穿調整管 T,因此需要設置RCD緩沖電路。UfUoo-圖6單端反激式開關電源主回路（2）單端正激式從電路原理圖上看，正激式與反激式很相似，表面上只是變壓器同名端的區 別，但工作過程不同。當T導通時，變壓器N的初級和次級繞組同時導通，向 負載傳送能量，濾波電感L儲存能量；當T截止時，電感L通過二極管D1繼續向負載釋放能量。+ Or-_|_N OK.pm-IIUiD3 2-O應N1：一D2；:C =RLp Uo圖7單端正激式開關電源主回路該電路的最大問題是：功率管T交替工作于通/斷兩種狀

7、態，當功率管關斷 時，脈沖變壓器處于空載”狀態，其中儲存的磁能將被積累到下一個周期，直至 電感器飽和，可能會使功率調整管燒毀。（3）推挽式這種電路結構的特點是：變壓器原邊是兩個對稱線圈，兩只功率調整管接成 對稱關系，輪流通斷，工作過程類似于線性放大電路中的乙類推挽功率放大器。UiiD1N1C寧RLUo圖8推挽式開關電源主回路該電路的主要缺點是：電路結構相對復雜，成本較高，變壓器繞組利用 率低，對功率管的耐壓要求比較高。(4) 半橋式電路的結構類似于全橋式，只是把其中的兩只調整管換成了兩只等值的大電容C1、C2。工作過程: T1和T2交替導通，使變壓器一次側形成幅值為 Ui/2的交流電壓，改變P

8、WM的占空比就可以改變輸出電壓。:iD2D1圖9半橋式開關電源主回路(5) 全橋式這種電路結構的特點是：由四只相同的調整管接成電橋結構驅動變壓器的原邊。工作過程：互為對角的兩個功率管同時導通，同一側上的兩功率管交替導通,使變壓器一次側形成幅值為Ui/2的交流電壓，改變PWM占空比就可以改變輸出電壓。圖10全橋式開關電源主回路該電路使用的功率管數量多，且要求參數一致性好，驅動電路復雜，實現同步比較困難。這種電路結構通常使用在 1KW以上超大功率開關電源電路中。3.開關電源各種拓撲結構的比較拓撲功率范圍(W)Vin(dc)范圍(V)輸入輸岀隔離典型效率()相對成本Buck0-10005-40無701.0Boost0-1505-40無801.0Buck-