開關電源常見拓撲結構開關電源常見拓撲結構1目錄開關電源拓撲結構綜述開關電源分類非隔離式拓撲舉例BUCKBOOSTBUCK-BOOST隔離式拓撲舉例正激式反激式

目錄開關電源拓撲結構綜述2開關電源拓撲結構綜述開關電源主要包括主回路和控制回路兩大部分主回路是指開關電源中功率電流流經的通路。主回路一般包含了開關電源中的開關器件、儲能器件、脈沖變壓器、濾波器、輸出整流器、等所有功率器件，以及供電輸入端和負載端。控制回路一般采用PWM控制方式，通過輸出信號和基準的比較來控制主回路中的開關器件開關電源拓撲結構綜述開關電源主要包括主回路和控制回路兩大部分3開關電源分類開關電源主回路可以分為隔離式與非隔離式兩大類型。非隔離——輸入端與輸出端電氣相通，沒有隔離。

1、串聯式結構是指在主回路中，相對于輸入端而言，開關器件與輸出端負載成并聯連接的關系。例如buck拓撲型開關電源就是屬于串聯式的開關電源

2、并聯式結構是指在主回路中，相對于輸入端而言，開關器件與輸出端負載成并聯連接的關系。例如boost拓撲型開關電源就是屬于串聯式的開關電源

3、極性反轉結構是指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。Buck-boost拓撲就是反極性開關電源開關電源分類開關電源主回路可以分為隔離式與非隔離式兩大類型。4隔離式電路的類型隔離——輸入端與輸出端電氣不相通，通過脈沖變壓器的磁偶合方式傳遞能量，輸入輸出完全電氣隔離單端——通過一只開關器件單向驅動脈沖變壓器；隔離室電路主要分為正激式和反激式兩種正激式：就是只有在開關管導通的時候，能量才通過變壓器或電感向負載釋放，當開關關閉的時候，就停止向負載釋放能量。目前屬于這種模式的開關電源有：串聯式開關電源，buck拓撲結構開關電源，激式變壓器開關電源、推免式、半橋式、全橋式都屬于正激式模式。

反激式：就是在開關管導通的時候存儲能量，只有在開關管關斷的時候釋放才向負載釋放能量。屬于這種模式的開關電源有：并聯式開關電源、boots、極性反轉型變換器、反激式變壓器開關電源。隔離式電路的類型隔離——輸入端與輸出端電氣不相通，通過脈沖變5非隔離式拓撲舉例BUCK拓撲BOOST拓撲BUCK-BOOST拓撲非隔離式拓撲舉例BUCK拓撲6BUCK降壓電路上圖是BUCK電路的經典模型。晶體管，二極管，電感，電容和負載構成了主回路，下方的控制回路一般采用PWM芯片控制占空比決定晶體管的通斷。BUCK電路的功能：把直流電壓Ui轉換成直流電壓Uo，實現降壓的目的BUCK降壓電路上圖是BUCK電路的經典模型。晶體管，二極管7BUCK電路的效率問題K閉合時，D3不導通，而當K斷開，由于N3的存在，當變壓器初級線圈的勵磁電流突然為0，D3導通，流過N3繞組中的電流正好接替原來勵磁電流的作用，同時對Ui充電，使變壓器鐵心中的磁感應強度由最大值Bm返回到剩磁所對應的磁感應強度Br位置在K關斷的時間內，二次側電壓U2基本平穩,(直到反激電流降為0)，向C和負載放電，輸出電流I2小于Io后，C也開始放電開關電源主要包括主回路和控制回路兩大部分CCM，DCM模式下的各點電壓DCM模式下的電壓增益比開關電源主要包括主回路和控制回路兩大部分在K關斷期間，IL線性下降，若周期結束即K導通瞬間IL不等于0，則IL呈現左側圖(c)中的波形，電流連續。所以M=D1/(1-D1)1、可以吸收當控制開關K關斷瞬間變壓器次級線圈產生的高壓反電動勢能量，防止整流二極管D1擊穿；同BUCK電路相似，也可以從電壓圖形中分析出BOOST電路臨界（BCM）的條件，即當IL的平均值就是輸出電流Is,ΔIL為IL在本周期內的最大變化值。5D1(1-D1)(1-D1)時，Io處在連續的狀態。當控制開關K由接通突然轉為關斷瞬間，流過變壓器初級線圈的電流i1突然為0，而磁通不能突變，因此，在K關斷的Toff期間，變壓器鐵心中的磁通主要由N2線圈回路中的電流來維持,N2中產生反激電流，流過D向電容C和負載R供電。因此，無論是從串聯分析還是通過具體電路分析都可以得出電壓增益比是由L上應用伏秒定理Ui*Ton=Uo*Toff此時D1+D2<1，又有IL在Ts內的平均值是Is,Is=Vs(D1+D2)D1Ts/2L=MIo.反激式：就是在開關管導通的時候存儲能量，只有在開關管關斷的時候釋放才向負載釋放能量。D1是K閉合，D導通的時間Ton占總周期Ts的比例，D2是K關斷，D截止的時間Toff占總周期Ts的比例2、在K關斷期間Toff，L將產生反電動勢，流過電流IL由反電動勢eL的正極流出，通過負載R，再經過續流二極管D，最后回到反電動勢eL的負極。BUCK拓撲的精簡模型上圖是簡化之后的BUCK電路主回路。下面分析輸出電壓的產生

1、K閉合后，D關斷，電流流經L，L是儲能濾波電感，它的作用是在K接通Ton期間限制大電流通過，防止輸入電壓Ui直接加到負載R上，對R進行電壓沖擊，同時把電感電流IL轉化成磁能進行能量存儲；與R并聯的C是儲能濾波電容，如此R兩端的電壓在Ton期間是穩定的直流電壓

2、在K關斷期間Toff，L將產生反電動勢，流過電流IL由反電動勢eL的正極流出，通過負載R，再經過續流二極管D，最后回到反電動勢eL的負極。由于C的儲能穩壓，Toff階段的輸出電壓Uo也是穩定的直流電壓

K閉合時，L兩端有壓降，意味著Uo<Ui,BUCK電路一定是降壓電路BUCK電路的效率問題BUCK拓撲的精簡模型上圖是簡化之后的8工作過程分析工作過程：1、當K導通時→IL線性增加，D1截止→此時IL和C向負載供電當IL＞Io時，IL向C充電也向負載供電

2、當K關斷時→L通過D1形成續流回路，

IL向C充電也向負載供電→當IL﹤Io時，L和C同時向負載供電。

若IL減小到0,則D關斷，只有C向負載供電工作過程分析工作過程：1、當K導通時→IL線性增加，D1截止9CCM,DCM由工作過程分析可以得知，IL可能會出現斷流的情況。通常我們把電流連續的模式稱為CCM模式，電流斷續的模式稱為DCM模式。當然也有兩者之間的臨界情況BCM模式下面就將按照以上三種模式對電路做具體的分析。注意：Uo,Io作為輸出電壓電流，均認為是穩定的直流量。CCM,DCM由工作過程分析可以得知，IL可能會出現斷流的情10開關電源主要包括主回路和控制回路兩大部分上圖是簡化之后的BUCK電路主回路。屬于這種模式的開關電源有：并聯式開關電源、boots、極性反轉型變換器、反激式變壓器開關電源。在K由閉合到斷開的瞬間，N2側產生了一定大小的反激電壓和電流，如果N2直接接在負載R上則會有一個非常大的脈沖。另一方面，流過N3繞組中的電流產生的磁場可以使變壓器的鐵心退磁，使變壓器鐵心中的磁場強度恢復到初始狀態。1、可以吸收當控制開關K關斷瞬間變壓器次級線圈產生的高壓反電動勢能量，防止整流二極管D1擊穿；在整流二極管D1兩端并聯一個高頻電容:在K關斷期間，IL線性下降，若周期結束即K導通瞬間IL不等于0，則IL呈現左側圖(c)中的波形，電流連續。上圖就是二次側電流臨界連續時，電壓U2,電容C兩端的電壓Uc的變化過程控制回路一般采用PWM控制方式，通過輸出信號和基準的比較來控制主回路中的開關器件2、在K關斷期間Toff，L將產生反電動勢，流過電流IL由反電動勢eL的正極流出，通過負載R，再經過續流二極管D，最后回到反電動勢eL的負極。開關電源主要包括主回路和控制回路兩大部分當K由接通轉為關斷的時候，為了保持勵磁不變，L也會產生反電動勢eL。1、當K導通時→IL線性增加，D1截止此時C向負載供電最終電壓增益比就是兩者增益比的乘積即屬于這種模式的開關電源有：并聯式開關電源、boots、極性反轉型變換器、反激式變壓器開關電源。開關電源主要包括主回路和控制回路兩大部分下面分析輸出電壓的產生N3兩端是反接到輸入Ui上，電壓為-Ui,其過程相當于向Ui充電，即磁能轉化為電能K斷開，由于N3繞組的磁復位和二次側的二極管D1斷流作用，二次側輸出相當于開路，相當于BUCK電路的開關器件關斷，如上方右圖所示BUCK-BOOST輸出的是一個反極性的電壓反激式變壓器開關電源，是指當變壓器的初級線圈正好被直流電壓激勵時，變壓器的次級線圈沒有向負載提供功率輸出，而僅在變壓器初級線圈的激勵電壓被關斷后才向負載提供功率輸出，這種變壓器開關電源稱為反激式開關電源。CCM，DCM模式下的各點電壓在K關斷期間，IL線性下降，若周期結束即K導通瞬間IL不等于0，則IL呈現左側圖(c)中的波形，電流連續。若K導通之前IL就已經降為0，IL就會呈現斷流的情形，為右側圖（c）的波形。開關電源主要包括主回路和控制回路兩大部分CCM，DCM模式下11臨界情況下的電路各點波形從電路結構可以看出IL的平均值就是輸出電流Io,ΔIL為IL在本周期內的最大變化值。觀察上圖的波形可以發現，當電流剛好處在臨界狀態時，0.5ΔIL=Io，分析化簡之后可以等效為τ=（1-D1）/2，τ=L/RTs0.5ΔIL<Io時，即τ>（1-D1）/2

，Io處在連續的狀態。0.5ΔIL>Io時，即τ<（1-D1）/2

，Io則會出現斷流的情況。臨界情況下的電路各點波形從電路結構可以看出IL的平均值就是輸12電壓增益比M(CCM)電流連續時τ>L/RTs，

，（通常定義D1為K導通D關斷的時段0到T1占Ts的比例，D2為K關斷D導通的時段T1到T2占Ts的比例）此時D1+D2=1。

1式2式相等，可以得到M=Vo/Vs=D1,由此處可知BUCK電路是一種降壓電路，輸出小于輸入電壓增益比M(CCM)電流連續時τ>L/RTs，13電壓增益比M（DCM）Τ<L/RTs,同CCM模式相似，同樣可以由1式2式相等，得到M=Vo/Vs=D1/(D1+D2)，此時D1+D2<1。又有Io是IL在Ts內的平均值，即IL等腰三角形面積在Ts時間內的平均值，并且等于Vo/R.固有Io=[0.5(D1+D2)Ts(Vs-Vo)D1Ts/L]/Ts=Vo/R,兩式聯合可以解得,

電壓增益比M（DCM）Τ<L/RTs,同CCM模式相似，同樣14臨界情況下，M的計算用以上兩種模式下任一種都可以，這里就不做分析了。

電流連續與否是由0.5ΔIL和Io的大小關系決定的,調節占空比D1或負載，有可能使工作模式在CCM和DCM模式之間發生轉換。CCM模式下，電壓增益M就是占空比D1，DCM模式下，電壓增益M和占空比D1則呈現非線性關系。總體上來看，隨著D1的增大M值會增加。臨界情況下，M的計算用以上兩種模式下任一種都可以，這里就不做15BUCK電路的效率問題一般而言，BUCK電路的損耗可以分為導通狀態下的直流損耗和導通過程中的交流損耗。其中直流損耗主要是指晶體管T和二極管D在直流導通情況下，自身壓降同流過電流的壓降交流損耗則主要集中在開關管T上（不考慮二極管因為其通斷時間很短）。通常在開斷過程中，T上的電流電壓升降是需要時間的，若電流電壓同時上升下降并同時結束則交流損耗最小，若電流變化結束電壓才開始變化，則整個開斷時間最長損耗最大，效率也最低。經過計算可得：E=1/（Po+Pdc+Pac）=Vo/(Vo+1+KVsIoTn/Ts),K是個變值BUCK電路的效率問題一般而言，BUCK電路的損耗可以分為導16BOOST拓撲穩定電壓輸出的形成：當K接通時，Ui開始對L充電，流過L的電流iL開始增加，同時電流在L中也要產生反電動勢eL，C向R放電，形成穩定電壓Uo當K由接通轉為關斷的時候，為了保持勵磁不變，L也會產生反電動勢eL。eL反電動勢的方向與開關K關斷前的方向相反，但與電流的方向相同,在控制開關K兩端的輸出電壓uo等于輸入電壓Ui與反電動勢eL之和。在開關關斷Toff期間，K關斷，L把電流iLm轉化成反電動勢，與輸入電壓Ui串聯迭加，通過整流二極管D繼續向負載R提供能量，R兩端形成穩定電壓輸出Uo=Ui+ElBOOST輸出電壓高于輸入，是一個升壓電路BOOST拓撲穩定電壓輸出的形成：17工作過程分析工作過程：1、當K導通時→IL線性增加，D截止此時C向負載供電2、當K關斷時→Ul和Ui串聯，以高于Uo的電壓向C充電同時向負載供電，此時D導通,IL逐漸減小若IL減小到0，則D截止，只有C向負載供電工作過程分析工作過程：18CCM和DCM模式下的各點電壓由上可知BOOST電路也會出現電感電流斷續的情況，即也有CCM和DCM兩種模式，各點電壓分別如左右所示在DCM模式下若IL值逐漸減小到Io，則C和L同時向負載放電，若IL值繼續減小直至0，則D關斷，只有C向負載放電，直到下次周期開始CCM和DCM模式下的各點電壓由上可知BOOST電路也會出現19電感電流連續的臨界條件同BUCK電路相似，也可以從電壓圖形中分析出BOOST電路臨界（BCM）的條件，即當IL的平均值就是輸出電流Is,ΔIL為IL在本周期內的最大變化值。觀察上圖的波形可以發現，當電流剛好處在臨界狀態時，0.5ΔIL=Io，分析化簡之后可以等效為，τ=0.5D1(1-D1)(1-D1)τ=L/RTsτ>0.5D1(1-D1)(1-D1)時，Io處在連續的狀態。Τ<0.5D1(1-D1)(1-D1)時，Io則會出現斷流的情況。電感電流連續的臨界條件同BUCK電路相似，也可以從電壓圖形中20CCM模式下的電壓增益τ>0.5D1(1-D1)(1-D1)時，IL連續,IL的上升部分為ΔIL1=ViD1Ts/L,IL的下降部分為ΔIL2=-（Vo-Vi）D2Ts/L，D1是K閉合，D導通的時間Ton占總周期Ts的比例，D2是K關斷，D截止的時間Toff占總周期Ts的比例由以上兩式相等可以得到電壓增益M=Vo/Vi=1/(1-D1)，此時D1+D2=1由此處可知BOOST電路是一種升壓電路，輸入小于輸出CCM模式下的電壓增益τ>0.5D1(1-D1)(1-D1)21因此，無論是從串聯分析還是通過具體電路分析都可以得出電壓增益比是Ui是開關電源的輸入電壓，T是開關變壓器，K是控制開關，C是儲能濾波電容，R是負載電阻，二極管D起到的是反向阻流的作用為了防止在K關斷瞬間產生反電動勢擊穿開關器件，在開關電源變壓器中增加一個反電動勢能量吸收反饋線圈N3繞組以及一個削反峰二極管D3。首先說明一個基本原理，流過正激式變壓器的電流與流過電感線圈的電流不同，流過正激式開關電源變壓器中的電流有突變，而流過電感線圈的電流不能突變。控制回路一般采用PWM控制方式，通過輸出信號和基準的比較來控制主回路中的開關器件最終電壓增益比就是兩者增益比的乘積即隔離室電路主要分為正激式和反激式兩種同BUCK電路相似，也可以從電壓圖形中分析出BOOST電路臨界（BCM）的條件，即當IL的平均值就是輸出電流Is,ΔIL為IL在本周期內的最大變化值。又有Io是IL在Ts內的平均值，即IL等腰三角形面積在Ts時間內的平均值，并且等于Vo/R.從上面的分析可以看到BUCK-BOOST電路L上的電流可能會斷續，也會出現CCM,DCM,BCM三種工作模式，下圖就是三種模式下的信號波形圖，依次是BCM,DCM,CCM由圖形關系可以看出，當τ>0.首先說明一個基本原理，流過正激式變壓器的電流與流過電感線圈的電流不同，流過正激式開關電源變壓器中的電流有突變，而流過電感線圈的電流不能突變。K閉合時，D3不導通，而當K斷開，由于N3的存在，當變壓器初級線圈的勵磁電流突然為0，D3導通，流過N3繞組中的電流正好接替原來勵磁電流的作用，同時對Ui充電，使變壓器鐵心中的磁感應強度由最大值Bm返回到剩磁所對應的磁感應強度Br位置2、在K關斷期間Toff，L將產生反電動勢，流過電流IL由反電動勢eL的正極流出，通過負載R，再經過續流二極管D，最后回到反電動勢eL的負極。上圖是簡化之后的BUCK電路主回路。在K接通期間，變壓器鐵芯被i1磁化；M=Uo/Ui=nD1/(1-D1)1、可以吸收當控制開關K關斷瞬間變壓器次級線圈產生的高壓反電動勢能量，防止整流二極管D1擊穿；Τ<L/RTs,同CCM模式相似，同樣可以由1式2式相等，得到M=Vo/Vs=D1/(D1+D2)，此時D1+D2<1。晶體管，二極管，電感，電容和負載構成了主回路，下方的控制回路一般采用PWM芯片控制占空比決定晶體管的通斷。在開關關斷Toff期間，K關斷，L把電流iLm轉化成反電動勢，與輸入電壓Ui串聯迭加，通過整流二極管D繼續向負載R提供能量，R兩端形成穩定電壓輸出Uo=Ui+El最終電壓增益比就是兩者增益比的乘積即DCM模式下的電壓增益比τ <0.5D1(1-D1)(1-D1)時，IL不連續,同樣利用IL的上升部分同下降部分相等可以得到電壓增益M=（D1+D2）/D2此時D1+D2<1，又有IL在Ts內的平均值是Is,Is=Vs(D1+D2)D1Ts/2L=MIo.從以上兩式可以得到τ=L/RTs因此，無論是從串聯分析還是通過具體電路分析都可以得出電壓增益22電壓增益比M分析電路的工作模式是由τ=L/RTs同D1代數關系式0.5D1(1-D1)(1-D1)相對大小決定的，兩者的關系見右上圖。由圖形關系可以看出，當τ>0.074時，無論D1如何變化都工作在連續區域。當τ<0.074時，D1在某一區間內不連續狀態，除此為連續狀態CCM和DCM模式下的增益比M同D1的關系見右下圖電壓增益比M分析電路的工作模式是由τ=L/RTs同D1代數關23供能模式問題下面談一談BOOST電路的供能模式問題，當K閉合的時候，是由C向負載供電的，而當K打開時，情況就比較復雜了，可以分為CISM完全電感供能模式和IISM不完全電感供能模式當電路在DCM下，K打開一定不是完全由電感供能，即IISM.當IL小于Io時，L和C同時向R供電，當IL斷流為0時，更是只由C向R供電供能模式問題下面談一談BOOST電路的供能模式問題，當K閉合24CCM模式下的供能在CCM模式下，情況則比較復雜，若Io小于IL的最小值，則K斷開之后，L始終是向C和R同時供電，即處于CISM狀態下若Io大于IL的最小值，即與IL有交點，則當IL下降到Io以下，C開始放電，L和C同時向R供能。核心在于IL和Io大小關系CCM模式下的供能在CCM模式下，情況則比較復雜，若Io小于25BUCK-BOOST拓撲上圖是BUCK-BOOST拓撲的精簡模型輸出電壓的產生：當K接通的時候，Ui開始對L加電，流過L的電流開始增加，同時電流在L中也要產生磁場；當K由接通轉為關斷的時候，L會產生反電動勢，使電流繼續流動，并通過整流二極管D進行整流，再經C儲能濾波，然后向負載R提供電流輸出。控制開關K不斷地反復接通和關斷過程，在負載R上就可以得到一個負極性的電壓輸出。BUCK-BOOST輸出的是一個反極性的電壓

BUCK-BOOST拓撲上圖是BUCK-BOOST拓撲的精簡26工作過程分析1、當K導通時→IL線性增加，D1截止此時C向負載供電

2、當K截止時→D1導通,L通過D、C形成續流回路，向C充電，向R供電IL小于Io后，C也開始放電若IL降為0,則只有C對負載R放電工作過程分析27電流連續相關的各種工作模式從上面的分析可以看到BUCK-BOOST電路L上的電流可能會斷續，也會出現CCM,DCM,BCM三種工作模式，下圖就是三種模式下的信號波形圖，依次是BCM,DCM,CCM電流連續相關的各種工作模式從上面的分析可以看到BUCK-BO28電壓增益比這里簡單推算下CCM（L上的電流連續時）模式下的電壓增益比由L上應用伏秒定理Ui*Ton=Uo*Toff得增益比M=Uo/Ui=Ton/Toff=D1/D2此時D1+D2=1,

所以M=D1/(1-D1)從前面的分析可以看出BUCK-BOOST電路在K閉合時利用L蓄能，在K斷開時向C和R釋放能量，這正是前面所提及的反激式工作模式，在后續會在隔離式開關電源中對這種模式進行細致的分析電壓增益比這里簡單推算下CCM（L上的電流連續時）模式下的電29隔離式拓撲舉例正激式變壓器開關電源反激式變壓器開關電源隔離式拓撲舉例正激式變壓器開關電源30正激式變壓器開關電源上圖是正激式變壓器開關電源的簡單工作原理圖，Ui是開關電源的輸入電壓，T是開關變壓器，K是控制開關，L是儲能濾波電感，C是儲能濾波電容，D2是續流二極管，D3是削反峰二極管，R是負載電阻。注意：1、開關變壓器部分，初、次級線圈的同名端相同，同反激式區別2、穩壓電路部分，儲能濾波電感L和儲能濾波電容C，還有續流二極管D2，就是BUCK電路正激式變壓器開關電源上圖是正激式變壓器開關電源的簡單工作原理31N3繞組的作用在正激式變壓隔離器中N3繞組不可取代，它的核心作用是磁復位K關斷的瞬間，為了維持勵磁磁場不變，變壓器的初、次線圈繞組都會產生很高的反電動勢，這個反電動勢是由流過變壓器初線圈繞組的勵磁電流存儲的磁能量產生的。為了防止在K關斷瞬間產生反電動勢擊穿開關器件，在開關電源變壓器中增加一個反電動勢能量吸收反饋線圈N3繞組以及一個削反峰二極管D3。K閉合時，D3不導通，而當K斷開，由于N3的存在，當變壓器初級線圈的勵磁電流突然為0，D3導通，流過N3繞組中的電流正好接替原來勵磁電流的作用，同時對Ui充電，使變壓器鐵心中的磁感應強度由最大值Bm返回到剩磁所對應的磁感應強度Br位置這就完成了磁芯的磁復位，通過反向充電把磁能重新轉換為電能一方面，N3繞組產生的感應電動勢通過二極管D3可以對反電動勢進行限幅，并把限幅能量返回給電源，對電源進行充電；另一方面，流過N3繞組中的電流產生的磁場可以使變壓器的鐵心退磁，使變壓器鐵心中的磁場強度恢復到初始狀態。N3繞組的作用在正激式變壓隔離器中N3繞組不可取代，它的核心32正激式變壓隔離器的工作過程這里討論的是變壓器側的工作情況，后續電路的工作同BUCK相似K閉合，變壓器正常工作，二次側電壓與一次側電壓的變比為n,如上方左圖所示，相當于對BUCK輸入nUiK斷開，由于N3繞組的磁復位和二次側的二極管D1斷流作用，二次側輸出相當于開路，相當于BUCK電路的開關器件關斷，如上方右圖所示正激式變壓隔離器的工作過程這里討論的是變壓器側的工作情況，后33K閉合，變壓器正常工作，二次側電壓與一次側電壓的變比為n,如上方左圖所示，相當于對BUCK輸入nUi1、可以吸收當控制開關K關斷瞬間變壓器次級線圈產生的高壓反電動勢能量，防止整流二極管D1擊穿；上圖是簡化之后的BUCK電路主回路。開關電源主要包括主回路和控制回路兩大部分一方面，N3繞組產生的感應電動勢通過二極管D3可以對反電動勢進行限幅，并把限幅能量返回給電源，對電源進行充電；得增益比M=Uo/Ui=Ton/Toff=D1/D2得增益比M=Uo/Ui=Ton/Toff=D1/D2又有Io是IL在Ts內的平均值，即IL等腰三角形面積在Ts時間內的平均值，并且等于Vo/R.隨后，i1會線性上升，這是因為流過正激式變壓器的電流i1除了i10之外還有一個勵磁電流，由?i1=Ui*t/L1可知，電流呈線性增長。首先說明一個基本原理，流過正激式變壓器的電流與流過電感線圈的電流不同，流過正激式開關電源變壓器中的電流有突變，而流過電感線圈的電流不能突變。N3兩端是反接到輸入Ui上，電壓為-Ui,其過程相當于向Ui充電，即磁能轉化為電能在K關斷期間，i2退磁，并向負載輸出電流。3、極性反轉結構是指輸出電壓與輸入電壓的極性相反。Τ<L/RTs,同CCM模式相似，同樣可以由1式2式相等，得到M=Vo/Vs=D1/(D1+D2)，此時D1+D2<1。反激式變壓器開關電源的工作情況同BUCK-BOOST拓撲極為相似在CCM模式下，情況則比較復雜，若Io小于IL的最小值，則K斷開之后，L始終是向C和R同時供電，即處于CISM狀態下單端——通過一只開關器件單向驅動脈沖變壓器；Ui是開關電源的輸入電壓，T是開關變壓器，K是控制開關，C是儲能濾波電容，R是負載電阻，二極管D起到的是反向阻流的作用通常在開斷過程中，T上的電流電壓升降是需要時間的，若電流電壓同時上升下降并同時結束則交流損耗最小，若電流變化結束電壓才開始變化，則整個開斷時間最長損耗最大，效率也最低。5ΔIL=Io，分析化簡之后可以等效為τ=（1-D1）/2，τ=L/RTs上圖是簡化之后的BUCK電路主回路。電流連續時τ>L/RTs，首先說明一個基本原理，流過正激式變壓器的電流與流過電感線圈的電流不同，流過正激式開關電源變壓器中的電流有突變，而流過電感線圈的電流不能突變。K接通，瞬間流過正激式開關電源變壓器的電流立刻就可以達到某個穩定值，這個穩定電流值是與變壓器次級線圈電流大小相關的，把這個電流記為i10，變壓器次級線圈電流為i2，那么就是：i10=ni2，其中n為變壓器次級電壓與初級電壓比。隨后，i1會線性上升，這是因為流過正激式變壓器的電流i1除了i10之外還有一個勵磁電流，由?i1=Ui*t/L1可知，電流呈線性增長。各點信號波形K關斷后，i10等于0，變壓器次級線圈N2繞組回路中的電流i2也等于0，所以，為了維持磁通大小不變，N3繞組產生新的勵磁電流，大小等于N1線圈中勵磁電流?i1被折算到N3繞組中，電流初值i30等于?i1/n，這個電流的大小是隨著時間下降的。N3兩端是反接到輸入Ui上，電壓為-Ui,其過程相當于向Ui充電，即磁能轉化為電能K閉合，變壓器正常工作，二次側電壓與一次側電壓的變比為n,34電路的幾處設計細節占空比:1、若取N3/N1=1，則可以計算出i30=?i1,Ton=Toff,所以n=1時，占空比D1應當控制在0.5以下，以保證電流降為0，反電動勢能量容易放完

2、此外，也可以把比值n調大些,D1的調節范圍更大些在整流二極管D1兩端并聯一個高頻電容:1、可以吸收當控制開關K關斷瞬間變壓器次級線圈產生的高壓反電動勢能量，防止整流二極管D1擊穿；

2、電容吸收的能量在下半周整流二極管D1還沒導通前，它會通過放電（與輸出電壓串聯）的形式向負載提供能量。電路的幾處設計細節占空比:35電壓增益比從前面的介紹可以發現，正激式開關變壓電源實際上是變壓隔離器同BUCK電路串聯合成的。變壓隔離器起到了變壓開關的作用，通過K的開斷，將高壓直流信號轉換成為了低壓脈沖信號，輸入到后續的BUCK電路中，做進一步處理輸出穩定的直流電壓，這樣強電和弱電信號也得以分隔開來最終電壓增益比就是兩者增益比的乘積即

M=D1N3/N1(當電感電流連續時)電壓增益比從前面的介紹可以發現，正激式開關變壓電源實際上是變36反激式變壓器開關電源上圖是反激式變壓器開關電源的精簡電路圖。Ui是開關電源的輸入電壓，T是開關變壓器，K是控制開關，C是儲能濾波電容，R是負載電阻，二極管D起到的是反向阻流的作用注意：變壓器次級線圈的同名端對調一下，原來變壓器輸出電壓的正、負極性就會完全顛倒過來

反激式變壓器開關電源上圖是反激式變壓器開關電源的精簡電路圖。37反激式變壓器開關電源工作過程反激式變壓器開關電源的工作情況同BUCK-BOOST拓撲極為相似在K接通的Ton期間，輸入電源Ui對變壓器初級線圈N1繞組加電，N1繞組有電流i1流過，兩端產生自感電動勢，同時N2繞組的兩端也產生感應電動勢，但由于整流二極管的作用，沒有產生回路電流，相當于開路，變壓器相當與一個儲能電感。這就近似于BUCK-BOOST拓撲中開關閉合情況

當控制開關K由接通突然轉為關斷瞬間，流過變壓器初級線圈的電流i1突然為0，而磁通不能突變，因此，在K關斷的Toff期間，變壓器鐵心中的磁通主要由N2線圈回路中的電流來維持,N2中產生反激電流，流過D向電容C和負載R供電。這就相當于BUCK-BOOST拓撲中開關關斷的情況反激式變壓器開關電源工作過程反激式變壓器開關電源的工作情況同38在K由閉合到斷開的瞬間，N2側產生了一定大小的反激電壓和電流，如果N2直接接在負載R上則會有一個非常大的脈沖。然而由于次級線圈N2繞組的輸出電壓都經過整流濾波，而濾波電容C與負載電阻R的時間常數非常大，因此，整流濾波輸出電壓Uo基本穩定，就等于二次側電壓U2的幅值Up。在K關斷的時間內，二次側電壓U2基本平穩,(直到反激電流降為0)，向C和負載放電，輸出電流I2小于Io后，C也開始放電K閉合后，變壓器一次側充電，二次側斷路，由C向負載R供電上圖就是二次側電流臨界連續時，電壓U2,電容C兩端的電壓Uc的變化過程在K由閉合到斷開的瞬間，N2側產生了一定大小的反激電壓和電流39各點信號值變化右圖是反激式變壓器開關電源工作于臨界連續電流狀態時，整流輸出電壓uo、變壓器鐵芯的磁通，以及變壓器初、次級電流等波形。C圖是電源工作于臨界電流狀態時，變壓器初、次級線圈的電流波形。i1為流過N1線圈中的電流，i2為流過N2線圈中的電流（虛線所示），Io是流過負載的電流（虛線所示）。在K接通期間，變壓器鐵芯被i1磁化；在K關斷期間，i2退磁，并向負載輸出電流。從圖中還可以看出，流過變壓器初、次級線圈中的電流是可以突跳的。在K關斷的一瞬間，i1由最大值跳變到0，而在同一時刻，i2的電流由0跳變到最大值。并且，i1的最大值正好等于i2的n倍（n為變壓器次級電壓與初級電壓比）。B圖是變壓器鐵芯中磁通量變化的過程，在K接通期間，變壓器鐵芯被磁化,磁通量是由剩磁S?Br向最大磁通S?Bm方向變化；在K關斷期間，變壓器鐵芯被退磁,磁通量是由最大磁通S?Bm向剩磁S?Br方向變化。各點信號值變化右圖是反激式變壓器開關電源工作于臨界連續電流狀40CCM，DCM模式下的各點電壓若K導通之前IL就已經降為0，IL就會呈現斷流的情形，為右側圖（c）的波形。K閉合時，D3不導通，而當K斷開，由于N3的存在，當變壓器初級線圈的勵磁電流突然為0，D3導通，流過N3繞組中的電流正好接替原來勵磁電流的作用，同時對Ui充電，使變壓器鐵心中的磁感應強度由最大值Bm返回到剩磁所對應的磁感應強度Br位置屬于這種模式的開關電源有：并聯式開關電源、boots、極性反轉型變換器、反激式變壓器開關電源。當K接通時，Ui開始對L充電，流過L的電流iL開始增加，同時電流在L中也要產生反電動勢eL，C向R放電，形成穩定電壓Uo最終電壓增益比就是兩者增益比的乘積即為了防止在K關斷瞬間產生反電動勢擊穿開關器件，在開關電源變壓器中增加一個反電動勢能量吸收反饋線圈N3繞組以及一個削反峰二極管D3。這里簡單推算下CCM（L上的電流連續時）模式下的電壓增益比例如boost拓撲型開關電源就是屬于串聯式的開關電源上圖是BUCK-BOOST拓撲的精簡模型在CCM模式下，情況則比較復雜，若Io小于IL的最小值，則K斷開之后，L始終是向C和R同時供電，即處于CISM狀態下正激式：就是只有在開關管導通的時候，能量才通過變壓器或電感向負載釋放，當開關關閉的時候，就停止向負載釋放能量。若IL減小到0，則D截止，只有C向負載供電2、在K關斷期間Toff，L將產生反電動勢，流過電流IL由反電動勢eL的正極流出，通過負載R，再經過續流二極管D，最后回到反電動勢eL的負極。在CCM模式下，情況則比較復雜，若Io小于IL的最小值，則K斷開之后，L始終是向C和R同時供電，即處于CISM狀態下5D1(1-D1)(1-D1)相對大小決定的，兩者的關系見右上圖。由以上的介紹可以看到，反激式變壓器開關電源實際上是由隔離變壓器提供變壓和儲能，BUCK-BOOST電路完成穩壓整流共同組成的電源。2、當K截止時→D1導通,L通過D、C形成續流回路，向C充電，向R供電開關電源主要包括主回路和控制回路兩大部分Τ<L/RTs,同CCM模式相似，同樣可以由1式2式相等，得到M=Vo/Vs=D1/(D1+D2)，此時D1+D2<1。反激式變壓器開關電源的工作情況同BUCK-BOOST拓撲極為相似電壓增益比M由以上的介紹可以看到，反激式變壓器開關電源實際上是由隔離變壓器提供變壓和儲能，BUCK-BOOST電路完成穩壓整流共同組成的電源。因此，無論是從串聯分析還是通過具體電路分析都可以得出電壓增益比是

M=Uo/Ui=nD1/(1-D1)注意：這里是電流連續時的增益比n是變壓器的變壓比，D1/(1-D1)是BUCK-BOOST電路所完成的電壓比CCM，DCM模式下的各點電壓電壓增益比M由以上的介紹可以看415ΔIL和Io的大小關系決定的,調節占空比D1或負載，有可能使工作模式在CCM和DCM模式之間發生轉換。BUCK-BOOST輸出的是一個反極性的電壓電流連續時τ>L/RTs，因此，無論是從串聯分析還是通過具體電路分析都可以得出電壓增益比是電路的工作模式是由τ=L/RTs同D1代數關系式0.K閉合時，D3不導通，而當K斷開，由于N3的存在，當變壓器初級線圈的勵磁電流突然為0，D3導通，流過N3繞組中的電流正好接替原來勵磁電流的作用，同時對Ui充電，使變壓器鐵心中的磁感應強度由最大值Bm返回到剩磁所對應的磁感應強度Br位置1、可以吸收當控制開關K關斷瞬間變壓器次級線圈產生的高壓反電動勢能量，防止整流二極管D1擊穿；BUCK電路的效率問題BUCK-BOOST輸出的是一個反極性的電壓反激式變壓器開關電源工作過程非隔離——輸入端與輸出端電氣相通，沒有隔離。5D1(1-D1)(1-D1)時，Io處在連續的狀態。并且，i1的最大值正好等于i2的n倍（n為變壓器次級電壓與初級電壓比）。若IL降為0,則只有C對負載R放電Τ<L/RTs,同CCM模式相似，同樣可以由1式2式相等，得到M=Vo/Vs=D1/(D1+D2)，此時D1+D2<1。在K接通期間，變壓器鐵芯被i1磁化；5D1(1-D1)(1-D1)相對大小決定的，兩者的關系見右上圖。控制回路一般采用PWM控制方式，通過輸出信號和基準的比較來控制主回路中的開關器件總體上來看，隨著D1的增大M值會增加。由以上的介紹可以看到，反激式變壓器開關電源實際上是由隔離變壓器提供變壓和儲能，BUCK-BOOST電路完成穩壓整流共同組成的電源。5ΔIL<Io時，即τ>（1-D1）/2，Io處在連續的狀態。在K接通期間，變壓器鐵芯被i1磁化；，CCM，DCM模式下的各點電壓2、電容吸收的能量在下半周整流二極管D1還沒導通前，它會通過放電（與輸出電壓串聯）的形式向負載提供能量。右圖是反激式變壓器開關電源工作于臨界連續電流狀態時，整流輸出電壓uo、變壓器鐵芯的磁通，以及變壓器初、次級電流等波形。通常在開斷過程中，T上的電流電壓升降是需要時間的，若電流電壓同時上升下降并同時結束則交流損耗最小，若電流變化結束電壓才開始變化，則整個開斷時間最長損耗最大，效率也最低。開關電源主要包括主回路和控制回路兩大部分N3兩端是反接到輸入Ui上，電壓為-Ui,其過程相當于向Ui充電，即磁能轉化為電能BUCK-BOOST輸出的是一個反極性的電壓一方面，N3繞組產生的感應電動勢通過二極管D3可以對反電動勢進行限幅，并把限幅能量返回給電源，對電源進行充電；M=D1N3/N1(當電感電流連續時)交流損耗則主要集中在開關管T上（不考慮二極管因為其通斷時間很短）。N3兩端是反接到輸入Ui上，電壓為-Ui,其過程相當于向Ui充電，即磁能轉化為電能屬于這種模式的開關電源有：并聯式開關電源、boots、極性反轉型變換器、反激式變壓器開關電源。在CCM模式下，情況則比較復雜，若Io小于IL的最小值，則K斷開之后，L始終是向C和R同時供電，即處于CISM狀態下經過計算可得：E=1/（Po+Pdc+Pac）=Vo/(Vo+1+KVsIoTn/Ts),K是個變值CCM和DCM模式下的增益比M同D1的關系見右下圖5D1(1-D1)(1-D1)時，Io處在連續的狀態。電流連續時τ>L/RTs，電流連續與否是由0.通常在開斷過程中，T上的電流電壓升降是需要時間的，若電流電壓同時上升下降并同時結束則交流損耗最小，若電流變化結束電壓才開始變化，則整個開斷時間最長損耗最大，效率也最低。首先說明一個基本原理，流過正激式變壓器的電流與流過電感線圈的電流不同，流過正激式開關電源變壓器中的電流有突變，而流過電感線圈的電流不能突變。由以上的介紹可以看到，反激式變壓器開關電源實際上是由隔離變壓器提供變壓和儲能，BUCK-BOOST電路完成穩壓整流共同組成的電源。通常我們把電流連續的模式稱為CCM模式，電流斷續的模式稱為DCM模式。開關電源主要包括主回路和控制回路兩大部分在開關關斷Toff期間，K關斷，L把電流iLm轉化成反電動勢，與輸入電壓Ui串聯迭加，通過整流二極管D繼續向負載R提供能量，R兩端形成穩定電壓輸出Uo=Ui+El首先說明一個基本原理，流過正激式變壓器的電流與流過電感線圈的電流不同，流過正激式開關電源變壓器中的電流有突變，而流過電感線圈的電流不能突變。若Io大于IL的最小值，即與IL有交點，則當IL下降到Io以下，C開始放電，L和C同時向R供能。i1為流過N1線圈中的電流，i2為流過N2線圈中的電流（虛線所示），Io是流過負載的電流（虛線所示）。屬于這種模式的開關電源有：并聯式開關電源、boots、極性反轉型變換器、反激式變壓器開關電源。當K接通的時候，Ui開始對L加電，流過L的電流開始增加，同時電流在L中也要產生磁場；τ=L/RTs在整流二極管D1兩端并聯一個高頻電容:1、當K導通時→IL線性增加，D截止此時C向負載供電總體上來看，隨著D1的增大M值會增加。5D1(1-D1)(1-D1)時，Io處在連續的狀態。這里討論的是變壓器側的工作情況，后續電路的工作同BUCK相似屬于這種模式的開關電源有：并聯式開關電源、boots、極性反轉型變換器、反激式變壓器開關電源。變壓隔離器起到了變壓開關的作用，通過K的開斷，將高壓直流信號轉換成為了低壓脈沖信號，輸入到后續的BUCK電路中，做進一步處理輸出穩定的直流電壓，這樣強電和弱電信號也得以分隔開來5D1(1-D1)(1-D1)時，IL連續,IL的上升部分為ΔIL1=ViD1Ts/L,IL的下降部分為ΔIL2=-（Vo-Vi）D2Ts/L，074時，無論D1如何變化都工作在連續區域。在開關關斷Toff期間，K關斷，L把電流iLm轉化成反電動勢，與輸入電壓Ui串聯迭加，通過整流二極管D繼續向負載R提供能量，R兩端形成穩定電壓輸出Uo=Ui+El5ΔIL和Io的大小關系決定的,調節占空比D1或負載，有可能使工作模式在CCM和DCM模式之間發生轉換。Ui是開關電源的輸入電壓，T是開關變壓器，K是控制開關，C是儲能濾波電容，R是負載電阻，二極管D起到的是反向阻流的作用此時D1+D2=1,變壓隔離器起到了變壓開關的作用，通過K的開斷，將高壓直流信號轉換成為了低壓脈沖信號，輸入到后續的BUCK電路中，做進一步處理輸出穩定的直流電壓，這樣強電和弱電信號也得以分隔開來控制回路一般采用PWM控制方式，通過輸出信號和基準的比較來控制主回路中的開關器件5(D1+D2)Ts(Vs-Vo)D1Ts/L]/Ts=Vo/R,兩式聯合可以解得,N3兩端是反接到輸入Ui上，電壓為-Ui,其過程相當于向Ui充電，即磁能轉化為電能反激式變壓器開關電源工作過程5(D1+D2)Ts(Vs-Vo)D1Ts/L]/Ts=Vo/R,兩式聯合可以解得,此時D1+D2<1，又有IL在Ts內的平均值是Is,Is=Vs(D1+D2)D1Ts/2L=MIo.通常在開斷過程中，T上的電流電壓升降是需要時間的，若電流電壓同時上升下降并同時結束則交流損耗最小，若電流變化結束電壓才開始變化，則整個開斷時間最長損耗最大，效率也最低。，占空比:這里討論的是變壓器側的工作情況，后續電路的工作同BUCK相似Τ<L/RTs,同CCM模式相似，同樣可以由1式2式相等，得到M=Vo/Vs=D1/(D1+D2)，此時D1+D2<1。晶體管，二極管，電感，電容和負載構成了主回路，下方的控制回路一般采用PWM芯片控制占空比決定晶體管的通斷。3、極性反轉結構是指輸出電壓與輸入電壓的極性相反。在正激式變壓隔離器中N3繞組不可取代，它的核心作用是磁復位得增益比M=Uo/Ui=Ton/Toff=D1/D2為了防止在K關斷瞬間產生反電動勢擊穿開關器件，在開關電源變壓器中增加一個反電動勢能量吸收反饋線圈N3繞組以及一個削反峰二極管D3。總體上來看，隨著D1的增大M值會增加。074時，D1在某一區間內不連續狀態，除此為連續狀態2、穩壓電路部分，儲能濾波電感L和儲能濾波電容C，還有續流二極管D2，就是BUCK電路5D1(1-D1)(1-D1)時，Io則會出現斷流的情況。CCM，DCM模式下的各點電壓反激式的意義反激式變壓器開關電源，是指當變壓器的初級線圈正好被直流電壓激勵時，變壓器的次級線圈沒有向負載提供功率輸出，而僅在變壓器初級線圈的激勵電壓被關斷后才向負載提供功率輸出，這種變壓器開關電源稱為反激式開關電源。反激式變壓器開關電源的工作原理同BUCK-BOOST拓撲電路是一致的，如上圖。隔離變壓器起到的作用就是變壓和儲能電感的作用5ΔIL和Io的大小關系決定的,調節占空比D1或負載，有可42開關電源常見拓撲結構開關電源常見拓撲結構43目錄開關電源拓撲結構綜述開關電源分類非隔離式拓撲舉例BUCKBOOSTBUCK-BOOST隔離式拓撲舉例正激式反激式

目錄開關電源拓撲結構綜述44開關電源拓撲結構綜述開關電源主要包括主回路和控制回路兩大部分主回路是指開關電源中功率電流流經的通路。主回路一般包含了開關電源中的開關器件、儲能器件、脈沖變壓器、濾波器、輸出整流器、等所有功率器件，以及供電輸入端和負載端。控制回路一般采用PWM控制方式，通過輸出信號和基準的比較來控制主回路中的開關器件開關電源拓撲結構綜述開關電源主要包括主回路和控制回路兩大部分45開關電源分類開關電源主回路可以分為隔離式與非隔離式兩大類型。非隔離——輸入端與輸出端電氣相通，沒有隔離。

1、串聯式結構是指在主回路中，相對于輸入端而言，開關器件與輸出端負載成并聯連接的關系。例如buck拓撲型開關電源就是屬于串聯式的開關電源

2、并聯式結構是指在主回路中，相對于輸入端而言，開關器件與輸出端負載成并聯連接的關系。例如boost拓撲型開關電源就是屬于串聯式的開關電源

3、極性反轉結構是指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。Buck-boost拓撲就是反極性開關電源開關電源分類開關電源主回路可以分為隔離式與非隔離式兩大類型。46隔離式電路的類型隔離——輸入端與輸出端電氣不相通，通過脈沖變壓器的磁偶合方式傳遞能量，輸入輸出完全電氣隔離單端——通過一只開關器件單向驅動脈沖變壓器；隔離室電路主要分為正激式和反激式兩種正激式：就是只有在開關管導通的時候，能量才通過變壓器或電感向負載釋放，當開關關閉的時候，就停止向負載釋放能量。目前屬于這種模式的開關電源有：串聯式開關電源，buck拓撲結構開關電源，激式變壓器開關電源、推免式、半橋式、全橋式都屬于正激式模式。

反激式：就是在開關管導通的時候存儲能量，只有在開關管關斷的時候釋放才向負載釋放能量。屬于這種模式的開關電源有：并聯式開關電源、boots、極性反轉型變換器、反激式變壓器開關電源。隔離式電路的類型隔離——輸入端與輸出端電氣不相通，通過脈沖變47非隔離式拓撲舉例BUCK拓撲BOOST拓撲BUCK-BOOST拓撲非隔離式拓撲舉例BUCK拓撲48BUCK降壓電路上圖是BUCK電路的經典模型。晶體管，二極管，電感，電容和負載構成了主回路，下方的控制回路一般采用PWM芯片控制占空比決定晶體管的通斷。BUCK電路的功能：把直流電壓Ui轉換成直流電壓Uo，實現降壓的目的BUCK降壓電路上圖是BUCK電路的經典模型。晶體管，二極管49BUCK電路的效率問題K閉合時，D3不導通，而當K斷開，由于N3的存在，當變壓器初級線圈的勵磁電流突然為0，D3導通，流過N3繞組中的電流正好接替原來勵磁電流的作用，同時對Ui充電，使變壓器鐵心中的磁感應強度由最大值Bm返回到剩磁所對應的磁感應強度Br位置在K關斷的時間內，二次側電壓U2基本平穩,(直到反激電流降為0)，向C和負載放電，輸出電流I2小于Io后，C也開始放電開關電源主要包括主回路和控制回路兩大部分CCM，DCM模式下的各點電壓DCM模式下的電壓增益比開關電源主要包括主回路和控制回路兩大部分在K關斷期間，IL線性下降，若周期結束即K導通瞬間IL不等于0，則IL呈現左側圖(c)中的波形，電流連續。所以M=D1/(1-D1)1、可以吸收當控制開關K關斷瞬間變壓器次級線圈產生的高壓反電動勢能量，防止整流二極管D1擊穿；同BUCK電路相似，也可以從電壓圖形中分析出BOOST電路臨界（BCM）的條件，即當IL的平均值就是輸出電流Is,ΔIL為IL在本周期內的最大變化值。5D1(1-D1)(1-D1)時，Io處在連續的狀態。當控制開關K由接通突然轉為關斷瞬間，流過變壓器初級線圈的電流i1突然為0，而磁通不能突變，因此，在K關斷的Toff期間，變壓器鐵心中的磁通主要由N2線圈回路中的電流來維持,N2中產生反激電流，流過D向電容C和負載R供電。因此，無論是從串聯分析還是通過具體電路分析都可以得出電壓增益比是由L上應用伏秒定理Ui*Ton=Uo*Toff此時D1+D2<1，又有IL在Ts內的平均值是Is,Is=Vs(D1+D2)D1Ts/2L=MIo.反激式：就是在開關管導通的時候存儲能量，只有在開關管關斷的時候釋放才向負載釋放能量。D1是K閉合，D導通的時間Ton占總周期Ts的比例，D2是K關斷，D截止的時間Toff占總周期Ts的比例2、在K關斷期間Toff，L將產生反電動勢，流過電流IL由反電動勢eL的正極流出，通過負載R，再經過續流二極管D，最后回到反電動勢eL的負極。BUCK拓撲的精簡模型上圖是簡化之后的BUCK電路主回路。下面分析輸出電壓的產生

1、K閉合后，D關斷，電流流經L，L是儲能濾波電感，它的作用是在K接通Ton期間限制大電流通過，防止輸入電壓Ui直接加到負載R上，對R進行電壓沖擊，同時把電感電流IL轉化成磁能進行能量存儲；與R并聯的C是儲能濾波電容，如此R兩端的電壓在Ton期間是穩定的直流電壓

2、在K關斷期間Toff，L將產生反電動勢，流過電流IL由反電動勢eL的正極流出，通過負載R，再經過續流二極管D，最后回到反電動勢eL的負極。由于C的儲能穩壓，Toff階段的輸出電壓Uo也是穩定的直流電壓

K閉合時，L兩端有壓降，意味著Uo<Ui,BUCK電路一定是降壓電路BUCK電路的效率問題BUCK拓撲的精簡模型上圖是簡化之后的50工作過程分析工作過程：1、當K導通時→IL線性增加，D1截止→此時IL和C向負載供電當IL＞Io時，IL向C充電也向負載供電

2、當K關斷時→L通過D1形成續流回路，

IL向C充電也向負載供電→當IL﹤Io時，L和C同時向負載供電。

若IL減小到0,則D關斷，只有C向負載供電工作過程分析工作過程：1、當K導通時→IL線性增加，D1截止51CCM,DCM由工作過程分析可以得知，IL可能會出現斷流的情況。通常我們把電流連續的模式稱為CCM模式，電流斷續的模式稱為DCM模式。當然也有兩者之間的臨界情況BCM模式下面就將按照以上三種模式對電路做具體的分析。注意：Uo,Io作為輸出電壓電流，均認為是穩定的直流量。CCM,DCM由工作過程分析可以得知，IL可能會出現斷流的情52開關電源主要包括主回路和控制回路兩大部分上圖是簡化之后的BUCK電路主回路。屬于這種模式的開關電源有：并聯式開關電源、boots、極性反轉型變換器、反激式變壓器開關電源。在K由閉合到斷開的瞬間，N2側產生了一定大小的反激電壓和電流，如果N2直接接在負載R上則會有一個非常大的脈沖。另一方面，流過N3繞組中的電流產生的磁場可以使變壓器的鐵心退磁，使變壓器鐵心中的磁場強度恢復到初始狀態。1、可以吸收當控制開關K關斷瞬間變壓器次級線圈產生的高壓反電動勢能量，防止整流二極管D1擊穿；在整流二極管D1兩端并聯一個高頻電容:在K關斷期間，IL線性下降，若周期結束即K導通瞬間IL不等于0，則IL呈現左側圖(c)中的波形，電流連續。上圖就是二次側電流臨界連續時，電壓U2,電容C兩端的電壓Uc的變化過程控制回路一般采用PWM控制方式，通過輸出信號和基準的比較來控制主回路中的開關器件2、在K關斷期間Toff，L將產生反電動勢，流過電流IL由反電動勢eL的正極流出，通過負載R，再經過續流二極管D，最后回到反電動勢eL的負極。開關電源主要包括主回路和控制回路兩大部分當K由接通轉為關斷的時候，為了保持勵磁不變，L也會產生反電動勢eL。1、當K導通時→IL線性增加，D1截止此時C向負載供電最終電壓增益比就是兩者增益比的乘積即屬于這種模式的開關電源有：并聯式開關電源、boots、極性反轉型變換器、反激式變壓器開關電源。開關電源主要包括主回路和控制回路兩大部分下面分析輸出電壓的產生N3兩端是反接到輸入Ui上，電壓為-Ui,其過程相當于向Ui充電，即磁能轉化為電能K斷開，由于N3繞組的磁復位和二次側的二極管D1斷流作用，二次側輸出相當于開路，相當于BUCK電路的開關器件關斷，如上方右圖所示BUCK-BOOST輸出的是一個反極性的電壓反激式變壓器開關電源，是指當變壓器的初級線圈正好被直流電壓激勵時，變壓器的次級線圈沒有向負載提供功率輸出，而僅在變壓器初級線圈的激勵電壓被關斷后才向負載提供功率輸出，這種變壓器開關電源稱為反激式開關電源。CCM，DCM模式下的各點電壓在K關斷期間，IL線性下降，若周期結束即K導通瞬間IL不等于0，則IL呈現左側圖(c)中的波形，電流連續。若K導通之前IL就已經降為0，IL就會呈現斷流的情形，為右側圖（c）的波形。開關電源主要包括主回路和控制回路兩大部分CCM，DCM模式下53臨界情況下的電路各點波形從電路結構可以看出IL的平均值就是輸出電流Io,ΔIL為IL在本周期內的最大變化值。觀察上圖的波形可以發現，當電流剛好處在臨界狀態時，0.5ΔIL=Io，分析化簡之后可以等效為τ=（1-D1）/2，τ=L/RTs0.5ΔIL<Io時，即τ>（1-D1）/2

，Io處在連續的狀態。0.5ΔIL>Io時，即τ<（1-D1）/2

，Io則會出現斷流的情況。臨界情況下的電路各點波形從電路結構可以看出IL的平均值就是輸54電壓增益比M(CCM)電流連續時τ>L/RTs，

，（通常定義D1為K導通D關斷的時段0到T1占Ts的比例，D2為K關斷D導通的時段T1到T2占Ts的比例）此時D1+D2=1。

1式2式相等，可以得到M=Vo/Vs=D1,由此處可知BUCK電路是一種降壓電路，輸出小于輸入電壓增益比M(CCM)電流連續時τ>L/RTs，55電壓增益比M（DCM）Τ<L/RTs,同CCM模式相似，同樣可以由1式2式相等，得到M=Vo/Vs=D1/(D1+D2)，此時D1+D2<1。又有Io是IL在Ts內的平均值，即IL等腰三角形面積在Ts時間內的平均值，并且等于Vo/R.固有Io=[0.5(D1+D2)Ts(Vs-Vo)D1Ts/L]/Ts=Vo/R,兩式聯合可以解得,

電壓增益比M（DCM）Τ<L/RTs,同CCM模式相似，同樣56臨界情況下，M的計算用以上兩種模式下任一種都可以，這里就不做分析了。

電流連續與否是由0.5ΔIL和Io的大小關系決定的,調節占空比D1或負載，有可能使工作模式在CCM和DCM模式之間發生轉換。CCM模式下，電壓增益M就是占空比D1，DCM模式下，電壓增益M和占空比D1則呈現非線性關系。總體上來看，隨著D1的增大M值會增加。臨界情況下，M的計算用以上兩種模式下任一種都可以，這里就不做57BUCK電路的效率問題一般而言，BUCK電路的損耗可以分為導通狀態下的直流損耗和導通過程中的交流損耗。其中直流損耗主要是指晶體管T和二極管D在直流導通情況下，自身壓降同流過電流的壓降交流損耗則主要集中在開關管T上（不考慮二極管因為其通斷時間很短）。通常在開斷過程中，T上的電流電壓升降是需要時間的，若電流電壓同時上升下降并同時結束則交流損耗最小，若電流變化結束電壓才開始變化，則整個開斷時間最長損耗最大，效率也最低。經過計算可得：E=1/（Po+Pdc+Pac）=Vo/(Vo+1+KVsIoTn/Ts),K是個變值BUCK電路的效率問題一般而言，BUCK電路的損耗可以分為導58BOOST拓撲穩定電壓輸出的形成：當K接通時，Ui開始對L充電，流過L的電流iL開始增加，同時電流在L中也要產生反電動勢eL，C向R放電，形成穩定電壓Uo當K由接通轉為關斷的時候，為了保持勵磁不變，L也會產生反電動勢eL。eL反電動勢的方向與開關K關斷前的方向相反，但與電流的方向相同,在控制開關K兩端的輸出電壓uo等于輸入電壓Ui與反電動勢eL之和。在開關關斷Toff期間，K關斷，L把電流iLm轉化成反電動勢，與輸入電壓Ui串聯迭加，通過整流二極管D繼續向負載R提供能量，R兩端形成穩定電壓輸出Uo=Ui+ElBOOST輸出電壓高于輸入，是一個升壓電路BOOST拓撲穩定電壓輸出的形成：59工作過程分析工作過程：1、當K導通時→IL線性增加，D截止此時C向負載供電2、當K關斷時→Ul和Ui串聯，以高于Uo的電壓向C充電同時向負載供電，此時D導通,IL逐漸減小若IL減小到0，則D截止，只有C向負載供電工作過程分析工作過程：60CCM和DCM模式下的各點電壓由上可知BOOST電路也會出現電感電流斷續的情況，即也有CCM和DCM兩種模式，各點電壓分別如左右所示在DCM模式下若IL值逐漸減小到Io，則C和L同時向負載放電，若IL值繼續減小直至0，則D關斷，只有C向負載放電，直到下次周期開始CCM和DCM模式下的各點電壓由上可知BOOST電路也會出現61電感電流連續的臨界條件同BUCK電路相似，也可以從電壓圖形中分析出BOOST電路臨界（BCM）的條件，即當IL的平均值就是輸出電流Is,ΔIL為IL在本周期內的最大變化值。觀察上圖的波形可以發現，當電流剛好處在臨界狀態時，0.5ΔIL=Io，分析化簡之后可以等效為，τ=0.5D1(1-D1)(1-D1)τ=L/RTsτ>0.5D1(1-D1)(1-D1)時，Io處在連續的狀態。Τ<0.5D1(1-D1)(1-D1)時，Io則會出現斷流的情況。電感電流連續的臨界條件同BUCK電路相似，也可以從電壓圖形中62CCM模式下的電壓增益τ>0.5D1(1-D1)(1-D1)時，IL連續,IL的上升部分為ΔIL1=ViD1Ts/L,IL的下降部分為ΔIL2=-（Vo-Vi）D2Ts/L，D1是K閉合，D導通的時間Ton占總周期Ts的比例，D2是K關斷，D截止的時間Toff占總周期Ts的比例由以上兩式相等可以得到電壓增益M=Vo/Vi=1/(1-D1)，此時D1+D2=1由此處可知BOOST電路是一種升壓電路，輸入小于輸出CCM模式下的電壓增益τ>0.5D1(1-D1)(1-D1)63因此，無論是從串聯分析還是通過具體電路分析都可以得出電壓增益比是Ui是開關電源的輸入電壓，T是開關變壓器，K是控制開關，C是儲能濾波電容，R是負載電阻，二極管D起到的是反向阻流的作用為了防止在K關斷瞬間產生反電動勢擊穿開關器件，在開關電源變壓器中增加一個反電動勢能量吸收反饋線圈N3繞組以及一個削反峰二極管D3。首先說明一個基本原理，流過正激式變壓器的電流與流過電感線圈的電流不同，流過正激式開關電源變壓器中的電流有突變，而流過電感線圈的電流不能突變。控制回路一般采用PWM控制方式，通過輸出信號和基準的比較來控制主回路中的開關器件最終電壓增益比就是兩者增益比的乘積即隔離室電路主要分為正激式和反激式兩種同BUCK電路相似，也可以從電壓圖形中分析出BOOST電路臨界（BCM）的條件，即當IL的平均值就是輸出電流Is,ΔIL為IL在本周期內的最大變化值。又有Io是IL在Ts內的平均值，即IL等腰三角形面積在Ts時間內的平均值，并且等于Vo/R.從上面的分析可以看到BUCK-BOOST電路L上的電流可能會斷續，也會出現CCM,DCM,BCM三種工作模式，下圖就是三種模式下的信號波形圖，依次是BCM,DCM,CCM由圖形關系可以看出，當τ>0.首先說明一個基本原理，流過正激式變壓器的電流與流過電感線圈的電流不同，流過正激式開關電源變壓器中的電流有突變，而流過電感線圈的電流不能突變。K閉合時，D3不導通，而當K斷開，由于N3的存在，當變壓器初級線圈的勵磁電流突然為0，D3導通，流過N3繞組中的電流正好接替原來勵磁電流的作用，同時對Ui充電，使變壓器鐵心中的磁感應強度由最大值Bm返回到剩磁所對應的磁感應強度Br位置2、在K關斷期間Toff，L將產生反電動勢，流過電流IL由反電動勢eL的正極流出，通過負載R，再經過續流二極管D，最后回到反電動勢eL的負極。上圖是簡化之后的BUCK電路主回路。在K接通期間，變壓器鐵芯被i1磁化；M=Uo/Ui=nD1/(1-D1)1、可以吸收當控制開關K關斷瞬間變壓器次級線圈產生的高壓反電動勢能量，防止整流二極管D1擊穿；Τ<L/RTs,同CCM模式相似，同樣可以由1式2式相等，得到M=Vo/Vs=D1/(D1+D2)，此時D1+D2<1。晶體管，二極管，電感，電容和負載構成了主回路，下方的控制