20种开关电源拓扑的优缺点对比.docx
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20种开关电源拓扑的优缺点对比
20种幵关电源拓扑的优缺点对比!
1、基本名词
常见的基本拓扑结构
■Buck降压
■Boost升压
■Buck-Boost降压-升压
■Hyback反激
forward正激
■Two-TransistorForward双晶体管正激
■^ush-Pull推挽
■HalfBridge半桥
■FullBridge全桥
■SEPIC
■D'uk
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:
2、Buck降压
Vin
Vout
+
|Load
—
?
T
f(R>
Vout=DVin
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。
3、Boost升压
Vout
q1
Load
T-\丁
Vout=——VinD
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。
■输岀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)。
4、Buck-Boost降压-升压
Vin
Vout
4-
3
"+
UI
1Load
VOUl-!
D
Df
Vin
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)。
■输岀电流也不连续(斩波)
■输岀总是与输入反向(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。
5、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。
■输岀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岀。
6、Forward正激
特点
■降压电路的变压器耦合形式。
■不连续的输入电流,平滑的输出电流。
■因为采用变压器,输岀可以大于或小于输入,可以是任何极性。
■增加次级绕组和电路可以获得多个输岀。
■在每个开关周期中必须对变压器磁芯去磁。
常用的做法是增加一个与初级绕组匝数相同的绕组。
■在开关接通阶段存储在初级电感中的能量,在开关断开阶段通过另外的绕组和二极管释放。
L
工
Vout=—^―Vin
n
Lo«d(R)
特点
■两个开关同时工作。
■开关断开时,存储在变压器中的能量使初级的极性反向,使二极管导通。
■主要优点:
■每个开关上的电压永远不会超过输入电压。
■无需对绕组磁道复位。
8、Push-Pull推挽
厂
丄
T亠
LJ
Vo 特点 ■开关(FET)的驱动不同相,进行脉冲宽度调制(PWM)以调节输岀电压 ■良好的变压器磁芯利用率…在两个半周期中都传输功率。 ■全波拓扑结构,所以输出纹波频率是变压器频率的两倍。 ■施加在FET上的电压是输入电压的两倍。 9、Half-Bridge半桥 特点 ■较高功率变换器极为常用的拓扑结构。 ■开关(FET)的驱动不同相,进行脉冲宽度调制(PWM)以调节输岀电压。 ■良好的变压器磁芯利用率…在两个半周期中都传输功率。 而且初级绕组的利用率优于推挽电路 ■全波拓扑结构,所以输出纹波频率是变压器频率的两倍■施加在FET上的电压与输入电压相等。 10、Full-Bridge全桥 11、SEPIC单端初级电感变换器 DVout=Vin D1 特点 ■输出电压可以大于或小于输入电压。 ■与升压电路一样,输入电流平滑,但是输出电流不连续。 ■能量通过电容从输入传输至输出。 ■需要两个电感。 12、C'uk(SlobodanC'uk的专利) + t Vii 1 Vout 1彳 ILoadJ(R) -D Vout=Vin 特点 ■输岀反相■输岀电压的幅度可以大于或小于输入。 ■输入电流和输出电流都是平滑的。 ■能量通过电容从输入传输至输出。 ■需要两个电感。 ■电感可以耦合获得零纹波电感电流。 13、电路工作的细节 下面讲解几种拓扑结构的工作细节 ■降压调整器: 连续导电 临界导电 不连续导电 ■升压调整器(连续导电) ■变压器工作 ■反激变压器 ■正激变压器 14、Buck-降压调整器-连续导电 ■电感电流连续。 ■/out是其输入电压(V1)的均值。 ■输岀电压为输入电压乘以开关的负荷比(D)。 ■接通时,电感电流从电池流岀。 ■开关断开时电流流过二极管。 ■忽略开关和电感中的损耗,D与负载电流无关。 ■降压调整器和其派生电路的特征是: 输入电流不连续(斩波),输出电流连续(平滑) 15、Buck-降压调整器-临界导电 r 16、Buck-降压调整器-不连续导电 ■电感电流仍然是连续的,只是当开关再次接通时“达到”零。 这被称为“临界导电” 输出电压仍等于输入电压乘以D time» Vin=15V ■在这种情况下,电感中的电流在每个周期的一段时间中为零。 ■输岀电压仍然(始终)是v1的平均值。 ■输岀电压不是输入电压乘以开关的负荷比(D)。 ■当负载电流低于临界值时,D随着负载电流而变化(而Vout保持不变) 17、Boost升压调整器 ■输出电压始终大于(或等于)输入电压。 ■输入电流连续,输出电流不连续(与降压调整器相反)。 ■输出电压与负荷比(D)之间的关系不如在降压调整器中那么简单。 在连续导电的情况 下: Vo=Vin(丄) 1-D 在本例中,Vin=5, Vout=15,andD=2/3. Vout=15,D=2/3. 18、变压器工作(包括初级电感的作用) ■变压器看作理想变压器,它的初级(磁化)电感与初级并联。 19、反激变压器 ■此处初级电感很低,用于确定峰值电流和存储的能量。 当初级开关断开时,能量传送到次级。 20、Forward正激变换变压器 9 ■初级电感很高,因为无需存储能量。 (电压反向) ■磁化电流(⑴流入“磁化电感”,使磁芯在初级开关断开后去磁 21、总结 ■此处回顾了目前开关式电源转换中最常见的电路拓扑结构。 ■还有许多拓扑结构,但大多是此处所述拓扑的组合或变形。 ■每种拓扑结构包含独特的设计权衡: 施加在开关上的电压 斩波和平滑输入输出电流 绕组的利用率 ■选择最佳的拓扑结构需要研究: 输入和输出电压范围 电流范围 成本和性能、大小和重量之比
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- 20 开关电源 拓扑 优缺点 对比