文档介绍：开关电源电路拓扑结构
张超
目录
开关电源拓扑结构综述
开关电源分类
非隔离式拓扑举例
BUCK
BOOST
BUCK-BOOST
隔离式拓扑举例
正激式
反激式
开关电源拓扑结构综述
开关电源主要包括主回路和控制回路两大部分
主回路是指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。
控制回路一般采用PWM控制方式,通过输出信号和基准的比较来控制主回路中的开关器件
开关电源分类
开关电源主回路可以分为隔离式与非隔离式两大类型。
非隔离——输入端与输出端电气相通,没有隔离。 1、串联式结构是指在主回路中,相对于输入端而言,开关器件与输出端负载成并联连接的关系。例如buck拓扑型开关电源就是属于串联式的开关电源
2、并联式结构是指在主回路中,相对于输入端而言,开关器件与输出端负载成并联连接的关系。例如boost拓扑型开关电源就是属于串联式的开关电源
3、极性反转结构是指输出电压与输入电压的极性相反。电路的基本结构特征是:在主回路中,相对于输入端而言,电感器L与负载成并联。Buck-boost拓扑就是反极性开关电源
隔离式电路的类型
隔离——输入端与输出端电气不相通,通过脉冲变压器的磁偶合方式传递能量,输入输出完全电气隔离
单端——通过一只开关器件单向驱动脉冲变压器;
隔离室电路主要分为正激式和反激式两种
正激式:就是只有在开关管导通的时候,能量才通过变压器或电感向负载释放,当开关关闭的时候,就停止向负载释放能量。目前属于这种模式的开关电源有:串联式开关电源,buck拓扑结构开关电源,激式变压器开关电源、推免式、半桥式、全桥式都属于正激式模式。 
反激式:就是在开关管导通的时候存储能量,只有在开关管关断的时候释放才向负载释放能量。属于这种模式的开关电源有:并联式开关电源、boots、极性反转型变换器、反激式变压器开关电源。
非隔离式拓扑举例
BUCK拓扑
BOOST拓扑
BUCK-BOOST拓扑
BUCK降压电路
上图是BUCK电路的经典模型。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芯片控制占空比决定晶体管的通断。
BUCK电路的功能:把直流电压Ui转换成直流电压Uo,实现降压的目的
BUCK拓扑的精简模型
上图是简化之后的BUCK电路主回路。下面分析输出电压的产生
1、K闭合后,D关断,电流流经L,L是储能滤波电感,它的作用是在K接通Ton期间限制大电流通过,防止输入电压Ui直接加到负载R上,对R进行电压冲击,同时把电感电流IL转化成磁能进行能量存储;与R并联的C是储能滤波电容,如此R两端的电压在Ton期间是稳定的直流电压
2、在K关断期间Toff,L将产生反电动势,流过电流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,最后回到反电动势eL的负极。由于C的储能稳压,Toff阶段的输出电压Uo也是稳定的直流电压 K闭合时,L两端有压降,意味着Uo<Ui, BUCK电路一定是降压电路
工作过程分析
工作过程:1、当K导通时→IL线性增加,D1截止→此时IL和C向负载供电
当IL> Io时,IL向C充电也向负载供电
2、当K关断时→L通过D1形成续流回路,
IL向C充电也向负载供电→当 IL﹤Io时,L和C同时向负载供电。
若IL减小到0,则D关断,只有C向负载供电
CCM,DCM
由工作过程分析可以得知,IL可能会出现断流的情况。
M模式,电流断续的模式称为DCM模式。当然也有两者之间的临界情况BCM模式
下面就将按照以上三种模式对电路做具体的分析。
注意:Uo,Io作为输出电压电流,均认为是稳定的直流量。