解读九个最有用的电源拓扑结构

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1、现代电源设计大约开始于三十年前，只有少数的拓扑结构可以很好地服务于业界。在80年代，对新的和领先的电源转换技术的研究创建了数以千计的可以加以使用的新型拓扑结构。今天，主流行业已回到早期拓扑结构。少数的相同的电路可以为大多数应用提供最佳解决方案。在电源设计开始，有三种基本的转换器：降压式、升压式和降压-升压式。早期分析论文仅覆盖了这些拓扑结构。也有的转换器表现完全与这些基本拓扑结构一样。它们被认为是降压式、升压式和降压-升压系列，电路中内建了隔离。内建在降压式转换器系列是正激、双开关正激、半桥、全桥和推挽式。升压

2、有一种隔离型号，可以采用一个桥接或推挽式电路。隔离降压-升压电路是著名的反激式转换器。发明新的电源拓扑结构和研究其工作正成为有趣的研究工作。这形成了过去的大部分研究，尤其在80年代期间。一些新奇的电路发明出来，绞尽脑汁以全面了解它们的操作。Caltech的论文提出了超过300个新的拓扑结构，使用了更多的开关和二极管。有一段时间，似乎老的待机拓扑结构已处于被取代的危险之中。对许多需要生产产品的设计人员来说，这是一个非常困惑的时间。在阅读会议论文之后，工程师们很想尝试预示着上佳表现，但是却被证明很难投入生产的奇异新

3、颖的拓扑结构。因此，业界兜了一大圈又回到原处。现在，几乎所有设计都依赖于原来的基本拓扑结构。例外的是对某些非常高密度的应用，或者是不寻常的电压及功率范围，但是工作的工程师几乎总能用一组基本电路找到可做的工作。这不是说行业没有进展。行业有了长足的发展——恰恰不是通过使用根本不同的电路拓扑结构。主要进展一直在正确的应用中明智地利用正确的电路，某些拓扑结构将电源分割成较小的若干块（如母板VRM和负载点转换器）、先进的封装、新的硅片器件，以及小心应用低损耗开关。1.降压式转换器降压式转换器是所有电源中最基本的。它提供比

4、输入更低的电压输出，可以用在不需要隔离的所有功率级别。如图1（b）所示，当输出电压处于低电位时，降压式转换器的二极管可以用一个有源开关替代。这提供了效率优势。但要注意，当使用分立式元件时，避免两个开关的重叠是必不可少的。或许降压式转换器比其他任何转换器更多。它们形了微处理器电源的基础，可提供超过100A给负载。现代设计技术将总负载分成较小的块，使用若干并联降压式转换器。这将导致在最后的电源系统中它可以更快转换。它还更小和更有效。当采用这些转换器时，不忘记输入是有噪声的。好的电源设计人员将在其降压式转换器的前端使

5、用输入滤波器，防止大开关电流为在板上其他地方带来噪声问题。因为输入至输出电压比增加，降压式转换器变得不那么理想。作为一个极端，10:1降压是合理的。除此之外，需要强调芯片，变压器拓扑结构可能更适合。图1.降压式转换器。· 应用：用于低于1W至超过1mW功率级别的降压式无隔离。· 优点：低噪声输出。· 注意：输入噪声需要过滤。不要尝试降压太多。· 先进应用：同步整流器、多相电流共享。2.正激式转换器如果你的系统要求隔离或一个大降压比，可以由正激式转换器提供。这将在电路中插入一个变压器，并有助于输入电压适当的调节。

6、变压器也将加入复杂性——开关的电压应力增加——当转换器处于关断状态时，铁芯必须恰当复位。通常，正激式转换器仅可在50%占空比条件下工作。其余时间留待变压器复位。正激式转换器仅用于谐振模式的更先进的版本，低压输出的或采用同步整流器。图2.单开关正激式转换器。· 应用：1W至大约100W功率级别的隔离输出。· 优点：低噪声输出，单接地参考开关。· 注意：开关上的高压。输入噪声需要过滤。需要变压器复位电路。最大50%占空比。· 先进应用：同步整流器、谐振转换器、多相电流共享、变压器谐振复位。3.双开关正激式转换器单开

7、关正激式转换器的功率级别受开关上的电压应力的限制。在更高功率级别，选择的转换器是双开关正激式转换器，如图3所示。这在所有隔离转换器中是最坚固稳定，在初级电源开关提供了一个电压箝位。它可用于高达1kW或更高的应用。两个开关同时导通，上面的开关要求一个绝缘栅驱动。变压器铁芯通过同一个二极管自动复位，将这些开关的电压箝制至输入电压源。图3.双开关正激式转换器。· 典型应用：用于功率级别为低于50W至超过1000W的隔离输出。· 优点：低噪声输出，箝制初级开关电路电压。电路非常可靠。· 注意：输入噪声需要过滤。最大50

8、%占空比。· 先进应用：同步整流器、多相电流共享。4.半桥转换器当每个开关交替地接通时，半桥转换器在以对称波形推动铁芯的双开关正激方面具有明显的优势。多年来，工程师们都在争论半桥和正激的有关优点。一旦电流模式控制成为标准，半桥转换器就会失宠，因为它在电流模式控制时无效。直到最近开始它才再次出现。一些实例包括需要AC输出的镇流器电源，以及高密度电源，这些的开关频率非常高，其减少半桥的磁芯