电源硬件设计----电源基础知识(2)
隔离型开关变换器拓扑
正激式电路(电流连续模式-CCM)
正激式电路，主要元器件为变压器、半导体开关、电感、续流二极管、电容，开关管断开和闭合两种情况，如图所示：
正激式电路计算公式如下：
- 变压器的作用：输入、输出
隔离，变压 - 正激电路的正激式变压器激励电感足够大
- 正激电路是
Buck电路的隔离形式 - 在电流连续模式，输出电压、电流与电感和频率无关
正激式电路工作波形，如图所示：
正激式电路(电流断续模式-DCM)
正激式电路，主要元器件为变压器、半导体开关、电感、续流二极管、电容，开关管断开和闭合两种情况，如图所示：
正激式电路计算公式如下：
- 如果
负载变轻，则电感电流中断，进入断续模式 - 电感电流断续将使得输出电压升高
减小电感、降低频率和减轻负载都可能使电路进入DCM
正激式电路工作波形，如图所示：
反激式电路(电流连续模式)
反激式电路，主要元器件为变压器、半导体开关、续流二极管、电容，开关管断开和闭合两种情况，如图所示：
反激式电路计算公式如下：
- 反激电路看似没有储能电感，实际上变压器的激磁电感起了储能的作用，所以
反激变压器需要气隙 - 在换流瞬间，磁链不变，即安匝不变
- 反激电路是
Buck-Boost电路的隔离形式
反激式电路(电流断续模式)
反激式电路，主要元器件为变压器、半导体开关、续流二极管、电容，开关管断开和闭合两种情况，如图所示：
反激式电路计算公式如下：
- 断续模式将使得输出电压升高
- 如果负载为零，则输出电压趋向无限大，因此
需要“假”负载
推挽(Push-Pull)变换器
推挽变换器电路，主要元器件为变压器、半导体开关、电感、续流二极管、电容，开关管断开和闭合两种情况，如图所示：
推挽变换器电路S2断开，S1闭合和断开时计算公式如下：
- 相当于两个正激电路
交替工作 - 两个开关可以共地，便于驱动
- 开关管承受
两倍的输入电压 - 电感电流占空比是开关占空比的两倍，可以接近1
- 变压器需要四个绕组，两个抽头
- 变压器不需要专门复位电路
推挽变换器电路S2断开，S1闭合和断开时工作波形，如图所示：
双管正激电路
双管正激电路，主要元器件为变压器、半导体开关、电感、续流二极管、电容，开关管断开和闭合两种情况，如图所示：
双管正激电路计算公式如下：
- 由于变压器励磁电压和复位电压相同，占空比<0.5，变压器自动复位，复位能量回收至电源
- 高端开关管要高端侧驱动
- 开关管承受电压小
- 变压器单端工作
半桥变换器电路
半桥变换器电路，主要元器件为变压器、半导体开关、电感、续流二极管、电容，开关管断开和闭合两种情况，如图所示：
半桥变换器电路，S2断开，S1闭合和断开时计算公式如下：
- 两个开关对称交替动作(每个50%占空比)，开关负担减轻
- 变压器磁通双向工作，
磁芯利用率高 - 电感器最大占空比可达100%，且
励磁频率翻倍 - 两个电容自然起了隔直作用，如开关特性不完全对称，母线电容直流电压偏移可以自动实现变压器伏秒积平衡
半桥变换器电路工作波形，如图所示：
全桥变换器电路
全桥变换器电路，主要元器件为变压器、半导体开关、电感、续流二极管、电容，开关管断开和闭合两种情况，如图所示：
全桥变换器电路，S2、S3断开，S1、S4闭合和断开时计算公式如下：
- 较半桥电路，
功率增大两倍，因为原边电压两倍 - 变压器磁通双向工作，
磁芯利用率高 - 电感器最大占空比可达100%，且
励磁频率翻倍 - 如开关特性不完全对称，可增加隔直电容以平衡变压器伏秒积
全桥变换器电路工作波形，如图所示：
基本拓扑简单对比
| 拓扑 | 反激 | 单管正激 | 双管正激 | 半桥 | 全桥 | 推挽 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 功率 | <100W | 100-300W | 100-500W | 100-500W | >500W | 25-200W |
| 压比 | nD/(1-D) | nD | nD | nD | 2nD | nD |
| 优点 | 元件最少 | 元减少，占空比>0.5 | 占空比>0.5 | 占空比>0.5 | 方便驱动 | |
| 缺点 | 电流纹波大 | 高端侧驱动 | 高端侧驱动 | 高端侧驱动 | 变压器复杂 | |
| 开关管 | 一个(压高) | 一个(2Vi) | 两个(=Vi) | 两个(=Vi) | 四个(=Vi) | 两个(=2Vi) |
| 成本 | 最低 | 中等 | 中等 | 中等 | 高 | 中等 |
| 变压器 | 需电感 | 不需电感 | 不需电感 | 副边抽头 | 副边抽头 | 原副边抽头 |
| 励磁 | 单向 | 单向 | 双向 | 双向 | 双向 | 双向 |
| 复位 | 不需 | 需要 | 不需 | 不需 | 不需 | 不需 |
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