什么是拓撲呢？所謂電路拓撲就是功率器件和電磁元件在電路中的連接方式，而磁性元件設計，閉環補償電路設計及其他所有電路元件設計都取決于拓撲。最基本的拓撲是Buck（降壓式）、Boost（升壓式）和Buck/Boost（升/降壓），單端反激（隔離反激），正激、推挽、半橋和全橋變化器。

　　開關電源的拓撲結構，常見拓撲大約有14種，每種都有自身的特點和適用場合。選擇原則是要看是大功率還是小功率，高壓輸出還是低壓輸出，以及是否要求器件盡量少等。

　　因此，要恰當選擇拓撲，熟悉各種不同拓撲的優缺點及適用范圍是非常重要的。錯誤的選擇會使電源設計一開始就注定失敗。下面為大家整理匯總了開關電源20種基本拓撲，幫助系統掌握每種電路結構的工作原理與基本特性。

　　一、20種開關電源拓撲對比

　　常見的基本拓撲結構：

　　■ Buck 降壓

　　■ Boost 升壓

　　■ Buck-Boost 降壓-升壓

　　■ Flyback 反激

　　■ Forward 正激

　　■ Two-Transistor Forward 雙晶體管正激

　　■ Push-Pull 推挽

　　■ Half Bridge 半橋

　　■ Full Bridge 全橋

　　■ SEPIC

　　■ C’uk

　　二、基本的脈沖寬度調制波形

　　這些拓撲結構都與開關式電路有關，基本的脈沖寬度調制波形定義如下：

　　三、Buck 降壓

　　特點：

　　■ 把輸入降至一個較低的電壓

　　■ 可能是最簡單的電路

　　■ 電感/電容濾波器濾平開關后的方波

　　■ 輸出總是小于或等于輸入

　　■ 輸入電流不連續 （斬波）

　　■ 輸出電流平滑

　　四、Boost 升壓

　　特點：

　　■ 把輸入升至一個較高的電壓

　　■ 與降壓一樣，但重新安排了電感、開關和二極管

　　■ 輸出總是比大于或等于輸入（忽略二極管的正向壓降）

　　■ 輸入電流平滑

　　■ 輸出電流不連續 （斬波）

　　五、Buck-Boost 降壓-升壓

　　特點：

　　■ 電感、開關和二極管的另一種安排方法

　　■ 結合了降壓和升壓電路的缺點

　　■ 輸入電流不連續 （斬波）

　　■ 輸出電流也不連續 （斬波）

　　■ 輸出總是與輸入反向 （注意電容的極性），但是幅度可以小于或大于輸入

　　■ “反激”變換器實際是降壓-升壓電路隔離（變壓器耦合）形式。

　　六、Flyback 反激

　　特點：

　　■ 如降壓-升壓電路一樣工作，但是電感有兩個繞組，同時作為變壓器和電感

　　■ 輸出可以為正或為負，由線圈和二極管的極性決定。

　　■ 輸出電壓可以大于或小于輸入電壓，由變壓器的匝數比決定。

　　■ 這是隔離拓撲結構中最簡單的

　　■ 增加次級繞組和電路可以得到多個輸出

　　七、Forward 正激

　　特點：

　　■ 降壓電路的變壓器耦合形式。

　　■ 不連續的輸入電流，平滑的輸出電流。

　　■ 因為采用變壓器，輸出可以大于或小于輸入，可以是任何極性。

　　■ 增加次級繞組和電路可以獲得多個輸出。

　　■ 在每個開關周期中必須對變壓器磁芯去磁。常用的做法是增加一個與初級繞組匝數相同的繞組。

　　■ 在開關接通階段存儲在初級電感中的能量，在開關斷開階段通過另外的繞組和二極管釋放。

　　八、Two-Transistor Forward雙晶體管正激

　　特點：

　　■ 兩個開關同時工作。

　　■ 開關斷開時，存儲在變壓器中的能量使初級的極性反向，使二極管導通。

　　主要優點：

　　■ 每個開關上的電壓永遠不會超過輸入電壓。

　　■ 無需對繞組磁道復位。

　　九、Push-Pull 推挽

　　特點：

　　■ 開關（FET）的驅動不同相，進行脈沖寬度調制（PWM）以調節輸出電壓。

　　■ 良好的變壓器磁芯利用率---在兩個半周期中都傳輸功率。

　　■ 全波拓撲結構，所以輸出紋波頻率是變壓器頻率的兩倍。

　　■ 施加在FET上的電壓是輸入電壓的兩倍。

　　十、Half-Bridge 半橋

　　特點：

　　■ 較高功率變換器極為常用的拓撲結構。

　　■ 開關（FET）的驅動不同相，進行脈沖寬度調制（PWM）以調節輸出電壓。

　　■ 良好的變壓器磁芯利用率---在兩個半周期中都傳輸功率。而且初級繞組的利用率優于推挽電路。

　　■ 全波拓撲結構，所以輸出紋波頻率是變壓器頻率的兩倍。

　　■ 施加在FET上的電壓與輸入電壓相等。

　　十一、Full-Bridge 全橋

　　特點：

　　■ 較高功率變換器最為常用的拓撲結構。

　　■ 開關（FET）以對角對的形式驅動，進行脈沖寬度調制（PWM）以調節輸出電壓。

　　■ 良好的變壓器磁芯利用率---在兩個半周期中都傳輸功率。

　　■ 全波拓撲結構，所以輸出紋波頻率是變壓器頻率的兩倍。

　　■ 施加在FETs上的電壓與輸入電壓相等。

　　■ 在給定的功率下，初級電流是半橋的一半。

　　十二、SEPIC 單端初級電感變換器

　　特點：

　　■ 輸出電壓可以大于或小于輸入電壓。

　　■ 與升壓電路一樣，輸入電流平滑，但是輸出電流不連續。

　　■ 能量通過電容從輸入傳輸至輸出。

　　■ 需要兩個電感。

　　十三、C‘uk（Slobodan C’uk 的專利）

　　特點：

　　■ 輸出反相

　　■ 輸出電壓的幅度可以大于或小于輸入。

　　■ 輸入電流和輸出電流都是平滑的。

　　■ 能量通過電容從輸入傳輸至輸出。

　　■ 需要兩個電感。

　　■ 電感可以耦合獲得零紋波電感電流。

　　十四、電路工作的細節

　　下面講解幾種拓撲結構的工作細節：

　　■ 降壓調整器：連續導電、臨界導電、不連續導電

　　■ 升壓調整器 （連續導電）

　　■ 變壓器工作

　　■ 反激變壓器

　　■ 正激變壓器

　　十五、Buck-降壓調整器-連續導電

　　特點：

　　■ 電感電流連續。

　　■ Vout是其輸入電壓 （V1）的均值。

　　■ 輸出電壓為輸入電壓乘以開關的負荷比 （D）。

　　■ 接通時，電感電流從電池流出。

　　■ 開關斷開時電流流過二極管。

　　■ 忽略開關和電感中的損耗， D 與負載電流無關。

　　■ 降壓調整器和其派生電路的特征是：輸入電流不連續 （斬波）， 輸出電流連續 （平滑）。

　　十六、Buck-降壓調整器-臨界導電

　　■ 電感電流仍然是連續的，只是當開關再次接通時 “達到”零，這被稱為 “臨界導電”。輸出電壓仍等于輸入電壓乘以 D。

　　十七、Buck-降壓調整器-不連續導電

　　■ 在這種情況下，電感中的電流在每個周期的一段時間中為零。

　　■ 輸出電壓仍然 （始終）是 v1 的平均值。

　　■ 輸出電壓不是輸入電壓乘以開關的負荷比 （D）。

　　■ 當負載電流低于臨界值時，D 隨著負載電流而變化（而 Vout 保持不變）。

　　十八、Boost 升壓調整器

　　■ 輸出電壓始終大于（或等于）輸入電壓。

　　■ 輸入電流連續，輸出電流不連續（與降壓調整器相反）。

　　■ 輸出電壓與負荷比（D）之間的關系不如在降壓調整器中那么簡單。在連續導電的情況下：

　　在本例中，Vin = 5，Vout = 15， and D = 2/3. Vout = 15，D = 2/3.

　　十九、變壓器工作（包括初級電感的作用）

　　■ 變壓器看作理想變壓器，它的初級（磁化）電感與初級并聯。

　　二十、反激變壓器

　　■ 此處初級電感很低，用于確定峰值電流和存儲的能量。當初級開關斷開時，能量傳送到次級。

　　二十一、Forward 正激變換變壓器

　　■ 初級電感很高，因為無需存儲能量。

　　■ 磁化電流 （i1） 流入 “磁化電感”，使磁芯在初級開關斷開后去磁 （電壓反向）。

　　二十二、總結

　　■ 此處回顧了目前開關式電源轉換中最常見的電路拓撲結構。

　　■ 還有許多拓撲結構，但大多是此處所述拓撲的組合或變形。

　　■ 每種拓撲結構包含獨特的設計權衡：1）施加在開關上的電壓2）斬波和平滑輸入輸出電流3）繞組的利用率

　　■ 選擇最佳的拓撲結構需要研究：1）輸入和輸出電壓范圍2）電流范圍3）成本和性能、大小和重量之比

　　編輯：黃飛