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

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