一、概述

直流變換器按輸入與(yu) 輸出是否有電氣隔離可分為(wei) 兩(liang) 類：沒有電氣隔離的稱為(wei) 非隔離的直流變換器，有電氣隔離的稱為(wei) 隔離的直流變換器。

基本的非隔離開關(guan) 電源拓撲主要有六種，即降壓變換器(buck)，升壓變換器(boost)，升降壓變換器(buck-boost)，Cuk變換器，Zeta變換器和Sepic變換器等。在這六種變換器中，降壓式變換器和升壓式變換器是最基礎的，另外四種是從(cong) 中進化衍生而來。

隔離的直流變換器按有源功率器件的數量來分類。單管的有正激式(Forward)和反激式(Flyback)兩(liang) 種;雙管的有雙管正激(Double Transistor Forward Convert)、雙管反激(Double Transistor Flyback Converter)、推挽(Push-pull Converter)和半橋(Half-bridge Convert)等四種;四管的直流變換器就隻有全橋直流變換器(Full Bridge Convert)。

很多人尤其是開關(guan) 電源的初學者，常常被上述林林總總的開關(guan) 電源拓撲結構給弄的暈頭轉向，不了解不同拓撲之間的關(guan) 係。其實各種隔離拓撲結構全部是由非隔離拓撲演化而來，通過對它們(men) 進行分類、了解演化關(guan) 係，可以極大的簡化我們(men) 對開關(guan) 電源的學習(xi) ，深入了解各種拓撲的特點。

二、升壓變換器(buck)與(yu) 降壓變換器(boost)

開關(guan) 變換器取代線性調壓早在20世紀60年代就已經開始使用，它通過快速開關(guan) 晶體(ti) 管，經過電感或電容濾波後，輸出直流電壓的平均值。通過控製晶體(ti) 管開關(guan) 的占空比，可以控製輸出電壓的大小。

上圖是最早的開關(guan) 型變換器——buck變換器，當開關(guan) 管導通時，輸入電壓通過開關(guan) 管、電感L1對負載提供能量，同時為(wei) L1、C1進行儲(chu) 能;當開關(guan) 管關(guan) 斷時，L1、C1對負載提供能量，二極管D1為(wei) 儲(chu) 能電感提供續流泄放路徑。

上圖為(wei) 另外一種最基本的開關(guan) 變換器拓撲——boost變換器拓撲。當開關(guan) 管導通時，輸入電壓對電感L1提供能量進行儲(chu) 能，同時負載由電容C1來提供能量;當開關(guan) 判斷時，輸入電壓與(yu) 電感L1通過二極管D1共同為(wei) 負載提供能量，同時電容C1充電以補充在開關(guan) 管判斷期間損耗掉的能量。

三、常見隔離拓撲

前麵討論的buck與(yu) boost開關(guan) 變換器拓撲有一個(ge) 明顯的缺點，就是它們(men) 的輸入回路和輸出回路共地，並且無法實現多路輸出。下麵介紹的正激變換器、推挽變換器、半橋變換器、全橋變換器有很多共同的特點，如這些拓撲全部利用變壓器把能量傳(chuan) 遞到負載、輸入輸出回路隔離不共地、可以利用變壓器多個(ge) 次級繞組實現多路輸出。

1.正激變換器(Forward Convert)

正激變換器由Buck變換器派生而來，如下圖所示，在Buck變換器輸入端加入變壓器對輸入信號進行隔離，再由二極管D3對變壓器輸出信號進行半波整流輸出PWM脈衝(chong) 信號代替原來由高端開關(guan) 形成PWM輸入。同時，為(wei) 了簡化驅動電路，開關(guan) 管由高端浮地改為(wei) 低端開關(guan) ，形成正激變換器的基本結構(缺磁複位電路沒有顯示)。當開關(guan) 管導通時，同名端相對於(yu) 異名端為(wei) 正二極管D2正偏，二極管D3反偏，輸入功率通過變壓器經過D3、L3給負載提供能量，同時給電感L2儲(chu) 存能量;當開關(guan) 管關(guan) 斷時，輸入能量傳(chuan) 遞不到副邊，電感L2裏麵存儲(chu) 的能量通過D2傳(chuan) 送到負載。

正激變壓器在輸出功率150W~200W，輸入電壓較低，60~250V的場合，正激變換器可能是最廣泛應用的拓撲。若輸入電壓低於(yu) 60V，則對應最小輸入電壓所需的初級輸入電流就太大。若最大輸入電壓超過250V，則開關(guan) 管的最大電壓應力太大。若輸出功率超過200W，對於(yu) 任何直流輸入電壓，所需的輸入電流太大。

2.推挽變換器

推挽變換器可以理解為(wei) 由兩(liang) 路正激電路並聯構成，如下圖所示。由於(yu) 推挽變換器原邊有兩(liang) 個(ge) 相差180度相位的繞組交換傳(chuan) 遞能量到副邊輸出級，所以副邊采用帶中間抽頭的雙繞組，並采用全波整流，可以去除在正激變換器中開關(guan) 管關(guan) 閉時，由儲(chu) 能電感對外提供能量的周期，整個(ge) 開關(guan) 周期都有能量從(cong) 原邊傳(chuan) 遞到副邊。

由於(yu) 不需要儲(chu) 能電感的續流功能，所以續流二極管D2也隻可以省略。即原邊輸入級采用兩(liang) 路正激變換器的輸入級交錯並聯，副邊合理的節省部分整流、濾波電路後，即派生出典型的推挽式開關(guan) 電源變換器。

對於(yu) 推挽式開關(guan) 電源變換器，由於(yu) 上麵已經提到，整個(ge) 開關(guan) 周期都有能量從(cong) 輸入側(ce) 傳(chuan) 遞到輸出測，沒有儲(chu) 能電感續流供電過程，采用全波或橋式整流後，其輸出電壓的脈動係數和電流的脈動係數都很小，因此隻需要很小的輸出濾波電感、電容，就可以得到電壓紋波與(yu) 電流紋波都很小的輸出電壓，其輸出電壓特性非常好。

其次，由於(yu) 推挽式開關(guan) 電源中的變壓器磁芯屬於(yu) 雙向極化，工作在一、三象限，其磁芯利用率較正激變換器更高。另外，推挽式開關(guan) 電源變換器的兩(liang) 個(ge) 開關(guan) 管都有一個(ge) 公共接地端，相對於(yu) 半橋、全橋拓撲來講，其驅動電路可以簡化很多，這也是推挽拓撲的一個(ge) 優(you) 點。

與(yu) 其優(you) 點一樣，推挽拓撲的缺點一樣非常鮮明。與(yu) 正激拓撲一樣，由於(yu) 每個(ge) 開關(guan) 管在關(guan) 斷期間承受的電壓為(wei) 兩(liang) 倍輸入電壓(不包括因開關(guan) 管通斷與(yu) 寄生參數造成的開關(guan) 尖峰)，推挽拓撲不適用於(yu) 輸入電壓較高的場合。

3.反激變換器(Flyback Converter)

前麵講到的幾種變換器，除boost外，都是在開關(guan) 管導通時將能量傳(chuan) 遞到負載端。這裏要講的反激變換器則不同，在反激拓撲中，開關(guan) 管導通時，變壓器存儲(chu) 能量，負載電流由輸出濾波電容提供;開關(guan) 管判斷時，變壓器將存儲(chu) 的能量傳(chuan) 遞到負載，並給輸出電容充電來補償(chang) 開關(guan) 管導通期間輸出電容放電消耗的能量。

反激拓撲在高電壓、小功率的應用專(zhuan) 用(電壓不大於(yu) 5000V,功率幾十瓦)，如果輸入電壓較高，初級電流適當，反派拓撲可以用在輸出功率高達150W的電源中。它最大的優(you) 點在於(yu) 不需要接buck類拓撲都需要的輸出電感，使反激變換器結構簡化、體(ti) 積減小、成本降低。