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1、基本的脉冲宽度调制波形
这些拓扑结构都与开关式电路有关。 基本的脉冲宽度调制波形定义如下： 2、Buck 降压 把输入降至一个较低的电压。 可能是最简单的电路。 电感 / 电容滤波器滤平开关后的方波。 输出总是小于或等于输入。 输入电流不连续 （斩波）。 输出电流平滑。 3、Boost 升压 把输入升至一个较高的电压。 与降压一样，但重新安排了电感、开关和二极管。 输出总是比大于或等于输入（忽略二极管的正向压降）。 输入电流平滑。 输出电流不连续 （斩波）。 4、Buck-Boost 降压 - 升压 电感、开关和二极管的另一种安排方法。 结合了降压和升压电路的缺点。 输入电流不连续 （斩波）。 输出电流也不连续 （斩波）。 输出总是与输入反向 （注意电容的极性），但是幅度可以小于或大于输入。 “反激”变换器实际是降压 - 升压电路隔离（变压器耦合）形式。 5、Flyback 反激 如降压 - 升压电路一样工作，但是电感有两个绕组，而且同时作为变压器和电感。 输出可以为正或为负，由线圈和二极管的极性决定。 输出电压可以大于或小于输入电压，由变压器的匝数比决定。 这是隔离拓扑结构中最简单的 增加次级绕组和电路可以得到多个输出。 |
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6、Forward 正激
降压电路的变压器耦合形式。 不连续的输入电流，平滑的输出电流。 因为采用变压器，输出可以大于或小于输入，可以是任何极性。 增加次级绕组和电路可以获得多个输出。 在每个开关周期中必须对变压器磁芯去磁。常用的做法是增加一个与初级绕组匝数相同的绕组。 在开关接通阶段存储在初级电感中的能量，在开关断开阶段通过另外的绕组和二极管释放。 7、Two-Transistor Forward 双晶体管正激 两个开关同时工作。 开关断开时，存储在变压器中的能量使初级的极性反向，使二极管导通。 主要优点： 每个开关上的电压永远不会超过输入电压。 无需对绕组磁道复位。 8、Push-Pull 推挽 开关（FET）的驱动不同相，进行脉冲宽度调制（PWM）以调节输出电压。 良好的变压器磁芯利用率 --- 在两个半周期中都传输功率。 全波拓扑结构，所以输出纹波频率是变压器频率的两倍。 施加在 FET 上的电压是输入电压的两倍。 9、Half-Bridge 半桥 较高功率变换器极为常用的拓扑结构。 开关（FET）的驱动不同相，进行脉冲宽度调制（PWM）以调节输出电压。 良好的变压器磁芯利用率 --- 在两个半周期中都传输功率。而且初级绕组的利用率优于推挽电路。 全波拓扑结构，所以输出纹波频率是变压器频率的两倍。 施加在 FET 上的电压与输入电压相等。 10、Full-Bridge 全桥 较高功率变换器最为常用的拓扑结构。 开关（FET）以对角对的形式驱动，进行脉冲宽度调制（PWM）以调节输出电压。 良好的变压器磁芯利用率 --- 在两个半周期中都传输功率。 全波拓扑结构，所以输出纹波频率是变压器频率的两倍。 施加在 FETs 上的电压与输入电压相等。 在给定的功率下，初级电流是半桥的一半。 |
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11、SEPIC 单端初级电感变换器
输出电压可以大于或小于输入电压。 与升压电路一样，输入电流平滑，但是输出电流不连续。 能量通过电容从输入传输至输出。 需要两个电感。 12、C’uk（Slobodan C’uk 的专利） 输出反相 输出电压的幅度可以大于或小于输入。 输入电流和输出电流都是平滑的。 能量通过电容从输入传输至输出。 需要两个电感。 电感可以耦合获得零纹波电感电流。 13、电路工作的细节 下面讲解几种拓扑结构的工作细节 降压调整器： 连续导电 临界导电 不连续导电 升压调整器 （连续导电） 变压器工作 反激变压器 正激变压器 14、Buck- 降压调整器 - 连续导电 电感电流连续。 Vout 是其输入电压 （V1）的均值。 输出电压为输入电压乘以开关的负荷比 （D）。 接通时，电感电流从电池流出。 开关断开时电流流过二极管。 忽略开关和电感中的损耗， D 与负载电流无关。 降压调整器和其派生电路的特征是： 输入电流不连续 （斩波）， 输出电流连续 （平滑）。 15、Buck- 降压调整器 - 临界导电 电感电流仍然是连续的，只是当开关再次接通时 “达到”零。 这被称为 “临界导电”。 输出电压仍等于输入电压乘以 D。 |
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16、Buck- 降压调整器 - 不连续导电
在这种情况下，电感中的电流在每个周期的一段时间中为零。 输出电压仍然 （始终）是 v1 的平均值。 输出电压不是输入电压乘以开关的负荷比 （D）。 当负载电流低于临界值时，D 随着负载电流而变化（而 Vout 保持不变）。 17、Boost 升压调整器 输出电压始终大于（或等于）输入电压。 输入电流连续，输出电流不连续（与降压调整器相反）。 输出电压与负荷比（D）之间的关系不如在降压调整器中那么简单。在连续导电的情况下： 在本例中，Vin = 5， Vout = 15， and D = 2/3. Vout = 15，D = 2/3. 18、变压器工作（包括初级电感的作用） 变压器看作理想变压器，它的初级（磁化）电感与初级并联。 19、反激变压器 此处初级电感很低，用于确定峰值电流和存储的能量。当初级开关断开时，能量传送到次级。 20、Forward 正激变换变压器 初级电感很高，因为无需存储能量。 磁化电流 （i1） 流入 “磁化电感”，使磁芯在初级开关断开后去磁 （电压反向）。 21、总结 此处回顾了目前开关式电源转换中最常见的电路拓扑结构。 还有许多拓扑结构，但大多是此处所述拓扑的组合或变形。 每种拓扑结构包含独特的设计权衡： 施加在开关上的电压 斩波和平滑输入输出电流 绕组的利用率 选择最佳的拓扑结构需要研究： 输入和输出电压范围 电流范围 成本和性能、大小和重量之比 |
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[澳]电力电子变换器PWM技术原理与实践（中文PDF电子版）
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