各總開關電源（SMPS）優缺點比較

本文簡單介紹當前使用的最流行的開關電源轉換電路拓撲。還有更多的拓撲，但大多數是這些的組合或修改。每種拓撲都有自己的一組設計考慮因素，例如提供給開關的電壓、輸入和輸出電流的斬波和平滑以及繞組消耗。需要研究以確定最佳拓撲：輸入和輸出電壓范圍、電流范圍、成本和性能以及尺寸和重量比。

一、基本脈寬調制波形：

所有這些拓撲都與開關電路有關。以下是基本PWM波形的定義：

二、常見的基本拓撲：

1．巴克：將輸入電壓降低到較低的水平?？赡苁亲钪苯拥碾娐贰Ｇ袚Q后，電感/電容濾波器平滑方波。在任何情況下，輸出都小于或等于輸入。輸入電流不規則（斬波）。輸出電流平滑。

2．提升：增加輸入電壓。與buck相同，但重新排列了電感器、開關和二極管。在任何情況下，輸出都大于或等于輸入（忽略二極管正向壓降）。輸入電流已軟化。輸出電流不規則（斬波）。

3．降壓-升壓：電感器、開關和二極管的不同配置。結合了降壓和升壓電路的缺點。輸入電流不規則（斬波）。此外，輸出電流不是恒定的（斬波）。盡管輸出總是與輸入相反（由于電容器的極性），但幅度可以更小或更大?！胺醇な健鞭D換器是一種降壓-升壓電路隔離裝置（變壓器耦合）。

4．反激式：電感器包含兩個繞組，同時用作變壓器和電感器，類似于升降壓電路。根據線圈和二極管的極性，輸出可以是正的或負的。變壓器的匝數比決定了輸出電壓是大于還是小于輸入電壓。最簡單的隔離拓撲就是這個。通過添加次級繞組和電路，您可以獲得許多輸出。

5．前鋒：輸入電流是不規則的，而輸出電流是平滑的。由于變壓器的原因，在任何極性下，輸出都可能大于或小于輸入。

通過添加次級繞組和電路，您可以獲得許多輸出。在每個開關周期中，變壓器鐵芯必須去磁。添加與初級繞組匝數相同的繞組是一種典型的做法。在開啟階段積累在初級電感中的能量在關閉階段通過額外的繞組和二極管釋放，

6．雙晶體管正激：兩個開關同時激活。當開關打開時，儲存在變壓器中的能量會翻轉初級的極性，從而導致二極管導通。每個開關上的電壓永遠不會超過輸入電壓，并且繞組軌道不需要復位。

7．推挽：為了調節輸出電壓，開關(FET)采用異相和脈寬調制(PWM)操作。功率在所有半周期內傳輸，表明變壓器鐵芯使用良好。由于采用全波拓撲結構，輸出紋波頻率是變壓器的兩倍。FET承受兩倍于輸入電壓的電壓。

8．半橋：對于更高功率的轉換器，這是一種相對常見的拓撲。為了修改輸出電壓，開關在異相和脈寬調制下運行。功率在所有半周期內傳輸，表明變壓器鐵芯使用良好。初級繞組也比推挽電路更好地使用。

由于采用全波拓撲結構，輸出紋波頻率是變壓器的兩倍。輸入電壓與施加到FET的電壓相同。

9．全橋：對于更高功率的轉換器，這是最流行的拓撲。為了調節輸出電壓，開關以對角線對供電并進行脈寬調制。功率在所有半周期內傳輸，表明變壓器鐵芯使用良好。由于采用全波拓撲結構，輸出紋波頻率是變壓器的兩倍。輸入電壓等于施加到FET的電壓。在給定功率下，初級電流是半橋的一半，

10．SEPIC單端初級電感轉換器：輸出電壓可以高于或低于輸入。輸入電流是平滑的，就像升壓電路一樣，但輸出電流不是。電容器將能量從輸入傳輸到輸出。有必要使用兩個電感器。

11．C'uk（SlobodanC'uk的專利）：在這種情況下，輸出被反轉。輸出電壓可以大于或小于輸入電壓。輸入和輸出電流都是平滑的。

電容器將能量從輸入傳輸到輸出。有必要使用兩個電感器。對于零紋波電感電流，可以鏈接電感。

三、電路工作原理：

1．穩壓器-連續導通：電感中的電流是恒定的。其輸入電壓的平均值為Vout(V1)。輸出電壓等于輸入電壓乘以開關的占空比(D)。啟動時，電感電流從電池流出。當開關打開時，電流通過二極管。當考慮開關和電感器的損耗時，D與負載電流無關。降壓穩壓器及其衍生產品具有恒定的輸出電流和不連續的輸入電流（斬波）（平滑）。

2．降壓穩壓器關鍵導通：電感電流仍然是連續的；當開關再次打開時，它“達到”零。這被稱為“臨界傳導”。輸出電壓仍等于輸入電壓的D倍。

3．穩壓器-不連續導通：在這種情況下，電感器中的電流在每個周期的一部分中為0。v1的平均值仍然（始終）是輸出電壓。輸出電壓不等于輸入電壓乘以開關的占空比(D)。當負載電流低于臨界閾值時（而Vout保持恒定），D隨負載電流波動。

4．升壓調節器：輸出電壓總是高于（或等于）輸入電壓（或等于）。輸入電流是恒定的，而輸出電流是可變的（與降壓穩壓器相反）。與降壓穩壓器相比，輸出電壓和占空比(D)之間的關系并不那么簡單。在連續導通的情況下，以下情況屬實：

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

5．變壓器工作（包括初級電感的作用）：變壓器的初級（磁化）電感被認為與理想變壓器中的初級并聯。

6．反激變壓器：使用初級電感計算峰值電流和存儲的能量，在這種情況下它很低。

7．正向變壓器：因為不需要儲存能量，所以初級電感很高。初級開關關閉后，勵磁電流(i1)流入“勵磁電感”，導致磁芯退磁（電壓反轉）。

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