開關電源拓撲結構簡述，每種結構各有什麼優缺點
一、關於開關電源
開關電源（直流變換器）的類型很多，在研究開發或者維修電源系統時，全面了解開關電源主迴路的各種基本類型，以及工作原理，具有極其重要的意義。開關電源的主迴路是功率電流流經的通路，主迴路一般包含了開關電源中的開關器件、儲能器件、脈衝變壓器、濾波器、輸出整流器、等所有功率器件，以及供電輸入端和負載端。
二、開關電源類型
開關電源主迴路可以分為隔離式與非隔離式兩大類型。
1、非隔離式電路的類型
非隔離——輸入端與輸出端電氣相通，沒有隔離。
①串聯式結構
串聯——在主迴路中開關器件（下圖中所示的開關三極體T）與輸入端、輸出端、電感器L、負載RL四者成串聯連接的關係。
開關管T交替工作於通/斷兩種狀態，當開關管T導通時，輸入端電源通過開關管T及電感器L對負載供電，並同時對電感器L充電，當開關管T關斷時，電感器L中的反向電動勢使續流二極體D自動導通，電感器L中儲存的能量通過續流二極體D形成的迴路，對負載R繼續供電，從而保證了負載端獲得連續的電流。
串聯式結構，只能獲得低於輸入電壓的輸出電壓，因此為降壓式變換。
②並聯式結構
並聯——在主迴路中，相對於輸入端而言，開關器件（下圖中所示的開關三極體T）與輸出端負載成並聯連接的關係。
開關管T交替工作於通/斷兩種狀態，當開關管T導通時，輸入端電源通過開關管T對電感器L充電，同時續流二極體D關斷，負載R靠電容器存儲的電能供電；當開關管T關斷時，續流二極體D導通，輸入端電源電壓與電感器L中的自感電動勢正向疊加後，通過續流二極體D對負載R供電，並同時對電容器C充電。
由此可見，並聯式結構中，可以獲得高於輸入電壓的輸出電壓，因此為升壓式變換。並且為了獲得連續的負載電流，並聯結構比串聯結果對輸出濾波電容C的容量有更高的要求。
③極性反轉型變換器結構
極性反轉——輸出電壓與輸入電壓的極性相反。電路的基本結構特徵是：在主迴路中，相對於輸入端而言，電感器L與負載成並聯。
開關管T交替工作於通/斷兩種狀態，工作過程與並聯式結構相似，當開關管T導通時，輸入端電源通過開關管T對電感器L充電，同時續流二極體D關斷，負載RL 靠電容器存儲的電能供電；當開關管T關斷時，續流二極體D導通，電感器L中的自感電動勢通過續流二極體D對負載RL供電，並同時對電容器C充電；由於續流二極體D的反向極性，使輸出端獲得相反極性的電壓輸出。
2、隔離式電路的類型
隔離——輸入端與輸出端電氣不相通，通過脈衝變壓器的磁偶合方式傳遞能量，輸入輸出完全電氣隔離。
1、單端正激式
單端——通過一隻開關器件單向驅動脈衝變壓器；
正激——脈衝變壓器的原/付邊相位關係，確保在開關管導通，驅動脈衝變壓器原邊時，變壓器付邊同時對負載供電。
該電路的最大問題是：開關管T交替工作於通/斷兩種狀態，當開關管關斷時，脈衝變壓器處於「空載」狀態，其中儲存的磁能將被積累到下一個周期，直至電感器飽和，使開關器件燒毀。圖中的D3與N3構成的磁通複位電路，提供了泄放多餘磁能的渠道。
②單端反激式
反激式電路與正激式電路相反，脈衝變壓器的原/付邊相位關係，確保當開關管導通，驅動脈衝變壓器原邊時，變壓器付邊不對負載供電，即原/付邊交錯通斷。脈衝變壓器磁能被積累的問題容易解決，但是，由於變壓器存在漏感，將在原邊形成電壓尖峰，可能擊穿開關器件，需要設置電壓鉗位電路予以保護D3、N3構成的迴路。從電路原理圖上看，反激式與正激式很相象，表面上只是變壓器同名端的區別，但電路的工作方式不同，D3、N3的作用也不同。
③推挽（變壓器中心抽頭）式
這種電路結構的特點是：對稱性結構，脈衝變壓器原邊是兩個對稱線圈，兩隻開關管接成對稱關係，輪流通斷，工作過程類似於線性放大電路中的乙類推挽功率放大器。
主要優點：高頻變壓器磁芯利用率高（與單端電路相比）、電源電壓利用率高（與後面要敘述的半橋電路相比）、輸出功率大、兩管基極均為低電平，驅動電路簡單。
主要缺點：變壓器繞組利用率低、對開關管的耐壓要求比較高（至少是電源電壓的兩倍）。
④全橋式
這種電路結構的特點是：由四隻相同的開關管接成電橋結構驅動脈衝變壓器原邊。
圖中T1、T4為一對，由同一組信號驅動，同時導通/關端；T2、T3為另一對，由另一組信號驅動，同時導通/關端。兩對開關管輪流通/斷，在變壓器原邊線圈中形成正/負交變的脈衝電流。
主要優點：與推挽結構相比，原邊繞組減少了一半，開關管耐壓降低一半。
主要缺點：使用的開關管數量多，且要求參數一致性好，驅動電路複雜，實現同步比較困難。這種電路結構通常使用在1KW以上超大功率開關電源電路中。
⑤半橋式
電路的結構類似於全橋式，只是把其中的兩隻開關管（T3、T4）換成了兩隻等值大電容C1、C2。
主要優點：具有一定的抗不平衡能力，對電路對稱性要求不很嚴格；適應的功率範圍較大，從幾十瓦到千瓦都可以；開關管耐壓要求較低；電路成本比全橋電路低等。這種電路常常被用於各種非穩壓輸出的DC變換器，如電子熒光燈驅動電路中。
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