電源設計關鍵之拓撲結構（一）

　　世界各地有關降低電子系統(tǒng)能耗的各種倡議，正促使單相交流輸入電源設計人員采用更先進的電源技術。為了獲得更高的功率級，這些倡議要求效率達到87% 及以上。由于標準反激式（flyback）和雙開關正激式等傳統(tǒng)電源拓撲都不支持這些高效率級...要設計一個高效率的電源，就需要電源工程師牢牢掌握電源拓撲結構的扎實基本功。基于此，為了使廣大工程師對電源拓撲結構能有一個比較清晰的認識，電子發(fā)燒友網(wǎng)推出《電源設計關鍵之拓撲結構》系列文章，以饗讀者。敬請留意后續(xù)章節(jié)。

　　一、開關電源拓撲結構概述

　　主回路—開關電源中，功率電流流經(jīng)的通路。主回路一般包含了開關電源中的開關器件、儲能器件、脈沖變壓器、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。

　　開關電源（直流變換器）的類型很多，在研究開發(fā)或者維修電源系統(tǒng)時，全面了解開關電源主回路的各種基本類型，以及工作原理，具有極其重要的意義。

　　開關電源主回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。

　　1.1. 串聯(lián)式結構

　　串聯(lián)——在主回路中開關器件（下圖中所示的開關三極管T）與輸入端、輸出端、電感器L、負載RL四者成串聯(lián)連接的關系。

　　開關管T交替工作于通/斷兩種狀態(tài)，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，并同時對電感器L充電，當開關管T關斷時，電感器L中的反向電動勢使續(xù)流二極管D自動導通，電感器L中儲存的能量通過續(xù)流二極管D形成的回路，對負載R繼續(xù)供電，從而保證了負載端獲得連續(xù)的電流。

　　串聯(lián)式結構，只能獲得低于輸入電壓的輸出電壓，因此為降壓式變換。

　　1.2. 并聯(lián)式結構

　　并聯(lián)——在主回路中，相對于輸入端而言，開關器件（下圖中所示的開關三極管T）與輸出端負載成并聯(lián)連接的關系。

　　開關管T交替工作于通/斷兩種狀態(tài)，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(xù)流二極管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(xù)流二極管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后，通過續(xù)流二極管D對負載R供電，并同時對電容器C充電。

　　由此可見，并聯(lián)式結構中，可以獲得高于輸入電壓的輸出電壓，因此為升壓式變換。并且為了獲得連續(xù)的負載電流，并聯(lián)結構比串聯(lián)結果對輸出濾波電容C的容量有更高的要求。

　　1.3.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。電路的基本結構特征是：在主回路中，相對于輸入端而言，電感器L與負載成并聯(lián)。

　　開關管T交替工作于通/斷兩種狀態(tài)，工作過程與并聯(lián)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(xù)流二極管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(xù)流二極管D導通，電感器L中的自感電動勢通過續(xù)流二極管D對負載RL供電，并同時對電容器C充電；由于續(xù)流二極管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，通過脈沖變壓器的磁偶合方式傳遞能量，輸入輸出完全電氣隔離。

　　2.1. 單端正激式

　　單端——通過一只開關器件單向驅動脈沖變壓器；

　　正激——脈沖變壓器的原/付邊相位關系，確保在開關管導通，驅動脈沖變壓器原邊時，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交替工作于通/斷兩種狀態(tài)，當開關管關斷時，脈沖變壓器處于“空載”狀態(tài)，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構成的磁通復位電路，提供了泄放多余磁能的渠道。

　　2.2. 單端反激式

　　反激式電路與正激式電路相反，脈沖變壓器的原/付邊相位關系，確保當開關管導通，驅動脈沖變壓器原邊時，變壓器付邊不對負載供電，即原/付邊交錯通斷。脈沖變壓器磁能被積累的問題容易解決，但是，由于變壓器存在漏感，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構成的回路。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(qū)別，但電路的工作方式不同，D3、N3的作用也不同。