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开关电源电路拓扑结构的选择

开关电源（直流变换器）的类型很多，从输入输出有无隔离角度，开关电源主回

路可以分为隔离式与非隔离式两大类型。这两种类型中又各自包含有不同的电路

拓扑种类。每种结构都有各自的特点，适用于不同的应用场合，下边将对各种开

关电源拓扑结构简要叙述和比较。

1.非隔离式开关电源拓扑结构

非隔离式电路是指输入端与输出端电气相通，没有隔离。非隔离式又可分串联式

结构、并联式结构和极性反转式结构三种电路拓扑结构，这三种电路拓扑结构有

各自的特点，工作过程不一样，应用场合也不一样。

（1）串联式结构特点和工作原理

图3所示为串联式结构，这种结构的特点是:在主回路中开关器件T与输入端、

输出端、电感器L、负载RL四者成串联连接的关系。开关管T交替工作于导通/

关断两种状态，当开关管T导通时，输入端电源通过开关管T及电感器L对负载

供电，并同时对电感器L充电，当开关管T关断时，电感器L中的反向电动势使

续流二极管D自动导通，电感器L中储存的能量通过续流二极管D形成的回路，

对负载RL继续供电，从而保证了负载端获得。

图3串联式开关稳压电路主回路

串联式结构中，输出电压与输入电压成线性关系，其表达式为Vo≈Vi×D，D

为开关器件T的占空比，D越大输出越大，其最大值为1，因此串联式结构只能

获得低于输入电压的输出电压，只适合于降压式变换。

（2）并联式结构特点和工作原理

图4所示为并联式结构，并联式结构与串联式结构有相同的组成部分，只是他们

的位置被重新布置了一下。这种结构的特点是:在主回路中开关器件T与输出端

负载成并联连接的关系。开关管T交替工作于导通/关断两种状态，当开关管T

导通时，输入端电源通过开关管T对电感器L充电，同时续流二极管D关断，负

载RL靠电容器存储的电能供电；当开关管T关断时，续流二极管D导通，输入

端电源电压与电感器L中的自感电动势正向叠加后，通过续流二极管D对负载

RL供电，并同时对电容器C充电。

图4并联式开关稳压电路主回路

由此可见，并联式结构中，可以获得高于输入电压的输出电压，因此为升压式变

换，适合于输出电压高于输入电压的场合，并且为了获得连续的负载电流，并联

结构比串联结果对输出滤波电容C的容量有更高的要求。

（3）极性反转型变换器结构

图5所示为极性反转变换器结构，输出电压与输入电压的极性相反。电路的基本

结构特征是：在主回路中，相对于输入端而言，电感器L与负载成并联。

图5极性反转开关电源主回路

开关管T交替工作于导通/关断两种状态，工作过程与并联式结构相似，当开关

管T导通时，输入端电源通过开关管T对电感器L充电，同时续流二极管D关断，

负载RL靠电容器存储的电能供电；当开关管T关断时，续流二极管D导通，电

感器L中的自感电动势通过续流二极管D对负载RL供电，并同时对电容器C充

电；由于续流二极管D的反向极性，使输出端获得相反极性的电压输出。

2.隔离式开关电源拓扑结构

隔离式是指输入端与输出端电气不相通，通过脉冲变压器的磁耦合方式传递能

量，输入输出完全电气隔离。隔离式又可分为以下几种拓扑结构：

（1）单端反激式

开关电源电路中所谓的单端是指变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。所谓

的反激是指当功率调整管T导通时，变压器N在初级绕组中储存能量；当功率调

整管T截止时，变压器N通过次级绕组向负载传递能量。即原/副边交错通断。

这样可以避免变压器磁能被积累的问题，但是由于变压器存在漏感，将在原边形

成电压尖峰，可能击穿调整管T，因此需要设置RCD缓冲电路。

图6单端反激式开关电源主回路

（2）单端正激式

从电路原理图上看，正激式与反激式很相似，表面上只是变压器同名端的区别，

但工作过程不同。当T导通时，变压器N的初级和次级绕组同时导通，向负载传

送能量，滤波电感L储存能量；当T截止时，电感L通过二极管D1继续向负载

释放能量。

图7单端正激式开关电源主回路