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　　开始设计开关电源时，主要考虑的是采用何种基本拓扑。开关电源设计中， 拓扑的类型与电源各个组成部分的布置有关。这种布置与电源可以在何种环境下 安全工作以及可以给负载提供的最大功率密切相关。这也是设计中性能价格折中 的关键点。每种拓扑都有自己的优点，有的拓扑可能成本比较低，但输出的功率 受到限制；而有的可以输出足够的功率，但成本比较高等。在一种应用场合下， 有好几种拓扑可以工作，但只有一种是在要求的成本范围内性能最好的。表3-1 总结了各种各样拓扑及其相应的优点。
　　表3-1 PWM开关电源拓扑的比较
　　　

选择最合适的拓扑要考虑的主要因素有：
　　Ｋ输入输出是否需要变压器隔离？
　　Ｌ加在变压器一次侧或电感上的电压值有多大？
　　Ｍ通过开关管的峰值电流多大？
　　Ｎ加在开关管上的最高电压是多少？
　　无变压器隔离的拓扑可以用在分布式电源系统中的板载变换器中。在分布式 电源系统中，通过直流电压总线向系统中各个模块供电，每个模块都有自己的板 载电源。母线电压一般来说是安全的，也就是对使用该装置的操作人员来说不至 于致命，因此可选择无隔离变换器。笔者建议在大部分应用场合下，通过变压器 进行隔离。相对于变压器隔离对负载的保护来说，这种成本的增加很小。在输入 直流电压高于40V的情况下，开关电源都要求用变压器隔离。
　　加在变压器一次侧上的电压大小决定了通过开关管的峰值电流。由于开关电 源的功率一定，一次电压越低，峰值电流就越大，以满足输出功率的要求。对于 TO-220封装的功率晶体管和MOSFET来说，推荐的最大峰值电流是20A。如果超 过20A，开关管就容易损坏，对功率器件进行保护也很困难。应用其他拓扑，也 许可以减小峰值电流。
　　开关管承受的最大电压越大，

　　开关管就越有可能超过它的安全 工作区（SOA)。在开关电源中，电压尖峰是很常见的，所以经常 出现电压尖峰超过开关管击穿电 压的情况。对于有变压器隔离的 拓扑，工业上根据不同的应用范 围使用某一相应的拓扑，

见图 3-8 〇反激式电路拓扑（见图3- 12)，由于具有使用兀器件少、本 身固有效率比较高的特点，在功 率低于100～150W的场合非常受欢迎。但是，反激式电路的电流峰值比正激式 电路高很多，因此在相当低的输出电压下，也可能超出开关管的SOA。在150～ 500W范围内，半桥电路（见图3-15)比较常用。它使用的元器件比较多，但还 是可以接受的。半桥电路输入电压只有一半加在变压器一次侧，这导致电流峰值 增加。因此半桥电路只在500W或更低输出功率场合下使用。超过500W到几千 瓦的情况下，使用全桥电路（见图3-16)。电路使用四个开关管，其中有两个需 要浮地驱动，所以它的元器件成本最高。但考虑到它的输出功率比较大，所以这 种成本的增加还是值得的。在这种场合下，也可以使用推挽式电路（见图3-14)， 但它有潜在的偏磁危险，也就是变压器磁通的运行范围对尽好曲线的“零点” 是非对称的。这会导致变压器朝着一个方向饱和，当负载跳变时，在几个纳秒内 会将变压器烧毁。为了防止这种情况发生，可以采用电流环或具有脉冲电流逐周保护的电压环控制。

　　通过表3-1和图3-8，可以对何种应用场合下选用哪种拓扑有一个比较清晰 的认识，从而可以选择合适的拓扑。图3-9～图3-16给出了常用的PWM开关电 源的拓扑、主要波形和一些估计的参数。

　　图3-9 Buck (降压）电路

　

　　图 3-11 Buck-Boost 电路

　　图3-15半桥电路

关键词： 开关电源