开关电源主电路拓扑结构的分析与比较

3 隔离开关转换器

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。

3.1单端反激式DC/DC转换器

开关电源电路中所谓的单端是指转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。单端反激式DC/DC转换电路如图5所示。反激电路不应工作于负载开路状态。

当工作于电流连续模式时，单端正激式DC/DC转换电路如图6所示。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5 单端反激式DC/DC转换电路

该电路的最大问题是：功率管T交替工作于通/断两种状态，当功率管关断时，脉冲变压器处于“空载”状态，其中储存的磁能将被积累到下一个周期，直至电感器饱和，可能会使功率调整管烧毁。

图6 单端正激式DC/DC转换电路

在输出滤波电感电流连续的情况下：

(5)

如果输出电感电路电流不连续，输出电压UO将高于上式的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下：

(6)

3.3推挽式DC/DC转换器

推挽式DC/DC转换电路如图7所示。这种电路结构的特点是：变压器原边是两个对称线圈，两只功率调整管接成对称关系，轮流通断，工作过程类似于线性放大电路中的乙类推挽功率放大器。

图7 推挽式DC/DC转换电路

主要优点：高频变压器磁芯利用率高(与单端电路相比)、电源电压利用率高(与后面要叙述的半桥电路相比)、输出功率大、两管基极均为低电平，驱动电路简单。

该电路的主要缺点是：电路结构相对复杂，成本较高，变压器绕组利用率低，对功率管的耐压要求比较高。

当滤波电感L的电流连续时：

(7)

如果输出电感电流不连续，输出电压Uo将高于式中的计算值，并随负载减小而升高，在负载电流为零的极限情况下：

(8)

3.4全桥式DC/DC转换器

全桥式DC/DC转换电路如图8所示。这种电路结构的特点是：由4只相同的调整管接成电桥结构驱动变压器的原边。工作过程：互为对角的两个功率管同时导通，同一侧上的两功率管交替导通，使变压器一次侧形成幅值为 的交流电压，改变PWM占空比就可以改变输出电压。

图8 全桥式DC/DC转换电路

该电路使用的功率管数量多，且要求参数一致性好，驱动电路复杂，实现同步比较困难。这种电路结构通常使用在1kW以上超大功率开关电源电路中。

该电路的主要优点：与推挽结构相比，原边绕组减少了一半，开关管耐压降低一半。

当滤波电感L的电流连续时：

(9)

如果输出电感电流不连续，输出电压Uo将高于式中的计算值，并随负载减小而升高，在负载电流为零的极限情况下：

(10)

3.5半桥式DC/DC转换器

半桥式DC/DC转换电路如图9所示。由图可以看出电路的结构类似于全桥式，只是把其中的两只调整管换成了两只等值的大电容C1、C2。工作过程：T1和T2交替导通，使变压器一次侧形成幅值为 的交流电压，改变PWM的占空比就可以改变输出电压。

图9 半桥式DC/DC转换电路

主要优点：具有一定的抗不平衡能力，对电路对称性要求不很严格;适应的功率范围较大，从几十W到kW都可以;开关管耐压要求较低;电路成本比全桥电路低等。这种电路常常被用于各种非稳压输出的DC转换器，如电子荧光灯驱动电路中。

(11)

如果输出电感电