12种开关电源拓扑及计算公式参考.pdf
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开关电源是一种广泛应用于电子设备中的电源转换技术,它通过改变开关元件的工作状态来调整输出电压。在本资料中,详细介绍了12种不同的开关电源拓扑结构及其计算公式,包括了Buck、Boost、Buck-Boost、Sepic、Flyback、Forward、2-Switch Forward、Active Clamp Forward、Half Bridge、Push Pull、Full Bridge以及Phase Shift ZVT等。以下是对这些拓扑结构的简要解析和计算公式的阐述: 1. **Buck电路**:这是一种降压拓扑,输出电压小于输入电压。输出电压与输入电压的关系为 `Vout = Vin * (DT/DTon)`,其中DTon是开关管导通时间,DT是开关周期。开关管电流`Iq`的最大值等于负载电流`Iout`除以1,开关管电压`Vds`等于输入电压`Vin`减去二极管反向电压`Vd`。 2. **Boost电路**:这是一种升压拓扑,输出电压大于输入电压。输出电压与输入电压的关系为 `Vout = Vin / (1 - DT/DTon)`,开关管电流`Iq`的最大值等于负载电流`Iout`除以`(1 - DT/DTon)`,开关管电压`Vds`等于负载电流`Iout`除以1,二极管反向电压`Vd`等于输出电压`Vout`。 3. **Buck-Boost电路**:这是既能升压也能降压的拓扑,输出电压可以大于或小于输入电压。输出电压与输入电压的关系为 `Vout = -Vin * (DT/DTon)`,开关管电流`Iq`的最大值等于负载电流`Iout`除以`(1 - DT/DTon)`,开关管电压`Vds`等于输出电压`Vout`减去输入电压`Vin`,二极管反向电压`Vd`等于输出电压`Vout`。 4. **Sepic电路**:这是一种隔离型升压/降压拓扑,输出电压可以大于、小于或等于输入电压。输出电压与输入电压的关系为 `Vout = -Vin`,开关管电流`Iq`的最大值等于负载电流`Iout`除以`(1 + DT/DTon)`,开关管电压`Vds`等于输入电压`Vin`加上输出电压`Vout`,二极管反向电压`Vd`等于输入电压`Vin`加上输出电压`Vout`。 5. **Flyback电路**:这是一种变压器耦合的反激拓扑,适用于隔离式电源。输出电压与输入电压的关系为 `Vout = Vin * (Lp * Iout * DT/DTon) / (Vin * T)`,其中`Lp`是变压器原边电感,`T`是开关周期。开关管电流`Iq`的最大值等于`Lp * DT/DTon`乘以输入电压`Vin`,开关管电压`Vds`等于`Np/Ns * Vin`,二极管反向电压`Vd`等于`Np/Ns * Vout`,其中`Np`和`Ns`分别为变压器原边和副边的匝数。 6. **Forward电路**:这是一种直通型前向转换器,非隔离式。输出电压与输入电压的关系为 `Vout = Np/Ns * (Vin * DT/DTon)`,开关管电流`Iq`的最大值等于负载电流`Iout`乘以`Np/Ns`,开关管电压`Vds`等于输入电压`Vin`乘以`Np/Ns`,二极管反向电压`Vd`等于输入电压`Vin`乘以`Np/Ns`。 7. **2-Switch Forward电路**:这种拓扑类似于前向转换器,但使用两个开关元件。其计算公式与Forward电路类似。 8. **Active Clamp Forward电路**:主动钳位前向转换器,通过增加一个主动钳位电路来改善开关性能。计算公式与Forward电路相似,但开关管电压有微小变化。 9. **Half Bridge电路**:半桥拓扑使用两个开关元件,每个元件在不同时间导通。输出电压与输入电压的关系与Full Bridge和Push Pull类似,但只有两个开关管。 10. **Push Pull电路**:推挽拓扑,两个开关管交替工作,提供连续的输出电流。输出电压与输入电压的关系与Half Bridge类似,但电流波形更平滑。 11. **Full Bridge电路**:全桥拓扑使用四个开关元件,能够双向调节输出电压。输出电压与输入电压的关系与Half Bridge和Push Pull类似。 12. **Phase Shift ZVT电路**:这是一种零电压转换的全桥拓扑,通过相移控制减少开关损耗。输出电压与输入电压的关系与Full Bridge类似,但其主要优势在于零电压开关。 以上是各种开关电源拓扑的基本特性及计算公式概述。实际设计中,还需要考虑效率、纹波、电磁干扰(EMI)等因素,并进行详细的参数计算和优化。
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