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开关模式电源拓扑解释
开关模式电源拓扑解释
电源的作用对电子电路至关重要，因为如果没有足够的电源，电路就无法以最佳状态运行。另一方面，过大的电源会因热效应而使电路元件劣化。电源拓扑通常有两种选择；线性电源和开关电源 (SMPS)。
线性电源传统上是一种旧拓扑，因此它存在于旧电子元件的设计和架构中。但是，对于当前的电路设计，新的开关电源拓扑优于线性电源，因为它具有更高的效率和紧凑的尺寸。然而，SMPS元件较多，设计复杂，其优势仍大于线性电源。
此外，SMPS 的成本最初很高
开关电源拓扑
由于开关电源包含大量组件，因此需要不同的阶段。每个阶段都考虑到最佳性能所需的所有因素。示例：如果输入电源是 AC，则输入级提供整流器和低通滤波器，用于 AC 到 DC 的转换。通过同时打开和关闭直流电压，还有一个逆变器级可用于直流到交流的转换。开关速率决定了交流输出的频率。
线性模式与 SMPS 的比较
从上图可以清楚地看出，在考虑设计标准时，SMPS 优于线性模式电源。此外，紧凑的尺寸和效率也有利于前面章节中讨论的 SMPS。虽然 SMPS 胜过线性模式，但选择不同拓扑的 SMPS 也是一个艰难的选择。有多种 SMPS 拓扑：
通常，对于单相用例，降压拓扑需要单个电感器。但在稳健应用的情况下，需要目录电感器。由于该拓扑带有串联电感器和并联电容器，因此非常适合 DC 到 DC 转换。虽然降压转换器通过多相拓扑提供高效率和功率水平，但对于需要隔离的用例来说，它不是一个合适的选择。
降压转换器的主要缺点之一是输入电流总是不连续的，这会导致更大的 EMI。但是，可以通过片式磁珠、共模扼流圈和滤波器扼流圈等滤波器元件来解决。此外，还可以为特定情况和需要额外线圈来感测和供电的应用构建定制电感器。
促进
升压拓扑是非隔离用例的首选。由于开关相对于输入电压处于分流位置，因此有助于提高电压。该拓扑还根据功能要求为升压电路中的电感器提供了广泛的目录选项。此外，使用定制电感器的规定有助于为各种应用动态设计电路。
单位值的功率因数变化降低了电路的效率。因此，功率因数校正电路需要使该值接近于 1。升压拓扑在导通模式下工作时会汲取持续电流，从而在发生显着变化时提高功率因数。
降压-升压
顾名思义，降压-升压拓扑是单独的降压和升压拓扑的组合。因此，该拓扑结构适用于升压和降压应用。由于电感与主电路的连接随开关位置的不同而变化，因此驱动电路的流程有点复杂。
这种拓扑特别适用于电池应用，因为输入电压会随时间变化，但它具有输出电压反相的缺点。
SEPIC/Ćuk
SEPIC 和 Ćuk 拓扑都利用电容器以及电路中的两个电感器来存储能量。“这两个电感器可以是单独的电感器，也可以是耦合电感器形式的单个组件。” 升压或降压特性使其适用于电池应用。
由于其同相输出，SEPIC 拓扑优于 Ćuk 和降压-升压拓扑。两种拓扑中的电容器都提供有限的隔离，因此它解决了隔离问题。
反激式拓扑由一个变压器组成，该变压器充当用于提供隔离的存储电感器。变压器还通过调整匝数比打开了可变电压选项。此外，变压器的使用为多个输出创造了可能性。
反激拓扑是低功耗应用中最简单和最常见的隔离拓扑。此外，反激变压器避免了对单独电感器的需求，因此它是一种具有成本效益的拓扑结构。
向前
前向拓扑带有一个变压器以及变压器输出侧的扩展降压电路。因此，它也被称为变压器隔离降压转换器。由于非脉动输出电流，正向电路对于高电流供应是灵活的。因此，它是具有 15A 过大电流规格的应用的不错选择。
“与反激拓扑一样，正向转换器专门用于低功率应用。虽然效率与反激式相当，但它的缺点是在输出上有一个额外的电感器，不太适合高电压输出。”
推拉
从电路上看，推挽拓扑带有正向拓扑电路的双初级绕组，以构建双驱动绕组。因此，它提高了效率，因为与任何反激式或正向转换器相比，变压器磁芯的利用率是最佳的。推挽式转换器还提供了在高功率要求期间按比例放大的规定。
由于一次使用50%的铜，因此导致铜损值增加。对于相同的功率水平，推挽电路具有相对于正向转换器的紧凑型滤波器。此外，开关功能至关重要，因为如果两个开关同时打开。然后它会在变压器中引起相等和相反的通量，从而降低电路的阻抗。阻抗值的这种突然下降使电流值呈指数上升。因此，存在损坏电路的潜在机会。
半桥
半桥拓扑还具有扩展到更高功率水平的功能，如推挽拓扑。因此，如果开关同时打开，它也存在电流突然上升的相同问题。“为了控制这一点，每个开关的导通时间之间需要有一个死区时间。这将占空比限制为大约 45%。有利的是，半桥拓扑开关应力等于输入电压。这使其更适合 250VAC 和 PFC 应用。”
共振有限责任公司
谐振LLC电路的设计类似于半桥拓扑，它进一步利用谐振的概念来抵消超前和滞后效应。即使电路处于空载模式，由于零电压开关，这也降低了开关损耗。
这种拓扑非常适合待机模式电源，因为谐振回路需要持续供电。谐振 LLC 优于推挽拓扑和半桥拓扑，因为它适用于广泛的输入电压范围。谐振 LLC 拓扑的唯一缺点是其“复杂性和成本”。