1.前言

在這個由兩部分組成的系列的第一部分中，我描述了正確設(shè)計電源的良好規(guī)范的重要性。在第 2 部分中，我將概述我們的規(guī)范中的哪些參數(shù)（參見圖 1）會影響某些拓撲的決策。

圖 1：我們的規(guī)范參數(shù)，這些參數(shù)會影響某個拓撲的決策

2、拓撲決策

開關(guān)電源中有幾種基礎(chǔ)的拓撲，buck拓撲電路、boost拓撲電路以及反激式開關(guān)電源等等。這些拓撲既有他們相同之處，也有其獨特性。一般，經(jīng)驗豐富的工程師在設(shè)計的時候能夠根據(jù)需求選擇適合的拓撲。而對于初學(xué)者來說，如何選擇合適的拓撲這就非常困難了。因此，就需要我們很好的掌握拓撲的基本特性，這是非常有必要的。這對我們在設(shè)計時選擇合適的拓撲也是很有幫助的，可以避免因為拓撲選擇不當而浪費時間。

一些拓撲適用于離線式（電網(wǎng)供電的）AC/DC變換器，其中有些適合小功率輸出（<200W），有些適合大功率輸出；有些適合較高的AC輸人電壓（>=220V AC），而有些適合較低的AC輸人電壓的場合；有些在較高的DC輸出電壓（ >200V）場合有較大的優(yōu)勢，而有些在較低的DC輸出電壓場合有較大的優(yōu)勢。對于多級電壓輸出的應(yīng)用場合，使用器件較少或是在器件數(shù)與可靠性之間有較好折中是選擇拓撲要考慮的因素。同時，輸入/輸出紋波和噪聲要求也是選擇拓撲要考慮的重要因素。某些拓撲因其本身固有的局限性，需要輔助電路或更復(fù)雜的電路，使得在某些應(yīng)用場合它的特性變得非常難以分析。

因此，要恰當選擇拓撲，熟悉各種不同基本拓撲的優(yōu)缺點是非常重要的。錯誤的選擇會導(dǎo)致電源的性能變差，甚至浪費設(shè)計時間和成本。因此有必要充分地了解不同拓撲的基本特性參數(shù)。

3、如何進行電源拓撲決策

當我們的應(yīng)用不需要輸入和輸出之間的隔離屏障時，V in和 V out之間的比率、輸入和輸出電壓的紋波要求以及最大輸出功率通常會決定我們應(yīng)該選擇哪種拓撲。降壓、升壓、降壓-升壓、單端初級電感轉(zhuǎn)換器 (SEPIC) 和 Zeta 是最常見的非隔離式電源拓撲，功率范圍高達 250W。降壓轉(zhuǎn)換器降低其輸入電壓，升壓轉(zhuǎn)換器將其升高。降壓-升壓、SEPIC 和 Zeta 的輸入電壓可以等于、小于或大于它們的輸出電壓。如果我們的輸入電壓與輸出電壓的符號不同，則應(yīng)選擇反相降壓-升壓轉(zhuǎn)換器或 Cuk 轉(zhuǎn)換器。對于這兩種拓撲，輸入電壓的絕對值可以等于、小于或大于輸出電壓的絕對值。

表 1 列出了輸入電壓和輸出電壓之間的關(guān)系以及我提到的非隔離拓撲的典型功率范圍。如果我們的應(yīng)用需要超過表 1 中所示的輸出功率限制，則可以將兩個或更多交錯轉(zhuǎn)換器級并聯(lián)或使用隔離拓撲（參見表 2），因為這些已經(jīng)用于更高的功率水平。

表1 ：非隔離拓撲概述

隔離拓撲可以提高或降低其輸入電壓。輸出電壓可以為正也可以為負。通過添加額外的變壓器繞組，還可以生成多個輸出電壓。反激、正向、推挽、半橋和全橋轉(zhuǎn)換器是最常見的隔離拓撲。將這些拓撲的損耗降至最低的最常見方法是讓轉(zhuǎn)換器在諧振或準諧振模式下運行。諧振轉(zhuǎn)換器利用零電壓開關(guān) (ZVS) 或零電流開關(guān) (ZCS)。例如準諧振反激、有源鉗位反激或正向、電感-電感-轉(zhuǎn)換器 (LLC) 半橋和移相全橋。表 2 顯示了不同隔離拓撲的功率范圍。 

表2 ：隔離拓撲概述

如果轉(zhuǎn)換器的輸出端可能發(fā)生非常徹底的負載瞬變，重要的是要知道在連續(xù)導(dǎo)通模式下運行的反激拓撲不可能有良好的動態(tài)行為，因為轉(zhuǎn)換器傳遞函數(shù)中的右半平面零 (RHPZ)對于此類轉(zhuǎn)換器，通常會將帶寬限制為低于 5kHz 的頻率。隔離拓撲的輸出電壓反饋路徑通常需要光隔離器的帶寬，這可能是瞬態(tài)響應(yīng)行為的另一個缺點。如果我們的電源確實需要非常好的瞬態(tài)響應(yīng)行為，但我們必須使用與降壓轉(zhuǎn)換器不同的拓撲，那么兩級方法可能是我們的最佳選擇。另一種選擇是將控制器放置在電源的次級側(cè)。

降壓、升壓、SEPIC 和反激式拓撲適用于功率因數(shù)校正 (PFC) 電路。最常見的選擇是 PFC 升壓。

在本系列的下一部分中，我將介紹降壓、升壓和降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。