主回路—開(kāi)關(guān)電源" title="開(kāi)關(guān)電源">開(kāi)關(guān)電源中，功率電流流經(jīng)的通路。主回路一般包含了開(kāi)關(guān)電源中的開(kāi)關(guān)器件、儲(chǔ)能器件、脈沖變壓器、濾波器、輸出整流器、等所有功率器件，以及供電輸入端和負(fù)載端。

　　開(kāi)關(guān)電源（直流變換器" title="變換器">變換器）的類型很多，在研究開(kāi)發(fā)或者維修電源系統(tǒng)時(shí)，全面了解開(kāi)關(guān)電源主回路的各種基本類型，以及工作原理，具有極其重要的意義。

　　開(kāi)關(guān)電源主回路可以分為隔離式與非隔離式兩大類型。

　　1. 非隔離式電路的類型：

　　非隔離——輸入端與輸出端電氣相通，沒(méi)有隔離。

　　1.1. 串聯(lián)式結(jié)構(gòu)

　　串聯(lián)——在主回路中開(kāi)關(guān)器件（下圖中所示的開(kāi)關(guān)三極管T）與輸入端、輸出端、電感器L、負(fù)載RL四者成串聯(lián)連接的關(guān)系。

　　開(kāi)關(guān)管T交替工作于通/斷兩種狀態(tài)，當(dāng)開(kāi)關(guān)管T導(dǎo)通時(shí)，輸入端電源通過(guò)開(kāi)關(guān)管T及電感器L對(duì)負(fù)載供電，并同時(shí)對(duì)電感器L充電，當(dāng)開(kāi)關(guān)管T關(guān)斷時(shí)，電感器L中的反向電動(dòng)勢(shì)使續(xù)流二極管D自動(dòng)導(dǎo)通，電感器L中儲(chǔ)存的能量通過(guò)續(xù)流二極管D形成的回路，對(duì)負(fù)載R繼續(xù)供電，從而保證了負(fù)載端獲得連續(xù)的電流。

　　串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，只能獲得低于輸入電壓的輸出電壓，因此為降壓式變換。例如buck拓?fù)湫烷_(kāi)關(guān)電源就是屬于串聯(lián)式的開(kāi)關(guān)電源http://www.eetrend.com/blog/100019740

　　上圖是在圖1-1-a電路的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)整流二極管和一個(gè)LC濾波電路。其中L是儲(chǔ)能濾波電感，它的作用是在控制開(kāi)關(guān)K接通期間Ton限制大電流通過(guò)，防止輸入電壓Ui直接加到負(fù)載R上，對(duì)負(fù)載R進(jìn)行電壓沖擊，同時(shí)對(duì)流過(guò)電感的電流iL轉(zhuǎn)化成磁能進(jìn)行能量存儲(chǔ)，然后在控制開(kāi)關(guān)T關(guān)斷期間Toff把磁能轉(zhuǎn)化成電流iL繼續(xù)向負(fù)載R提供能量輸出；C是儲(chǔ)能濾波電容，它的作用是在控制開(kāi)關(guān)K接通期間Ton把流過(guò)儲(chǔ)能電感L的部分電流轉(zhuǎn)化成電荷進(jìn)行存儲(chǔ)，然后在控制開(kāi)關(guān)K關(guān)斷期間Toff把電荷轉(zhuǎn)化成電流繼續(xù)向負(fù)載R提供能量輸出；D是整流二極管，主要功能是續(xù)流作用，故稱它為續(xù)流二極管，其作用是在控制開(kāi)關(guān)關(guān)斷期間Toff，給儲(chǔ)能濾波電感L釋放能量提供電流通路。

　　在控制開(kāi)關(guān)關(guān)斷期間Toff，儲(chǔ)能電感L將產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流iL由反電動(dòng)勢(shì)eL的正極流出，通過(guò)負(fù)載R，再經(jīng)過(guò)續(xù)流二極管D的正極，然后從續(xù)流二極管D的負(fù)極流出，最后回到反電動(dòng)勢(shì)eL的負(fù)極。

　　對(duì)于圖1-2，如果不看控制開(kāi)關(guān)T和輸入電壓Ui，它是一個(gè)典型的反г 型濾波電路，它的作用是把脈動(dòng)直流電壓通過(guò)平滑濾波輸出其平均值。

　　串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓uo的平均值Ua為：

　　主回路—開(kāi)關(guān)電源中，功率電流流經(jīng)的通路。主回路一般包含了開(kāi)關(guān)電源中的開(kāi)關(guān)器件、儲(chǔ)能器件、脈沖變壓器、濾波器、輸出整流器、等所有功率器件，以及供電輸入端和負(fù)載端。

　　開(kāi)關(guān)電源（直流變換器）的類型很多，在研究開(kāi)發(fā)或者維修電源系統(tǒng)時(shí)，全面了解開(kāi)關(guān)電源主回路的各種基本類型，以及工作原理，具有極其重要的意義。

　　開(kāi)關(guān)電源主回路可以分為隔離式與非隔離式兩大類型。

　　1. 非隔離式電路的類型：

　　非隔離——輸入端與輸出端電氣相通，沒(méi)有隔離。

　　1.1. 串聯(lián)式結(jié)構(gòu)

　　串聯(lián)——在主回路中開(kāi)關(guān)器件（下圖中所示的開(kāi)關(guān)三極管T）與輸入端、輸出端、電感器L、負(fù)載RL四者成串聯(lián)連接的關(guān)系。

　　開(kāi)關(guān)管T交替工作于通/斷兩種狀態(tài)，當(dāng)開(kāi)關(guān)管T導(dǎo)通時(shí)，輸入端電源通過(guò)開(kāi)關(guān)管T及電感器L對(duì)負(fù)載供電，并同時(shí)對(duì)電感器L充電，當(dāng)開(kāi)關(guān)管T關(guān)斷時(shí)，電感器L中的反向電動(dòng)勢(shì)使續(xù)流二極管D自動(dòng)導(dǎo)通，電感器L中儲(chǔ)存的能量通過(guò)續(xù)流二極管D形成的回路，對(duì)負(fù)載R繼續(xù)供電，從而保證了負(fù)載端獲得連續(xù)的電流。

　　串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，只能獲得低于輸入電壓的輸出電壓，因此為降壓式變換。例如buck拓?fù)湫烷_(kāi)關(guān)電源就是屬于串聯(lián)式的開(kāi)關(guān)電源http://www.eetrend.com/blog/100019740

　　上圖是在圖1-1-a電路的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)整流二極管和一個(gè)LC濾波電路。其中L是儲(chǔ)能濾波電感，它的作用是在控制開(kāi)關(guān)K接通期間Ton限制大電流通過(guò)，防止輸入電壓Ui直接加到負(fù)載R上，對(duì)負(fù)載R進(jìn)行電壓沖擊，同時(shí)對(duì)流過(guò)電感的電流iL轉(zhuǎn)化成磁能進(jìn)行能量存儲(chǔ)，然后在控制開(kāi)關(guān)T關(guān)斷期間Toff把磁能轉(zhuǎn)化成電流iL繼續(xù)向負(fù)載R提供能量輸出；C是儲(chǔ)能濾波電容，它的作用是在控制開(kāi)關(guān)K接通期間Ton把流過(guò)儲(chǔ)能電感L的部分電流轉(zhuǎn)化成電荷進(jìn)行存儲(chǔ)，然后在控制開(kāi)關(guān)K關(guān)斷期間Toff把電荷轉(zhuǎn)化成電流繼續(xù)向負(fù)載R提供能量輸出；D是整流二極管，主要功能是續(xù)流作用，故稱它為續(xù)流二極管，其作用是在控制開(kāi)關(guān)關(guān)斷期間Toff，給儲(chǔ)能濾波電感L釋放能量提供電流通路。

　　在控制開(kāi)關(guān)關(guān)斷期間Toff，儲(chǔ)能電感L將產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流iL由反電動(dòng)勢(shì)eL的正極流出，通過(guò)負(fù)載R，再經(jīng)過(guò)續(xù)流二極管D的正極，然后從續(xù)流二極管D的負(fù)極流出，最后回到反電動(dòng)勢(shì)eL的負(fù)極。

　　對(duì)于圖1-2，如果不看控制開(kāi)關(guān)T和輸入電壓Ui，它是一個(gè)典型的反г 型濾波電路，它的作用是把脈動(dòng)直流電壓通過(guò)平滑濾波輸出其平均值。

　　串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓uo的平均值Ua為：

　　1.2. 并聯(lián)式結(jié)構(gòu)

　　并聯(lián)——在主回路中，相對(duì)于輸入端而言，開(kāi)關(guān)器件（下圖中所示的開(kāi)關(guān)三極管T）與輸出端負(fù)載成并聯(lián)連接的關(guān)系。

　　開(kāi)關(guān)管T交替工作于通/斷兩種狀態(tài)，當(dāng)開(kāi)關(guān)管T導(dǎo)通時(shí)，輸入端電源通過(guò)開(kāi)關(guān)管T對(duì)電感器L充電，同時(shí)續(xù)流二極管D關(guān)斷，負(fù)載R靠電容器存儲(chǔ)的電能供電；當(dāng)開(kāi)關(guān)管T關(guān)斷時(shí)，續(xù)流二極管D導(dǎo)通，輸入端電源電壓與電感器L中的自感電動(dòng)勢(shì)正向疊加后，通過(guò)續(xù)流二極管D對(duì)負(fù)載R供電，并同時(shí)對(duì)電容器C充電。

　　由此可見(jiàn)，并聯(lián)式結(jié)構(gòu)中，可以獲得高于輸入電壓的輸出電壓，因此為升壓式變換。并且為了獲得連續(xù)的負(fù)載電流，并聯(lián)結(jié)構(gòu)比串聯(lián)結(jié)果對(duì)輸出濾波電容C的容量有更高的要求。例如boots拓?fù)湫偷拈_(kāi)關(guān)電源就是屬于并聯(lián)型式的開(kāi)關(guān)電源。

　　并聯(lián)開(kāi)關(guān)電源輸出電壓Uo為：

　　boots拓?fù)漭敵鲭妷篣o：Uo=Ui（1+D/1-D）=Ui（1/1-D）（D 為占空比）

　　1.3.極性反轉(zhuǎn)型變換器結(jié)構(gòu)（inverting）

　　極性反轉(zhuǎn)——輸出電壓與輸入電壓的極性相反。電路的基本結(jié)構(gòu)特征是：在主回路中，相對(duì)于輸入端而言，電感器L與負(fù)載成并聯(lián)。（也是串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源的一種，一般又稱為反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開(kāi)關(guān)電源）

　　開(kāi)關(guān)管T交替工作于通/斷兩種狀態(tài)，工作過(guò)程與并聯(lián)式結(jié)構(gòu)相似，當(dāng)開(kāi)關(guān)管T導(dǎo)通時(shí)，輸入端電源通過(guò)開(kāi)關(guān)管T對(duì)電感器L充電，同時(shí)續(xù)流二極管D關(guān)斷，負(fù)載RL 靠電容器存儲(chǔ)的電能供電；當(dāng)開(kāi)關(guān)管T關(guān)斷時(shí)，續(xù)流二極管D導(dǎo)通，電感器L中的自感電動(dòng)勢(shì)通過(guò)續(xù)流二極管D對(duì)負(fù)載RL供電，并同時(shí)對(duì)電容器C充電；由于續(xù)流二極管D的反向極性，使輸出端獲得相反極性的電壓輸出。

　　反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開(kāi)關(guān)電源輸出電壓Uo為：

　　由（1-27）式可以看出，反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開(kāi)關(guān)電源輸出電壓與輸入電壓與開(kāi)關(guān)接通的時(shí)間成正比，與開(kāi)關(guān)關(guān)斷的時(shí)間成反比。

　　2. 隔離式電路的類型：

　　隔離——輸入端與輸出端電氣不相通，通過(guò)脈沖變壓器的磁偶合方式傳遞能量，輸入輸出完全電氣隔離。

　　2.1. 單端正激式 single Forward Converte

r（又叫單端正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源 ）

　　單端——通過(guò)一只開(kāi)關(guān)器件單向驅(qū)動(dòng)脈沖變壓器；

　　正激式：就是只有在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)候，能量才通過(guò)變壓器或電感向負(fù)載釋放，當(dāng)開(kāi)關(guān)關(guān)閉的時(shí)候，就停止向負(fù)載釋放能量。目前屬于這種模式的開(kāi)關(guān)電源有：串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源，buck拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)" title="拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)">拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)電源，激式變壓器開(kāi)關(guān)電源、推免式、半橋式、全橋式都屬于正激式模式。

　　反激式：就是在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)候存儲(chǔ)能量，只有在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷的時(shí)候釋放才向負(fù)載釋放能量。屬于這種模式的開(kāi)關(guān)電源有：并聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源、boots、極性反轉(zhuǎn)型變換器、反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源。

　　正激變壓器——脈沖變壓器的原/付邊相位關(guān)系，確保在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)脈沖變壓器原邊時(shí)，變壓器付邊同時(shí)對(duì)負(fù)載供電。

　　所謂正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源，是指當(dāng)變壓器的初級(jí)線圈正在被直流電壓激勵(lì)時(shí)，變壓器的次級(jí)線圈正好有功率輸出。（正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源是推免式變壓器開(kāi)關(guān)電源衍生過(guò)來(lái)的，推免式有兩個(gè)控制開(kāi)關(guān)，正激式改成一個(gè)開(kāi)關(guān)控制。）

　　U1是開(kāi)關(guān)電源的輸入電壓，N是開(kāi)關(guān)變壓器，T是控制開(kāi)關(guān)，L是儲(chǔ)能濾波電感，C是儲(chǔ)能濾波電容，D2是續(xù)流二極管，D3是削反峰二極管，RL是負(fù)載電阻。

　　在上圖中，需要特別注意的是開(kāi)關(guān)變壓器初、次級(jí)線圈的同名端。如果把開(kāi)關(guān)變壓器初線圈或次級(jí)線圈的同名端弄反，上圖就不再是正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源了

　　該電路的最大問(wèn)題是：開(kāi)關(guān)管T交替工作于通/斷兩種狀態(tài)，當(dāng)開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，脈沖變壓器處于“空載”狀態(tài)，其中儲(chǔ)存的磁能將被積累到下一個(gè)周期，直至電感器飽和，使開(kāi)關(guān)器件燒毀。圖中的D3與N3構(gòu)成的磁通復(fù)位電路，提供了泄放多余磁能的渠道。

　　2.2. 單端反激式 Single F1yback Converter（單端反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源）

　　所謂反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源，是指當(dāng)變壓器的初級(jí)線圈正好被直流電壓激勵(lì)時(shí)，變壓器的次級(jí)線圈沒(méi)有向負(fù)載提供功率輸出，而僅在變壓器初級(jí)線圈的激勵(lì)電壓被關(guān)斷后才向負(fù)載提供功率輸出，這種變壓器開(kāi)關(guān)電源稱為反激式開(kāi)關(guān)電源。

　　反激式電路與正激式電路相反，脈沖變壓器的原/付邊相位關(guān)系，確保當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)脈沖變壓器原邊時(shí)，變壓器付邊不對(duì)負(fù)載供電，即原/付邊交錯(cuò)通斷。脈沖變壓器磁能被積累的問(wèn)題容易解決，但是，由于變壓器存在漏感，將在原邊形成電壓尖峰，可能擊穿開(kāi)關(guān)器件，需要設(shè)置電壓鉗位電路予以保護(hù)D3、N3構(gòu)成的回路。從電路原理圖上看，反激式與正激式很相象，表面上只是變壓器同名端的區(qū)別，但電路的工作方式不同，D3、N3的作用也不同。

　　反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓為：

　　（1-110）式中，Uo為反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓，Ui變壓器初級(jí)線圈輸入電壓，D為控制開(kāi)關(guān)的占空比，n為變壓器次級(jí)線圈與初級(jí)線圈的匝數(shù)比。

　　2.3. 推挽 Push pull （變壓器中心抽頭）式

　　這種電路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：對(duì)稱性結(jié)構(gòu)，脈沖變壓器原邊是兩個(gè)對(duì)稱線圈，兩只開(kāi)關(guān)管接成對(duì)稱關(guān)系，輪流通斷，工作過(guò)程類似于線性放大電路中的乙類推挽功率放大器。

　　主要優(yōu)點(diǎn)：高頻變壓器磁芯利用率高（與單端電路相比）、電源電壓利用率高（與后面要敘述的半橋電路相比）、輸出功率大、兩管基極均為低電平，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。

　　主要缺點(diǎn)：變壓器繞組利用率低、對(duì)開(kāi)關(guān)管的耐壓要求比較高（至少是電源電壓的兩倍）。

　　2.4. 全橋式 Full Bridge Converter

　　這種電路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：由四只相同的開(kāi)關(guān)管接成電橋結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)脈沖變壓器原邊。　 　　　　　　　　　　

　　圖中T1、T4為一對(duì)，由同一組信號(hào)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)導(dǎo)通/關(guān)端；T2、T3為另一對(duì)，由另一組信號(hào)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)導(dǎo)通/關(guān)端。兩對(duì)開(kāi)關(guān)管輪流通/斷，在變壓器原邊線圈中形成正/負(fù)交變的脈沖電流。

　　主要優(yōu)點(diǎn)：與推挽結(jié)構(gòu)相比，原邊繞組減少了一半，開(kāi)關(guān)管耐壓降低一半。

　　主要缺點(diǎn)：使用的開(kāi)關(guān)管數(shù)量多，且要求參數(shù)一致性好，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)同步比較困難。這種電路結(jié)構(gòu)通常使用在1KW以上超大功率開(kāi)關(guān)電源電路中。

　　2.5. 半橋式 Half Bridge Converter

　　電路的結(jié)構(gòu)類似于全橋式，只是把其中的兩只開(kāi)關(guān)管（T3、T4）換成了兩只等值大電容C1、C2。

　　主要優(yōu)點(diǎn)：具有一定的抗不平衡能力，對(duì)電路對(duì)稱性要求不很嚴(yán)格；適應(yīng)的功率范圍較大，從幾十瓦到千瓦都可以；開(kāi)關(guān)管耐壓要求較低；電路成本比全橋電路低等。這種電路常常被用于各種非穩(wěn)壓輸出的DC變換器，如電子熒光燈驅(qū)動(dòng)電路中。

　　DC／DC電源變換器的拓?fù)漕愋?/strong>