什么是电路拓扑？简单来说，电路拓扑指的是功率器件与电磁元件在电路中的连接方式。无论是磁性元件设计、闭环补偿电路设计，还是其他所有电路元件的设计，都需以拓扑结构为基础。最基础的拓扑包括Buck（降压式）、Boost（升压式）、Buck/Boost（升/降压式）、单端反激（隔离反激）、正激、推挽、半桥及全桥变换器。
在开关电源领域，常见的拓扑结构约有14种，每种拓扑都有其独特的特点和适用场景。选择拓扑时，需结合实际需求——是大功率还是小功率应用、输出高压还是低压，以及是否需要尽量减少器件数量等因素综合考量。
因此，若想合理选择拓扑，深入掌握各类拓扑的优缺点及适用范围至关重要。一旦选择错误，电源设计从一开始就可能走向失败。为帮助大家系统掌握各类电路结构的工作原理与基本特性，本文整理汇总了开关电源的20种基本拓扑。
常见的基本拓扑结构：
■ Buck 降压
■ Boost 升压
■ Buck-Boost 降压-升压
■ Flyback 反激
■ Forward 正激
■ Two-Transistor Forward 双晶体管正激
■ Push-Pull 推挽
■ Half Bridge 半桥
■ Full Bridge 全桥
■ SEPIC
■ C’uk
这些拓扑结构都与开关式电路有关，基本的脉冲宽度调制波形定义如下：
特点：
■ 把输入降至一个较低的电压
■ 可能是最简单的电路
■ 电感/电容滤波器滤平开关后的方波
■ 输出总是小于或等于输入
■ 输入电流不连续 (斩波)
■ 输出电流平滑
特点：
■ 把输入升至一个较高的电压
■ 与降压一样，但重新安排了电感、开关和二极管
■ 输出总是比大于或等于输入(忽略二极管的正向压降)
■ 输入电流平滑
■ 输出电流不连续 (斩波)
特点：
■ 电感、开关和二极管的另一种安排方法
■ 结合了降压和升压电路的缺点
■ 输入电流不连续 (斩波)
■ 输出电流也不连续 (斩波)
■ 输出总是与输入反向 (注意电容的极性)，但是幅度可以小于或大于输入
■ “反激”变换器实际是降压-升压电路隔离（变压器耦合）形式。
特点：
■ 如降压-升压电路一样工作，但是电感有两个绕组，同时作为变压器和电感
■ 输出可以为正或为负，由线圈和二极管的极性决定。
■ 输出电压可以大于或小于输入电压，由变压器的匝数比决定。
■ 这是隔离拓扑结构中最简单的
■ 增加次级绕组和电路可以得到多个输出
特点：
■ 降压电路的变压器耦合形式。
■ 不连续的输入电流，平滑的输出电流。
■ 因为采用变压器，输出可以大于或小于输入，可以是任何极性。
■ 增加次级绕组和电路可以获得多个输出。
■ 在每个开关周期中必须对变压器磁芯去磁。常用的做法是增加一个与初级绕组匝数相同的绕组。
■ 在开关接通阶段存储在初级电感中的能量，在开关断开阶段通过另外的绕组和二极管释放。
特点：
■ 两个开关同时工作。
■ 开关断开时，存储在变压器中的能量使初级的极性反向，使二极管导通。
主要优点：
■ 每个开关上的电压永远不会超过输入电压。
■ 无需对绕组磁道复位。
特点：
■ 开关（FET）的驱动不同相，进行脉冲宽度调制（PWM）以调节输出电压。
■ 良好的变压器磁芯利用率---在两个半周期中都传输功率。
■ 全波拓扑结构,所以输出纹波频率是变压器频率的两倍。
■ 施加在FET上的电压是输入电压的两倍。
特点：
■ 较高功率变换器极为常用的拓扑结构。
■ 开关（FET）的驱动不同相，进行脉冲宽度调制（PWM）以调节输出电压。
■ 良好的变压器磁芯利用率---在两个半周期中都传输功率。而且初级绕组的利用率优于推挽电路。
■ 全波拓扑结构,所以输出纹波频率是变压器频率的两倍。
■ 施加在FET上的电压与输入电压相等。
特点：
■ 较高功率变换器最为常用的拓扑结构。
■ 开关（FET）以对角对的形式驱动，进行脉冲宽度调制（PWM）以调节输出电压。
■ 良好的变压器磁芯利用率---在两个半周期中都传输功率。
■ 全波拓扑结构，所以输出纹波频率是变压器频率的两倍。
■ 施加在FETs上的电压与输入电压相等。
■ 在给定的功率下，初级电流是半桥的一半。
特点：
■ 输出电压可以大于或小于输入电压。
■ 与升压电路一样，输入电流平滑，但是输出电流不连续。
■ 能量通过电容从输入传输至输出。
■ 需要两个电感。
特点：
■ 输出反相
■ 输出电压的幅度可以大于或小于输入。
■ 输入电流和输出电流都是平滑的。
■ 能量通过电容从输入传输至输出。
■ 需要两个电感。
■ 电感可以耦合获得零纹波电感电流。
下面讲解几种拓扑结构的工作细节：
■ 降压调整器：连续导电、临界导电、不连续导电
■ 升压调整器 (连续导电)
■ 变压器工作
■ 反激变压器
■ 正激变压器
特点：
■ 电感电流连续。
■ Vout是其输入电压 (V1)的均值。
■ 输出电压为输入电压乘以开关的负荷比 (D)。
■ 接通时，电感电流从电池流出。
■ 开关断开时电流流过二极管。
■ 忽略开关和电感中的损耗, D 与负载电流无关。
■ 降压调整器和其派生电路的特征是：
输入电流不连续 (斩波), 输出电流连续 (平滑)。
■ 电感电流仍然是连续的，只是当开关再次接通时 “达到”零，这被称为 “临界导电”。输出电压仍等于输入电压乘以 D。
■ 在这种情况下，电感中的电流在每个周期的一段时间中为零。
■ 输出电压仍然 (始终)是 v1 的平均值。
■ 输出电压不是输入电压乘以开关的负荷比 (D)。
■ 当负载电流低于临界值时,D 随着负载电流而变化(而 Vout 保持不变)。
■ 输出电压始终大于（或等于）输入电压。
■ 输入电流连续，输出电流不连续（与降压调整器相反）。
■ 输出电压与负荷比（D）之间的关系不如在降压调整器中那么简单。在连续导电的情况下：
在本例中，Vin = 5,Vout = 15, and D = 2/3. Vout = 15，D = 2/3.
■ 变压器看作理想变压器，它的初级（磁化）电感与初级并联。
■ 此处初级电感很低，用于确定峰值电流和存储的能量。当初级开关断开时，能量传送到次级。
■ 初级电感很高，因为无需存储能量。
■ 磁化电流 (i1) 流入 “磁化电感”，使磁芯在初级开关断开后去磁 (电压反向)。
■ 此处回顾了目前开关式电源转换中最常见的电路拓扑结构。
■ 还有许多拓扑结构，但大多是此处所述拓扑的组合或变形。
■ 每种拓扑结构包含独特的设计权衡：
1）施加在开关上的电压
2）斩波和平滑输入输出电流
3）绕组的利用率
■ 选择最佳的拓扑结构需要研究：
1）输入和输出电压范围
2）电流范围
3）成本和性能、大小和重量之比
电源变换拓扑结构图
END
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