各类变换器电路图及其工作原理

在buck变换器开关与负载之间插入隔离变压器，这种隔离型buck变换器叫做Forward单端正激变换器。如下图所示：

Forward单端正激变换器

简单分析可知，滤波电感L在开关管关断期间，通过续流二极管为负载提供电流。D3的作用是钳位，其功能是完成磁芯复位。当开关管关断时，能量通过D3泄放到电源端，保证磁芯的磁通回到零。

Buck-boost变换器

将buck、boost两种形式的变换器结合起来，产生一种新的变换器，叫做buck-boost变换器，其结构如下图所示：

Buck-boost变换器

这种形式的变换器输出电压同输入电压是反相的。在buck型和boost型变换器中，存在一个能量直接从电源流向负载的时间，而在buck-boost变换器中，能量先存储在电感中，然后再流向负载。

反激变换器

若将中间段的电感，改为隔离变压器，就得到了常用的反激变换器（Flyback变换器）。如下图所示是单端反激式变换器的电路图：

单端反激式变换器

由变压器的同名端可见，在开关管的导通期间，变压器储存能量，当晶体管关闭时，二极管导通，能量传递给负载。

Cuk变换器

将buck-boost变换器进行对偶变换，可以得到cuk变换器。其电路形式如下图所示：

Cuk变换器

其中C是传递能量的耦合电容。当三极管导通时，电容C的能量通过L2、C2、R回路释放，同时对C2、L2储能，电源对L1储能。在三极管关闭时，L1上的电流通过二极管D续流，同时对C充电。

当要求不同极性不同电压的输出时，需要加入隔离变压器，这样就形成了隔离Cuk变压器，如下图所示：

隔离Cuk变压器

其工作原理同Cuk型变换器原理一样。C0、C1的作用是使变压器初、次级绕组都没有直流通过。磁芯在两个方向磁化，不需要加气隙，体积可以做得很小。

推挽变换器

如下图所示是推挽变换器原理图。推挽变换器有两个三极管交替开关，以达到比单管工作电路高的输出频率。由于初级线圈的中心抽头接在输入电源的正极，这样当一边三极管导通时，另外一边的三极管要承受的耐压为两倍的电源电压，这对晶体管的要求较高。从安全角度考虑，实际应用常要考虑耐压为电源电压的3.3倍。如果输入电源从市电（220VAC）整流，那么晶体管的耐压要求是1000V，这样的晶体管并不常见，所以在我国，一次电源中基本不采用推挽设计的开关电路。

推挽变换器原理图

全桥变换器

为解决晶体管耐压问题的方法是采用桥式电路，如下图所示，用四个晶体管代替了两个晶体管，增加了成本但是增加了电路的可靠性。

全桥变换器的原理电路

这种设计降低了晶体管的电压，所以提高了可靠性。需要指出的是，串联在一起的两个晶体管同时导通时，晶体管会过流损坏，要避免这种情况发生。

半桥变换器

如果将全桥变换器的一个桥臂的两只晶体管用两个电容代替，可以节省两个晶体管，比较经济。但是通常两个电容体积比晶体管还大。这样的电路称为半桥变换器，如下图所示：

半桥变换器

脉宽调制型开关电源设计注意事项

1.晶体管同时导通：在双端变换器（如推挽、桥式），有可能产生晶体管同时导通的现象，这将导致晶体管在瞬间损坏。

2.容性负载：变换器的功耗取决于电压电流在时间轴上的重叠部分。在瞬间关断和导通，晶体管将对容性负载充电，如果容性负载很大，晶体管的功耗将变得很大，甚至损坏。

3.集电极尖峰电压：电感主变压器的漏感，就像在集电极上串联一个小电感，当晶体管电流关断时，这个漏感将在集电极上产生尖峰电压。如果尖峰电压不被抑制，会击穿晶体管。

4.变压器工作点沿磁滞回线垂直漂移：变压器磁滞回线工作点应该保持在中心，如果电路使之偏离中心点，磁芯将进入饱和区。磁芯进入饱和区，变压器失去阻抗变换的作用，阻抗值急剧下降，这样晶体管的电流将会瞬间急剧扩大而导致器件损坏。

5.电源机壳上的开关噪声电压：通常在开关管集电极上出现高峰值的方波，或变压器次级输出接地端同机壳之间出现噪声电压。