[分享] 开关电源的拓扑结构 （三）

要注意的是，这种拓扑结构与具有固定占空比的降压转换器驱动推挽式输出级相同，但有一个明显的区别：它消除了降压级的输出电容。由于中心抽头变压器的输入是电感，因此驱动变压器的是电流而不是电压。这是一个正激变压器，因此该电流馈送到输出端，从而消除了对各个输出独立电感的需求。

这种拓扑结构的一个重要特征是，在电流馈送的情况下，必须改变推挽开关的固定占空比。在两个开关管都断开的情况下，如采用电压驱动，需要将占空比设置为略低于100%，这样当两个开关管关断时，留下一个小的死区时间。但现在是电流驱动，必须将占空比设置为稍微大于100%，以便当两个开关管都关断时存在一个小的重叠时间。在电压驱动电路中，两个开关同时导通时会消除变压器中的磁场，并导致电流增加，这可能会损坏开关管。但是在电流驱动的电路中，两个开关管同时断开将会导致电流（无处可去）迫使电压升高到击穿电压以上，同样也会损坏电路。

相反，在这两个开关管导通期间，来自降压电感的输入电流被分成两部分，一半的电流通过一半的原边绕组，然而，这减弱了磁场，因此这个时间内没有能量传递到副边侧，导致输出整流二极管出现了一段的死区时间。但只有在这么短的时间内，输出电容必须提供所有的输出直流电流，所以它们的RMS电流很低，但是他们也需要具有较低的等效串联电阻（ESR）。

同样，这种结构也可以增加一个反馈回路，使得降压电路将控制其输出电流，以调节最终输出电压。因此，这种拓扑有很多优点，其中的一些是：

在这种结构中，两个功率开关管同时被PWM驱动，而不是像推挽电路中那样交替驱动，并且变压器的原边绕组在它们之间浮动。开关管是由占空比控制的，所以当它们开通时，输入电压直接横跨在原边，能量通过变压器提供给副边和输出。在此期间，变压器中的磁通量将由电源电压和开关管的导通时间决定而上升。

当两个开关管关断时，磁通强迫原边侧电压产生反向，并通过两个输入二极管的作用将其钳位。这使得磁化和漏感电流回到零，能量回馈到电源。由于复位电压与功率管导通期间的值相同，只要时间相同，磁通将返回起始点。这将该拓扑的最大占空比限制为不超过50%。

这种拓扑结构的主要优点是：

但是也有一些限制：

对于这两个电路，变压器原边绕组通过交替开关在两个方向上对称地被驱动，导致变压器的完全复位并实现磁芯最大化利用，开关管和变压器以PWM开关频率的一半工作。在电源开关管交替工作的情况下，100%最大占空比命令（实际上会稍微小一点以保证死区时间)对于每一个开关管而言只有50%，因此，一个完整的周期需要两个PWM周期。

桥式拓扑包括四个单元：全桥设计中使用四个完全相同的功率开关管，半桥形式中则使用两个开关管和两个电容器。半桥的两个的电容的作用是在中点处形成电源电压一半的交流地。然后，变压器原边的一端连接到电容的结点处，而桥的另一端在两个开关的作用下被交替地驱动接到正电源线和负电源线。

其结果就是，半桥电路以一个摆幅等于输入电压的交流电压来驱动原边侧（输入电压的一半在一个方向，另一半在相反的方向），而从全桥电路的原边侧看到的是两倍的输入电压。因此，当所有开关管工作在相同的电流大小时，全桥拓扑能够提供相对于半桥方案两倍的功率。

两种拓扑结构面临的同一个问题是变压器必须对称地驱动，以防止在变压器原边侧出现伏秒不平衡，磁通逐渐会“增加”或将磁通积分到饱和。这有可能会是一个问题，当然它可以通过在原边绕组中串联一个耦合电容（隔直电容）或使用电流模式控制来解决磁饱和问题。

• 降压拓扑和正激拓扑（以及其变压器耦合等效电路）比升压或反激式设计的效率更高。

• 除了升压和SEPIC之外的所有拓扑都会对输入电压进行斩波，所以都需输入端滤波器，来减小传导开关噪声。

• 低于10%的占空比会导致峰值电流提高到难以控制的水平，而高占空比通常受到磁复位需求的限制。

• 可以通过改变变压器匝比来缩小占空比范围，但是大匝比的变压器制造起来成本很高，有时甚至不如使用多级功率变换。

• 对于高端侧开关管，需要更复杂的栅极驱动电路。

• 由于变压器一直在传输功率，整个过程中必须确保伏秒平衡。