四种不同类型开关电源的工作原理和特点
出处:网络整理 发布于:2026-05-09 15:48:52
反激拓扑
工作原理
在 Ton 阶段,储能回路为:VBUS--- 变压器初级绕组 NP--- 开关管 Q1 --SGND;Toff 阶段,放电回路为:变压器次级绕组 PIN12--- 次侧二极管 D1--- 负载 --- 变压器次级绕组 PIN8。



该线路简单,采用 PWM(脉宽调制)控制,适应于全电压输入。为保证安全工作,一般占空比设置 <0.5(Ton/Toff)。它属于硬开关,对 mos 体内寄生二极管无速度要求。在 Ton 周期时间内变压器完成储能过程,在 Toff 时间周期内释放能量并完成变压器消磁复位,有效防止变压器磁饱和。不过,它对变压器漏感要求较高,漏感大易产生高尖峰电压,故相对对 MOS、SKY 电压应力要求高。
功率器件选择
以 12VDC 输出电压为例:
主开关管 Q1 耐压选择:VDS 反射电压 Vor = (Vo + Vf) * N(N 为变压器匝比,这里 N = 7.2)。变压器漏感产生的尖峰电压与变压器漏感相关,漏感越小尖峰电压越低,假设为 100V。漏感大小与磁芯形状与变压器绕制工艺方法相关联,通常三明治绕法绕出来的漏感较小。反射电压 Vor = (12 + 0.7) * 7.2 = 91.5V。Vds = Vinmax + 尖峰电压 + 反射电压 = 353 + 100 + 91.5 = 544.5V,取 10% 的余量,故选择 600V 的 MOS。
二次侧整流二极管 D1 的反向耐压选择:VKA = (V0 + Vf) + (Vinmax / N) = 12.7 + 353 / 7.2 = 61.73V,为留有余量,故选用 100V 反向耐压整流管。
器件电流选择:有一定的计算经验值可作为参考,但实际通过器件电流大小直接牵涉到器件本身的发热量,加没有加散热器、封闭式还是敞开式都与散热有非常大的关系,根据实际应用情况故一般以实验终结果来选择器件电流的大小。
双管正激拓扑
工作原理
Ton 阶段,Q1、Q2 同时开通:VBUS--- 开关管 Q1--- 变压器初级绕组 NP--- 开关管 Q2---Rsense---SGND。由于同名端的原因二次侧整流二极管 D3 导通,按照设计匝比输出所需电压,与此同时对续流电感 LF3 储能充电。
Toff 阶段,Q1、Q2 同时关断。根据楞次定律的原理(感生电动势的变化总是阻碍原电动势的变化),变压器初侧同名端发生变化,此时呈现的效果是变压器初侧电压钳位。在每个开关管和侧绕组之间,各并联一个续流二极管 D1、D2。当 Q1、Q2 关断时,变压器初侧储能有一个泄放通路,经过 D1、D2 回馈到高压电解电容 C1,对电解电容进行放电,D1、D2 起到变压器初级复位消磁的作用,并将 Q1、Q2 所承受的电压钳位在输入电压 VBUS。消磁复位路径为:变压器初级 PIN4--- 二极管 D2--- 高压电解电容 C1---SGND--- 二极管 D1--- 变压器初级 PIN1。同理,二次侧续流电感 LF1 同名端极性发生改变,续流电感 LF1 通过续流二极管 D4 向负载释放能量。经过 Ton、Toff 一开一关完成了一个完整周期,周而复始。


线路较复杂,控制方式适应于单电压输入,加 PFC 功率因数校正可实现全电压输入。两开关管 Q1、Q2 同时开通同时关断,为保证安全工作一般占空比设置 <0.5(Ton/Toff),驱动功率大,属于硬开关对 MOS 体内寄生二极管速度无特殊要求,转换效率不高,一般在 85% - 88% 之间,相对于 LLC 谐振线路好调试,一般用于便宜的低阶市场。其显著特点是每一个桥臂都是由一个二极管和一个开关管串联组成,因此从线路结构上来说不存在桥臂直通的问题,可靠性高。
功率器件选择
主开关管 Q1、Q2 耐压选择:VDS 由于被二极管 D1、D2 钳位,MOS Q1、Q2 所承受电压就是 VBUS 电压,VDSmax = VBUS = 264 * 1.414 - 20 = 353V,选择 500V MOS 即可。
二次侧整流二极管 D3、D4 的反向耐压选择:VKA = (V0 + Vf) + (Vinmax / N) = 12.7 + 353 / 7.2 = 61.73V,为留有余量,故选用 100V 反向耐压整流管。
LLC 谐振半桥拓扑
工作原理
实际上有六种工作状态,这里只描述重要的两种状态。上下两管轮流交替导通。
当 Q1 导通,Q2 截止状态:充电回路为 VBUS--Q1-- 谐振电感 Lr--- 主变压器 NP--- 谐振电容 Cr—SGND,此时主绕组 NP 储存能量,与此同时二次侧同名端 D1 导通,异名端 D2 截止,根据匝比经电解电容 C2 滤波输出所需电压。
当 Q1 截止,Q2 导通状态:放电回路为主变压器 NP (PIN2)-- 谐振电容 Cr---Q2(起续流作用)-- 谐振电感 Lr-- 主变压器 NP (PIN1),与此同时侧二次侧由楞次定律,同名端极性改变,D1 截止,D2 导通,根据设计匝比,经过电解电容 C2 滤波输出所需电压。
特点
线路较复杂,采用 PFM 控制方式,适应于单电压输入,加 PFC 功率因数校正电路可实现全电压输入(一般固定架构就是 Active PFC + LLC 半桥)。为保证安全工作,一般占空比设置为 =0.5(Ton/Toff),驱动信号驱动两开关管 Q1、Q2 轮流交替工作呈互补关系,且两驱动信号之间留有死区时间,一般是 350nS,比较新的驱动方案带有自动死区调节功能更安全,驱动功率大。属于软开关,对 MOS 体内寄生二极管 Trr 有速度要求,转换效率高,一般>90%,一般应用于对转换效率高有卖点的场合。
功率器件选择
以 12VDC 输出电压为例:
主开关管 Q1、Q2 耐压选择:VDS MOS Q1、Q2 所承受电压就是 VBUS 电压,VDSmax = VBUS = 264 * 1.414 - 20 = 353V,选择 500V MOS 即可。
二次侧整流二极管 D1、D2 的反向耐压选择:如下图所示次级绕组 NS1、NS2 都为 12V 电压,当 D1 导通 D2 截止,此时 D2 所承受的理想状态反向电压为 12 * 2 = 24V,考虑到要留有余量以及选择通用型器件,综合考量故选用 40V 的 SKY。
反激 QR 准谐振模式
工作原理
反激谐振模式 QR 与普通反激线路上有差异,多了一路波谷检测电路,主要作用是减小开关振荡次数降低损耗,有利于提高转换效率,降低 EMI 发射量。只有反激式开关电源才有准谐振 QR 这个概念,检测原理是 VDS 电压处于下降阶段并产生多次振荡,当检测到个振荡波个谷点,开关 MOS 开通,余下振荡波形都可以避免出现,这样做既减小了多次振荡损耗,也降低了 EMI 发射量。谷点检测有两种方式:一种是在变压器主绕组 NP 上做检测,另一种是在 VCC 绕组上做检测。



线路简单,是普通反激线路改进型线路,PWM 控制方式适应于宽范围电压输入,为保证安全工作一般占空比设置为 <0.5(Ton/Toff)。之所以叫准谐振,是因为它比较接近于谐振电路模式,但不是真正意义上的谐振。成本低、转换效率接近 90%,一般应用于对转换效率高有卖点的场合。
各线路相同点与主要区别
相同点:反激、双管正激、LLC 谐振半桥前端都可以加功率因数线路 PFC;二次侧都可以加同步整流方案,以实现驱动 SR - MOS,提高转换效率。
区别:反激、双管正激属于硬开关,对高压开关 MOS 体内寄生二极体 Trr 没有严格的要求;LLC 谐振半桥属于软开关,对高压开关 MOS 体内寄生二极体 Trr 有要求,在 100 - 200nS。除开反激要用到 600V 及以上的 HV MOS,余下双管正激、LLC 谐振半桥 500V HV MOS 都够用。反激式开关电源有其自身的特点,主要是由于反激式电源 / 反激 QR 的反射电压和漏感尖峰电压造成了比较高的 VDS,且变压器漏感真实存在,只能减小不能消除。
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