这一个专题准备写一些技术性稍微强一点的东西。首先，把开关电源中常用的拓扑结构及其主要应用做一个概要的介绍；然后，就我个人工作中最熟悉也是电子产品中应用最广泛的一类拓扑结构-BUCK的工作原理做一个详细的分析，最后简单的引入控制和补偿的概念，用以完整的讲述整个开关电源系统的原理。但这一专题重点依然在介绍拓扑及其原理，控制和补偿以后会再开一个专题介绍。这一篇，就先说说开关电源中各种常见的拓扑（个人总结而已，没有什么创新的观点，哈哈）。
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目录：
- 开关电源常用拓扑简介
- BUCK拓扑工作原理介绍
- BOOST、BUCK-BOOST拓扑工作原理介绍
- LDO结构及工作原理介绍
开关电源发展了这么多年，其拓扑结构也越来越繁杂，下面图中所示是TI（德州仪器）公司发布的一个电源设计工具中列出的一些常用拓扑结构：
图1. 常用电源拓扑结构
从上到下依次来看，有：BUCK、Synchronous BUCK、Series Cap BUCK、Boost、Inverting BUCK-BOOST、CUK、Sepic、Zeta…有没有很多？是不是听名字都觉得晕了，确实如此，理论上讲，可以有几十上百种拓扑可以被用到开关电源中，而目前常用的拓扑就是上述这些。为了看起来调理些，可以将上述拓扑分为隔离拓扑和非隔离拓扑两大类，而非隔离拓扑中的BUCK、BOOST、BUCK-BOOST这三种拓扑又是所有拓扑中的基础，其他的所有复杂拓扑都是由这三种拓扑演变而来的。所以，下面先介绍这三类拓扑的结构，特点、基本工作原理（定性）和应用：
- BUCK拓扑
图2. BUCK拓扑结构
如图2所示，是BUCK拓扑的结构。当开关管导通时，输入电压通过开关管Q1、电感L1对负载提供能量，同时为L1、Co进行储能;当开关管关断时，L1、Co对负载提供能量，二极管D1为储能电感提供续流泄放路径，Ci作为输入电容，起到抑制输入纹波电压的作用。其输入输出传递函数如下：
Vo=D*Vin
(D是Q1开通时间和周期之比，即占空比)
可以看到，这种拓扑只可以实现降压，输入电流斩波，输出电流连续，结构简单，是所有拓扑中最基础的，但却也是应用最广泛的一类：多用于低压大电流场合的POL电源，如PC、服务器主板、交换机等计算机通信领域。
2. BOOST拓扑
图3. BOOST拓扑结构
如图3所示，是BOOST拓扑的结构。当开关管Q1导通时，输入电压对电感L1提供能量进行储能，同时负载由电容Co来提供能量；当开关关断时，输入电压与电感L1通过二极管D1共同为负载提供能量，同时电容Co充电以补充在开关管导通期间损耗掉的能量。
输入输出传递函数如下：
Vo=Vin /(1-D)
(D是Q1开通时间和周期之比，即占空比)
可以看到，这种拓扑只可以实现升压，输入电流连续，输出电流斩波，结构简单，是BUCK拓扑的重新组合，可以简单理解为BUCK的反向应用，它也是应用非常广泛的一类拓扑：如中大功率AC-DC中的PFC电路、一些小功率备电应用。
3. BUCK-BOOST拓扑
图4. BUCK-BOOST拓扑结构
如图4所示，是BUCK-BOOST拓扑的结构。当开关管Q1导通时，输入电压对电感L1提供能量进行储能，同时负载由电容Co来提供能量；当开关关断时，电感L1通过二极管D1逆时针续流，同时为负载提供能量，电容Co充电以补充在开关管导通期间损耗掉的能量。
输入输出传递函数如下：
Vo=-Vin*D /(1-D)
(D是Q1开通时间和周期之比，即占空比)
可以看到，这种拓扑可以实现升压和降压，但输出和输入极性相反，输入电流和输出电流均斩波，是BUCK拓扑的另一种组合，这一类拓扑目前应用不如前面两种广泛，但它的隔离变形衍生出的一种拓扑却得到了广泛应用。
以上就是非隔离型电源的基本拓扑，下面介绍隔离型的几种主要拓扑：
4. Flyback拓扑
图5. Flyback拓扑结构
如图5所示，是Flyback拓扑的结构。当开关管Q1导通时，输入电压对变压器提供能量进行储能，同时负载由电容Co来提供能量，二级管D1反向偏置；当开关关断时，变压器通过二极管D1为负载提供能量，同时电容Co充电以补充在开关管导通期间损耗掉的能量。
输入输出传递函数如下：
Vo=D*Vin /[n*(1-D)]
(D即占空比；n为原副边匝数比，n=np/ns)
可以看到，这种拓扑可以实现升压、降压，输出电压极性也可正可负。应用时，通过改变变压器绕组匝数比来实现电压变换比，可通过变压器绕组极性调整输出极性，还可以通过增加次级绕组实现多路输出，使用非常灵活且结构简单。因此，这种拓扑算是目前应用范围最广的一类隔离型拓扑之一，如：笔记本适配器、手机充电器、PoE等应用，但功率一般小于60W。
5. Forward拓扑
图6. Forward拓扑结构
如图6所示，是Forward拓扑的结构。当开关管导通时，同名端相对于异名端为正，二极管D1正偏，二极管D2反偏，输入功率通过变压器经过D1、L1给负载提供能量，同时给电容Co储存能量;当开关管关断时，输入能量传递不到副边，电感L1里面存储的能量通过D2续流后传送到负载。
输入输出传递函数如下：
Vo=D*Vin /n
(D即占空比；n为原副边匝数比，n=np/ns)
可以看到，这种拓扑可以实现升压、降压，输出电压极性可正可负（一般为正）。应用时，通过改变变压器绕组匝数比来实现电压变换比，可通过变压器绕组极性调整输出极性，还可以通过增加次级绕组实现多路输出，输入电流为斩波，输出电流连续；需要磁芯复位电路。相比于Flyback，Forward拓扑一般应用稍大功率的应用，如：POE供电、ATX电源等，功率一般在300W以内。
6. Push-Pull拓扑
图7. Push-Pull拓扑结构
如图7所示，是Push-Pull拓扑的结构。Push-Pull变换器可以理解为由两路正激电路并联构成。由于Push-Pull变换器原边有两个相差180度相位的绕组交换传递能量到副边输出级，所以副边采用带中间抽头的双绕组，并采用全波整流，可以去除在正激变换器中开关管关闭时，由储能电感对外提供能量的周期，整个开关周期都有能量从原边传递到副边。
由于不需要储能电感的续流功能，所以续流二极管也可以省略。即原边输入级采用两路正激变换器的输入级交错并联，副边合理的节省部分整流、滤波电路后，即派生出典型的推挽式开关电源变换器。
输入输出传递函数如下：
Vo=D*Vin /n
(D即占空比；n为原副边匝数比，n=np1/ns1= np2/ns2)
可以看到，对于推挽式开关电源变换器，整个开关周期都有能量从输入侧传递到输出测，没有储能电感续流供电过程，采用全波或桥式整流后，其输出电压的脉动系数和电流的脉动系数都很小，因此只需要很小的输出滤波电感、电容，就可以得到电压纹波与电流纹波都很小的输出电压，其输出电压特性非常好。这种拓扑被应用于一些200W左右的低输入电压中小功率AC/DC及DC/AC电源模块中。
7.Half-Bridge拓扑
图8. Half-Bridge拓扑结构
如图8所示，是Half-Bridge拓扑的结构。当开关管Q2导通时，副边线圈Ns1感应到电压，二极管D1正偏，二极管D2反偏，输入功率通过变压器经过D1、L1给负载提供能量，同时给电容Co储存能量；当Q2、Q1开关管关断时，输入能量传递不到副边，电感L1里面存储的能量通过D1、D2续流后传送到负载；当Q1导通，Q2关断，副边线圈Ns2感应到电压，二极管D2正偏，二极管D1反偏，输入功率通过变压器经过D2、L1给负载提供能量，同时给电容Co储存能量。
输入输出传递函数如下：
Vo=D*Vin /（2*n）
(D即占空比；n为原副边匝数比，n=np/ns1= np/ns2)
可以看到，这种拓扑中两个开关Q1、Q2的驱动不同相，交错调制输出PWM控制信号；其开关管承受电压为推挽式拓扑的一半（Vin），电压应力较小，且绕组利用率优于推挽式变换器。 半桥变换器适用于输入电压较高且中大输出功率供电的场合，如：100~500W左右的AC/DC或DC/DC模块电源。
8. Full-Bridge拓扑
图9. Full-Bridge拓扑结构
如图9所示，是Full-Bridge拓扑的结构。与Half-Bridge工作模式类似，只不过将分隔电容C1、C2替换为了开关管Q3、Q4。
输入输出传递函数如下：
Vo=D*Vin /n
(D即占空比；n为原副边匝数比，n=np/ns1= np/ns2)
可以看到，这种拓扑中两个开关Q1、Q3为一组，Q2、Q4为一组，控制器对两组开关管分别进行对角交错驱动，输出PWM调制信号；其开关管承受电压为推挽式拓扑的一半（Vin），电压应力较小；全波拓扑结构，因此纹波频率是变压器频率的两倍，且绕组利用率优于推挽式变换器；另外，给定功率下，初级电流为半桥式拓扑的一半。 这种拓扑采用四个开关管，因此成本较高，适合用在大功率（大于500W）的AC/DC或DC/DC电源模块中。
以上就是目前常见的一些开关电源拓扑结构，主要以介绍总结为主，没有详细的定量运算，因为就拓扑本身而言，其实是特别理论化的一个东西，想达到精通每一种拓扑也并非易事。对于工程师来说最重要的还是利用这些已经成熟的拓扑去为项目服务，应用在项目中，以后的工作中慢慢积累丰富。能结合自己的专业，工作中精通其中三个主要拓扑已经是很厉害了，特别是电源这类模拟电路，能写在纸面上的内容仅仅是冰山一角而已，更多的更宝贵的还是项目经验和解决问题的思路。纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行啊！