4.1 开关电源的三个基本拓扑

我们可以把一个电源电路抽象成一个黑盒电路模型，它包含一个电源输入、一个电源输出和一个接地端口。对于非隔离电源，输入输出电路是共“地”的，所以非隔离电源可以简化为如图4.1所示的模型。

在所有的拓扑中，我们通过排列组合排除掉一些没有意义的结构，可以发现可用的电源拓扑有以下特点：电感的一端需要连接到三个可用直流端之一，电感的另一端通过开关与直流端的另外一端相连接。开关和电感的连接点，通过一个续流二极管与最后剩下的一个直流端的端点连接。

电源的基本拓扑里面会有三个元器件：电感、开关管（MOSFET）、二极管，如图4.2所示。如此，电源拓扑结构可以形成图4.3所示的三个基本拓扑：Buck、Boost和Buck-Boost。

如果电感连接到地，就构成了升降压变换器。如果电感连接到输入端，就构成了升压变换器。如果电感连接到输出端，就构成了降压变换器。

1．无用拓扑类型1

“输入-”和“输出-”其实是同一个网络，是等电位的，都是GND。当器件接在“输入-”和“输出-”之间的时候，就相当于被短路了。比如二极管、开关串联在输入GND和输出GND的连接通路上。这种情况是不实用的，可以直接排除了。

由于“输出-”和“输入-”是短路在一起的，所以两个GND之间接一个元器件是不起作用的，相当于元器件被导线并联了，如图4.4所示是一种二极管被短路的情况。在此就不一一列举了。

2．无用拓扑类型2

因为电感、导通的开关管的直流特性就是短路，二极管也是一个有正向导通压降的器件，其直流特性等效于短路，所以开关管、二极管、电感连接在输入或输出的正负极之间，只会产生短路。例如，我们把二极管接到“输出+”与GND之间，如图4.5所示。我们知道二极管的正向导通电压大约为0.7V，此时输出电压被钳位在0.7V，不会按照需求进行电压的输出。当我们把电感接在“输出+”与GND之间时，对于直流来说就是短路到GND，也不能按照需求进行电压的输出。

我们熟悉的电路一般是正电压进行降压、升压操作，或者正电压产生一个负电压。负电压降压、升压和反极性的拓扑也是有的，但是这个拓扑本质与正压拓扑本质是一样的。

有些场景“输入-”和“输出-”是不能短路的，需要断路，以保障用电安全。这种场景可以用变压器来实现电源“输入-”与“输出-”的断路，并且是两个不同的GND。所以，有些隔离电源拓扑就是通过基本拓扑增加变压器变化得到的，例如反激隔离电源。如图4.6所示，输入GND与输出GND用两个图标表示，在物理上两个GND是隔绝的，不是通过导体连接在一起的，与上面描述基本拓扑时所述输入GND与输出GND短路在一起是不一样的。

其他更复杂的拓扑（如Buck+Boost拓扑、SEPIC拓扑等）都是从基本拓扑进行组合或演进得来的。

Buck+Boost拓扑：该电路将Buck电路的输入端和Boost电路的输出端进行组合，并在中间用一个共用电感结合起来。Buck电路可以进行降压，而Boost电路可以进行升压，串联之后可以根据需求调整升降压的幅度，实现升降压，如图4.7所示。本质是用一个降压“加上”一个升压，来实现升降压。