开关电源拓扑图鉴：从 Buck 到 LLC

所有开关电源的核心套路只有一句话：用开关把能量切成一小块一小块，先存进电感/变压器，再按需要的电压放出来。“拓扑”就是这些开关、电感、二极管、电容的连接方式。下面 9 种最常用的，每种都配了示意图、功率范围、应用和优缺点。

各拓扑的常用功率范围（对数坐标）

1W10W100W1kW10kW100kW

Buck

Boost

Buck-Boost

反激

正激

推挽

半桥

半桥正激

全桥

全桥正激

LLC

罗耶（自激）

非隔离隔离（带变压器）

图中的开关管 Q 统一用 N 沟道 MOSFET（场效应管）符号：左侧为栅极 G（控制端），竖放时上端为漏极 D、下端为源极 S。

一、非隔离三兄弟：Buck / Boost / Buck-Boost

只用一个电感，输入输出共地。记住口诀：Buck 降、Boost 升、Buck-Boost 又升又降还反相。

开关 Q 在输入和电感之间“串联”，二极管 D 负责在 Q 断开时给电感续流。

Buck 降压电路

像水龙头 + 水缸：龙头时开时关（Q），水缸（L、C）把水流抹平，出来的水压就比水管低。

Q 导通，电感充能；Q 断开，电感经 D 放能。输出电压 Vout = D × Vin（D 为占空比）。

功率几瓦 ~ 数百瓦（多相并联可达千瓦级）
场景CPU/FPGA 供电、手机、车载 12V→5V、LED 恒流驱动

优点

效率高，可达 90%~97%
结构最简单，成本低
输出电流连续，纹波小

缺点

只能降压
输入电流脉动，需大输入电容
非隔离；Q 在高边，驱动稍麻烦

电感在输入侧，开关 Q 并联到地，二极管 D 把能量送向输出。

Boost 升压电路

像压弹簧：Q 闭合时电感把电流“压”进去蓄力，Q 一断，电感反弹，叠加在输入上冲向输出。

输出电压 Vout = Vin / (1 − D)，永远高于输入。

功率几瓦 ~ 数千瓦
场景锂电池升压到 5V/12V、LED 背光、PFC 前级、光伏 MPPT

优点

输入电流连续，EMI 友好
非常适合做功率因数校正（PFC）
开关管接地，驱动简单

缺点

输出电流脉动，需大输出电容
占空比过大时效率骤降
存在右半平面零点，环路难补偿；无短路保护

电感“横”在中间并联到地，输出与输入极性相反（反相型）。

Buck-Boost 升降压电路

像跷跷板：占空比小于 50% 时降压，大于 50% 时升压，输出是负电压。

输出电压 Vout = −D/(1−D) × Vin。想要同极性输出，可用 SEPIC / Ćuk 等变种。

功率几瓦 ~ 百瓦级
场景电池电压在输出电压上下浮动（如 3.7V 电池稳 3.3V）、负压产生、LED 驱动

优点

一个电路搞定升压和降压
电路简单，只多一个电感

缺点

输入、输出电流都脉动
效率低于纯 Buck/Boost
输出反相，开关管需浮地驱动

二、隔离型：靠变压器“翻译”电压

加了高频变压器，就能做到输入输出电气隔离（安规要求），还能灵活设计升降压比和多路输出。常见适配器、服务器电源、充电桩都是这一类。

初、次级同名端（圆点）相反：Q 导通时变压器“存能”，Q 断开时才向次级“放能”。

Flyback 反激电路

像“先蓄水、再放水”的水闸：变压器其实是一个带气隙的电感，开关导通时只存不给，关断时才一口气送到输出。

输出电压 Vout ≈ Vin × (Ns/Np) × D/(1−D)。省掉了输出电感，是最省元件的隔离方案。

功率1W ~ 150W（常见 <100W）
场景手机/笔记本适配器、机顶盒、LED 电源、各类辅助电源

优点

元件最少，成本最低
隔离、宽输入电压范围、易做多路输出

缺点

峰值电流大，变压器体积大、发热多
漏感尖峰需 RCD/钳位吸收，损耗和 EMI 较大
功率做不大

初、次级同名端相同：Q 导通时能量直接传到次级，再由 L 储能平滑；D2 负责续流。

Forward 正激电路

像直通的传送带：开关一开，能量立刻“正着”送过去，变压器只负责传递，不负责存储。

输出电压 Vout ≈ Vin × (Ns/Np) × D。需要额外的复位绕组（或有源钳位）让磁芯每个周期“归零”，因此单管占空比必须 <50%。

功率50W ~ 500W（单管）
场景工业电源、通信模块电源、中小功率 DC-DC 模块

优点

输出电流连续，纹波小
变压器不存能，体积比反激小
适合中等功率、低压大电流

缺点

需要复位电路，占空比<50%
多一个输出电感和一个二极管
开关管耐压约 2 倍 Vin

青色为初级：P1、P2 两段绕组上下串联，Vin+ 接在两段中间的抽头，Q1、Q2 轮流接通两端；橙色为次级：S1、S2 串联，中心抽头接地，D1/D2 全波整流后经 L、C 滤波。

Push-Pull 推挽电路

像拉锯：两个人（Q1、Q2）轮流发力，磁芯两个方向都被用上，利用率比正激高一倍。

输出电压 Vout ≈ 2D × Vin × (Ns/Np)。两管必须留死区，避免同时导通。

驱动信号（栅极，高 = 为正 = 导通）

异步（反相）驱动：Q1 栅极为正（导通）时，Q2 栅极为零或负（关断）；两管轮流导通，各自占空比都小于 50%，中间留死区，绝不允许同时导通（否则变压器等于被短路）。

功率100W ~ 1kW
场景12V/24V 蓄电池逆变器、车载电源、低压大电流升压

优点

磁芯双向励磁，利用率高
两只开关管都接地，驱动简单
低压输入时电流路径只过一个管，损耗小

缺点

两管不一致易造成磁偏（直流偏磁）而烧管
开关管耐压 ≥ 2×Vin
变压器要中心抽头，绕制复杂

两只电容把 Vin 分压，MOS 管 Q1/Q2 交替把初级接到电容中点的上、下两侧；初级串联的 Cb 是隔直电容；次级为 S1、S2 串联的中心抽头全波整流 + LC 滤波。

Half-Bridge 半桥电路

像用两只水桶接力：电容中点当“中线”，两只开关轮流把变压器接到中线的上方或下方。

输出电压 Vout ≈ D × Vin × (Ns/Np)（Vin/2 加在初级上）。初级再串一只隔直电容 Cb（容量大、电压稳定在 Vin/2 左右，不参与谐振），能挡住直流分量，防止上下管不一致造成磁芯偏磁饱和。若电容与电感谐振则变成 LLC；若取消分压电容、上下管占空比互补，则是非对称半桥（AHB）。

驱动信号（栅极，高 = 为正 = 导通）

异步（互补）驱动：Q1 为正（导通）时 Q2 为负（关断），反之亦然，两管各约 50%，中间留一小段死区，防止上下管直通。

功率100W ~ 1kW（可到 2kW）
场景ATX 电脑电源、焊机、音响功放电源、工业电源

优点

开关管耐压只需 Vin，比推挽低一半
分压电容天然防磁偏
性价比高

缺点

只用了 Vin/2，同功率下电流更大
上管需要隔离/自举驱动
必须设置死区防上下直通

Q1 在上、Q2 在下，初级串在两管之间；D3、D4 是钳位二极管。次级是正激输出：D1 串联导通，D2 续流，再经 L、C 滤波。

半桥正激（双管正激）

像两个守门员同开同关：两只管子一起导通，把整个 Vin 加到变压器上；一起关断时，两只二极管把磁化能量原路退回电源，不需要复位绕组。

输出电压 Vout ≈ D × Vin × (Ns/Np)，占空比 D 小于 50%。这种结构也常被叫作“半桥正激”或“双管正激”，每只开关管耐压只需 Vin。

驱动信号（栅极，高 = 为正 = 导通）

同步（同相）驱动：Q1 为正（导通）时 Q2 也为正（导通），两管同时导通、同时关断，占空比小于 50%；关断期间由 D3、D4 给磁芯复位。

功率100W ~ 1.5kW
场景通信电源、服务器/工业电源、充电机、电焊机辅助电源

优点

开关管耐压仅为 Vin，不用 2×Vin
D3、D4 自动钳位，漏感尖峰小，无需复位绕组
上下管同时动作，不存在直通风险，可靠性高

缺点

要两只开关管，上管需要隔离/自举驱动
占空比必须小于 50%
只有单向励磁，磁芯利用率偏低；需要输出电感和续流管

中间是 Vin，左右两个桥臂接初级两端；次级以 S1、S2 串联中心抽头全波整流为例（大功率也常用桥式整流）。

Full-Bridge 全桥电路

像四个人抬一根杠：整个 Vin 都加在变压器上，力气最大，所以功率能做到最大。

输出电压 Vout ≈ 2D × Vin × (Ns/Np)。搭配“移相控制”可实现开关管零电压导通（ZVS），效率更高。

驱动信号（栅极，高 = 为正 = 导通）

对角同步、桥臂异步：同一对角线的两只管同步（Q1 为正时 Q4 也为正；Q2 为正时 Q3 也为正）；两对管之间异步（Q1、Q4 导通时 Q2、Q3 关断）。同一桥臂的上下管（Q1/Q2、Q3/Q4）绝不能同时导通。

功率500W ~ 数十 kW
场景服务器/通信电源、电焊机、充电桩、光伏/储能逆变器

优点

功率大，变压器利用率最高
开关管耐压仅 Vin
移相全桥可软开关，效率 95%+

缺点

4 只管 + 4 路驱动，成本高
控制复杂，需要死区和防偏磁处理
轻载时容易丢失 ZVS

初级仍是 4 只 MOS 管组成的全桥；次级只有一个绕组 S，用 D1~D4 桥式整流，再经 L、C 滤波，变压器不需要中心抽头。

全桥正激（单绕组 + 桥式整流）

像四个人抬杠，左右交替发力：初级正反两个方向都把能量“直通”送到次级，次级用一个绕组配四只二极管，把正负半周都整成同一方向。

输出电压 Vout ≈ 2D × Vin × (Ns/Np)。严格说，半桥、全桥本身都属于“正激类”（能量在开关导通时直接传递），这里按次级整流方式区分：中心抽头型与桥式整流型。

驱动信号（栅极，高 = 为正 = 导通）

对角同步、桥臂异步：Q1 为正时 Q4 也为正，Q2 为正时 Q3 也为正；Q1、Q4 与 Q2、Q3 两组交替导通，同一桥臂上下管绝不能同时导通。

功率500W ~ 10kW
场景高压输出的电源：充电桩、焊机、高压直流电源、大功率通信/工业电源

优点

次级单绕组，变压器好绕，无需中心抽头
每只整流管只承受约 Vout，适合高输出电压
继承全桥的大功率、软开关（移相控制）优势

缺点

次级电流要经过两只二极管，低压大电流时损耗大
整流二极管数量多一倍
初级仍是 4 管 + 4 路驱动，控制较复杂

半桥输出经 Lr、Cr 串联，再与励磁电感 Lm 并联接入变压器；次级为 S1、S2 串联的中心抽头全波整流 + 滤波。

LLC 谐振电路

像荡秋千：顺着秋千的“固有节奏”轻推，几乎不费力。开关频率贴近谐振点，开关损耗就趋近于零。

通过改变开关频率（而不是占空比）调节输出，实现原边 ZVS、副边 ZCS 软开关。

驱动信号（栅极，高 = 为正 = 导通）

异步（互补）驱动：Q1、Q2 反相交替，占空比固定约 50%（留死区），靠改变开关频率来调节输出电压。

功率100W ~ 数 kW（150W~3kW 最常见）
场景LCD/OLED 电视电源、服务器与通信电源、新能源车 OBC、充电桩 DC-DC

优点

效率极高（95%~98%），发热小
软开关，EMI 低，可高频化、体积小
变压器漏感可直接当 Lr，磁集成

缺点

参数设计复杂，依赖仿真
变频范围宽，磁件与滤波难优化
输出电压范围宽时（如充电）增益不足，轻载/短路特性复杂

三、谁来发令：它激、自激与罗耶振荡器

开关管什么时候开、什么时候关，有两种“发令”方式：由专门的控制芯片发令叫它激，由电路自己反馈出来叫自激。罗耶振荡器是最经典的自激推挽电路。

一款经典的 UC3844 它激反激电源：青色为初级侧（直接接市电），橙色为次级侧，有 +6V、+12V、−12V 三路输出。振荡、PWM、过流保护都由 UC3844 完成，变压器 T1 的偏置绕组 NC 给芯片供电并兼做反馈采样。图中有两个元件都标 D8，这里把初级的缓冲二极管改标为 D9；少量元件位置为方便阅读作了整理。

它激式（Separately-Excited）：以 UC3844 反激为例

像有专职指挥的乐队：UC3844 是指挥，Q1 只管听令开关，频率、占空比都由芯片决定。

对照上图，它是这样工作的：

输入整流：117VAC 经 R1（5Ω，限制浪涌）、桥式整流模块和 C1（250μF/250V）变成直流母线。
启动：R2（56kΩ）从母线慢慢给 C2（100μF）充电，把 UC3844 的 7 脚电压充到启动阈值后芯片开始工作。
正常供电：芯片工作后，偏置绕组 NC 经 D3、D2 整流给 C2、C3、C4 供电，R2 不再承担供电。
振荡：8 脚是 5V 基准，经 R6 给 4 脚的 C6 充电，R6、C6 决定振荡频率，按 f≈1.72/(R·C) 估算约 78kHz；UC3844 内部二分频，实际开关约 39kHz，最大占空比小于 50%。
驱动：6 脚输出经 R7（22Ω）驱动 Q1（UFN833），USD1120 钳位栅极，R13 下拉防止误导通。
稳压：没有光耦。NC 绕组整流后的电压经 R3、R4 分压送到 2 脚（误差放大器输入），与内部基准比较；R5、C14 是补偿网络，1 脚输出控制占空比。这是通过偏置绕组间接采样输出，结构简单，但各路输出之间的交叉调整率较差。
限流：Q1 源极的 R10（0.55Ω）把电流变成电压，经 R8、C7 滤波后送到 3 脚，峰值电流大约被限制在 1V÷0.55Ω≈1.8A（按 UC384x 的 1V 限流阈值估算）。
吸收保护：R12、C9、D4 是 RCD 钳位，C8、D9、R11 是关断缓冲，一起抑制漏感尖峰、保护 Q1。
多路输出：N5 经 D6、L1、C10/C11 输出 +6V；两个串联的 N12 绕组中间抽头作 ±12V 公共端，D7、D8 和 C12、C13 分别整流出 +12V、−12V。

前面讲的 Buck 到 LLC，几乎都是它激方式：拓扑决定“电路怎么连”，激励方式决定“谁来发令”。

功率几十瓦级（按图中 Q1 和 R10 估算约 20~50W）；它激方式本身不限功率，可到数十 kW
场景多路输出的工业/仪表电源、适配器、通信与服务器电源，以及几乎所有正规开关电源

优点

频率、占空比由芯片精确控制，稳压好
逐周期限流、欠压锁定，保护完善
易于多路输出、同步、软启动和扩展保护

缺点

要控制芯片、驱动、启动电路和偏置绕组，元件多、成本高
设计与调试比自激电路复杂
偏置绕组采样稳压时，多路输出的交叉调整率较差

图为一款小功率手机充电器常见的自激反激（RCC）电路：没有任何控制芯片，三极管 Q（13001）既是开关管又是振荡元件。青色为初级（直接接市电，带高压），橙色为次级（低压输出）。图中两只 511Ω 电阻原图都标 R5，这里把下面那只改标为 R6 以示区分。

自激式（Self-Oscillating）：以 RCC 自激反激为例

像荡秋千自己越荡越高：电路把变压器上的一个反馈绕组接回三极管，形成正反馈，不用控制芯片，自己就“振”起来。

怎么起振和循环（对照上图）：

启动：市电经 F1、D1~D4 整流、C1 滤波，得到约 300V 直流。R3（510K）给 Q 基极一个微小电流，Q 开始导通。
正反馈导通：初级电流增大，反馈绕组 Nf 感应出正电压，经 R6、R5∥C4 加到基极，让 Q 越导通越深，迅速饱和。初级电流线性上升，能量储存在变压器里（此时 D7 截止）。
翻转关断：电流上升到一定程度，R1（10Ω）上压降增大，或 Q 退出饱和，基极电流不够用，初级电流变化变慢，反馈电压随之下降，正反馈反向，Q 迅速关断。
放能与再起振：Q 关断后，次级的 D7 导通，把能量送给 C8 和负载；能量放完后绕组电压回落，反馈绕组又向基极提供正向偏置，Q 再次导通，周而复始。
稳压：Q 关断期间，反馈绕组的负电压经 D5 把 C7 充成一个和输出电压成正比的负电压。Q 导通时，若基极相对 C7 的电压超过 Z1 的 5.1V，稳压管导通抽走基极电流，使 Q 提前关断；输出越高，关断越早，输出就被稳住。
保护：D6、R4、C3 组成 RCD 吸收，吸收变压器漏感产生的尖峰，保护 Q；F1 是熔断电阻，过流时烧断。

同类的自激电路还有罗耶（Royer）、Jensen、自激半桥（电子镇流器和节能灯）等：拓扑不同，但“反馈绕组自己控制开关”的思路一样。

功率约 0.5W ~ 10W（本图为 EE10 小磁芯，适合几瓦的充电器）
场景手机小充电器、LED 驱动、待机辅助电源、玩具电源

优点

没有控制芯片，元件少，成本极低
自启动，自带简单稳压（Z1 + C7）和限流（R1）
属于反激，隔离、体积小

缺点

频率随输入电压、负载变化，轻载频率升高
稳压精度差、保护简单，纹波和 EMI 较大
三极管开关速度慢，效率较低，只适合小功率

两只三极管 Q1、Q2 交叉耦合：Q1 的集电极经 C1 接到 Q2 的基极，Q2 的集电极经 C2 接到 Q1 的基极；R1、R2 给基极提供充电电流，LED + R3/R4 是负载。

自激多谐振荡器（RC 交叉耦合电路）

像两个人轮流抢跑的跷跷板：一只三极管导通，另一只就被电容“拉”到截止；电容充电到阈值后再翻转，两只 LED 便左右交替闪烁。

假设 Q1 先导通：LED1 亮，Q1 集电极电压降到接近 0，C1 把 Q2 的基极拉到负电压，Q2 截止、LED2 灭。随后 C1 经 R1 反向充电，Q2 基极电压慢慢升高，升到约 0.6V 时 Q2 导通，它的集电极电压下降，又通过 C2 把 Q1 基极拉负，Q1 截止，状态翻转。每半个周期约 T ≈ 0.693 × R × C，图中参数（12kΩ、1μF）约 8.3ms，整周期约 60Hz，人眼看起来是两只灯同时微亮；想看到明显闪烁，把电容换成 100μF 即可（半周期约 0.8s）。

两只三极管的状态（高 = 为正 = 导通）

异步（反相）：Q1 导通（为正）时 Q2 截止（为零或负），反之亦然，由两只电容通过“交叉耦合”自动轮流翻转，不需要外部信号。

和罗耶的区别：这张图是靠 RC 充放电来翻转的多谐振荡器，没有变压器和磁芯，只能输出很小的信号功率，不能传输功率、也不能隔离；罗耶则靠饱和变压器翻转，能做功率变换。两者同属“自激”，但不是同一种电路。

功率毫瓦级（只驱动 LED 或做信号源）
场景LED 闪烁灯、方波/时钟发生器、教学演示、早期定时电路

优点

两只三极管、两只电容、四只电阻就能工作，极其简单
自启动，不需要控制芯片
两个集电极输出一对反相方波

缺点

频率由 RC 决定，随电源电压和温度漂移，精度差
带载能力弱，不能直接做功率级
没有变压器，不能隔离，也不能稳压

青色为初级侧：P1、P2 串联，Vin+ 接中间抽头；F1、F2 是反馈绕组，两端分别送到 Q1、Q2 的栅极，抽头经启动电阻 R 接 Vin+ 提供偏置。橙色为次级：S1、S2 串联中心抽头整流。常见实现用 NPN 三极管，这里按前文统一画成 MOSFET。

罗耶（Royer）振荡电路

像一个会自己“翻跟头”的推挽：磁芯一饱和，反馈绕组就自动把导通权在两只管子之间交换一下。

本质是自激推挽，变压器用饱和磁芯（矩形磁滞回线）。Q1 导通 → 磁通上升 → 磁芯饱和，励磁电流陡增、反馈电压消失 → Q1 关断、Q2 导通 → 磁通反向变化，如此循环。启动电阻 R 给栅极一个微弱偏置，先导通的管子是随机的。振荡频率 f ≈ Vin / (4·Np·Ae·Bs)（Np：初级半绕组匝数，Ae：磁芯截面积，Bs：饱和磁通密度）。输出大致是输入的固定倍数，开环不稳压。

驱动信号（栅极，高 = 为正 = 导通）

异步（反相）驱动：Q1 栅极为正（导通）时，Q2 栅极为负（关断），由反馈绕组自动产生并每半周翻转一次，不需要外部控制信号。

功率1W ~ 100W（常见 <50W）
场景隔离型 DC-DC 小模块（如 5V→±12V）、接口隔离供电、小功率逆变、CCFL/荧光灯背光

优点

只有两只管和一个饱和变压器，极简便宜
自启动，无需控制芯片
占空比天然接近 50%，磁芯双向励磁，利用率高

缺点

频率随 Vin 和温度变化，EMI 难滤
磁芯饱和时管子要承受大电流尖峰，效率约 70%~85%
没有稳压和保护，通常要加后级线性稳压；功率小、不适合宽输入

四、一张表速览

拓扑	隔离	升/降压	常用功率	典型效率	复杂度
Buck	否	降	1W~1kW	90%~97%	★
Boost	否	升	1W~3kW	90%~97%	★
Buck-Boost	否	升/降（反相）	1W~200W	85%~92%	★
反激	是	均可	5W~150W	80%~90%	★★
正激	是	均可	50W~500W	85%~92%	★★
推挽	是	均可	100W~1kW	85%~93%	★★★
半桥	是	均可	100W~2kW	88%~95%	★★★
半桥正激	是	均可	100W~1.5kW	88%~94%	★★★
全桥	是	均可	500W~数十kW	92%~97%	★★★★
全桥正激	是	均可	500W~10kW	92%~97%	★★★★
罗耶（自激）	是	均可（开环）	1W~100W	70%~85%	★
LLC	是	均可	100W~数kW	94%~98%	★★★★

五、怎么选？一句话口诀

不需要隔离：降压选 Buck，升压选 Boost，电压上下浮动选 Buck-Boost / SEPIC。

需要隔离，小功率（<100W）：优先反激，便宜、元件少；功率到 100~500W 且要低纹波，用正激。

中大功率（100W~2kW）：低压大电流选推挽，通用工业选半桥，追求高效率、低 EMI 选 LLC；输入电压高、想要自动钳位且不怕直通，选半桥正激（双管正激）。

极小功率、只要便宜的隔离供电：可用罗耶自激推挽（输出不稳压，后面加线性稳压）；要稳压、要保护，就用它激 + 控制芯片。

大功率（>1kW）：移相全桥、全桥正激（输出电压很高时）或全桥 LLC；常见组合是“Boost PFC + LLC”，服务器电源、电视电源基本都这么搭。

说明：功率与效率为工程常见经验范围，实际取决于器件、频率和散热设计；示意图为简化原理图，省略了驱动、钳位与反馈电路。