引言
在我们之前的文章 电源拓扑结构与设计注意事项解析 中，我们探讨了电源转换的基本原理，涵盖了开关模式电源（SMPS）背后的核心概念。
基于这一基础，本文将讨论开关模式电源（SMPS）的进一步分类。根据能量流动方式，SMPS 拓扑结构分为多种类型，每种类型均旨在满足特定的应用需求、性能目标和设计约束。
在本节中，我们将重点介绍非隔离式开关电源，这类电源广泛应用于输入和输出共地的场景。这些拓扑结构包括降压（Buck）、升压（Boost）、降压 - 升压（Buck-Boost）、库克（Cuk）和单端初级电感转换器（SEPIC），为满足广泛电压需求的高效 DC-DC 转换提供了灵活的解决方案。
非隔离式开关电源
非隔离式开关电源不使用变压器，非常适合输入和输出共地的应用场景。
根据所需的电压转换类型，这些电源可分为以下几种拓扑结构：
1. 降压转换器（Buck Converter，降压型）
功能：仅用于降压（输出电压低于输入电压），适用于 DC-DC 转换。
典型应用：将 12V 转换为 5V，为微控制器供电。
关键元件：输出端的电感器和电容器。
电流特性：
- 由于开关与输入串联，输入电流是不连续的。
- 当输入电流不连续时，需要输入电容器来处理：
- 线路电感的补偿；
- 输入电流的高频分量。
2. 升压转换器（Boost Converter，升压型）
功能：另一方面，升压拓扑仅用于升压（输出电压高于输入电压）。
典型应用：将锂离子电池的 3.7V 升压至 5V，为 USB 供电。
关键元件：输入端的电感器，输出端的电容器。
电流特性：
- 由于电感器与输入串联，在大多数工作范围内，输入电流是连续的。
- 输出电流是不连续的，因此输出电容器必须：
- 处理最坏情况下的纹波电流；
- 满足保持时间和稳定性需求。
3. 降压 - 升压转换器（Buck-Boost Converter，升降压型）
功能：既能降压又能升压，允许输出电压高于或低于输入电压。
典型应用：从可变输入（如 3V–12V）稳定输出（如 5V）。
设计说明：降压 - 升压转换器是一种 DC-DC 转换器，其功能等效于反激转换器，但使用单个电感器而非变压器。
4. Cuk 转换器（Cuk Converter）
功能：Cuk 转换器既能降压又能升压。
独特特性：输出极性与输入相反。
典型应用：双极电源，如音频放大器。
5.SEPIC 转换器（SEPIC，Single-Ended Primary Inductor Converter）
功能：SEPIC 允许输出电压等于、低于或高于输入电压，且无需反转极性。
典型应用：电池供电设备，如 LED 驱动器。