图9-15 组合式三端口Flyback变换器拓扑构造过程

a）Flyback变换器 b）双端输出Flyback变换器 c）双端输入Flyback变换器 d）组合式三端口Flyback变换器拓扑

1.拓扑实例

反激式（Flyback）变换器具有输入输出隔离、容易实现输入功率因数校正功能等特点，在LED驱动电源方面得到广泛应用。所以本节以构造基于Flyback的三端口变换器拓扑为例，对拓扑的构造原理进行实例说明。

首先，增加p_in到p_c功率传输路径，构造双输出Flyback变换器。增加二次侧输出绕组可以将单端输出Flyback变换器分裂为双端输出，并增加开关管S₂控制两个输出端的功率流向，形成双端输出Flyback变换器，如图9-15b所示；然后，将储能电容C_a与LED负载用DC/DC变换器连接起来实现双端输入，如图9-15c所示；其组合式三端口变换器拓扑如图9-15d所示。

同理，为了在构造双输出Flyback变换器过程中不增加输出绕组，可以在一次侧增加一个输出端实现双端输出，如图9-16b所示；将储能电容C_a与LED负载用DC/DC变换器连接起来实现双端输入，如图9-16c所示；其组合式三端口Flyback变换器拓扑如图9-16d所示。应当注意，为了实现输入输出端隔离，构造p_c到p_o功率传输路径所用DC/DC变换器需要实现输入输出隔离。

图9-16 组合式三端口Flyback变换器拓扑构造过程

a）Flyback变换器 b）双端输出Flyback变换器 c）双端输入Flyback变换器 d）组合式三端口Flyback变换器拓扑

依据组合式三端口变换器拓扑构造原理衍生的部分拓扑结构实例如图9-17所示。虽然基于上述构造原理衍生的拓扑结构可以实现三个端口之间的功率变换，但是有些功率传输路径是相互独立的，拓扑集成度低，所以有必要对组合形成的初步拓扑进一步集成和优化。

2.拓扑优化

图9-17所示的组合式三端口拓扑中存在多个并联结构，并且有些子电路结构是相同的。例如，图9-17a中的两个二次侧输出绕组与二次侧二极管（VD_R1和VD_R2）是两个相同的子电路，图9-17d中两个Flyback二次侧输出子电路结构相近且结构并联，一次侧输入的子电路结构也是相近并且结构并联的。这些并联结构和相同的子电路结构增加了拓扑的复杂性，若对相同的一些子电路集成实现共用，则可以优化拓扑结构，提高拓扑的集成度。下面以图9-17a和图9-17d中的原始拓扑为例阐述拓扑优化的过程。

在图9-18a所示的原始拓扑中，二次绕组N_s1与二次侧二极管VD_R1组成的子电路结构与二次绕组N_s2与二次侧二极管VD_R2组成的子电路结构是相同的，且通过磁耦合形成一种并联的关系，可将两个子电路合并优化得到图9-18b所示拓扑。同理，对图9-17b和图9-17c所示拓扑优化后得到图9-19a、图9-19b所示拓扑。

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图9-17 部分组合式三端口拓扑

a）拓扑1 b）拓扑2 c）拓扑3 d）拓扑4

图9-18 拓扑优化实例1

a）原始拓扑 b）优化后

对于图9-20a所示的原始拓扑，第一步，二次绕组N_s2、二次侧二极管VD_a2组成的子电路与二次绕组N_s1、二次侧二极管VD_R1组成的子电路结构是相同的，且输出端是并联关系，可将两个子电路合并优化；变压器T₁和T₂结构相同且相互并联，也可以进行合并优化，实现变压器磁心的共用，得到图9-20b所示拓扑。第二步，对于图9-20b所示拓扑，储能电容C_a、开关管Q₃、二极管VD_a1和一次绕组N_p2组成的子电路结构与主电源输入、一次绕组N_p1和开关管Q₃组成的子电路结构相近，并且两个功率回路是相互独立的，因此可以将两个回路合并优化，以实现一次绕组的共用，如图9-20c所示。

图9-19 优化后拓扑

a）拓扑1 b）拓扑2

图9-20 拓扑优化实例2

a）原始拓扑 b）第一步优化 c）第二步优化

对比优化前后的拓扑可见，优化后的拓扑仅增加了较少的元器件，实现了三端口拓扑所需要的功率传输路径，提高了集成度，每一条功率传输路径上含有可控开关管，可以满足三个端口之间的功率控制。值得注意的是，一些优化后拓扑的工作原理与原始拓扑相比有一定变化。在如图9-20a所示的原始拓扑中，主电源输入功率传递到储能电容C_a的实现过程是开关管Q₂关断后，励磁电感通过一次绕组N_p1和二极管VD_R2形成续流状态实现的；在如图9-20c所示的优化后拓扑中，这一过程是开关管Q₂关断后，主电源输入与励磁电感、二极管VD_R2串联形成升压电路实现的。其工作原理的不同也将导致主电路的控制策略发生变化，因此在选择拓扑时需要综合考虑拓扑的主电路结构与控制策略。