開關(guān)電源拓撲結(jié)構(gòu)
關(guān)注創(chuàng)建者：電子工程世界EEWorld 創(chuàng)建時間：2021-07-16
開關(guān)電源拓撲結(jié)構(gòu)的視頻教程
ABAQUS-雙金屬片開關(guān)熱結(jié)構(gòu)耦合模擬
本案例基于ABAUS模擬了鐵-鋁雙金屬片開關(guān)在過盈配合及過流加熱、冷卻過程中的應力應變及溫度、熱流量分布情況。本例采用C3D8RT熱-結(jié)構(gòu)耦合單元進行直接耦合分析，共三個分析步：一是過盈量造成的應力，二是過流加熱過程，采用體熱流量加熱，時長1s，三是冷卻過程，采用表面對流散熱，時長10s。輸出結(jié)構(gòu)引力應變及溫度分布云圖。
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面心結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化
1、掌握面心晶格的應力應變分析 2、掌握面心晶格的拓撲優(yōu)化 3、利用后處理查看具體的優(yōu)化結(jié)果
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ANSA+Tosca 汽車下擺臂結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化
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開關(guān)電源拓撲結(jié)構(gòu)的實例教程
本文主要講述常見的開關(guān)電源拓撲結(jié)構(gòu)特點和優(yōu)缺點對比。
常見的拓撲結(jié)構(gòu)，包括Buck降壓、Boost升壓、Buck-Boost降壓-升壓、Flyback反激、Forward正激、Two-Transistor Forward雙晶體管正激等。
常見的基本拓撲結(jié)構(gòu)
基本的脈沖寬度調(diào)制波形
這些拓撲結(jié)構(gòu)都與開關(guān)式電路有關(guān)。
基本的脈沖寬度調(diào)制波形定義如下：
常見的基本拓撲結(jié)構(gòu)
1、Buck降壓
把輸入降至一個較低的電壓。
可能是最簡單的電路。
電感/電容濾波器濾平開關(guān)后的方波。
輸出總是小于或等于輸入。
輸入電流不連續(xù)(斬波)。
輸出電流平滑。
2、Boost升壓
把輸入升至一個較高的電壓。
與降壓一樣，但重新安排了電感、開關(guān)和二極管。
輸出總是比大于或等于輸入(忽略二極管的正向壓降)。
輸入電流平滑。
輸出電流不連續(xù)(斬波)。
3、Buck-Boost降壓-升壓
電感、開關(guān)和二極管的另一種安排方法。
結(jié)合了降壓和升壓電路的缺點。
輸入電流不連續(xù)(斬波)。
輸出電流也不連續(xù)(斬波)。
輸出總是與輸入反向(注意電容的極性)，但是幅度可以小于或大于輸入。
“反激”變換器實際是降壓-升壓電路隔離(變壓器耦合)形式。
4、Flyback反激
如降壓-升壓電路一樣工作，但是電感有兩個繞組，而且同時作為變壓器和電感。
展開 什么是拓撲呢？所謂電路拓撲就是功率器件和電磁元件在電路中的連接方式，而磁性元件設計，閉環(huán)補償電路設計及其他所有電路元件設計都取決于拓撲。最基本的拓撲是Buck(降壓式)、Boost(升壓式)和Buck/Boost(升/降壓)，單端反激(隔離反激)，正激、推挽、半橋和全橋變化器。
開關(guān)電源的拓撲結(jié)構(gòu)，常見拓撲大約有14種，每種都有自身的特點和適用場合。選擇原則是要看是大功率還是小功率，高壓輸出還是低壓輸出，以及是否要求器件盡量少等。
因此，要恰當選擇拓撲，熟悉各種不同拓撲的優(yōu)缺點及適用范圍是非常重要的。錯誤的選擇會使電源設計一開始就注定失敗。下面為大家整理匯總了開關(guān)電源20種基本拓撲，幫助系統(tǒng)掌握每種電路結(jié)構(gòu)的工作原理與基本特性。
展開 ■磁化電流 (i1) 流入 “磁化電感”，使磁芯在初級開關(guān)斷開后去磁 (電壓反向)。
21、總結(jié)
■此處回顧了目前開關(guān)式電源轉(zhuǎn)換中最常見的電路拓撲結(jié)構(gòu)。
■還有許多拓撲結(jié)構(gòu)，但大多是此處所述拓撲的組合或變形。
■每種拓撲結(jié)構(gòu)包含獨特的設計權(quán)衡：
施加在開關(guān)上的電壓
斬波和平滑輸入輸出電流
繞組的利用率
■選擇最佳的拓撲結(jié)構(gòu)需要研究：
輸入和輸出電壓范圍
電流范圍
成本和性能、大小和重量之比
來源：ITTBANK
展開 ■磁化電流 (i1) 流入 “磁化電感”，使磁芯在初級開關(guān)斷開后去磁 (電壓反向)。
21、總結(jié)
■此處回顧了目前開關(guān)式電源轉(zhuǎn)換中最常見的電路拓撲結(jié)構(gòu)。
■還有許多拓撲結(jié)構(gòu)，但大多是此處所述拓撲的組合或變形。
■每種拓撲結(jié)構(gòu)包含獨特的設計權(quán)衡：
施加在開關(guān)上的電壓
斬波和平滑輸入輸出電流
繞組的利用率
■選擇最佳的拓撲結(jié)構(gòu)需要研究：
輸入和輸出電壓范圍
電流范圍
成本和性能、大小和重量之比
展開 本文主要講述常見的開關(guān)電源拓撲結(jié)構(gòu)特點和優(yōu)缺點對比。
常見的拓撲結(jié)構(gòu)，包括Buck降壓、Boost升壓、Buck-Boost降壓-升壓、Flyback反激、Forward正激、Two-Transistor Forward雙晶體管正激等。
常見的基本拓撲結(jié)構(gòu)
一、基本的脈沖寬度調(diào)制波形
這些拓撲結(jié)構(gòu)都與開關(guān)式電路有關(guān)。基本的脈沖寬度調(diào)制波形定義如下：
二、常見的基本拓撲結(jié)構(gòu)
1、Buck降壓
把輸入降至一個較低的電壓。
可能是最簡單的電路。
電感/電容濾波器濾平開關(guān)后的方波。
輸出總是小于或等于輸入。
輸入電流不連續(xù)(斬波)。
輸出電流平滑。
2、Boost升壓
把輸入升至一個較高的電壓。
與降壓一樣，但重新安排了電感、開關(guān)和二極管。
輸出總是比大于或等于輸入(忽略二極管的正向壓降)。
輸入電流平滑。
輸出電流不連續(xù)(斬波)。
3、Buck-Boost降壓-升壓
電感、開關(guān)和二極管的另一種安排方法。
結(jié)合了降壓和升壓電路的缺點。
輸入電流不連續(xù)(斬波)。
輸出電流也不連續(xù)(斬波)。
輸出總是與輸入反向(注意電容的極性)，但是幅度可以小于或大于輸入。
“反激”變換器實際是降壓-升壓電路隔離(變壓器耦合)形式。
4、Flyback反激
如降壓-升壓電路一樣工作，但是電感有兩個繞組，而且同時作為變壓器和電感。
輸出可以為正或為負，由線圈和二極管的極性決定。
輸出電壓可以大于或小于輸入電壓，由變壓器的匝數(shù)比決定。
這是隔離拓撲結(jié)構(gòu)中最簡單的。
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高效開關(guān)模式電源（Switch Mode Power Supply, SMPS）通過?高頻開關(guān)器件?（如MOSFET、IGBT）的快速導通與關(guān)斷，將輸入電能高效轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定輸出電壓。其核心在于?脈沖寬度調(diào)制（PWM）? 和?儲能濾波技術(shù)?，實現(xiàn)高效率（通常85%~95%）、小體積和輕重量。
工作要點：
開關(guān)動作?：開關(guān)器件在?全開（飽和區(qū)）? 和?全關(guān)（截止區(qū)）? 之間高速切換，功耗極低，僅在瞬態(tài)轉(zhuǎn)換時有損耗
電源IC（電源管理IC）是開關(guān)電源中實現(xiàn)脈寬控制集成的核心元件，主要用于調(diào)控電子設備的電壓與電流穩(wěn)定性，應用領(lǐng)域涵蓋手機、服務器、便攜設備等。
其功能從基礎(chǔ)穩(wěn)壓擴展至DC/DC轉(zhuǎn)換、LDO穩(wěn)壓、電池管理及PWM控制等多模塊集成，形成高度整合的電源管理單元（PMU）。典型組件包括LDO（低噪聲、低壓差）、DC/DC（高效能升降壓）、PWM控制器及功率MOSFET等。該器件通過脈寬調(diào)制技術(shù)調(diào)節(jié)脈沖信號占空比控制能量傳輸
2026深圳國際高低壓電氣及開關(guān)電源產(chǎn)業(yè)展覽會
Shenzhen International Switching Power Supply and High/Low Voltage Electrical Industry Exhibition
時間：2026年08月26-28日
地點：深圳國際會展中心
展會介紹：
2026深圳國際高低壓電氣及開關(guān)電源產(chǎn)業(yè)展覽會是華南地區(qū)開關(guān)電源與高低壓電氣領(lǐng)域極具影響力的專業(yè)盛會
關(guān)鍵詞：帶筋薄壁結(jié)構(gòu)；固有頻率；屈曲穩(wěn)定性；變密度法；拓撲優(yōu)化；
帶筋薄壁結(jié)構(gòu)因具有質(zhì)量輕、強度高的優(yōu)點，在汽車制造、航空航天、船舶工程等眾多工程領(lǐng)域中得到廣泛應用，已成為現(xiàn)代工程設計中不可或缺的重要組成部分。然而，在復雜外部載荷作用下，該類結(jié)構(gòu)的振動與屈曲穩(wěn)定性問題依然是設計過程中的關(guān)鍵挑戰(zhàn)：振動易引發(fā)結(jié)構(gòu)疲勞損傷，縮短其服役壽命；屈曲失穩(wěn)則可能導致結(jié)構(gòu)整體失效，甚至引發(fā)嚴重安全事故。傳統(tǒng)設計方法多依賴于工程經(jīng)驗或采用簡化優(yōu)化策略
拓撲優(yōu)化結(jié)構(gòu)MISES應力分布3D顯示MATLAB代碼
<h2>什么是拓撲優(yōu)化（Topology Optimization）？</h2><p>拓撲優(yōu)化（topology optimization）是一種根據(jù)給定的負載情況、約束條件和性能指標，在給定的區(qū)域內(nèi)對材料分布進行優(yōu)化的數(shù)學方法，是結(jié)構(gòu)優(yōu)化的一種。如下視頻所示。</p><div contenteditable="false" width="100%">
<jsk id="C_Playb0a0eae9b94371efbffc4531958d0102
拓撲優(yōu)化：拓撲優(yōu)化是一種在設計中尋找最佳材料分布的方法。
它通過改變材料在結(jié)構(gòu)中的分布，以最小化結(jié)構(gòu)的質(zhì)量（或體積分數(shù)）并滿足特定的性能要求。在汽車輕量化中，拓撲優(yōu)化可以用來確定哪些部分需要加強，哪些部分可以減輕以降低整體重量，同時保持結(jié)構(gòu)的強度和剛度。
形狀優(yōu)化：形狀優(yōu)化關(guān)注的是在給定的幾何形狀內(nèi)，調(diào)整結(jié)構(gòu)的形狀以優(yōu)化性能。這可能涉及到改變零部件的曲率、截面形狀或其他幾何參數(shù)。在汽車輕量化中
摘要
本課題利用Altair-OptiStruct拓撲優(yōu)化分析軟件對兒童座椅內(nèi)部金屬結(jié)構(gòu)件進行輕量化設計研究，優(yōu)化后結(jié)構(gòu)布局更合理且質(zhì)量減輕30%，旨在探索了一種結(jié)構(gòu)優(yōu)化合理設計和省材減重的方法。
一、研究背景
兒童座椅在進行碰撞測試的法規(guī)試驗中，主要通過座椅內(nèi)部的金屬結(jié)構(gòu)件來承擔的沖擊力，從而保證整椅結(jié)構(gòu)的完好性，達到保護乘員兒童的效果。在座椅的研發(fā)階段，結(jié)構(gòu)工程師為了順利通過碰撞測試
OptiStruct在結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面擁有較強的能力，可以進行靜力學分析優(yōu)化、疲勞分析優(yōu)化、動力學分析優(yōu)化等等。具體的優(yōu)化方法包括拓撲優(yōu)化、自由尺寸優(yōu)化、形貌優(yōu)化、尺寸（參數(shù)）優(yōu)化、形狀優(yōu)化、自由形狀優(yōu)化。各方法定義如下：
拓撲優(yōu)化：在滿足給定約束的前提下，針對目標函數(shù)在給定設計空間尋找最優(yōu)材料布局。
自由尺寸優(yōu)化：給定殼單元，在滿足約束的前提下，針對目標函數(shù)為每一個單元尋找一個最有厚度
在ansys workbench中拓撲優(yōu)化分析流程如下所示。
以下圖所示結(jié)構(gòu)為例，演示拓撲優(yōu)化分析的過程，優(yōu)化條件如下：
最大應力小于1000PSI；質(zhì)量去除50%；結(jié)構(gòu)材料為結(jié)構(gòu)鋼；結(jié)構(gòu)承受750psi的內(nèi)壓，兩端的安裝孔固定約束。
拓撲優(yōu)化的邊界條件設置如下，設置對應的優(yōu)化區(qū)域，載荷約束條件區(qū)域為非優(yōu)化區(qū)域，設置最大應力和去除質(zhì)量的約束條件
