拓撲是什么？在開關電源中，存在著各種元器件，他們的連接或相互關系是一種網絡，我們把這種元器件的特定連接關系稱為拓撲。

提高工業ac-dc電源可靠性的關鍵在于降低功率元件的熱、電壓和電流應力，這主要是輸入電壓和所需功率的函數。雖然熱應力是額定功率的函數，但電源效率也起著重要作用。因此，可選擇有助于減輕這些應力的拓撲，下面探索下拓撲結構對工業ac-dc電源可靠性的影響。

在一個94.5%效率、500W的工業ac-dc電源參考設計中，前端功率因數校正（PFC）級是交錯式過渡模式升壓拓撲，單級連續導通模式（CCM）升壓拓撲結構也是一個可行選擇。拓撲選擇主要是出于器件壓力的考慮，交錯式拓撲，因兩級并聯工作，將功率元件（升壓電感、開關金屬氧化物半導體場效應晶體管[MOSFET]和整流二極管）中的電流應力降低了兩倍。

下圖為兩種拓撲的簡化圖：

因導通應力顯著降低，過渡模式PFC在降低開關應力方面具有優勢。當輸入電壓低于輸出電壓的一半時，過濾模式下的電壓切換為零，即使輸入電壓較高，電壓切換水平也會顯著降低。在所有條件下，MOSFET和整流器都有零電流開關（ZCS）。ZCS操作導致整流二極管中的反向恢復幾乎消除，這也有助于減小應力并降低電磁干擾（EMI）。雖然減少EMI不能提供直接的可靠性優勢，但EMI濾波器元件數量的減少以及敏感電路段噪聲拾取的可能性降低，可間接地有助于提高整個電源的可靠性。

考慮熱應力時，交錯的過渡模式升壓拓撲再次比CCM拓撲更有利。在交錯過渡模式拓撲中，組件在較低溫度下運行，與CCM拓撲相比，更多組件共享幾乎相同的功率損耗。在溫度降低條件下操作對電源可靠性具有相當大的影響，尤其是在沒有強制通風設備的系統中。

交錯操作大大降低了輸入和輸出電容中的紋波電流。這是一個重要的考慮因素，特別是鋁電解電容，它是決定整體電源可靠性的最薄弱環節之一。在PFC應用中，紋波電流是決定輸出電容壽命的重要因素。應該看到紋波電流的降低不僅是對規格的降額，而且更顯著的是由于功耗降低導致的溫度降低。

對于DC/DC級，電感-電感-電容（LLC）拓撲結構是首選，因為它具有降低的開關應力，不過會增加電流應力。在略高于諧振頻率的滿載下工作可最大限度地減小電流應力的增加，同時避免由于ZCS關斷而導致的輸出同步MOSFET體二極管反向恢復。

該設計實現了接近95%的效率，而不會增加太多復雜性。PFC級效率在230 V時高于98%，在115 V時高于96.5%，LLC級的效率高于96.5%。拓撲和組件選擇是影響此性能的因素，另一個需要考慮的重點是電路在其工作范圍內的效率，在其使用壽命期間，它可能并不總是在滿載或接近滿載的情況下運行。因此，在廣泛的操作區域內實現良好的效率非常重要，這使PFC和LLC功率級在選擇控制器時變得重要。

如上圖所示：該設計中使用的兩個控制器（用于PFC的UCC28064A和用于LLC的UCC256301）具有在寬工作范圍內提供效率優勢的控制技術。該設計中使用的UCC24612，同步整流器控制器和驅動器，通過實現近乎理想的二極管仿真來降低輸出整流器損耗，并間接降低初級側損耗。這些控制器設備對提高整體可靠性的貢獻并非無關緊要。

在工業ac-dc電源應用中，必須選擇可以減少組件壓力的拓撲結構。交錯的過渡模式升壓拓撲和LLC拓撲是比其他拓撲更好的選擇，因為可減少組件壓力。拓撲結構選擇應考慮將功率損耗分配給更多組件，且提高效率尤為重要，因為熱應力與其直接相關。

在工業4.0和工業物聯網的潮流下，工業自動化和工業設備市場增長迅速，而提供樞紐動力的電源，需求也在不斷提高。高功率密度、高集成度、模塊化、追求更小尺寸、更高可靠性成為當前ac-dc電源模塊產品的主要發展趨勢。