精选文档第一章开关电源的基本工作原理1-1．几种基本种类的开关电源顾名思义，开关电源就是利用电子开关器件（如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等），经过控制电路，使电子开关器件不断地“接通”和“关断”，让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现DC/AC、DC/DC电压变换，以及输出电压可调停自动稳压开关电源一般有三种工作模式：频率、脉冲宽度固定模式，频率固定、脉冲宽度可变模式，频率、脉冲宽度可变模式前一种工作模式多用于DC/AC逆变电源，或DC/DC电压变换；后两种工作模式多用于开关稳压电源别的，开关电源输出电压也有三种工作方式：直接输出电压方式、均匀值输出电压方式、幅值输出电压方式相同，前一种工作方式多用于DC/AC逆变电源，或DC/DC电压变换；后两种工作方式多用于开关稳压电源依据开关器件在电路中连接的方式，目前比较广泛使用的开关电源，大体上可分为：串通式开关电源、并联式开关电源、变压器式开关电源等三大类此中，变压器式开关电源（后边简称变压器开关电源）还可以进一步分成：推挽式、半桥式、全桥式等多种；依据变压器的激励和输出电压的相位，又可以分成：正激式、反激式、单激式和双激式等多种；假如从用途上来分，还可以分成更多种类。
下边我们先对串通式、并联式、变压器式等三种最基本的开关电源工作原理进行简单介绍，其他种类的开关电源也将逐渐进行详细解析1-2．串通式开关电源1-2-1．串通式开关电源的工作原理图1-1-a是串通式开关电源的最简单工作原理图，图1-1-a中Ui是开关电源的工作电压，即：直流输入电压；K是控制开关，R是负载当控制开关K接通的时候，开关电源就向负载R输出一个脉冲宽度为Ton，幅度为Ui的脉冲电压Up；当控制开关K关断的时候，又相当于开关电源向负载R输出一个脉冲宽度为Toff，幅度为0的脉冲电压这样，控制开关K不断地“接通”和“关断”，在负载两端就可以获取一个脉冲调制的输出电压uo16图1-1-b脉冲幅度出电压uo是串通式开关电源输出电压的波形，由图中看出，控制开关Up等于输入电压Ui，脉冲宽度等于控制开关K的接通时间的均匀值Ua为：K输出电压uo是一个脉冲调制方波，Ton，由此可求得串通式开关电源输串通式开关电源输出电压uo的幅值Up等于输入电压Ui，其输出电压uo的均匀值Ua总是小于输入电压Ui，所以，串通式开关电源一般都是以均匀值Ua为变量输出电压所以，串通式开关电源属于降压型开关电源。
串通式开关电源也有人称它为斩波器，因为它工作原理简单，工作效率很高，所以其在输出功率控制方面应用很广比方，电动摩托车速度控制器以及灯光明度控制器等，都是属于串通式开关电源的应用假如串通式开关电源只单纯用于功率输出控制，电压输出可以不用接整流滤波电路，而直接给负载供给功率输出；但假如用于稳压输出，则一定要经过整流滤波串通式开关电源的弊端是输入与输出共用一个地，所以，简单产生EMI搅乱和底板带电，当输入电压为市电整流输出电压的时候，简单引起触电，对人身不安全1-2-2．串通式开关电源输出电压滤波电路大多数开关电源输出都是直流电压，所以，一般开关电源的输出电路都带有整流滤波电路图1-2是带有整流滤波功能的串通式开关电源工作原理图图1-2是在图1-1-a电路的基础上，增添了一个整流二极管和一个LC滤波电路此中L是储能滤波电感，它的作用是在控制开关K接通时期Ton限制大电流经过，防范输入电压Ui直接加到负载R上，对负载R进行电压冲击，同时对流过电感的电流iL转变为磁能进行能量储存，而后在控制开关K关断时期Toff把磁能转变为电流iL连续向负载R供给能量输出；C是储能滤波电容，它的作用是在控制开关K接通时期Ton把流过储能电感L的部分电流转变为电荷进行储存，而后在控制开关K关断时期Toff把电荷转变为电流连续向负载R供给能量输出；D是整流二极管，主要功能是续流作用，故称它为续流二极管，其作用是在控制开关关断时期Toff，给储能滤波电感L开释能量供给电流通路。
在控制开关关断时期Toff，储能电感L将产生反电动势，流过储能电感L的电流iL由反电动势eL的正极流出，经过负载R，再经过续流二极管D的正极，而后从续流二极管D的负极流出，最后回到反电动势eL的负极对于图1-2，假如不看控制开关K和输入电压Ui，它是一个典型的反г型滤波电路，它的作用是切脉动直流电压经过光滑滤波输出其均匀值图1-3、图1-4、图1-5分别是控制开关K的占空比D等于0.5、<0.5、>0.5要点点的电压和电流波形图1-3-a）、图1-4-a）、图1-5-a）分别为控制开关图1-3-b）、图1-4-b）、图1-5-b）分别为储能滤波电容两端电压uc的波形；图图1-5-c）分别为流过储能电感L电流iL的波形时，图1-2电路中几个K输出电压uo的波形；1-3-c）、图1-4-c）、在Ton时期，控制开关K接通，输入电压Ui经过控制开关K输出电压uo，而后加到储能滤波电感L和储能滤波电容C构成的滤波电路上，在此时期储能滤波电感L两端的电压eL为：eL=Ldi/dt=Ui–Uo——K接通时期（1-4）式中：Ui输入电压，Uo为直流输出电压，即：电容两端的电压uc的均匀值在此趁便说明：因为电容两端的电压变化量ΔU有对于输出电压Uo来说特别小，为了简单，我们这里把Uo看作常量来办理。
在某种状况下，如需要对电容的首次充、放电过程进行解析时，一定需要建立微分方程，并求解因为输出电压Uo的建立需要必定的时间，精确计算得出的结果中一般都含有指数函数项，当令时间变量等于无量大时，即电路进入稳态时，再对相关参量取均匀值，其结果就基本与（1-4）相等对（1-4）式进行积分得：式中i（0）为控制开关K变换瞬时（t=0时刻），即：控制开关K刚接通瞬时流过电感L的电流，或称流过电感L的初始电流当控制开关K由接通时期Ton忽然变换到关断时期Toff的瞬时，流过电感L的电流iL达到最大值：式中i（Ton+）为控制开关K从Ton变换到Toff的瞬时从前流过电感的电流，i（Ton+）也可以写为i（Toff-），即：控制开关K关断或接通瞬时，从前和以后流过电感L的电流相等实质上（1-8）式中的i（Ton+）就是（1-6）式中的iLm，即：上边计算都是假设输出电压Uo基本不变的状况获取的结果，在实质应用电路中也正好是这样，输出电压Uo的电压纹波特别小，只有输出电压的百分之几，工程计算中完整可以忽视不计从（1-4）式到（1-11）和图1-3、图1-4、图1-5中可以看出：当开关电源工作于临界连续电流或连续电流状态时，在K接通和关断的整个周期内，储能电感L都有电流流出，但在K接通时期与K关断时期，流过储能电感L的电流的上升率（绝对值）一般是不一样样的。
在K接通时期，流过储能电感L的电流上升率为Ui-Uo/L：；在K关断时期，流过储能电感L的电流上升率为：-Uo/L所以：（1）当Ui=2Uo时，即滤波输出电压Uo等于电源输入电压Ui的一半时，或控制开关K的占空比D为二分之一时，流过储能电感L的电流上升率，在K接通时期与K关断时期绝对值完整相等，即电感储存能量的速度与开释能量的速度完整相等此时，（1-5）式中i（0）和（1-11）式中iLX均等于0在这类状况下，流过储能电感L的电流iL为临界连续电流，且滤波输出电压Uo等于滤波输入电压uo的均匀值Ua参看图1-32）当Ui>2Uo时，即：滤波输出电压Uo小于电源输入电压Ui的一半时，或控制开关K的占空比小于二分之一时：固然在K接通时期，流过储能电感L的电流上升率（绝对值），大于，在K关断时期，流过储能电感L的电流上升率（绝对值）；但因为（1-5）式中i（0）等于0，以及Ton小于Toff，此时，（1-11）式中的iLX会出现负值，即输出电压反过来要对电感充电，但因为整流二极管D的存在，这是不行能的，这表示流过储能电感L的电流提前过0，即有断流在这类状况下，流过储能电感L的电流iL不是连续电流，开关电源工作于电流不连续状态，所以，输出电压Uo的纹波比较大，且滤波输出电压Uo小于滤波输入电压uo的均匀值Ua。
参看图1-43）当Ui<2Uo时，即：滤波输出电压Uo大于电源输入电压Ui的一半时，或控制开关K的占空比大于二分之一时：在K接通时期，固然流过储能电感L的电流上升率（绝对值），小于，在K关断时期，流过储能电感L的电流上升率（绝对值）但因为Ton大于Toff，（1-5）式中i（0）和（1-11）式中iLX均大于0，即：电感储存能量每次均开释不完在这类状况下，流过储能电感L的电流iL是连续电流，开关电源工作于连续电流状态，输出电压Uo的纹波比较小，且滤波输出电压Uo大于滤波输入电压uo的平均值Ua参看图1-51-2-3．串通式开关电源储能滤波电感的计算从上边解析可知，串通式开关电源输出电压Uo与控制开关的占空比D相关，还与储能电感L的大小相关，因为储能电感L决定电流的上升率（di/dt），即输出电流的大小所以，正确选择储能电感的参数相当重要串通式开关电源最好工作于临界连续电流状态，或连续电流状态串通式开关电源工作于临界连续电流状态时，滤波输出电压Uo正好是滤波输入电压uo的均匀值Ua，此时，开关电源输出电压的调整率为最好，且输出电压Uo的纹波也不大所以，我们可以从临界连续电流状态着手进行解析。
我们先看（1-6）式：iLm=(Ui-Uo)/L*Ton+i(0)——K关断前瞬时（1-6）当串通式开关电源工作于临界连续电流状态时，即D=0.5时，i(0)=0，iLm=2Io，所以，（1-6）式可以改写为：2Io=Uo/2L*T——K关断前瞬时（1-12）式中Io为流过负载的电流（均匀电流），当D=0.5时，其大小正好等于流过储能电感L最大电流iLm的二分之一；T为开关电源的工作周期，T正好等于2倍Ton由此求得：L=Uo/4Io*T——D=0.5时（1-13）或：L>Uo/4Io*T=Ui/2Io*T——D=0.5时（1-14）（1-13）和（1-14）式，就是计算串通式开关电源储能滤波电感L的公式（D=0.5时）1-13）和（1-14）式的计算结果，只给出了计算串通式开关电源储能滤波电感L的中间值，或均匀值，对于极端情况可以在均匀值的计算结果上再乘以一个大于1的系数假如增大储能滤波电感L的电感量，滤波输。