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1、开关电源类型 随着随着电力力电子技子技术的的发展，大功率开关晶体管、快恢复二极管及其它元器件的展，大功率开关晶体管、快恢复二极管及其它元器件的电压得得到很大的提高，到很大的提高，这为取消取消稳压电源中的工源中的工频变压器，器，发展高展高频开关开关电源源创造了条件。由于造了条件。由于它不需要工它不需要工频变压器，故称无工器，故称无工频变压器开关式直流器开关式直流稳压电源。它使源。它使电源在小型化、源在小型化、轻量量化、高效率等方面又化、高效率等方面又迈进了一步。了一步。图8-38-3是无工是无工频变压器的开关器的开关电源的方框源的方框图。 图3 无工频变压器的开关电源原理框图 无工无工频变压器开
2、关器开关稳压电源，有如下的源，有如下的优点：点：1.1.效率高。一般在效率高。一般在707080%80%以上。以上。 2.2.体体积小、重量小、重量轻，随着，随着频率的提高，收效更率的提高，收效更显著。著。 3.3.稳压范范围广，一般交流广，一般交流输入入8080265265V V，负载作大幅作大幅度度变化化时，性能很好。，性能很好。 4.4.噪声低，声噪声低，声频在在2020kHzkHz以上以上时，已是人耳听不到的超，已是人耳听不到的超声波，而开关声波，而开关电源的工作源的工作频率一般都大于此率一般都大于此频率；率； 5.5.性能灵活，通性能灵活，通过输出隔离出隔离变压器，可得到低器，可得到
3、低压大大电流、高流、高压小小电流；一个开关控制的一路流；一个开关控制的一路输入可得到多入可得到多路路输出以及同号、反号等出以及同号、反号等输出；出； 6.6.电压维持持时间长，为了适了适应交流停交流停电时，计算机、算机、现代自代自动化控制化控制设备电源源转换的需要，开关的需要，开关电源可在源可在几十毫秒内保几十毫秒内保证仍有仍有电压输出。出。 7.7.可靠性大，当开关可靠性大，当开关损坏坏时，也不会有危及，也不会有危及负载的高的高电压出出现。 无工无工频变压器开关器开关稳压电源的不足之源的不足之处：1.1.输出出纹波波较大，大，约有有1010100100mVmV的峰的峰峰峰值； 2.2.脉冲脉
4、冲宽度度调制式的制式的电路中，路中，电压、电流流变化率大；化率大；3.3.控制控制电路比路比较复复杂，对元器件要求高；元器件要求高； 4.动态响响应时间至少要大于一个开关周至少要大于一个开关周期，不如串期，不如串联式晶体管式晶体管线性性稳压电源。源。 1.2 用高频变压器的开关电源结构概述 图5 高频变压器开关电源基本功能框图这类电源的共同特点是具有高频变压器、直流稳压是从变压器次级绕组的高频脉冲电压整流滤波而来。变压器原副方是隔离的，或是部分隔离的，而输入电压是直接从交流市电整流得到的高压直流。 目前，用高目前，用高频变压器的器的变换电路按其工作路按其工作方式可分方式可分为五五类，每，每类传
5、输的功率也不相的功率也不相同，同，应用用环境境也稍有不同，也稍有不同，如下所示：如下所示：电路类型传输功率应用环境单端反激式变换器20100W小型仪器、仪表，家用电器等电源，自动化设备中的控制电源单端正激式变换器50200W小型仪器、仪表，家用电器等电源，自动化设备中的控制电源推换式变换器100500控制设备，计算机等电源半桥式变换器1005000W焊机，超声电源，计算机电源等全桥式变换器500W30kW焊机、高频感应加热，交换机等2 DC/DC变换的开关电源 对于于输入与入与输出出电压不需隔离不需隔离只用一个工作开关和只用一个工作开关和L L、D D、C C组成的成的变换器器电路最基本的路最
6、基本的为如如下三种：（下三种：（1 1）降）降压变换器器（buck converterbuck converter）；（）；（2 2）升升压变换器（器（boost converterboost converter）；）；（3 3）降、升降、升压变换器（器（buck-buck-boost converterboost converter）。）。其原理其原理电路如路如图6 6所示。所示。 图6 无隔离的DCDC变换电路 2.1 Buck converter a） 电路拓扑 b）工作波形图7 Buck converter （一）在开关（一）在开关VTVT导通期通期间 （二）在开关（二）在开关VTVT
7、截止期截止期间 1.1.临界界连续工作状工作状态2.2.电流断流断续的工作状的工作状态3.3.电流流连续的工作状的工作状态 ( (三三) )电感感电流的平均流的平均值计算算 （四）（四）输出出电压纹波波值的的计算算 2.2 2.2 Boost converterBoost converter a）电路拓扑 b）工作波形图8 Boost converter1.在 期间 2.在 期间 3.负载电流的平均值 4.输入电流的平均值 5.输出电压 的纹波计算 2.3 BuckBoost converter 图9 BuckBoost converter=图10 Buck-Boost converter工作
8、波形图 3 单端功率输出的直流变换器 3.1 CW34063的工作原理 图11 CW34063的原理框图8.3.2 CW34063的应用电路 ( (一一) )降降压式式电路路 a）直接用于降压b） 外接NPN晶体管扩流电路图12 CW34063的降压应用电路（二）升（二）升压式式电路路 （a）（b）a） 直接升压式 b）外接NPN管扩流式图13 CW34063的Boost converter （三）反（三）反转电路路 (a)(b)a） 直接变换式 b）外接PNP管扩流式图14 CW34063的BuckBoost converter4单端反激式开关端反激式开关电源源 4.14.1 工作原理分析
9、（一）在开关（一）在开关VTVT导通期通期间： （二）在开关（二）在开关VT截止期截止期间 图15 单端反激式变换器单端反激式变换器也有三种工作状态： 1 磁通临界连续的工作情况： 图16 临界连续状态时的电压电流波形2 磁通不连续的工作状态 图8-17 磁通不连续时的工作波形3 磁通连续的工作状况图18 磁通连续时的工作波形 （3）输入电压U Uinin与导通比t t的对应关系 即即是是输入入电压最最高高时，相相应的的导通通比比是是最最小小，输入入电压最最低低时，相相应的的导通通比比是是最最大大。因因此此，输入入电压与与导通通比比是是一一一一对应，相相互互制制约的的。运运行行中中由由于于闭环
10、调节，这种种相相互互适适应是是自自动的的。但但必必须指指出出的的是是，由由控控制制电路路振振荡器器和和PWMPWM门闩电路路本本身身固固有有的的最最大大最最小小导通通比比，一一定定要要与与运运行行条条件件所所需需的的最最大大最最小小导通通比比不不矛矛盾盾，否否则就就会会失失调。(4)磁通复位问题 为了不致于出了不致于出现磁路磁路饱和每个开关周期和每个开关周期工作磁通都能复位，因此：工作磁通都能复位，因此： 1.1.单端反激式端反激式变换器开关器开关变压器的器的铁芯芯都都带有气隙有气隙 。2.2.原方原方绕组电流流实现脉冲限流控制。脉冲限流控制。 （5）间歇振荡问题 当当电网网电压升到一定升到一
11、定值而又很大的情况而又很大的情况下，欲下，欲维持持输出出电压恒定，恒定，则脉脉宽调制器会制器会使脉使脉宽减少到某一极限减少到某一极限值时，不能再减小了，不能再减小了，只能以最小只能以最小导通比运行，但由于通比运行，但由于导通通时所所储存的能量没有存的能量没有释放回路，就有可能出放回路，就有可能出现：有：有的振的振荡周期没有周期没有PWMPWM脉冲脉冲输出，开关管不出，开关管不导通，有的振通，有的振荡周期就很周期就很宽，变成了作周期性成了作周期性或非周期性的或非周期性的间歇振歇振荡器，器，这时输出出电压不不稳，纹波大，波大，变压器器发出刺耳的哨叫声。克出刺耳的哨叫声。克服服这一一问题的的办法之一
12、，也是最安全和可靠法之一，也是最安全和可靠的的办法是在付法是在付绕组中加一固定中加一固定负载电阻（假阻（假负载），以防），以防负载开路，开路，这样电网网电压最高，最高，负载开路了，由于有固定的假开路了，由于有固定的假负载，脉，脉宽保保证有一最小的有一最小的宽度而不致于出度而不致于出现间歇振歇振荡现象。最小的脉象。最小的脉宽是由控制是由控制电路振路振荡器的最小器的最小导通比决定的。通比决定的。 8.5 单端正激式变换器 图19 正激式变换器的原理电路图图20 正激式变压器等效电路图21 单端正激式变换器的电压电流波形 8.6 半桥式变换器 8.6.1 工作原理 图22 半桥式变换器原理电路6.2 串联耦合电容C3的选择 7 全桥式变换器的开关电源 图8-26 全桥式变换器主电路7.1 全桥式变换器的工作原理 图27 全桥式变换器的工作波形
