通信電力及電磁環(huán)境 直流開關(guān)穩(wěn)壓器-降壓型

第二章直流穩(wěn)壓電路第三節(jié)降壓型開關(guān)電源第二章直流穩(wěn)壓電路簡介直流開關(guān)穩(wěn)壓電路直流開關(guān)穩(wěn)壓電路包括：升壓型開關(guān)電源電路、降壓型開關(guān)電源電路、反相型開關(guān)電源電路、Cuk型電源電路。(也叫非隔離式直流變換器)開關(guān)穩(wěn)壓電源的發(fā)展趨勢有：1·工作頻率高頻化；2·開關(guān)電源控制電路集成化；3·采用新的最佳變換拓撲；4·主要元器件高頻化；5·采用微型電子計算機設計和控制穩(wěn)壓電源（數(shù)字控制自動監(jiān)控）。第三節(jié)降壓型開關(guān)電源VT—高頻晶體開關(guān)管，工作在：導通飽和狀態(tài)截止狀態(tài)起開關(guān)作用,可用MOS管和IGBT管代替;開關(guān)管與負載RL側(cè)電路相串聯(lián)，VT的反復周期性導通和截止，控制了Ui是否加到負載RL的時間比例，起到斬波作用。VD—續(xù)流二極管，當開關(guān)管VT截止時，VD提供一個稱為“續(xù)流”電流的通路，使電感電流不致迅變中斷，避免電感感應出高壓而將晶體管擊穿損壞。此續(xù)流通路也是電感能量放出到負載的通路。

L—儲能電感，有兩個作用：能量轉(zhuǎn)換和濾波C—濾波電容，減小負載電壓的脈動成分和減小輸出阻抗。

RL—等效負載電阻，用電設備。將一個直流電壓Ui轉(zhuǎn)換成另一個直流電壓U0，且U0<UiUi—輸入直流電壓，該電壓大小不穩(wěn)定或者有紋波U0—輸出直流電壓，紋波小，穩(wěn)定。該電路工作在周期狀態(tài):T=ton+toff一、工作原理1.開關(guān)管的導通期tonVT導通，VD而截止，電感L儲能，流過電感的電流增大，電感兩端的感應電動勢UL的方向：UL左（＋）右（－）電源一方面讓電感儲能，一方面向負載供電。

u0’≈uiuL

≈

ui－u0iL直線上升ton期間iL的增量電感L中磁場儲能:2、開關(guān)管截止期toff：VT截止，電感上的電流iL不能發(fā)生突變，VD導通，VD導通成為續(xù)流二極管u0’=uVDS=1v電感放電，電感電流iL下降感應電動勢UL的方向：UL左（－）右（＋）大?。弘姼蠰對負載供能。uL

≈

u0（忽略了二極管VD導通飽和壓降）

iL直線下降toff期間iL的減小量iVD＝iL二、輸入輸出電壓的關(guān)系式方法1：設占空比u0＝Dui方法2：輸出電壓u0等于其濾波前u0’的平均值

當輸入電壓變化時，可以通過閉合的反饋控制回路自動地調(diào)整占空比D來使輸出電壓u0維持不變。為了維持輸出電壓u0穩(wěn)定不變，反饋控制回路可以采用以下三種調(diào)制方式:

1.脈沖寬度調(diào)制（PulseWidthModulation）PWM

方波的周期T保持不變，改變脈沖寬度ton來穩(wěn)定輸出電壓。2.脈沖頻率調(diào)制（PulseFrequencyModulation）PFM保持方波的寬度ton不變，改變脈沖頻率（即周期T）以穩(wěn)定輸出電壓。

3.混合調(diào)制方式靠同時改變方波的寬度ton和脈沖周期T（頻率）來維持輸出電壓。穩(wěn)壓原理:1、先將直流電壓Ui通過高頻開關(guān)轉(zhuǎn)變成斬波，通過L、C將斬波濾波成直流電壓。當Ui變化時，靠改變斬波的寬窄來實現(xiàn)輸出不變，并實現(xiàn)穩(wěn)壓的。2、L、C將斬波濾波成直流電壓。在低頻時電感和電容體積和重量會很大，所以低頻時不用開關(guān)電源。

三、開關(guān)穩(wěn)壓電路的效率：忽略VT和VD的開關(guān)損耗VT導通飽和壓降uVTS＝1vVD導通飽和壓降uVDS＝1vPi=P0+PVTS+PVDSPVTS晶體管VT的導通損耗PVDS續(xù)流二極管的導通損耗得例：u0＝48v，則η＝48/49≈98%若考慮VT和VD的開關(guān)損耗及儲能電感的損耗，效率要低些。四、儲能電感L電感量的計算：開關(guān)穩(wěn)壓電路有三種工作狀態(tài)：

（電感電流）連續(xù)工作狀態(tài)（CCM）（電感電流）臨界工作狀態(tài)（Critical)（電感電流）不連續(xù)工作狀態(tài)（DCM）流過儲能電感的電流iL剛剛不出現(xiàn)間斷時所需的儲能電感量為最小電感量，即臨界狀態(tài)時的電感量。得

得得在調(diào)頻（PFM）式開關(guān)電源中，常按式②來選取Lmin，D應取最小值，T應取最大值Tmax。－－－－－－－－②－－①在調(diào)寬（PWM）式開關(guān)電源中，按式①選取Lmin，式中toff應取最大值。

五、功率晶體管T的選擇：1.晶體管的最大集電極電流icp>iLp2.晶體管集一射極間所需承受的最大峰值電壓ucep>ui（開關(guān)管的受壓波形）ucep>=ui3.開關(guān)管的開關(guān)頻率：與電路的工作頻率相同.4.晶體管導通時集一射極間的壓降小,導通損耗小，提高電路效率.

總之：選功率晶體管時應選集電極最大允許電流icm>icp

；截止時，集一射極之間的最大耐壓大于等于ucep；晶體管的飽和壓降要?。婚_關(guān)性能好。

六、續(xù)流二極管VD的選擇：ton期，VD截止，受反向電壓ui，選擇uRM>ui總之：選最高反向工作電壓uRM≥ui;iVDP>iLp，正向?qū)▔航敌『头聪蚧謴蜁r間tm短的二極管作為續(xù)流二極管。2、在電路中二極管截止時所承受的反向電壓應小于該二極管允許的最大反向電壓。1、該電路流過二極管的最大電流應小于該二極管允許流過的最大電流。

toff期，VD導通，流過的最大電流為：3、選VD導通壓降小的,減少導通損耗。4、二極管的響應速度應大于等于開關(guān)速度。

七、降壓型開關(guān)電源的優(yōu)缺點優(yōu)點：1.電路簡單，調(diào)整方便，可靠性高，效率高。2.對功率晶體管及續(xù)流二極管耐壓的要求低，只要求等于或大于輸入電源電壓ui即可。3.儲能電感在功率晶體管導通時能將電能變?yōu)榇拍軆Υ嫫饋?，而在晶體管截止時，又能將儲存的磁能變?yōu)殡娔芾^續(xù)向負載供電，電源帶負載能力強，電壓調(diào)整率好。4.儲能電感和輸出電容Co組成了“L”型濾波器，能進一步降低輸出電壓中的紋波成分。缺點：1.在這種電路中，功率晶體管和負載是直接與整流電源串聯(lián)的，故萬一晶體管被擊穿短路時，負載兩端電壓便升高到直流電源電壓ui，這就會使負載因承受過電壓而損壞。2.這種電路和交流電網(wǎng)之間直接連接，沒有電的隔離。例在降壓型開關(guān)電源中，設其輸出直流電壓U0=48V，當其占空比D能在0.1—0.9之間變化時，問電網(wǎng)電壓在什么范圍內(nèi)變化時，其輸出電壓U0能夠維持恒定不變？（設單相全波整流，整流后的輸出約等于交流電的有效值乘1.2).例在降壓型開關(guān)電源中，設其輸出直流電壓U0=48V，當其占空比D能在0.1—0.9之間變化時，問電網(wǎng)電壓在什么范圍內(nèi)變化時，其輸出電壓U0能夠維持恒定不變？解：降壓型電路：U0=DUi，Ui=U0/D當D=0.1時：Ui1=U0/D=48/0.1=480V

當D=0.9時：Ui2=U0/D=48/0.9=53.33V降壓型電路的輸入直流電壓范圍53.33V—480V