開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)和基本原理

高頻開關(guān)電源設(shè)計(jì)青島科技大學(xué)第一頁，共一百零二頁?？偰夸浀谝徽赂耪?1課時(shí))第二章

開關(guān)電源的基本原理

(2課時(shí))第三章開關(guān)電路的PWM控制原理(2課時(shí))第四章電路拓?fù)涞氖褂眠x擇(2課時(shí))第五章元器件的實(shí)用選擇(2課時(shí))第六章軟開關(guān)新技術(shù)(2課時(shí))第二頁，共一百零二頁。

高頻開關(guān)電源設(shè)計(jì)

自動化與電子工程學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù)教研室

21世紀(jì)第三頁，共一百零二頁。一、

概論將電網(wǎng)或電池的一次電能，轉(zhuǎn)換為符合電子設(shè)備要求的二次電能，這樣的變換設(shè)備便是電源。電源是一切電子設(shè)備的心臟，沒有電源，電子設(shè)備就不可能工作。1.1.1電源是什么？1.1電源及開關(guān)電源電源常用的連接方式串聯(lián)線性電源高頻開關(guān)電源4第四頁，共一百零二頁。1.1.2串聯(lián)線性電源與開關(guān)電源的區(qū)分串聯(lián)線性電源：電源調(diào)整管工作在放大狀態(tài);效率低，損耗大，溫升高。開關(guān)電源：電源調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)的電源;具有高功率密度、重量輕、體積小。輸入開關(guān)管K負(fù)載RL儲能元件圖1-2開關(guān)電源模型圖輸入電源調(diào)整管負(fù)載RL圖1-1串聯(lián)線性電源模型圖第五頁，共一百零二頁。1.1.3開關(guān)電源的分類：按變換方式可分為下列四大類：（1）：第一大類：AC/DC開關(guān)電源；（2）：第二大類：DC/DC開關(guān)電源；（3）：第三大類：DC/AC開關(guān)電源；（4）：第四大類：AC/AC開關(guān)電源。開關(guān)電源逆變器變頻器按開關(guān)管和輸出之間是否有變壓器隔離可分為下列兩大類：（1）：第一大類：無變壓器的非隔離式；（2）：第二大類：有變壓器的隔離式。6第六頁，共一百零二頁。1.2直流穩(wěn)壓電源

直流穩(wěn)壓電源是電子、電器、自動化設(shè)備中最基本的部分。傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源是采用串聯(lián)式線性轉(zhuǎn)換方法設(shè)計(jì)制作的。圖1-3

晶體管串聯(lián)式線性穩(wěn)壓電源

1.2.1直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展第七頁，共一百零二頁。當(dāng)今計(jì)算機(jī)及自動化設(shè)備上大多數(shù)控制電源都向低壓大電流、高效率、重量輕、體積小的方向發(fā)展。在這種要求面前首先得到發(fā)展的是晶體管串聯(lián)式開關(guān)穩(wěn)壓電源。圖1-4晶體管串聯(lián)式開關(guān)穩(wěn)壓電源第八頁，共一百零二頁。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，大功率開關(guān)晶體管、快恢復(fù)二極管及其它元器件的電壓得到很大的提高，這為取消穩(wěn)壓電源中的工頻變壓器，發(fā)展高頻開關(guān)電源創(chuàng)造了條件。它使電源在小型化、輕量化、高效率等方面又邁進(jìn)了一步。圖1-5

無工頻變壓器的開關(guān)電源原理框圖

第九頁，共一百零二頁。A：一次電源產(chǎn)品的圖片（AC/DC）常見開關(guān)電源圖片10第十頁，共一百零二頁。B：工業(yè)電源產(chǎn)品的圖片—標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品（AC/DC）11第十一頁，共一百零二頁。C：工業(yè)電源產(chǎn)品的圖片（AC/DC）12第十二頁，共一百零二頁。E：工業(yè)電源產(chǎn)品的圖片（AC/DC）13第十三頁，共一百零二頁。F：二次電源產(chǎn)品的圖片（DC/DC）--標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換類FullBrickHalfBrickHalfBrick1/4Brick1/8Brick14第十四頁，共一百零二頁。G：二次電源產(chǎn)品的圖片（DC/DC）15第十五頁，共一百零二頁。彩電開關(guān)穩(wěn)壓電源第十六頁，共一百零二頁。1.3開關(guān)穩(wěn)壓電源的特點(diǎn)1.3.1優(yōu)點(diǎn)1.效率高。一般在70～90%以上。而相應(yīng)的線性穩(wěn)壓電源的效率僅有50%左右。

2.體積小、重量輕，隨著頻率的提高，收效更顯著。3.穩(wěn)壓范圍廣，一般交流輸入80～265V，負(fù)載作大幅度變化時(shí)，性能很好。4.噪聲低，聲頻在20kHz以上時(shí)，已是人耳聽不到的超聲波，而開關(guān)電源的工作頻率一般都大于此頻率；5.性能靈活，通過輸出隔離變壓器，可得到低壓大電流、高壓小電流；一個開關(guān)控制的一路輸入可得到多路輸出以及同號、反號等輸出；6.電壓維持時(shí)間長，為了適應(yīng)交流停電時(shí)，計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代自動化控制設(shè)備電源轉(zhuǎn)換的需要，開關(guān)電源可在幾十毫秒內(nèi)保證仍有電壓輸出。7.可靠性大，當(dāng)開關(guān)損壞時(shí)，也不會有危及負(fù)載的高電壓出現(xiàn)。

第十七頁，共一百零二頁。1.3.2開關(guān)穩(wěn)壓電源的不足之處1.輸出紋波較大，約有10～100mV的峰峰值；2.脈沖寬度調(diào)制式的電路中，電壓、電流變化率大；3.控制電路比較復(fù)雜，對元器件要求高；4.動態(tài)響應(yīng)時(shí)間至少要大于一個開關(guān)周期，不如串聯(lián)式晶體管線性穩(wěn)壓電源。

第十八頁，共一百零二頁。二、

開關(guān)電源的基本工作原理功能：通過高頻開關(guān)技術(shù)將輸入較高的交流電壓(AC)轉(zhuǎn)換為電子或電器設(shè)備工作所需要的直流電壓(DC)。中心思想：用提高工作頻率等手段來提高電源的功率密度，進(jìn)而達(dá)到減少變壓器的體積和重量的目的。采用開關(guān)變換的顯著優(yōu)點(diǎn)是大大提高了電能的轉(zhuǎn)換效率，典型的開關(guān)電源效率為70%-80%，穩(wěn)定原理：依賴對脈沖寬度的改變來實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定，稱做脈寬調(diào)制PWM。第十九頁，共一百零二頁。共軛濾波器整流濾波開關(guān)調(diào)整管儲能元件脈沖整流濾波取樣電路比較放大基準(zhǔn)220V交流電壓輸入功能：將220V交流電壓轉(zhuǎn)換為電路所需要的各種穩(wěn)定的直流電。2.1

高頻開關(guān)電源的基本結(jié)構(gòu)

圖2-1高頻變壓器開關(guān)電源基本功能框圖第二十頁，共一百零二頁。2.作用：雙向?yàn)V波避免電網(wǎng)供電線引入高頻脈沖影響電子電路；防止開關(guān)電源對電網(wǎng)造成污染。S1C10.1uL2220V市電

至整流濾波電路F1T2.5AC020.1u2.2.1、進(jìn)線抗電磁干擾電路（EMI）2.2輸入共軛濾波及整流1.電路組成：由一個線圈和兩個電容組成圖2-2

EMI原理圖第二十一頁，共一百零二頁。3.工作原理：

對高頻干擾信號而言，電容呈短路，而電

感則呈開路。高頻干擾被電容短路。

對50Hz低頻而言，電容呈開路，而電感則呈短路。因此，50Hz市電可以順利通過。S1C10.1uL220V市電

至整流濾波電路F1T2.5AC20.1uF1T2.5AS1C10.1uL220V市電

至整流濾波電路C20.1u第二十二頁，共一百零二頁。4.輸入220V交流電壓的檢測220V交流輸入交流電壓500V檔正常值:220V±15%(187V~253V)共軛濾波器第二十三頁，共一百零二頁。5.常用EMI電路:

通常有兩級EMI圖2.3兩級EMI電路圖第二十四頁，共一百零二頁。由一個全橋（由四個二極管組成）和兩個高壓電解電容組成。把220V交流市電轉(zhuǎn)換成290V直流電。、高壓整流濾波電路1.電路組成：圖2.3單相橋式整流電路第二十五頁，共一百零二頁。2.整流電路工作原理當(dāng)正半周時(shí)，二極管D1、D3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。當(dāng)負(fù)半周時(shí)二極管D2、D4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。在負(fù)載電阻上正負(fù)半周經(jīng)過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。第二十六頁，共一百零二頁。3.負(fù)載上的直流電壓和直流電流輸出電壓是單相脈動電壓。通常用它的平均值與直流電壓等效。輸出平均電壓為

流過負(fù)載的平均電流為流過二極管的平均電流為二極管所承受的最大反向電壓第二十七頁，共一百零二頁。動畫5-4第二十八頁，共一百零二頁。4.濾波電路濾波的基本概念：利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實(shí)現(xiàn)濾波。

電容器C對直流開路，對交流阻抗小，所以C應(yīng)該并聯(lián)在負(fù)載兩端。

電感器L對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此L應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)。經(jīng)過濾波電路后，既可保留直流分量、又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動系數(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)量。第二十九頁，共一百零二頁。電容濾波電路單相橋式電容濾波整流電路。在負(fù)載電阻上并聯(lián)了一個濾波電容C。第三十頁，共一百零二頁。當(dāng)v2到達(dá)90°時(shí)，v2開始下降。先假設(shè)二極管關(guān)斷，電容C就要以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載ＲL放電。指數(shù)放電起始點(diǎn)的放電速率很大。5.濾波原理

若電路處于正半周，二極管D1、D3導(dǎo)通，變壓器次端電壓v2給電容器C充電。此時(shí)C相當(dāng)于并聯(lián)在v2上，所以輸出波形同v2

，是正弦形。

圖2.4電容濾波波形圖所以，在t1到t2時(shí)刻，二極管導(dǎo)電，Ｃ充電，vC=vL按正弦規(guī)律變化；t2到t3時(shí)刻二極管關(guān)斷，vC=vL按指數(shù)曲線下降，放電時(shí)間常數(shù)為RLC。

在剛過90°時(shí)，正弦曲線下降的速率很慢。所以剛過90°時(shí)二極管仍然導(dǎo)通。在超過90°后的某個點(diǎn)，正弦曲線下降的速率越來越快，二極管關(guān)斷。第三十一頁，共一百零二頁。

需要指出的是，當(dāng)放電時(shí)間常數(shù)RLC增加時(shí)，

t1點(diǎn)要右移，t2點(diǎn)要左移，二極管關(guān)斷時(shí)間加長，導(dǎo)通角減小，見曲線3；反之，RLC減少時(shí)，導(dǎo)通角增加。顯然，當(dāng)ＲL很小，即IL很大時(shí)，電容濾波的效果不好，見濾波曲線中的2。反之，當(dāng)ＲL很大，即IL很小時(shí)，盡管C較小,RLC仍很大,電容濾波的效果也很好,見濾波曲線中的3。所以電容濾波適合輸出電流較小的場合。圖2.5電容濾波的效果問題：有Ｃ無ＲL即空載，此時(shí)VC=VO=？第三十二頁，共一百零二頁。6.電容濾波的計(jì)算

電容濾波的計(jì)算比較麻煩，因?yàn)闆Q定輸出電壓的因素較多。一般常采用以下近似估算法：一種是用鋸齒波近似表示，即

另一種是在RLC=(35)T/2的條件下，近似認(rèn)為VO=1.2V2。（或者，電容濾波要獲得較好的效果，工程上也通常應(yīng)滿足RLC≥6~10。）第三十三頁，共一百零二頁。7.220V交流電壓整流濾波后直流電壓的檢測直流電壓500V檔來自共軛濾波器的220V交流電壓正常值為290V左右第三十四頁，共一百零二頁。對于輸入與輸出電壓之間不需隔離，只用一個工作開關(guān)管VT和電感L、二極管D、電容C組成的變換器電路最基本的為如下三種，其原理電路如圖2.6所示。（1）串聯(lián)開關(guān)或降壓變換器（buckconverter）（2）并聯(lián)開關(guān)或升壓變換器（boostconverter）（3）串—并聯(lián)開關(guān)或降、升壓變換器（buck-boostconverter）圖2.6非隔離式的DC→DC變換電路

2.3非隔離式開關(guān)電源工作過程第三十五頁，共一百零二頁。調(diào)整輸出電壓的方法：tVitVktVoVitonTVoVkKRL電壓變換器VO=·Vi=D·VitonT占空比第三十六頁，共一百零二頁。只要改變開關(guān)脈沖的“占空比”，就可以改變輸出電壓的高低。在具體電路中，可以使開關(guān)脈沖頻率固定，改變開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間ton而改變輸出電壓高低。這種電源稱為“調(diào)寬式”開關(guān)電源。PWM也可以使開關(guān)管截止時(shí)間不變，只改變開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間長短而改變輸出電壓高低。這種電源稱為“調(diào)頻調(diào)寬”式開關(guān)電源。PFM第三十七頁，共一百零二頁。電路中VT為開關(guān)管，工作于開關(guān)狀態(tài)（VT飽和導(dǎo)通時(shí)相當(dāng)于一只接通的開關(guān)，VT截止時(shí)相當(dāng)于一只斷開的開關(guān)）。電感L和電容C為儲能元件。RL為電源的負(fù)載。D為續(xù)流二極管，它在開關(guān)管截止時(shí)導(dǎo)通，保證電感L中的電流不中斷。2.3.1串聯(lián)型（Buck）

開關(guān)電源工作過程LVTDCRL圖2.5（a)串聯(lián)型開關(guān)電源基本電路+290V第三十八頁，共一百零二頁。開關(guān)管飽和導(dǎo)通時(shí)，290V電源通過開關(guān)管Q，電感L和負(fù)載RL形成電流回路，同時(shí)向電容器C充電，在電感L和電容C中同時(shí)儲能。二極管D處于反向截止?fàn)顟B(tài)。由于電感L中突然出現(xiàn)電流，將在L兩端產(chǎn)生左正右負(fù)的自感電動勢，負(fù)載兩端電壓等于290V電源電壓與L兩端自感電動勢之差。IQILICIRVT圖2.5（b)開關(guān)管飽和時(shí)的等效電路D+290VRLLC+-第三十九頁，共一百零二頁。開關(guān)管截止時(shí)，由于電感線圈中電流的突然中斷，將在電感L兩端產(chǎn)生左負(fù)右正的自感電動勢，該自感電動勢使續(xù)流二極管D導(dǎo)通，形成電流回路。同時(shí)，電容C也通過RL放電。可見負(fù)載電流由電感電流與電容放電電流兩路同時(shí)提供。雖然開關(guān)管截止了，但是負(fù)載電流并沒有中斷。ICILIDD圖2.5（c)開關(guān)管截止時(shí)的等效電路VT+290VRLCL第四十頁，共一百零二頁。2.3.1串聯(lián)開關(guān)（降壓）變換器設(shè)計(jì)計(jì)算a）電路拓?fù)鋌）工作波形圖2.7

Buckconverter（一）在開關(guān)VT導(dǎo)通期間

第四十一頁，共一百零二頁。a）電路拓?fù)鋌）工作波形圖2.7

Buckconverter（二）在開關(guān)VT截止期間

1.臨界連續(xù)工作狀態(tài)2.電流斷續(xù)的工作狀態(tài)3.電流連續(xù)的工作狀態(tài)

第四十二頁，共一百零二頁。(三)電感電流的平均值計(jì)算

（四）輸出電壓紋波值的計(jì)算第四十三頁，共一百零二頁。a）電路拓?fù)鋌）工作波形圖2.8Boostconverter1.在期間

2.在期間

2.3.2并聯(lián)開關(guān)（升壓Boost）變換器

設(shè)計(jì)計(jì)算第四十四頁，共一百零二頁。3.負(fù)載電流的平均值

4.輸入電流的平均值

5.輸出電壓的紋波計(jì)算

第四十五頁，共一百零二頁。2.3.3串-并聯(lián)Buck—Boostconverter

圖2.9Buck—Boostconverter圖2.10Buck-Boostconverter工作波形圖

第四十六頁，共一百零二頁。電路類型傳輸功率升壓式變換器30W降壓式變換器50W升壓-降壓變換器30Ｗ非隔離式三種開關(guān)電源所適用的功率范圍表適用于非隔離的單路輸出情況。第四十七頁，共一百零二頁。圖2-1(a)高頻變壓器開關(guān)電源基本結(jié)構(gòu)框圖共同特點(diǎn):具有高頻變壓器,直流穩(wěn)壓是從變壓器次級繞組的高頻脈沖電壓整流濾波而來。變壓器原副方是隔離的，而輸入電壓是直接從交流市電整流得到的高壓直流。

2.4變壓器型開關(guān)電源工作過程第四十八頁，共一百零二頁。圖2.1(b)開關(guān)電源原理示意圖第四十九頁，共一百零二頁。2.4.1高頻變壓器變換電路工作方式分類按其工作方式可分為五類,每類傳輸?shù)墓β室膊幌嗤瑧?yīng)用環(huán)境也稍有不同，如下所示：電路類型傳輸功率應(yīng)用環(huán)境單端反激式變換器20～100W小型儀器、儀表，家用電器等電源，自動化設(shè)備中的控制電源單端正激式變換器50～200W小型儀器、儀表，家用電器等電源，自動化設(shè)備中的控制電源推挽變換器100～500Ｗ控制設(shè)備，計(jì)算機(jī)等電源半橋式變換器100～5000W焊機(jī)，超聲電源，計(jì)算機(jī)電源等全橋式變換器500W～30kW焊機(jī)、高頻感應(yīng)加熱，交換機(jī)等第五十頁，共一百零二頁。單端反激式變壓器型開關(guān)電源工作原理開關(guān)管飽和導(dǎo)通，開關(guān)管電流在開關(guān)變壓器初級產(chǎn)生上正下負(fù)的自感電動勢，次級產(chǎn)生上負(fù)下正的互感電動勢。整流二極管D截止，由電容器C放電形成負(fù)載電流。＋290VVTDRL（a)基本電路C+290V

e1++e2VT+_RL(b)開關(guān)管飽和導(dǎo)通DCT第五十一頁，共一百零二頁。開關(guān)管截止，變壓器初級電流中斷，于是在初級繞組產(chǎn)生反方向的自感電動勢（上負(fù)下正），次級互感電動勢也反一個方向。次級互感電動勢使整流二極管D導(dǎo)通，開關(guān)變壓器次級電流一方面流入負(fù)載，另一方面向電容器C充電儲能，以便開關(guān)管再次導(dǎo)通時(shí)向負(fù)載釋放能量。e1′_+IRL＋290VCVTD（c)開關(guān)管截止T_+e2'＋290VVTDRL（a)基本電路C第五十二頁，共一百零二頁。單端反激式開關(guān)穩(wěn)壓電源電路工作過程1.能量轉(zhuǎn)換過程VT導(dǎo)通，D截止，T吸收能量。VT截止，D導(dǎo)通，T釋放能量。傳遞的能量越多，負(fù)載兩端形成的電壓就越高**VTTD第五十三頁，共一百零二頁。2.穩(wěn)壓過程取樣電路比較放大基準(zhǔn)脈沖產(chǎn)生與脈寬控制VTTD單端反激式開關(guān)穩(wěn)壓電源電路工作過程**第五十四頁，共一百零二頁。2.4.4尖峰脈沖防護(hù)電路接在開關(guān)變壓器初級的R、C、D組成尖峰脈沖防護(hù)電路。在開關(guān)管截止瞬間，開關(guān)變壓器初級電感與分布電容之間形成諧振，產(chǎn)生很高的尖峰脈沖，該尖峰脈沖有可能擊穿開關(guān)管。接入R、C、D以后，使這種諧振被“阻尼”，避免了過高尖峰脈沖的出現(xiàn)，保護(hù)了開關(guān)管。③⑦開關(guān)管VTR68ΩC680P/2KV開關(guān)變壓器T+300VD第五十五頁，共一百零二頁。單端反激式開關(guān)電源理論分析與計(jì)算

2.4.5.1工作原理分析1.在開關(guān)VT導(dǎo)通期間：

2.在開關(guān)VT截止期間

圖2.7單端反激式變換器第五十六頁，共一百零二頁。2.4.5.2單端反激式變換器的三種工作狀態(tài)：

1磁通臨界連續(xù)的工作情況：

圖2.8臨界連續(xù)狀態(tài)時(shí)的電壓電流波形第五十七頁，共一百零二頁。2磁通不連續(xù)的工作狀態(tài)

圖2.9磁通不連續(xù)時(shí)的工作波形第五十八頁，共一百零二頁。3磁通連續(xù)的工作狀況圖2.10磁通連續(xù)時(shí)的工作波形

第五十九頁，共一百零二頁。2.4.6輸入電壓Uin與導(dǎo)通比α的對應(yīng)關(guān)系

由于輸入電壓最高時(shí)，相應(yīng)的導(dǎo)通比是最小，輸入電壓最低時(shí)，相應(yīng)的導(dǎo)通比是最大。因此，輸入電壓與導(dǎo)通比是一一對應(yīng)，相互制約的。

運(yùn)行中由于閉環(huán)調(diào)節(jié)，這種相互適應(yīng)是自動的。但必須指出的是，由控制電路振蕩器和PWM門閂電路本身固有的最大最小導(dǎo)通比，一定要與運(yùn)行條件所需的最大最小導(dǎo)通比不矛盾，否則就會失調(diào)。3.4.7磁通復(fù)位問題

為了不致于出現(xiàn)磁路飽和每個開關(guān)周期工作磁通都能復(fù)位，因此：1.單端反激式變換器開關(guān)變壓器的鐵芯都帶有氣隙。2.原邊繞組電流實(shí)現(xiàn)脈沖限流控制。第六十頁，共一百零二頁。

間歇振蕩問題當(dāng)電網(wǎng)電壓升到一定值而又負(fù)載電阻值很大的情況下，欲維持輸出電壓恒定，則脈寬調(diào)制器可能使脈寬減少到某一極限值時(shí)，不能再減小了，只能以最小導(dǎo)通比運(yùn)行，但由于導(dǎo)通時(shí)所儲存的能量沒有釋放回路，就有可能出現(xiàn)：有的振蕩周期沒有PWM脈沖輸出，開關(guān)管不導(dǎo)通，有的振蕩周期就很寬，變成了作周期性或非周期性的間歇振蕩器，這時(shí)輸出電壓不穩(wěn)，紋波大，變壓器發(fā)出刺耳的哨叫聲?？朔@一問題的辦法之一，也是最安全和可靠的辦法是在付繞組中加一固定負(fù)載電阻（假負(fù)載），以防負(fù)載開路，這樣電網(wǎng)電壓最高，負(fù)載開路了，由于有固定的假負(fù)載，脈寬保證有一最小的寬度而不致于出現(xiàn)間歇振蕩現(xiàn)象。最小的脈寬是由控制電路振蕩器的最小導(dǎo)通比決定的。第六十一頁，共一百零二頁。2.5單端正激式變換器圖2.19正激式變換器的原理電路圖圖2.20正激式變壓器等效電路第六十二頁，共一百零二頁。2.5單端正激式變換器圖2.21單端正激式變換器的電壓電流波形

第六十三頁，共一百零二頁。2.6半橋式變換器

2.6.1工作原理

圖2.22半橋式變換器原理電路第六十四頁，共一百零二頁。2.6半橋式變換器

2.6.1工作原理

第六十五頁，共一百零二頁。圖8-23半橋式變換器的工作波形

圖8-24串聯(lián)電容半橋式變換器原理電路

（a）串聯(lián)電容前交流電壓，斜格面積表示A1、A2的伏秒值不平衡波形（b）串聯(lián)電容、變壓器原邊的伏秒值得到了平衡圖8-25變壓器原邊串聯(lián)電容后的工作波形

第六十六頁，共一百零二頁。圖8-23半橋式變換器的工作波形

圖8-24串聯(lián)電容半橋式變換器原理電路

（a）串聯(lián)電容前交流電壓，斜格面積表示A1、A2的伏秒值不平衡波形（b）串聯(lián)電容、變壓器原邊的伏秒值得到了平衡圖8-25變壓器原邊串聯(lián)電容后的工作波形

第六十七頁，共一百零二頁。2.6.2串聯(lián)耦合電容C3的選擇

第六十八頁，共一百零二頁。2.7全橋式變換器的開關(guān)電源

圖2.26全橋式變換器主電路2.7.1全橋式變換器的工作原理

第六十九頁，共一百零二頁。2.7全橋式變換器的開關(guān)電源

圖226全橋式變換器主電路2.7.1全橋式變換器的工作原理

圖8-27全橋式變換器的工作波形第七十頁，共一百零二頁。三、開關(guān)電路的PWM控制原理

開關(guān)電源的PWM控制原理可用圖3.1的電路說明。它由開關(guān)管、濾波電路、比較器、三角波發(fā)生器、比較放大器和基準(zhǔn)源等部分構(gòu)成。圖3.1開關(guān)型穩(wěn)壓電源原理圖3.1

PWM控制基本原理第七十一頁，共一百零二頁。

三角波發(fā)生器通過比較器產(chǎn)生一個方波vB，去控制開關(guān)管的通斷。開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，向電感充電。當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，必須給電感中的電流提供一個泄放通路。續(xù)流二極管D即可起到這個作用，保護(hù)開關(guān)管。第七十二頁，共一百零二頁。

三角波發(fā)生器通過比較器產(chǎn)生一個方波vB，去控制開關(guān)管的通斷。第七十三頁，共一百零二頁。

為了穩(wěn)定輸出電壓，按電壓負(fù)反饋方式引入反饋。

設(shè)輸出電壓增加，F(xiàn)VO增加，比較放大器的輸出Vf減小，比較器方波輸出的toff增加，開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間減小，輸出電壓下降。起到了穩(wěn)壓作用。第七十四頁，共一百零二頁。

輸出波形見圖3.2。開關(guān)管發(fā)射極輸出電壓VE為方波，由于濾波電感的存在，使輸出電流iL為鋸齒波，趨于平滑。輸出則為帶紋波的直流電壓。

圖3.2開關(guān)電源波形圖第七十五頁，共一百零二頁。q稱為占空比方波高電平的時(shí)間占整個周期的百分比。

忽略電感的直流電阻，輸出電壓VO即為vE的平均分量。于是有在輸入電壓一定時(shí)，輸出電壓與占空比成正比?？梢酝ㄟ^改變比較器輸出方波的占空比q來控制輸出電壓值。改變方波寬度的控制方式稱為脈沖寬度調(diào)制

(PWM)；改變方波頻率的控制方式稱為脈沖頻率調(diào)制

(PFM)；第七十六頁，共一百零二頁。1．開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，功耗大大降低，電源效率大為提高；2．開關(guān)管在開關(guān)狀態(tài)下工作，為得到直流輸出，必須在輸出端加濾波器；3．可通過脈沖寬度的控制方便地改變輸出電壓值；4．由于開關(guān)頻率較高，濾波電容和濾波電感的體積可大大減小。由以上分析可以得出如下結(jié)論：第七十七頁，共一百零二頁。3.2集成開關(guān)型控制器典型的開關(guān)電源控制器和開關(guān)電源見下表

型號電源范圍/V最大輸出電流/A內(nèi)部參考源/V輸出級形式

UC384210～30V

單端CW34063單端TL4947～400.25推挽或單端SG35248～350.15推挽

SG35258～350.55推挽

LM25753.5～3511.23_

實(shí)際上就是一個脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制器，經(jīng)常也用于其它脈寬調(diào)制場合。集成開關(guān)穩(wěn)壓器，一般有兩大類型。一類是包括開關(guān)管在內(nèi)的單片集成開關(guān)穩(wěn)壓器;另一類稱為開關(guān)電源控制器，它不包括開關(guān)管。3.2.1集成開關(guān)穩(wěn)壓器概述第七十八頁，共一百零二頁。第七十九頁，共一百零二頁。各管腳功能簡介如下:

1腳-COMP是內(nèi)部誤差放大器的輸出端，通常此腳與2腳之間接有反饋網(wǎng)絡(luò)，以確定誤差放大器的增益和頻響。2腳-FEEDBACK是反饋電壓輸入端，此腳與內(nèi)部誤差放大器同向輸入端的基準(zhǔn)電壓(一般為2.5V)進(jìn)行比較，產(chǎn)生控制電壓，控制脈沖的寬度。3.2.2

UC3842的工作原理及應(yīng)用

3.2.2.1

UC3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu)利用開關(guān)電源控制器可以方便地構(gòu)成開關(guān)電源。第八十頁，共一百零二頁。第八十一頁，共一百零二頁。3.2.2

UC3842的工作原理及應(yīng)用

3.2.2.1

UC3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu)3腳-ISENSE是電流傳感端。在外圍電路中，在功率開關(guān)管(如VMos管)的源極串接一個小阻值的取樣電阻，將脈沖變壓器的電流轉(zhuǎn)換成電壓，此電壓送入3腳，控制脈寬。此外，當(dāng)電源電壓異常時(shí)，功率開關(guān)管的電流增大，當(dāng)取樣電阻上的電壓超過1V時(shí)，UC3842就停止輸出，有效地保護(hù)了功率開關(guān)管。第八十二頁，共一百零二頁。圖3.4PWM工作時(shí)序圖PWM信號的上升沿由振蕩器下降沿決定，而PWM的下降沿由電感電流限值信號和誤差信號Ue共同決定，最大脈寬的下降沿受振蕩器上升沿控制。第八十三頁，共一百零二頁。3.2.2

UC3842的工作原理及應(yīng)用

3.2.2.1

UC3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu)4腳-RT/CT是定時(shí)端.鋸齒波振蕩器外接定時(shí)電容C和定時(shí)電阻R的公共端。

RT>5K?f=1.72/RTCT5腳-GND是接地。

第八十四頁，共一百零二頁。3.2.2

UC3842的工作原理及應(yīng)用

3.2.2.1

UC3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu)6腳-OUT是輸出端，此腳為圖滕柱式輸出，驅(qū)動能力是±lA。第八十五頁，共一百零二頁。圖騰柱結(jié)構(gòu)對被驅(qū)動的功率管的關(guān)斷有利，因?yàn)楫?dāng)三極管VTl截止時(shí)，VT2導(dǎo)通，為功率管關(guān)斷時(shí)提供了低阻抗的反向抽取電流回路，加速功率管的關(guān)斷。第八十六頁，共一百零二頁。3.2.2

UC3842的工作原理及應(yīng)用

3.2.2.1

UC3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu)7腳-Vcc是電源。當(dāng)供電電壓低于＋16V時(shí)，UC3824不工作，此時(shí)耗電在1mA以下。輸入電壓可以通過一個大阻值電阻從高壓降壓獲得。芯片工作后，輸入電壓可在10～30V之間波動，低于10V停止工作。工作時(shí)耗電約為15mA。第八十七頁，共一百零二頁。3.2.2

UC3842的工作原理及應(yīng)用

3.2.2.1

UC3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8腳-VREF是基準(zhǔn)電壓輸出，可輸出精確的5V基準(zhǔn)電壓，電流可達(dá)50mA。第八十八頁，共一百零二頁。圖3.3

CW34063的原理框圖CW34063是一個典型的性能優(yōu)良的開關(guān)電源控制器，其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)框圖如圖3.3所示。3.2.3

CW34063的工作原理及應(yīng)用

第八十九頁，共一百零二頁。(一)降壓式應(yīng)用電路

a）直接用于降壓b）外接NPN晶體管擴(kuò)流電路圖3.4CW34063的降壓應(yīng)用電路3.2.3

CW34063的工作原理及應(yīng)用

第九十頁，共一百零二頁。（二）升壓式應(yīng)用電路

（a） （b）a）直接升壓式b）外接NPN管擴(kuò)流式圖3.5CW34063的Boostconverter第九十一頁，共一百零二頁。（三）反轉(zhuǎn)應(yīng)用電路

(a) (b)a）直接變換式b）外接PNP管擴(kuò)流式圖3.6CW34063的Buck—Boostconverter第九十二頁，共一百零二頁。SG3524開關(guān)電源控制器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)框圖如圖3.7所示。3.2.2開關(guān)穩(wěn)壓電源控制器SG3524圖3.3

SG3524的內(nèi)部方框圖

它的內(nèi)部包括誤差放大器、限流保護(hù)環(huán)節(jié)、比較器、振蕩器、觸發(fā)器、輸出邏輯控制電路和輸出三極管等環(huán)節(jié)。第九十三頁，共一百零二頁。

SG3524構(gòu)成開關(guān)穩(wěn)壓電源的典型電路如圖3.4所示。圖3.4開關(guān)穩(wěn)壓電源應(yīng)用電路第九十四頁，共一百零二頁。3524從11和14腳輸出在時(shí)間上互相錯開的兩路控制信號，其開關(guān)頻率由6和7腳外接的RT和CT決定。1和2腳是內(nèi)部運(yùn)算放大器的輸入端，R1和R2構(gòu)成反饋回路。16腳是基準(zhǔn)源，由R3和R4給誤差運(yùn)算放大器提供一個與反饋信號比較的給定電壓。

V3和V4是或非門的輸出，只要或非門的輸入端有高電平，它的輸出即為低電平。V3和V4的輸出由V2、CP、Q或