開關電源類型

開關電源類型第1頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四

隨著電力電子技術的發(fā)展，大功率開關晶體管、快恢復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)展高頻開關電源創(chuàng)造了條件。由于它不需要工頻變壓器，故稱無工頻變壓器開關式直流穩(wěn)壓電源。它使電源在小型化、輕量化、高效率等方面又邁進了一步。圖8-3是無工頻變壓器的開關電源的方框圖。圖3無工頻變壓器的開關電源原理框圖

無工頻變壓器開關穩(wěn)壓電源，有如下的優(yōu)點：1.效率高。一般在70～80%以上。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，負載作大幅度變化時，性能很好。4.噪聲低，聲頻在20kHz以上時，已是人耳聽不到的超聲波，而開關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.電壓維持時間長，為了適應交流停電時，計算機、現代自動化控制設備電源轉換的需要，開關電源可在幾十毫秒內保證仍有電壓輸出。7.可靠性大，當開關損壞時，也不會有危及負載的高電壓出現。

無工頻變壓器開關穩(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.脈沖寬度調制式的電路中，電壓、電流變化率大；3.控制電路比較復雜，對元器件要求高；4.動態(tài)響應時間至少要大于一個開關周期，不如串聯式晶體管線性穩(wěn)壓電源。

第2頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四1.2

用高頻變壓器的開關電源結構概述

圖5高頻變壓器開關電源基本功能框圖這類電源的共同特點是具有高頻變壓器、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，或是部分隔離的，而輸入電壓是直接從交流市電整流得到的高壓直流。

目前，用高頻變壓器的變換電路按其工作方式可分為五類，每類傳輸的功率也不相同，應用環(huán)境也稍有不同，如下所示：電路類型傳輸功率應用環(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，自動化設備中的控制電源推換式變換器100～500Ｗ控制設備，計算機等電源半橋式變換器100～5000W焊機，超聲電源，計算機電源等全橋式變換器500W～30kW焊機、高頻感應加熱，交換機等第3頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四2DC/DC變換的開關電源

對于輸入與輸出電壓不需隔離只用一個工作開關和L、D、C組成的變換器電路最基本的為如下三種：（1）降壓變換器（buckconverter）；（2）升壓變換器（boostconverter）；（3）降、升壓變換器（buck-boostconverter）。其原理電路如圖6所示。圖6無隔離的DC→DC變換電路

2.1Buckconverter

a）電路拓撲b）工作波形圖7Buckconverter（一）在開關VT導通期間

（二）在開關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)

(三)電感電流的平均值計算

（四）輸出電壓紋波值的計算第4頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四2.2Boostconverter

a）電路拓撲b）工作波形圖8Boostconverter1.在期間

2.在期間

3.負載電流的平均值

4.輸入電流的平均值

5.輸出電壓的紋波計算

第5頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四2.3Buck—Boostconverter

圖9Buck—Boostconverter=圖10Buck-Boostconverter工作波形圖

第6頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四3單端功率輸出的直流變換器

3.1CW34063的工作原理

圖11CW34063的原理框圖8.3.2CW34063的應用電路

(一)降壓式電路

a）直接用于降壓b）外接NPN晶體管擴流電路圖12CW34063的降壓應用電路（二）升壓式電路

（a） （b）a）直接升壓式b）外接NPN管擴流式圖13CW34063的Boostconverter

（三）反轉電路

(a) (b)a）直接變換式b）外接PNP管擴流式圖14CW34063的Buck—Boostconverter第7頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四4單端反激式開關電源

4.1工作原理分析（一）在開關VT導通期間：

（二）在開關VT截止期間

圖15單端反激式變換器單端反激式變換器也有三種工作狀態(tài)：

1磁通臨界連續(xù)的工作情況：

圖16臨界連續(xù)狀態(tài)時的電壓電流波形第8頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四2磁通不連續(xù)的工作狀態(tài)

圖8-17磁通不連續(xù)時的工作波形第9頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四3磁通連續(xù)的工作狀況圖18磁通連續(xù)時的工作波形

第10頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四（3）輸入電壓Uin與導通比αt的對應關系

即是輸入電壓最高時，相應的導通比是最小，輸入電壓最低時，相應的導通比是最大。因此，輸入電壓與導通比是一一對應，相互制約的。運行中由于閉環(huán)調節(jié)，這種相互適應是自動的。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通比，一定要與運行條件所需的最大最小導通比不矛盾，否則就會失調。(4)磁通復位問題

為了不致于出現磁路飽和每個開關周期工作磁通都能復位，因此：1.單端反激式變換器開關變壓器的鐵芯都帶有氣隙。2.原方繞組電流實現脈沖限流控制。（5）間歇振蕩問題當電網電壓升到一定值而又很大的情況下，欲維持輸出電壓恒定，則脈寬調制器會使脈寬減少到某一極限值時，不能再減小了，只能以最小導通比運行，但由于導通時所儲存的能量沒有釋放回路，就有可能出現：有的振蕩周期沒有PWM脈沖輸出，開關管不導通，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載電阻（假負載），以防負載開路，這樣電網電壓最高，負載開路了，由于有固定的假負載，脈寬保證有一最小的寬度而不致于出現間歇振蕩現象。最小的脈寬是由控制電路振蕩器的最小導通比決定的。第11頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四8.5單端正激式變換器圖19正激式變換器的原理電路圖圖20正激式變壓器等效電路圖21單端正激式變換器的電壓電流波形

第12頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四8.6半橋式變換器

8.6.1工作原理

圖22半橋式變換器原理電路第13頁，共16頁，2023年，2月20日，星期四圖23半橋式變換器的工作波形

圖24串聯電容半橋式變換器原理電路

（a）串聯電容前交流電壓，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變壓器原邊串聯電容后的工作波形