續(xù)流二極管及電感的電流輸出電壓課件

開關(guān)電源設(shè)計SwitchingPowerSupplyDesign開關(guān)電源設(shè)計1開關(guān)電源概述開關(guān)電源概述2開關(guān)電源概述開關(guān)電源概述3開關(guān)電源概述開關(guān)電源技術(shù)是應(yīng)用電力電子半導(dǎo)體器件，綜合自動控制、計算機(微處理器)技術(shù)和電磁技術(shù)的多學(xué)科邊緣交又技術(shù)。在各種高質(zhì)量、高效、高可靠性的電源中起關(guān)鍵作用，是現(xiàn)代電力電子技術(shù)的具體應(yīng)用。當前，電力電子作為節(jié)能、節(jié)材、自動化、智能化、機電一體化的基礎(chǔ)，正朝著應(yīng)用技術(shù)高頻化、硬件結(jié)構(gòu)模塊化、產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展。在不遠的將來，電力電子技術(shù)將使電源技術(shù)更加成熟、經(jīng)濟、實用，實現(xiàn)高效率和高品質(zhì)用電相結(jié)合。開關(guān)電源概述開關(guān)電源技術(shù)是應(yīng)用電力電子半導(dǎo)體器件，綜合自4開關(guān)電源概述1.電力電子技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向，是從以低頻技術(shù)處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué)，向以高頻技術(shù)處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代，并促進了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件，表明傳統(tǒng)電力電子技術(shù)已經(jīng)進入現(xiàn)代電力電子時代。開關(guān)電源概述1.電力電子技術(shù)的發(fā)展5開關(guān)電源概述1.1整流器時代大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機提供，但是大約20%的電能是以直流形式消費的，其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內(nèi)燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領(lǐng)域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，因此在六十年代和七十年代，大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應(yīng)用得以很大發(fā)展。當時國內(nèi)曾經(jīng)掀起了一股各地大辦硅整流器廠的熱潮，目前全國大大小小的制造硅整流器的半導(dǎo)體廠家就是那時的產(chǎn)物。開關(guān)電源概述1.1整流器時代6開關(guān)電源概述1.2逆變器時代七十年代出現(xiàn)了世界范圍的能源危機，交流電機變頻惆速因節(jié)能效果顯著而迅速發(fā)展。變頻調(diào)速的關(guān)鍵技術(shù)是將直流電逆變?yōu)?~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代，隨著變頻調(diào)速裝置的普及，大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關(guān)斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應(yīng)用還包括高壓直流輸出，靜止式無功功率動態(tài)補償?shù)取＿@時的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變，但工作頻率較低，僅局限在中低頻范圍內(nèi)。開關(guān)電源概述1.2逆變器時代7開關(guān)電源概述1.3變頻器時代進入八十年代，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。將集成電路技術(shù)的精細加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機結(jié)合，出現(xiàn)了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世，導(dǎo)致了中小功率電源向高頻化發(fā)展，而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現(xiàn)，又為大中型功率電源向高頻發(fā)展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世，是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標志。據(jù)統(tǒng)計，到1995年底，功率M0SFET和GTR在功率半導(dǎo)體器件市場上已達到平分秋色的地步，而用IGBT代替GTR在電力電子領(lǐng)域巳成定論。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機變頻調(diào)速提供了較高的頻率，使其性能更加完善可靠，而且使現(xiàn)代電子技術(shù)不斷向高頻化發(fā)展，為用電設(shè)備的高效節(jié)材節(jié)能，實現(xiàn)小型輕量化，機電一體化和智能化提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。開關(guān)電源概述1.3變頻器時代8開關(guān)電源概述2.現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用領(lǐng)域2.1計算機高效率綠色電源高速發(fā)展的計算機技術(shù)帶領(lǐng)人類進入了信息社會，同時也促進了電源技術(shù)的迅速發(fā)展。八十年代，計算機全面采用了開關(guān)電源，率先完成計算機電源換代。接著開關(guān)電源技術(shù)相繼進人了電子、電器設(shè)備領(lǐng)域。計算機技術(shù)的發(fā)展，提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環(huán)境無害的個人電腦和相關(guān)產(chǎn)品，綠色電源系指與綠色電腦相關(guān)的高效省電電源，根據(jù)美國環(huán)境保護署l992年6月17日“能源之星"計劃規(guī)定，桌上型個人電腦或相關(guān)的外圍設(shè)備，在睡眠狀態(tài)下的耗電量若小于30瓦，就符合綠色電腦的要求，提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關(guān)電源而言，電源自身要消耗50瓦的能源。開關(guān)電源概述2.現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用領(lǐng)域9開關(guān)電源概述2.2通信用高頻開關(guān)電源通信業(yè)的迅速發(fā)展極大的推動了通信電源的發(fā)展。高頻小型化的開關(guān)電源及其技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領(lǐng)域中，通常將整流器稱為一次電源，而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網(wǎng)變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中，傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源己被高頻開關(guān)電源取代，高頻開關(guān)電源(也稱為開關(guān)型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作，開關(guān)頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi)，實現(xiàn)高效率和小型化。近幾年，開關(guān)整流器的功率容量不斷擴大，單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。因通信設(shè)備中所用集成電路的種類繁多，其電源電壓也各不相同，在通信供電系統(tǒng)中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊，從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓，這樣可大大減小損耗、方便維護，且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標準控制板上，對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加，通信電源容量也將不斷增加。開關(guān)電源概述2.2通信用高頻開關(guān)電源10開關(guān)電源概述2.3直流-直流(DC/DC)變換器DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓，這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制，同時使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能，并同時收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作用(開關(guān)電源)，同時還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化，模塊采用高頻PWM技術(shù)，開關(guān)頻率在500kHz左右，功率密度為5W~20W/in3。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，要求電源模塊實現(xiàn)小型化，因此就要不斷提高開關(guān)頻率和采用新的電路拓撲結(jié)構(gòu)，目前已有一些公司研制生產(chǎn)了采用零電流開關(guān)和零電壓開關(guān)技術(shù)的二次電源模塊，功率密度有較大幅度的提高。開關(guān)電源概述2.3直流-直流(DC/DC)變換器11開關(guān)電源概述2.4不間斷電源(UPS)不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經(jīng)整流器變成直流，一部分能量給蓄電池組充電，另一部分能量經(jīng)逆變器變成交流，經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量，另一路備用電源通過電源轉(zhuǎn)換開關(guān)來實現(xiàn)?，F(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調(diào)制技術(shù)和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件，電源的噪聲得以降低，而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術(shù)的引入，可以實現(xiàn)對UPS的智能化管理，進行遠程維護和遠程診斷。目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發(fā)展也很迅速，已經(jīng)有0.5kVA、lVA、2kVA、3kVA等多種規(guī)格的產(chǎn)品。開關(guān)電源概述2.4不間斷電源(UPS)12開關(guān)電源概述2.5變頻器電源變頻器電源主要用于交流電機的變頻調(diào)速，其在電氣傳動系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要，已獲得巨大的節(jié)能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓，然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器，將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出，電源輸出波形近似于正弦波，用于驅(qū)動交流異步電動機實現(xiàn)無級調(diào)速。國際上400kVA以下的變頻器電源系列產(chǎn)品已經(jīng)問世。八十年代初期，日本東芝公司最先將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)器中。至1997年，其占有率已達到日本家用空調(diào)的70%以上。變頻空調(diào)具有舒適、節(jié)能等優(yōu)點。國內(nèi)于90年代初期開始研究變頻空調(diào)，96年引進生產(chǎn)線生產(chǎn)變頻空調(diào)器，逐漸形成變頻空調(diào)開發(fā)生產(chǎn)熱點。到2000年左右形成高潮。變頻空調(diào)除了變頻電源外，還要求有適合于變頻調(diào)速的壓縮機電機。優(yōu)化控制策略，精選功能組件，是空調(diào)變頻電源研制的進一步發(fā)展方向。開關(guān)電源概述2.5變頻器電源13開關(guān)電源概述2.6高頻逆變式整流焊機電源高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源，代表了當今焊機電源的發(fā)展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化，這種電源更有著廣闊的應(yīng)用前景。逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經(jīng)全橋整流變成直流，IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波，經(jīng)高頻變壓器耦合，整流濾波后成為穩(wěn)定的直流，供電弧使用。由于焊機電源的工作條件惡劣，頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中，因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關(guān)鍵的問題，也是用戶最關(guān)心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調(diào)制(PWM)的相關(guān)控制器，通過對多參數(shù)、多信息的提取與分析，達到預(yù)知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的，進而提前對系統(tǒng)做出調(diào)整和處理，解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A，負載持續(xù)率60%，全載電壓60~75V，電流調(diào)節(jié)范圍5~300A，重量29kg。開關(guān)電源概述2.6高頻逆變式整流焊機電源14開關(guān)電源概述2.7大功率開關(guān)型高壓直流電源大功率開關(guān)型高壓直流電源廣泛應(yīng)用于靜電除塵、水質(zhì)改良、醫(yī)用X光機和CT機等大型設(shè)備。電壓高達50~l59kV，電流達到0.5A以上，功率可達100kW。自從70年代開始，日本的一些公司開始采用逆變技術(shù)，將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻，然后升壓。進入80年代，高頻開關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關(guān)元件，將電源的開關(guān)頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術(shù)成功的應(yīng)用于高頻高壓電源，取消了高壓變壓器油箱，使變壓器系統(tǒng)的體積進一步減小。國內(nèi)對靜電除塵高壓直流電源進行了研制，市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷?，采用全橋零電流開關(guān)串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓，然后由高頻變壓器升壓，最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下，輸出直流電壓達到55kV，電流達到15mA，工作頻率為25.6kHz。開關(guān)電源概述2.7大功率開關(guān)型高壓直流電源15開關(guān)電源概述

2.8電力有源濾波器傳統(tǒng)的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時，將向電網(wǎng)注入大量的諧波電流，引起諧波損耗和干擾，同時還出現(xiàn)裝置網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)惡化的現(xiàn)象，即所謂“電力公害”，例如，不可控整流加電容濾波時，網(wǎng)側(cè)三次諧波含量可達(70~80)%，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)僅有0.5~0.6。電力有源濾波器是一種能夠動態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置，能克服傳統(tǒng)LC濾波器的不足，是一種很有發(fā)展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關(guān)功率變換器和具體控制電路構(gòu)成。與傳統(tǒng)開關(guān)電源的區(qū)別是:(l)不僅反饋輸出電壓，還反饋輸入平均電流;(2)電流環(huán)基準信號為電壓環(huán)誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。開關(guān)電源概述

2.8電力有源濾波器16開關(guān)電源概述2.9分布式開關(guān)電源供電系統(tǒng)分布式電源供電系統(tǒng)采用小功率模塊和大規(guī)模控制集成電路作基本部件，利用最新理論和技術(shù)成果，組成積木式、智能化的大功率供電電源，從而使強電與弱電緊密結(jié)合，降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力，提高生產(chǎn)效率。八十年代初期，對分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的研究基本集中在變換器并聯(lián)技術(shù)的研究上。八十年代中后期，隨著高頻功率變換技術(shù)的迅述發(fā)展，各種變換器拓撲結(jié)構(gòu)相繼出現(xiàn)，結(jié)合大規(guī)模集成電路和功率元器件技術(shù)，使中小功率裝置的集成成為可能，從而迅速地推動了分布式高頻開關(guān)電源系統(tǒng)研究的展開。自八十年代后期開始，這一方向已成為國際電力電子學(xué)界的研究熱點，論文數(shù)量逐年增加，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。分布供電方式具有節(jié)能、可靠、高效、經(jīng)濟和維護方便等優(yōu)點。已被大型計算機、通信設(shè)備、航空航天、工業(yè)控制等系統(tǒng)逐漸采納，也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合，如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應(yīng)加熱電源、電動機驅(qū)動電源等領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。開關(guān)電源概述2.9分布式開關(guān)電源供電系統(tǒng)17開關(guān)電源概述3.高頻開關(guān)電源的發(fā)展趨勢在電力電子技術(shù)的應(yīng)用及各種電源系統(tǒng)中，開關(guān)電源技術(shù)均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源，傳統(tǒng)的電路非常龐大而笨重，如果采用高頓開關(guān)電源技術(shù)，其體積和重量都會大幅度下降，而且可極大提高電源利用效率、節(jié)省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中，更是離不開開關(guān)電源技術(shù)，通過開關(guān)電源改變用電頻率，從而達到近于理想的負載匹配和驅(qū)動控制。高頻開關(guān)電源技術(shù)，更是各種大功率開關(guān)電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術(shù)。開關(guān)電源概述3.高頻開關(guān)電源的發(fā)展趨勢18開關(guān)電源概述3.1高頻化理論分析和實踐經(jīng)驗表明，電氣產(chǎn)品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz，提高400倍的話，用電設(shè)備的體積重量大體下降至工頻設(shè)計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機，還是通訊電源用的開關(guān)式整流器，都是基于這一原理。同樣，傳統(tǒng)“整流行業(yè)”的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據(jù)這一原理進行改造，成為“開關(guān)變換類電源”，其主要材料可以節(jié)約90%或更高，還可節(jié)電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高，促使許多原來采用電子管的傳統(tǒng)高頻設(shè)備固態(tài)化，帶來顯著節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約材料的經(jīng)濟效益，更可體現(xiàn)技術(shù)含量的價值。開關(guān)電源概述3.1高頻化19開關(guān)電源概述

3.2模塊化模塊化有兩方面的含義，其一是指功率器件的模塊化，其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊，含有一單元、兩單元、六單元直至七元，包括開關(guān)器件和與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管，實質(zhì)上都屬于“標準”功率模塊(SPM)。近年，有些公司把開關(guān)器件的驅(qū)動保護電路也裝到功率模塊中去，構(gòu)成了“智能化”功率模塊(IPM)，不但縮小了整機的體積，更方便了整機的設(shè)計制造。實際上，由于頻率的不斷提高，致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重，對器件造成更大的電應(yīng)力(表現(xiàn)為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統(tǒng)的可靠性，有些制造商開發(fā)了“用戶專用”功率模塊(ASPM)，它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中，使元器件之間不再有傳統(tǒng)的引線連接，這樣的模塊經(jīng)過嚴格、合理的熱、電、機械方面的設(shè)計，達到優(yōu)化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片，再把整個模塊固定在相應(yīng)的散熱器上，就構(gòu)成一臺新型的開關(guān)電源裝置。開關(guān)電源概述

3.2模塊化20開關(guān)電源概述由此可見，模塊化的目的不僅在于使用方便，縮小整機體積，更重要的是取消傳統(tǒng)連線，把寄生參數(shù)降到最小，從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低，提高系統(tǒng)的可靠性。另外，大功率的開關(guān)電源，由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮，一般采用多個獨立的模塊單元并聯(lián)工作，采用均流技術(shù)，所有模塊共同分擔(dān)負載電流，一旦其中某個模塊失效，其它模塊再平均分擔(dān)負載電流。這樣，不但提高了功率容量，在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求，而且通過增加相對整個系統(tǒng)來說功率很小的冗余電源模塊，極大的提高系統(tǒng)可靠性，即使萬一出現(xiàn)單模塊故障，也不會影響系統(tǒng)的正常工作，而且為修復(fù)提供充分的時間。開關(guān)電源概述由此可見，模塊化的目的不僅在于使用方便，縮小21開關(guān)電源概述3.3數(shù)字化在傳統(tǒng)功率電子技術(shù)中，控制部分是按模擬信號來設(shè)計和工作的。在六、七十年代，電力電子技術(shù)完全是建立在模擬電路基礎(chǔ)上的。但是，現(xiàn)在數(shù)字式信號、數(shù)字電路顯得越來越重要，數(shù)字信號處理技術(shù)日趨完善成熟，顯示出越來越多的優(yōu)點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調(diào)試和遙感遙測遙調(diào)，也便于自診斷、容錯等技術(shù)的植入。所以，在八、九十年代，對于各類電路和系統(tǒng)的設(shè)計來說，模擬技術(shù)還是有用的，特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數(shù)修正(PFC)等問題的解決，離不開模擬技術(shù)的知識，但是對于智能化的開關(guān)電源，需要用計算機控制時，數(shù)字化技術(shù)就離不開了。開關(guān)電源概述3.3數(shù)字化22開關(guān)電源概述3.4綠色化電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義:首先是顯著節(jié)電，這意味著發(fā)電容量的節(jié)約，而發(fā)電是造成環(huán)境污染的重要原因，所以節(jié)電就可以減少對環(huán)境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網(wǎng)產(chǎn)生污染，國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標準，如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上，許多功率電子節(jié)電設(shè)備，往往會變成對電網(wǎng)的污染源:向電網(wǎng)注入嚴重的高次諧波電流，使總功率因數(shù)下降，使電網(wǎng)電壓耦合許多毛刺尖峰，甚至出現(xiàn)缺角和畸變。20世紀末，各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生，有了多種修正功率因數(shù)的方法。這些為2l世紀批量生產(chǎn)各種綠色開關(guān)電源產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。開關(guān)電源概述3.4綠色化23開關(guān)電源概述現(xiàn)代電力電子技術(shù)是開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著新型電力電子器件和適于更高開關(guān)頻率的電路拓撲的不斷出現(xiàn)，現(xiàn)代電源技術(shù)將在實際需要的推動下快速發(fā)展。在傳統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)下，由于功率器件性能的限制而使開關(guān)電源的性能受到影響。為了極大發(fā)揮各種功率器件的特性，使器件性能對開關(guān)電源性能的影響減至最小，新型的電源電路拓撲和新型的控制技術(shù)，可使功率開關(guān)工作在零電壓或零電流狀態(tài)，從而可大大的提高工作頻率，提高開關(guān)電源工作效率，設(shè)計出性能優(yōu)良的開關(guān)電源。開關(guān)電源概述現(xiàn)代電力電子技術(shù)是開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。隨24開關(guān)電源概述總而言之，電力電子及開關(guān)電源技術(shù)因應(yīng)用需求不斷向前發(fā)展，新技術(shù)的出現(xiàn)又會使許多應(yīng)用產(chǎn)品更新?lián)Q代，還會開拓更多更新的應(yīng)用領(lǐng)域。開關(guān)電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實現(xiàn)，將標志著這些技術(shù)的成熟，實現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合。這幾年，隨著通信行業(yè)的發(fā)展，以開關(guān)電源技術(shù)為核心的通信用開關(guān)電源，僅國內(nèi)有20多億人民幣的市場需求，吸引了國內(nèi)外一大批科技人員對其進行開發(fā)研究。開關(guān)電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨，因此，同樣具有幾十億產(chǎn)值需求的電力操作電源系統(tǒng)的國內(nèi)市場正在啟動，并將很快發(fā)展起來。還有其它許多以開關(guān)電源技術(shù)為核心的專用電源、工業(yè)電源正在等待著人們?nèi)ラ_發(fā)。開關(guān)電源概述總而言之，電力電子及開關(guān)電源技術(shù)因應(yīng)用需求不25開關(guān)電源概述開關(guān)電源特點近年來開關(guān)電源逐漸在各電子領(lǐng)域得到應(yīng)用，實踐證明它比線性電源有更多的優(yōu)越性。節(jié)約能源開關(guān)電源的調(diào)整晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)，因此開關(guān)晶體管的功率損耗很小，效率可以大大提高，其效率通常在70%---95%之間。節(jié)省原材料開關(guān)電源常采用電網(wǎng)交流電直接整流，淘汰了體積較大的工頻變壓器，因而節(jié)省了大量的鋼材和銅材。同時也減小了體積和重量。穩(wěn)壓范圍寬開關(guān)電源根據(jù)應(yīng)用要求，可以做到在輸入85---265V范圍內(nèi)輸出電壓穩(wěn)定，且始終保持電路的高效率?？煽堪踩陂_關(guān)電源電路中，根據(jù)要求可以加入各種保護電路，如：過流、過壓、短路等保護，使電路運行特別可靠。濾波容量小由于開關(guān)電源的頻率高，濾波器的容量可以大大減小。開關(guān)電源概述開關(guān)電源特點26開關(guān)電源的不足由于電路工作在開關(guān)脈沖狀態(tài)，頻率比較高，因而給供電線路及使用負載都會帶來高頻干擾，如傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。必須針對這些干擾，在電路中采取有效措施，抑制干擾，達到規(guī)定要求。開關(guān)電源比線性電源所用的元器件增加很多，因而可靠性設(shè)計尤為重要。必須從電路設(shè)計、元器件選用、元器件選購、元器件老化、篩選、整體電源老化等諸方面加以保證，才能充分保證開關(guān)電源的可靠性壽命。開關(guān)電源概述開關(guān)電源的不足開關(guān)電源概述27開關(guān)電源概述開關(guān)電源分類開關(guān)電源按不同方式分類如下：按儲能電感在電路中所處的位置分為串聯(lián)型、并聯(lián)型、脈沖變壓器耦合并聯(lián)型。按開關(guān)電路形式分為單端式、推挽式、半橋式、全橋式。按開關(guān)器件的啟動方式分為他激式、自激式。按開關(guān)變壓器的激勵方式分為正激式、反激式。按穩(wěn)壓控制形式分為脈寬調(diào)制式、頻率調(diào)制式、調(diào)寬調(diào)頻混合式。按開關(guān)器件類型分為晶體管型、場效應(yīng)管型、晶閘管型、集成電路型。按輸出輸入之間的聯(lián)系方式分為隔離式、非隔離式。開關(guān)電源概述開關(guān)電源分類28開關(guān)電源概述電源領(lǐng)域技術(shù)新進展

功率因數(shù)校正（PFC）技術(shù)

PFC的概念起源于1980年，重視和推廣在80年代末，主要制定了IEC555-－2，IEC1000-3-2使得研究PFC術(shù)研究成為電源界熱點。

同步整流技術(shù)

同步整流的概念：當輸出為低電壓大電流時整流損耗成為功率變換器主要損耗所以提出采用低導(dǎo)通電阻的MOSFET進行整流。

同步整流－是通過控制MOSFET的驅(qū)動電路來利用功率MOSFET實現(xiàn)整流功能的技術(shù)。發(fā)展：同步整流技術(shù)出現(xiàn)得較早，但早期的技術(shù)很難轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品，這是由于當時驅(qū)動技術(shù)不成熟，可靠性不高。經(jīng)過幾年的發(fā)展，同步整流技術(shù)已經(jīng)成熟。由于開發(fā)成本的原因，目前只在技術(shù)含量較高的開關(guān)電源模塊中得到應(yīng)用。

優(yōu)勢：同步整流技術(shù)提高了電源效率，它同時給電源模塊帶來了許多新的進步。

同步整流技術(shù)符合高效節(jié)能的要求，適應(yīng)新一代芯片電壓的要求，有著非常廣闊的應(yīng)用前景。但目前只有較少的公司掌握了該項技術(shù)，并且實現(xiàn)的成本也很高，而且還有很多應(yīng)用領(lǐng)域未得到開拓。隨著用于同步整流的MOSFET批量投入市場，專用驅(qū)動芯片的出現(xiàn)，以及控制技術(shù)的不斷完善，同步整流技術(shù)將成為一種主流電源技術(shù)，逐步應(yīng)用于廣泛的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。開關(guān)電源概述電源領(lǐng)域技術(shù)新進展

功率因數(shù)校正（PFC）技29開關(guān)電源概述軟開關(guān)技術(shù)

軟開關(guān)技術(shù)的概念：是利用電容于電感諧振使得開關(guān)器件中電流（電壓）按正弦或準正弦規(guī)律變化。當電流過零時，器件關(guān)斷；當電壓過零時，器件開通，實現(xiàn)開關(guān)損耗為零。

發(fā)展動態(tài)：自20世紀80年代中期起，采用PWM控制技術(shù)的高功率密度DC/DC變換器模塊走進了世界市場。如今，已廣泛應(yīng)用在各種領(lǐng)域中。1997年，在已經(jīng)行了將近30年的世界范圍的軟開關(guān)基礎(chǔ)理論研究之后，美國Vicor開關(guān)電源公司最先推出了VI－300系列軟開關(guān)高密度DC/DC產(chǎn)品。第二代產(chǎn)品是以Vicor公司有專利權(quán)的零電流開關(guān)（ZCS）和零電壓開關(guān)（ZVS）軟開關(guān)控制技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合了控制集成、封裝、鐵氧體、噪音和散熱技術(shù)等方面的最新成果，產(chǎn)品達到了與理想功率器件極為接近的境地。第二代產(chǎn)品與第一代產(chǎn)品相比，功率密度增加了兩倍，即為120W/in3。第二代產(chǎn)品的出現(xiàn)預(yù)示著它們將是DC/DC變換器未來的主流產(chǎn)品。

研究熱點：低電壓大電流開關(guān)電源概述軟開關(guān)技術(shù)

軟開關(guān)技術(shù)的概念：是利用電容于電30開關(guān)電源概述高頻磁技術(shù)：電力電子高頻磁技術(shù)是將電力電子技術(shù)與磁技術(shù)結(jié)合起來高頻磁技術(shù)是電力電子技術(shù)中的重要內(nèi)容。功率磁元件是所有電源中必不可少的關(guān)鍵器件。它擔(dān)負著磁能傳遞，儲存以及濾波功能。其體積和重量一般占到電路20－30%10年內(nèi)重點發(fā)展：高頻低功耗高磁導(dǎo)率材料和片式化的表面貼裝軟磁材料在非晶軟磁金金屬和磁記錄材料方面，發(fā)展納米材料。70年代初20KHz電子變壓器取代了工頻變壓器使得變壓器體積減小60－80％重量減輕75％，目前開關(guān)頻率已從20KHz提高到10MHz。開關(guān)電源概述高頻磁技術(shù)：31開關(guān)電源概述-電力電子回顧電力MOSFET的種類

按導(dǎo)電溝道可分為P溝道和N溝道。

耗盡型——當柵極電壓為零時漏源極之間就存在導(dǎo)電溝道。

增強型——對于N（P）溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時才存在導(dǎo)電溝道。

電力MOSFET主要是N溝道增強型。1）電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理開關(guān)電源概述-電力電子回顧電力MOSFET的種類1）電力32開關(guān)電源概述-電力電子回顧電力MOSFET的結(jié)構(gòu)是單極型晶體管。導(dǎo)電機理與小功率MOS管相同，但結(jié)構(gòu)上有較大區(qū)別。采用多元集成結(jié)構(gòu)，不同的生產(chǎn)廠家采用了不同設(shè)計。圖1-19電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號開關(guān)電源概述-電力電子回顧電力MOSFET的結(jié)構(gòu)是單極型33開關(guān)電源概述-電力電子回顧截止：漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零。P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)J1反偏，漏源極之間無電流流過。導(dǎo)電：在柵源極間加正電壓UGS當UGS大于UT時，P型半導(dǎo)體反型成N型而成為反型層，該反型層形成N溝道而使PN結(jié)J1消失，漏極和源極導(dǎo)電。圖1-19電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號電力MOSFET的工作原理開關(guān)電源概述-電力電子回顧圖1-19電力MOSFET34開關(guān)電源概述-電力電子回顧兩類器件取長補短結(jié)合而成的復(fù)合器件—Bi-MOS器件絕緣柵雙極晶體管（Insulated-gateBipolarTransistor——IGBT或IGT）GTR和MOSFET復(fù)合，結(jié)合二者的優(yōu)點。1986年投入市場，是中小功率電力電子設(shè)備的主導(dǎo)器件。繼續(xù)提高電壓和電流容量，以期再取代GTO的地位。GTR和GTO的特點——雙極型，電流驅(qū)動，有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，通流能力很強，開關(guān)速度較低，所需驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復(fù)雜。MOSFET的優(yōu)點——單極型，電壓驅(qū)動，開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動功率小而且驅(qū)動電路簡單。開關(guān)電源概述-電力電子回顧GTR和G35開關(guān)電源概述-電力電子回顧圖1-22a—N溝道VDMOSFET與GTR組合——N溝道IGBT。IGBT比VDMOSFET多一層P+注入?yún)^(qū)，具有很強的通流能力。簡化等效電路表明，IGBT是GTR與MOSFET組成的達林頓結(jié)構(gòu)，一個由MOSFET驅(qū)動的厚基區(qū)PNP晶體管。RN為晶體管基區(qū)內(nèi)的調(diào)制電阻。圖1-22IGBT的結(jié)構(gòu)、簡化等效電路和電氣圖形符號a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖b)簡化等效電路c)電氣圖形符號IGBT的結(jié)構(gòu)開關(guān)電源概述-電力電子回顧圖1-22a—N溝道VDMOS36開關(guān)電源概述-電力電子回顧

驅(qū)動原理與電力MOSFET基本相同，場控器件，通斷由柵射極電壓uGE決定。導(dǎo)通：uGE大于開啟電壓UGE(th)時，MOSFET內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導(dǎo)通。通態(tài)壓降：電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)使電阻RN減小，使通態(tài)壓降減小。關(guān)斷：柵射極間施加反壓或不加信號時，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷。IGBT的原理開關(guān)電源概述-電力電子回顧

驅(qū)動原理與電力MOSFET37開關(guān)電源概述-電力電子回顧IGBT的特性和參數(shù)特點可以總結(jié)如下：開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小。相同電壓和電流定額時，安全工作區(qū)比GTR大，且具有耐脈沖電流沖擊能力。通態(tài)壓降比VDMOSFET低。輸入阻抗高，輸入特性與MOSFET類似。與MOSFET和GTR相比，耐壓和通流能力還可以進一步提高，同時保持開關(guān)頻率高的特點。開關(guān)電源概述-電力電子回顧IGBT的特性和參數(shù)特點可以總38對IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET的優(yōu)缺點的比較如下表：

對IGBT、GTR、GTO和電力MOSFET的優(yōu)缺點的比較如39開關(guān)電源概述-電力電子回顧使電力電子器件工作在較理想的開關(guān)狀態(tài)，縮短開關(guān)時間，減小開關(guān)損耗。對裝置的運行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。一些保護措施也往往設(shè)在驅(qū)動電路中，或通過驅(qū)動電路實現(xiàn)。驅(qū)動電路的基本任務(wù)：按控制目標的要求施加開通或關(guān)斷的信號。對半控型器件只需提供開通控制信號。對全控型器件則既要提供開通控制信號，又要提供關(guān)斷控制信號。驅(qū)動電路——主電路與控制電路之間的接口開關(guān)電源概述-電力電子回顧驅(qū)動電路——主電路與控制電路之40開關(guān)電源概述-電力電子回顧驅(qū)動電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)，一般采用光隔離或磁隔離。

光隔離一般采用光耦合器

磁隔離的元件通常是脈沖變壓器圖1-25光耦合器的類型及接法a)普通型b)高速型c)高傳輸比型開關(guān)電源概述-電力電子回顧驅(qū)動電路還要提供控制電路與主411、開關(guān)電源：50Hz單相交流220V電壓或三相交流220V/380V電壓經(jīng)EMI防電磁干擾電源濾波器，直接整流濾波，然后再將濾波后的直流電壓經(jīng)變換電路變換為數(shù)十或數(shù)百kHz的高頻方波或準方波電壓，通過高頻變壓器隔離并降壓(或升壓)后，再經(jīng)高頻整流、濾波電路，最后輸出直流電壓。通過取樣、比較、放大及控制、驅(qū)動電路，控制變換器中功率開關(guān)管的占空比，便能得到穩(wěn)定的輸出電壓。圖1.1.2開關(guān)電源原理框圖工作原理：開關(guān)電源概述1、開關(guān)電源：50Hz單相交流220V電壓或三相42圖1.1.2開關(guān)電源原理框圖開關(guān)管占空比定義為：D=Ton/Ts；

其中Ts為開關(guān)管的開關(guān)周期,Ton為一個周期內(nèi)導(dǎo)通用時間。兩種改變占空比的控制方式：1）脈沖寬度調(diào)制控制(PWM)1、開關(guān)電源：2）脈沖頻率調(diào)制控制(PFM)開關(guān)電源概述圖1.1.2開關(guān)電源原理框圖開關(guān)管占空比定義為：D=To43圖PWM控制方式

1）脈沖寬度控制：

保持開關(guān)頻率(開關(guān)周期Ts)不變，通過改變Ton來改變占空比D，從而達到改變輸出電壓的目的。

如果占空比D越大，則經(jīng)濾波后的輸出電壓也就越高。保持導(dǎo)通時間Ton不變，通過改變開關(guān)頻率(即開關(guān)周期)而達到改變占空比的目的。

工作頻率不固定，造成濾波器設(shè)計困難。2）脈沖頻率控制：開關(guān)電源概述圖PWM控制方式1）脈沖寬度控制：如果441、各功能塊的具體電路簡介：

(1)交流進線濾波器圖1.1.5交流進線EMI濾波器

該濾波器能同時抑制共模和差模干擾信號。

作用：防止開關(guān)電源產(chǎn)生的噪聲進入電網(wǎng)，或者防止電網(wǎng)的噪聲進入開關(guān)電源內(nèi)部，干擾開關(guān)電源的正常工作。

電路結(jié)構(gòu)：

Cc1、Lc和Cc2構(gòu)成的低通濾波器用來抑制共模干擾信號，其中Lc稱為共模電感，其兩組線圈匝數(shù)相等，但繞向相反，對差模信號的阻抗為零，而對共模信號產(chǎn)生很大的阻抗。Cd1、Ld和Cd2構(gòu)成的低通濾波器則用來抑制差模干擾信號。開關(guān)電源概述1、各功能塊的具體電路簡介：(1)交流進線濾波器圖145(2)啟動浪涌電流抑制電路

小功率電源：在整流橋的直流側(cè)和濾波電容之間串聯(lián)具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻。

大功率電路：將上述熱敏電阻換成普通電阻，同時在電阻的兩端并接晶閘管開關(guān)。(3)輸出整流電路

小功率電源通常采用半波整流電路，而對于大功率電源則采用全波或橋式整流電路。輸出整流電路

半波整流開關(guān)電源概述(2)啟動浪涌電流抑制電路小功率電源：在46第1章基本開關(guān)型調(diào)整器開關(guān)電源常用的基本拓撲約14種，每種拓撲都有其自身的特點和適用場合。要恰當選擇拓撲，熟悉各種不同拓撲的優(yōu)缺點及適用范圍是非常重要的。錯誤的選擇會使電源設(shè)計一開始就注定失敗。選擇依據(jù)：輸出功率輸入輸出電壓、電流材料成本與可靠性體積大小效率輸出穩(wěn)壓精度和紋波大小安裝和散熱方式抗干擾標準1.1簡介第1章基本開關(guān)型調(diào)整器開關(guān)電源常用的基本拓撲約14種，每種471.2線性調(diào)整器-開關(guān)調(diào)整器的原型1.2.1基本工作原理及優(yōu)缺點由一個工作在線性區(qū)的晶體管與負載串聯(lián)構(gòu)成。晶體管相當于是一個可變電阻。直流輸出電壓由于輸入電壓升高或輸出負載電流減小而升高時，串接晶體管（NPN）基極電壓下降，其等效電阻阻值加大，使輸出電壓降低，從而保持采樣電壓等于參考電壓。這種負反饋控制在輸出電壓由于輸入電壓或負載電流增加而下降時也同樣起作用。此時，誤差放大器輸出會使串接晶體管基極電壓上升，集射極電阻減小，直流輸出電壓升高，使采樣電壓等于參考電壓。實質(zhì)上，輸入電壓的任何變化都會被串聯(lián)晶體管等效電阻所調(diào)整，使輸出電壓保持不變，其恒定程度與反饋放大器的開環(huán)增益相關(guān)。圖1.1（a）Q1與負載串聯(lián)起可變電阻作用；負反饋環(huán)通過改變其阻值以保持輸出電壓Vo的穩(wěn)定。（b)線性調(diào)整器的壓差。若串聯(lián)NPN型晶體管，則應(yīng)保證交流輸入電壓Vac最低時對應(yīng)的直流電壓的紋波谷值與輸出電壓Vo之間有2.5V的壓差1.2線性調(diào)整器-開關(guān)調(diào)整器的原型1.2.1基本工作原理481.2線性調(diào)整器線性調(diào)整器的優(yōu)點：反饋回路完全是直流耦合。由于整個回路沒有開關(guān)器件，所以回路各點的直流電壓都可以預(yù)測和計算。電路中沒有變壓器并且不存在引起RFI噪聲的瞬態(tài)尖峰電壓或電流。由于晶體管不工作在開關(guān)狀態(tài)，所以不存在晶體管的下降電流和上升電壓瞬時重疊造成的交流開關(guān)損耗。所有功耗只是電路各元件的直流損耗，容易計算。線性調(diào)整器的缺點：只能降壓，輸出與輸入之間有公共端，要另加電路隔離。初始直流輸入電壓一般有工頻變壓器整流獲得，其體積和重量限制了推廣應(yīng)用。串接晶體管存在較大功耗。1.2線性調(diào)整器線性調(diào)整器的優(yōu)點：491.2.3串接晶體管的功率損耗所有的負載電流必須通過串接晶體管，其功耗為（Vdc-Vo)×Io，大多數(shù)情況下，晶體管最小壓差為2.5V。交流網(wǎng)壓波動越高，電源效率越低。晶體管損耗越大。設(shè)次級濾波電容足夠大，忽略輸入電壓紋波。次級整流獲得的直流電壓與交流網(wǎng)壓波動范圍對應(yīng)，均為±15%，可見，直流輸出電壓低調(diào)整器的效率比輸出電壓高時低很多。1.2.3串接晶體管的功率損耗所有的負載電流必須通過串接晶501.2.4線性調(diào)整器效率與輸出電壓的關(guān)系設(shè)輸入電壓為額定電壓的±T%，則工頻變壓器次級匝數(shù)選擇應(yīng)保證網(wǎng)壓波動底限輸入時三角紋波谷值仍比預(yù)期的輸出電壓大2.5V。若紋波電壓峰峰值為Vr，則輸入到串接晶體管的直流電壓（平均電壓）為。通過變壓器匝比可以計算出在網(wǎng)壓波動高限時，輸入到串接晶體管的直流電壓為在輸入網(wǎng)壓高限時，效率為1.2.4線性調(diào)整器效率與輸出電壓的關(guān)系設(shè)輸入電壓為額定電511.2.4線性調(diào)整器效率與輸出電壓的關(guān)系從圖中可見，即使網(wǎng)壓波動高限僅為+10%，輸出為10V時，效率已低于50%，正是線性調(diào)整器的低效率和工頻變壓器笨重的缺陷促進了開關(guān)電源的研制和開發(fā)。線性調(diào)整器與輸入電壓的關(guān)系曲線1.2.4線性調(diào)整器效率與輸出電壓的關(guān)系從圖中可見，即使網(wǎng)521.2.5串接PNP晶體管的低壓差線性調(diào)整器串接NPN晶體管晶體管基極要求注入電流，產(chǎn)生電流電壓必須高于（Vo+Vbe），約為（Vo+1）。若基極串接一個電阻，則電阻輸入端電壓必須高于（Vo+1）以使電流流過。一般用串接晶體管的供電電壓（初始直流電壓）向基極電阻供電。初始直流電壓（網(wǎng)壓低限輸入時對應(yīng)的紋波谷值）不能與（Vo+1）（額定基極輸入電壓）太接近。若太接近，則串接電阻Rb阻值必須很小，以使大電流輸出時仍可提供足夠的基極電流。但是，在網(wǎng)壓高限輸入（Vdc-Vo很大)時，Rb將向基極提供過大電流使大量電流轉(zhuǎn)向電流放大器而加大其損耗。所以，要求網(wǎng)壓低限輸入時對應(yīng)的紋波谷值電壓必須比輸出電壓保持2.5V（而非1V）最小壓差，這樣Rb基本稱為恒流電阻，流過Rb的電流在整個網(wǎng)壓波動范圍內(nèi)基本不變。1.2.5串接PNP晶體管的低壓差線性調(diào)整器串接NPN晶體531.2.5串接PNP晶體管的低壓差線性調(diào)整器串接PNP晶體管驅(qū)動電流是不是取自Vdc，而是由基極向外流動且流入電流放大器，故沒有上述問題。使串接PNP晶體管最小壓差可降低到1V甚至0.5V，從而減小損耗提高了效率。就集成電路制造工藝而言，在同樣芯片上集成較大電流的PNP晶體管比集成較小電流的NPN晶體管更困難。1.2.5串接PNP晶體管的低壓差線性調(diào)整器串接PNP晶體541.3BUCK開關(guān)型調(diào)整器拓撲1.3.1基本工作原理線性調(diào)整器串接晶體管的高損耗很難在輸出大于5A的場合應(yīng)用。取代線性調(diào)整器的開關(guān)型調(diào)整器在20世紀60年代開始應(yīng)用。將快速通斷的晶體管置于輸入與輸出之間，通過調(diào)節(jié)通斷比例（占空比）來控制輸出直流電壓的平均值，該平均電壓由可調(diào)寬度的方波脈沖構(gòu)成，方波脈沖的平均值就是直流輸出電壓。使用合適的LC濾波器可將方波脈沖平滑成無紋波直流輸出。整個電路采用輸出負反饋，通過檢測輸出電壓并結(jié)合負反饋控制占空比，穩(wěn)定輸出電壓不受輸入網(wǎng)壓和負載變化的影響。1.3BUCK開關(guān)型調(diào)整器拓撲1.3.1基本工作原理551.3.1BUCK開關(guān)型調(diào)整器拓撲基本工作原理Q1作為開關(guān)與直流輸入Vdc串聯(lián)。在開關(guān)周期T內(nèi)，導(dǎo)通時間為Ton。V1點波形為矩形波，Ton時段電壓為Vdc，其余時段為零。平均值為VdcTon/T，LoCo濾波器使Vo成為幅值等于VdcTon/T的無尖峰無紋波的直流電壓。采樣電阻R1和R2檢測輸出電壓，并將其輸入誤差放大器與參考電壓比較，放大的誤差電壓輸入到脈寬調(diào)整器。1.3.1BUCK開關(guān)型調(diào)整器拓撲基本工作原理Q1作為561.3.2BUCK調(diào)整器拓撲主要電流波形Q1導(dǎo)通時，加在Lo上的電壓為（Vdc-Vo）。由于電感上的電壓恒定，所以流過電感的電流線性上升，其斜率為dI/dT=（Vdc-Vo）/Lo,這使電感電流為有階梯的斜波。Q1關(guān)斷時，加在Lo上的電壓為（Vo+1）。由于電感上的電壓恒定，所以流過電感的電流線性上升，其斜率為dI/dT=（Vo+1）/Lo,這使電感電流為有階梯的斜波。1V為續(xù)流二極管壓降。圖1.4d為流過開關(guān)管電流圖1.4e為流過續(xù)流二極管電流圖1.4f為輸出電流波形1.3.2BUCK調(diào)整器拓撲主要電流波形Q1導(dǎo)通時，加571.3.3BUCK調(diào)整器效率電路的所有損耗就是開關(guān)管和續(xù)流二極管的導(dǎo)通損耗加上開關(guān)管的交流開關(guān)損耗，開關(guān)管導(dǎo)通瞬間，上升電流和下降電壓有重疊，會造成導(dǎo)通損耗，在開關(guān)管關(guān)斷瞬間，下降電流和電壓有重疊，會造成關(guān)斷損耗。1.3.3BUCK調(diào)整器效率電路的所有損耗就是開關(guān)管和續(xù)581.3.5BUCK調(diào)整器理想開關(guān)頻率選擇高頻率以減小濾波器件的體積。交流損耗與開關(guān)周期成反比。提高頻率使損耗加大，降低效率，增加散熱面積。在25～50kHz范圍內(nèi)，BUCK調(diào)整器的整個體積可隨頻率的增大而減小。目前，可以考慮改善通風(fēng)條件，合理選用開關(guān)管和續(xù)流二極管，降低導(dǎo)通損耗，減小散熱面積，提高工作頻率。目前工作頻率已經(jīng)做到100kHz以上。1.3.5BUCK調(diào)整器理想開關(guān)頻率選擇高頻率以減小濾波591.3.6輸出濾波電感開關(guān)管電流波形為階梯斜波。斜波中點電流值等于直流輸出電流Io。輸出電流減小時，由于施加在電感兩端電壓不變，斜波斜率也不變，但斜波中點電流值下降。當Io=(I2-I1)/2，即為斜波電流幅值dI的一半時，斜波階梯為零，電感進入不連續(xù)工作模式，電壓和電流的波形將發(fā)生較大變化。開關(guān)管導(dǎo)通時間會急劇下降，輸出電壓基本維持不變。因為開關(guān)管的導(dǎo)通壓降隨著電流的降低也略有減小，使V1點輸出稍有增加。開關(guān)管和續(xù)流二極管電流之和的平均值是直流輸出電流，一旦電感進入不連續(xù)工作模式且直流輸出電流波形的階梯降到零，則只有通過減小開關(guān)管導(dǎo)通時間來減小電流的平均值，負反饋環(huán)節(jié)將自動調(diào)整開關(guān)管導(dǎo)通時間。1.3.6輸出濾波電感開關(guān)管電流波形為階梯斜波。斜波中點601.3.7輸出濾波電容濾波電容的選擇必須滿足輸出紋波的要求。電容可以等效為電阻Ro和電感Lo與其的串聯(lián)。Ro稱為等效串聯(lián)電阻（ESR），Lo稱為等效串聯(lián)電感（ESL）。在約300kHz或500kHz以下頻率Lo可以被忽略，輸出紋波僅由Ro和Co決定。大多數(shù)情況下，Co決定的紋波分量比Ro決定的紋波分量要小。Ro決定的紋波分量與（I2-I1）（電感斜波電流峰峰值）成正比，而由Co決定的紋波分量與流過Co電流的積分成正比，兩者相位不同。1.3.7輸出濾波電容濾波電容的選擇必須滿足輸出紋波的要611.3.8直流隔離輸出的調(diào)整器電壓調(diào)節(jié)與主輸入電壓直流隔離的可調(diào)直流輸出。當開關(guān)管關(guān)斷時，加在N2上的電壓為N2/N1(Vo+0.4)，經(jīng)過整流后，輸出N2/N1(Vo+0.4)-0.4，由于開關(guān)管導(dǎo)通時，D2反偏，故輸出與Vdc無關(guān)。電容選擇足夠大，以保證在較長的開關(guān)管導(dǎo)通時間內(nèi)輸出電壓不會下降。由于N1與N2是互相直流隔離，所以可通過改變匝數(shù)比來輸出不同的輸出電壓。1.3.8直流隔離輸出的調(diào)整器電壓調(diào)節(jié)與主輸入電壓直流隔621.4BOOST開關(guān)調(diào)整器拓撲1.4.1基本原理從低壓輸入得到高壓輸出的開關(guān)調(diào)整器。在直流電壓和開關(guān)管之間串接電感，電感通過整流二極管給輸出電容及負載供電。當Q1在Ton時段導(dǎo)通時，L1的電流線性上升直到Ip=VdcTon/L1，存儲了能量E=0.5L1Ip2。由于在Q1導(dǎo)通時段輸出電流完全由Co提供，所以Co應(yīng)選得足夠大，使在Ton時段向負載供電時其電壓降低能滿足要求。1.4BOOST開關(guān)調(diào)整器拓撲1.4.1基本原理631.4.1BOOST開關(guān)調(diào)整器基本原理Q1關(guān)斷時，由于電感電流不能突變，L1電壓極性反向，L1經(jīng)D1向Co充電，使Co電壓高于Vdc。此時Vdc和電感儲能給負載提供電流并補充Co單獨向負載供電時損失的電荷。輸出電壓的調(diào)整是通過負反饋環(huán)控制Q1導(dǎo)通時間實現(xiàn)的，若直流負載電流上升，則導(dǎo)通時間會自動增加為負載提供更多能量，若Vdc下降而Ton不變，則峰值電流即L1的儲能會下降，導(dǎo)致輸出電壓下降，但負反饋環(huán)會檢測到電壓的下降，并通過增大Ton來維持輸出電壓恒定。1.4.1BOOST開關(guān)調(diào)整器基本原理Q1關(guān)斷時，由于電641.4.2BOOST開關(guān)調(diào)整器定量分析若Q1下次導(dǎo)通之前，流過D1的電流已經(jīng)下降到零，則認為上次Q1導(dǎo)通時存儲于L1的能量已釋放完畢，電路工作于不連續(xù)模式。若每周期一次將所有能量都傳遞到負載，則從L1傳遞到負載的功率為而在L1電流線性下降到零的時段里，同樣的電流流過Vdc，她同時提供能量Pdc，為Tr時段的平均電流乘以占空比和Vdc，即輸送到負載的總功率為而Ip=VdcTon/L1,得到最后得到負反饋環(huán)根據(jù)上式對輸入電壓和負載變化進行調(diào)整以保持輸出穩(wěn)定，如果Vdc和Ro下降或上升，則反饋環(huán)會增大或減小Ton來保持Vo穩(wěn)定。1.4.2BOOST開關(guān)調(diào)整器定量分析若Q1下次導(dǎo)通之前651.4.3BOOST開關(guān)調(diào)整器工作模式若D1電流在Q1下次導(dǎo)通之前下降到零，則電路工作于不連續(xù)工作模式。若電流在關(guān)斷時間結(jié)束時還未下降到零，則由于電感電流不能突變，Q1下次導(dǎo)通時電流上升會有一個階梯。Q1和D1上的電流將呈階梯斜坡形狀，此時電路工作于連續(xù)模式。若反饋環(huán)在不連續(xù)模式工作正常，則當Ro或Vdc減小時，反饋環(huán)會增加Ton以保持輸出電壓恒定。若Ro或Vdc持續(xù)減小，則可能使Ton增大，到下次導(dǎo)通之前D1電流仍未降到零，此時電路進入連續(xù)工作模式。1.4.3BOOST開關(guān)調(diào)整器工作模式若D1電流在Q1下661.4.3BOOST開關(guān)調(diào)整器工作模式能使不連續(xù)模式下反饋環(huán)穩(wěn)定工作的誤差放大電路，不能使連續(xù)模式下的反饋環(huán)穩(wěn)定，并會產(chǎn)生振蕩。連續(xù)模式的BOOST電路存在右半平面零點。穩(wěn)定有右半平面零點的反饋環(huán)的唯一辦法是大幅減小誤差放大器的帶寬。應(yīng)恰當選擇Ton，以保證在Ton最大時，D1電流能降為零，并且與Q1再次導(dǎo)通之間留有一定的死區(qū)時間。1.4.3BOOST開關(guān)調(diào)整器工作模式能使不連續(xù)模式下反671.4.4不連續(xù)模式下的BOOST參數(shù)設(shè)計D1電流在Q1再次導(dǎo)通時正好降到零。這是不連續(xù)工作模式的臨界點。若T給定，適當選擇Vdc、Ton、Ro和L1的值就能使電路工作于這一點。在臨界不連續(xù)情況下，Vdc或Ro的任何微小減少（或負載電流上升）都會導(dǎo)致電路進入連續(xù)工作模式。若誤差放大器未對連續(xù)模式設(shè)計，則會引起振蕩。在臨界不連續(xù)情況下，Vdc或Ro的任何減少都會使誤差放大器增大Ton來保持Vo的恒定。D1電流開始下降的時間就會推遲，由于Ton的增加，D1下降起始電流值也會加大，就會使Q1下次導(dǎo)通之前D1電流不能降到零，電路進入連續(xù)模式。1.4.4不連續(xù)模式下的BOOST參數(shù)設(shè)計D1電流在Q1681.4.4不連續(xù)模式下的BOOST參數(shù)設(shè)計故要恰當選擇Ton，以保證在Ton最大（即Vdc和Ro均為規(guī)定的最小值）時，D1電流也能降到零并且與Q1再次導(dǎo)通之間仍留有一定的死區(qū)時間Tdt。D1電流下降到零時，L1的磁心磁通必然復(fù)位到其磁滯回線的起始點。死區(qū)時間為周期的20%最大導(dǎo)通時間加上磁心復(fù)位時間和死區(qū)時間構(gòu)成整個周期。1.4.4不連續(xù)模式下的BOOST參數(shù)設(shè)計故要恰當選擇T691.4.4不連續(xù)模式下的BOOST參數(shù)設(shè)計Tonmax+Tr+Tdt=T，Tonmax+Tr+0.2T=T，即Tonmax+Tr=0.8T。最大導(dǎo)通時間出現(xiàn)在Vdc和Ro最小時。設(shè)Vdc和Ro最小時導(dǎo)通（置位）伏秒數(shù)與關(guān)斷（復(fù)位）伏秒數(shù)相等。則有VdcminTonmax=(Vo-Vdcmin)Tr，故有Tonmax=0.8T(Vo-Vdcmin)/Vo若輸出負載電流意外增加超過最大設(shè)定值（即Ro減小超過最小設(shè)定值）或Vdc下降超過最小設(shè)定值，則反饋環(huán)會增大Ton來保持Vo恒定，這樣會占用死區(qū)時間，使電路的工作更接近連續(xù)工作模式，為避免這種情況的發(fā)生，必須采用箝位電路來限制最大導(dǎo)通時間或最大峰值電流。1.4.4不連續(xù)模式下的BOOST參數(shù)設(shè)計Tonmax+701.4.5磁心伏秒平衡基本電磁定律－－法拉第定律：E=NAe（dB/ｄt）×10-8Ｅ：有磁心的電感或變壓器繞組的感應(yīng)電壓（Ｖ）；Ｎ：繞組匝數(shù)；Ａｅ：磁心截面面積（ｃｍ２）；ｄＢ：磁心磁通密度變化（高斯）（磁密方向隨繞組電壓極性不同而不同）；ｄｔ：磁通變化時間（ｓ）。若向Ｎ匝繞組施加持續(xù)時間為ｄｔ的電壓Ｅ，則根據(jù)法拉第定律，產(chǎn)生的磁密變化為：1.4.5磁心伏秒平衡基本電磁定律－－法拉第定律：E=N711.4.5磁心伏秒平衡若繞組施加了同名端為正的電壓使磁心發(fā)生正向磁密變化dB＝B2－B1，則再次向該繞組施加正向電壓之前，必須向其加反壓使其精確復(fù)位到B1。若磁心磁密從B1移到B2后，加反壓使它復(fù)位到只比B1高一點，則若干周期后，磁心磁密都會達到磁滯回線飽和段使磁心飽和，由于飽和的磁心無法承受電壓，輸入電壓會突然施加到開關(guān)管造成損壞。1.4.5磁心伏秒平衡若繞組施加了同名端為正的電壓使磁心721.4.5磁心伏秒平衡從法拉第定律可知，時間dt內(nèi)電壓E引起的磁密變化dB與伏秒數(shù)Edt成正比，若磁心被某給定伏秒數(shù)置位，則必須施加與該伏秒數(shù)極性相反且精確相等的伏秒數(shù)使其復(fù)位。在開關(guān)管導(dǎo)通期間，L1的同名端為正，磁心被伏秒數(shù)VdcTon（忽略Q1的導(dǎo)通壓降）驅(qū)動沿磁滯回線置位。Q1關(guān)斷時，L1電壓極性反向（異名端為正），磁心磁密會沿磁滯回線回復(fù)到起始點。復(fù)位期間，L1的電壓為（Vo-Vdc）（忽略D1的導(dǎo)通壓降）。為保證磁心磁密總能無偏差的復(fù)位到磁滯回線的初始點，導(dǎo)通（置位）伏秒數(shù)必須與關(guān)斷（復(fù)位）伏秒數(shù)相等。1.4.5磁心伏秒平衡從法拉第定律可知，時間dt內(nèi)電壓E73第2章推挽和正激變換器拓撲引言包括推挽、單端正激變換器及后者的改進型------雙端正激變換器和交錯正激變換器。共同特點利用變壓器把能量傳遞到負載，由于輸出回路和輸入回路不共地，所以可以利用變壓器多個次級繞組實現(xiàn)多路輸出。第2章推挽和正激變換器拓撲引言包括推挽、單端正激變換器742.2.1推挽拓撲基本工作原理推挽主要由帶多個次級繞組的變壓器T1組成，每個次級繞組都提供一組相位相差1800的方波脈沖，脈沖幅值由次級繞組匝數(shù)決定，脈沖寬度都相同，均由接于次級主輸出Vm的負反饋控制電路決定。Ns1、Ns2為從輸出繞組。Q1、Q2基極驅(qū)動為兩個幅值相等、脈寬可調(diào)、相位相差1800的脈沖?？刂齐娐坊旧吓c其他調(diào)整器控制電路一樣。2.2.1推挽拓撲基本工作原理推挽主要由帶多個次級752.2.1推挽拓撲基本工作原理導(dǎo)通時段，開關(guān)管的基極驅(qū)動必須足夠大，以使在整個電流范圍內(nèi)，都能夠把每個初級半繞組的底端電壓拉低到等于開關(guān)管飽和導(dǎo)通壓降Vce(sat)，約為1V，故當任意一個開關(guān)管導(dǎo)通時，都提供給對應(yīng)初級半繞組幅值為（Vdc-1）的方波電壓。輸出整流二極管正向壓降Vd，陰極輸出是導(dǎo)通時間為Ton，幅值為(Vdc-1)(Ns/Np)-Vd的平頂方波。輸出脈沖的占空比為2Ton/T。脈沖幅值不變，脈寬可調(diào)。2.2.1推挽拓撲基本工作原理導(dǎo)通時段，開關(guān)管的基762.2.1推挽拓撲基本工作原理假設(shè)D1、D2為肖特基二極管，其正向壓降為0.5V。輸出Vm直流平均電壓為Vm接入負反饋，控制導(dǎo)通時間Ton，Vm隨著直流輸入電壓和輸出負載電流的變化來調(diào)整輸出，使Vm保持不變。2.2.1推挽拓撲基本工作原理假設(shè)D1、D2為772.2.2輸入及負載變化時從輸出的調(diào)節(jié)當輸入Vdc變化時，保持Vm恒定的負反饋環(huán)就會起作用，改變導(dǎo)通時間Ton，使從輸出也保持不變，同樣，Vs1和Vs2也保持恒定。如果主輸出負載電流變化，則整流二極管正向壓降會有少許變化，其陰極輸出峰值也會有少許變化。假定肖特基整流二極管正向壓降為0.5V，負載變化很大時，正向壓降會有±0.1V的波動，當Vm負載變化時，負反饋環(huán)調(diào)整Ton來保持Vm恒定。2.2.2輸入及負載變化時從輸出的調(diào)節(jié)當輸入Vdc變化782.2.2輸入及負載變化時從輸出的調(diào)節(jié)若Vdc沒有變化而導(dǎo)通時間Ton改變，則將導(dǎo)致Vs1和Vs2變化，主輸出電流變化造成從輸出電壓變化，稱為交叉調(diào)節(jié)，從輸出電壓也會因自身輸出電流的變化而變化，從輸出電流的變化會導(dǎo)致自身整流二極管正向壓降的變化，從而導(dǎo)致輸入到LC濾波器的電壓峰值變化，當然這些變化不能由監(jiān)控Vm變化的負反饋環(huán)來調(diào)節(jié)，但是只要從電感L2和L3特別是主電感L1工作在連續(xù)模式，從輸出電壓就依然可以穩(wěn)定在±5%～±8%范圍內(nèi)。2.2.2輸入及負載變化時從輸出的調(diào)節(jié)若Vdc沒有變化792.2.3從輸出電壓實際值盡管從輸出電壓變化較小，但其實際輸出不能精確調(diào)節(jié)。從輸出電壓實際值由Ton及相應(yīng)的次級匝數(shù)Ns1、Ns2決定，而Ton是由保持主輸出恒定的負反饋決定的。另外，因為次級從繞組的匝數(shù)只能按整數(shù)改變，所以從輸出電壓實際值不能很精確的設(shè)置。如果要精確調(diào)節(jié)從輸出電壓，可將其設(shè)計得比實際要求的高，然后通過一個線性調(diào)整器或BUCK調(diào)整器將其降到所要求的精確值。2.2.3從輸出電壓實際值盡管從輸出電壓變化較小，但其802.2.4主輸出電感的最小電流限制當有從輸出時，直到主輸出電流降到最小值，也不允許主輸出電感在不連續(xù)工作模式下運行。當主電感進入不連續(xù)狀態(tài)時（電感電流低于最小電流值），Ton明顯下降，從輸出電壓也隨之明顯下降，不過，反饋環(huán)仍能保持主輸出電壓恒定。同樣，從輸出在其輸出電流范圍內(nèi)也不允許不連續(xù)運行。2.2.4主輸出電感的最小電流限制當有從輸出時，直到主812.2.5推挽拓撲中的磁通不平衡最早期的拓撲之一，至今仍在應(yīng)用?？捎卸鄠€輸出，輸出和輸入及各輸出之間不共地，輸出電壓可高于或低于直流輸入電壓。主輸出可調(diào)節(jié)適應(yīng)輸入和負載的變化。只要輸出電感工作在連續(xù)狀態(tài)，從輸出也同樣可以調(diào)節(jié)適應(yīng)輸入電壓的變化，對負載變化，從輸出可保持在約5%的穩(wěn)定范圍內(nèi)。這種拓撲被廣泛應(yīng)用且大多數(shù)情況下運行良好，然而，當輸出功率大幅增加時，會出現(xiàn)功率管無故損壞的情況。這種故障主要由于磁通不平衡。2.2.5推挽拓撲中的磁通不平衡最早期的拓撲之一，至今822.2.5推挽拓撲中的磁通不平衡正常工作時，磁芯的磁通變化在B1和B2之間，磁芯損耗會隨頻率的上升而迅速增大。如果兩開關(guān)管分別導(dǎo)通時，變壓器初級繞組施加的伏秒數(shù)相等，則一個周期后，磁芯會從B1上升到B2，正好又返回到B1。但只要伏秒數(shù)稍有不等，磁芯就不能回到起點，若干周期后，磁芯將偏離磁滯回線，進入飽和區(qū)，飽和區(qū)的磁芯不能承受電壓，當相應(yīng)的開關(guān)管再次導(dǎo)通時，開關(guān)管將承受很大的電壓和電流，導(dǎo)致開關(guān)管損壞。2.2.5推挽拓撲中的磁通不平衡正常工作時，磁芯的磁通832.2.5推挽拓撲中的磁通不平衡如果開關(guān)管是MOSFET管，則磁通不平衡問題相對好很多。首先MOSFET沒有存儲時間，兩組柵極信號脈寬相等，兩個開關(guān)管導(dǎo)通時間相等，由于MOSFET管的導(dǎo)通壓降隨溫度升高而增加的特性提供了負反饋作用，有助于糾正磁通不平衡問題，設(shè)伏秒數(shù)開始不平衡，則伏秒數(shù)較大的半周期內(nèi)，由于磁芯開始移向磁滯回線彎曲部分，流過對應(yīng)開關(guān)管的電流就較大，有較大電流的開關(guān)管，管溫增加，導(dǎo)通壓降也增大，將使對應(yīng)繞組上的電壓降低，從而降低該半周期的伏秒數(shù)，使流過該開關(guān)管的電流減小，恢復(fù)正常。2.2.5推挽拓撲中的磁通不平衡如果開關(guān)管是MOSFE842.2.8磁通不平衡的解決方法磁芯加氣隙：當磁芯偏離到磁滯回線彎曲部分時，磁通不平衡就變得嚴重了。勵磁電流開始按指數(shù)規(guī)律增大。將磁滯回線彎曲部分延長，磁芯可以承受更大的直流電流偏置或伏秒數(shù)不平衡。增加初級繞組電阻：磁通不平衡時，伏秒數(shù)較大的初級半繞組流過較大的峰值電流，使繞組電阻壓降增大，降低該初級半繞組的伏秒數(shù)，恢復(fù)電流平衡。所加電阻可串接在開關(guān)管任一端。匹配功率開關(guān)管：開關(guān)管存儲時間和導(dǎo)通壓降相等。開關(guān)管參數(shù)匹配。使用MOSFET功率開關(guān)管：導(dǎo)通壓降隨溫度升高而增加。使用電流模式拓撲：最佳方法是使用改進的雙管推挽拓撲，電流模式拓撲。其基于逐個脈沖監(jiān)視每個推挽開關(guān)管的電流，強制每個交替脈沖的幅值相等，從而解決磁通不平衡問題。2.2.8磁通不平衡的解決方法磁芯加氣隙：當磁芯偏離到852.2.9功率變壓器設(shè)計確定了總輸出功率，變壓器設(shè)計先從選擇磁芯開始，磁芯的有效輸出功率根據(jù)工作頻率、最大工作磁通密度、磁芯面積Ae、窗口面積Ab及各繞組電流密度確定。選擇原則是通過迭代運算盡量減小變壓器尺寸和減少溫升。磁芯框架繞線的合理順序?qū)τ诟纳评@組間的耦合，減少集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)造成的銅耗是十分重要的。2.2.9功率變壓器設(shè)計確定了總輸出功率，變壓器設(shè)計先862.2.9.2開關(guān)管最大導(dǎo)通時間當Vdc下降時，變換器會通過增加導(dǎo)通時間Ton來維持輸出電壓Vm恒定。當直流輸入電壓下降到最小值Vdcmin，導(dǎo)通時間Ton最大。不過最大導(dǎo)通時間不能超過開關(guān)周期的一半，否則，復(fù)位伏秒數(shù)將小于置位伏秒數(shù)。磁芯將飽和。由于雙極性晶體管有存儲時間，故基極驅(qū)動時間一定要小于半個周期。否則，集射極導(dǎo)通時間與另一個開關(guān)管導(dǎo)通時間重疊。采取箝位電路以限制導(dǎo)通時間不超過半周期的80%。2.2.9.2開關(guān)管最大導(dǎo)通時間當Vdc下降時，變換器872.2.9.3初級匝數(shù)的選擇根據(jù)法拉第定律，初級匝數(shù)Np由初級上的最小電壓（Vdcmin-1)和最大導(dǎo)通時間確定。式中，Ae為已選擇的磁芯面積，Vdc和T為已知，故只要選定dB（0.8T/2時間內(nèi)的磁通變化），就可以確定初級匝數(shù)。初級匝數(shù)與磁通變化量dB成反比，一般盡量取最大的dB而使Np最小。較少的匝數(shù)意味著可用較大規(guī)格的導(dǎo)線，則給定的磁芯可承受較大的電流并獲得較大的輸出，可以降低變壓器成本和雜散寄生電容。即使磁芯損耗允許，也最好把最大磁密限制在±1600G內(nèi)。2.2.9.3初級匝數(shù)的選擇根據(jù)法拉第定律，初級匝數(shù)N882.2.10初次級繞組電流直流輸入電源Vdc電流可以從變壓器中心抽頭檢測。所有次級階梯斜坡電流以各自匝比折算到初級，再加上勵磁電流就是初級電流。直流輸入電壓為最小值Vdcmin，開關(guān)管導(dǎo)通時間為半周期的80%，假設(shè)電流脈沖等效為平頂波，其幅值Ipft為斜坡中點處的電流值。假設(shè)效率為80%，則Pin=1.25Po=Vdcmin×0.8IpftIpft=1.56Po/Vdcmin2.2.10初次級繞組電流直流輸入電源Vdc電流可以從892.2.10.2初級電流有效值每個初級半繞組每周期僅承擔(dān)一個Ipft脈沖，故其占空比為(0.8T/2)/T，即0.4。對于占空比為D，幅值為Ipft的平頂波脈沖，其有效值為：根據(jù)已知的輸出功率和規(guī)定的最小直流輸入電壓，即可求出每個初級半繞組的電流有效值。2.2.10.2初級電流有效值每個初級半繞組每周期僅承902.2.11開關(guān)管的電壓應(yīng)力及漏感尖峰由于兩個初級半繞組的匝數(shù)相等，所以任一個開關(guān)管導(dǎo)通時，另一個開關(guān)管的集電極將承受至少兩倍的直流電源電壓。最大電壓應(yīng)力為最大直流電源電壓的兩倍加上漏感尖峰。關(guān)斷瞬間，開關(guān)管流過的電流以斜率di/dt快速下降，產(chǎn)生以漏感底端為正，幅值為Els=Lldi/dt的尖峰。設(shè)計慣例是假設(shè)漏感尖峰為兩倍最大直流輸入電壓的30%來選擇開關(guān)管。開關(guān)管承受最大電壓應(yīng)力為：2.2.11開關(guān)管的電壓應(yīng)力及漏感尖峰由于兩個初級半繞912.2.11開關(guān)管的電壓應(yīng)力及漏感尖峰漏感的產(chǎn)生是由于某些初級（次級）磁通沒有通過磁芯耦合到次級（初級），而是通過空氣閉合返回到初級（次級）。使用長中心柱變壓器磁芯，把次級夾在兩個初級半繞組之間，可以使漏感減小。在開關(guān)管集電極兩端接入RCD緩沖網(wǎng)絡(luò)，可以減小漏感尖峰。同時減少開關(guān)管下降電流與集電極上升電壓之間重疊而產(chǎn)生的交流開關(guān)損耗。2.2.11開關(guān)管的電壓應(yīng)力及漏感尖峰漏感的產(chǎn)生是由于922.2.12功率開關(guān)管損耗設(shè)上升時間和下降時間都等于Ts，開關(guān)周期為T則開關(guān)管在一個周期內(nèi)總開關(guān)損耗為：2.2.12功率開關(guān)管損耗設(shè)上升時間和下降時間都等于T932.2.12.2功率開關(guān)管直流導(dǎo)通損耗簡單的說，每個開關(guān)管最大直流損耗是其導(dǎo)通壓降、導(dǎo)通電流及占空比的乘積。即：則每個開關(guān)管的總損耗為：2.2.12.2功率開關(guān)管直流導(dǎo)通損耗簡單的說，每個開942.2.14.1輸出電感的設(shè)計主輸出和從輸出的輸出電感都不允許進入不連續(xù)工作模式。而選取Ns，使Vdc及相應(yīng)Vi最小時Ton為0.8T/2，于是如果最小電流Idcmin規(guī)定為額定電流Io的1/10，則2.2.14.1輸出電感的設(shè)計主輸出和從輸出的輸出電感952.2.14.2輸出電容的設(shè)計輸出電容Co的選擇應(yīng)滿足最大輸出紋波電壓的要求，輸出紋波幾乎完全由濾波電容的ESR（等效串聯(lián)電阻Ro）的大小決定，而不是由電容本身的大小決定，紋波電壓峰峰值Vr為式中，dI是所選的電感電流紋波的峰峰值。對于鋁電解電容，在很大容值及額定電壓范圍內(nèi)，其RoCo的乘積基本不變，范圍是50×10-6～80×10-6。故Co為2.2.14.2輸出電容的設(shè)計輸出電容Co的選擇應(yīng)滿足962.3.1正激變換器基本工作原理這種拓撲是由推挽拓撲派生出來的。且沒有磁通不平衡的缺點，因為正激變換器只有一個開關(guān)管，同推挽電路相比，正激電路更加經(jīng)濟且體積較小。同推挽一樣，討論的電路也有一個主輸出Vom，兩個從輸出Vs1、Vs2。主輸出接入負反饋，根據(jù)輸入及負載變化控制Q1的導(dǎo)通時間以保持Vom恒定。當導(dǎo)通時間由反饋環(huán)固定后，從輸出在輸入電壓變化的情況下也能保持恒定，但當它們自身或主輸出負載變化時，從輸出只能相對的保持恒定（誤差約5%---8%）。2.3.1正激變換器基本工作原理這種拓撲是由推挽拓撲派972.3.1正激變換器基本工作原理在正激變換器中，推挽電路的一個開關(guān)管已被二極管D1所取代。當Q1導(dǎo)通時，初級繞組Np及所有次級繞組的同名端相對于異名端為正。電流及能量流入Np的同名端。所有整流二極管正向偏置，電流和能量從所有次級繞組的同名端流出到LC濾波器和負載。2.3.1正激變換器基本工作原理在正激變換器中，推挽電982.3.1正激變換器基本工作原理推挽及buck調(diào)整器均為能量在開關(guān)管Q1導(dǎo)通時流入負載的，故都屬于正激變換器。相反，boost調(diào)整器以及反激變換器，是在開關(guān)管導(dǎo)通時將能量存儲于電感或變壓器初級，然后在開關(guān)管關(guān)斷時將能量傳遞給負載。這些能量存儲類拓撲可運行在不連續(xù)或連續(xù)模式，與正激拓撲有根本的不同。2.3.1正激變換器基本工作原理推挽及buck調(diào)整器均992.3.1正激變換器基本工作原理Q1導(dǎo)通期間（Ton），主輸出整流管陰極的電壓很高，設(shè)Q1導(dǎo)通壓降為1V，整流管正向壓降為VD2，則該高電壓Vomr為當Q1關(guān)斷時，存儲于T1的電流使Np的電壓反向。此時所有初次級繞組的同名端相對于異名端變負。如果沒有D1箝位，Nr同名端電壓將很負，因為Np和Nr匝數(shù)相等，故Np異名端上的正電壓變得很大，使Q1雪崩擊穿而損壞。Nr同名端電壓被D1箝位于比地電位低一個二極管壓降，若T1無漏感，則Np上電壓與Nr相等，忽略D1正向壓降，則Np和Nr上電壓均為Vdc，Q1集電極電壓為2Vdc。2.3.1正激變換器基本工作原理Q1導(dǎo)通期間（Ton）1002.3.1正激變換器基本工作原理Q1關(guān)斷時，當勵磁電感電流使Np的電壓反向，且其異名端電壓（2Vdc）持續(xù)的時間足以使其復(fù)位伏秒數(shù)與置位伏秒數(shù)相等，則磁芯能回到其磁滯回線的起始位置，