开关电源基础与应用(第二版)(辛伊波)6-10章 (5)
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开关电源基础与应用 第10章PPT课件
第10章 提高电源质量的新技术 10.2.2 多重级联变换器的结构
对于N重相同的H桥臂串联的级联型变换器，若能输出 M个电平，则该变换器称为N重M电平级联型逆变器，其中， M=2N+1。由此可知，由两个级联单元组成的级联型逆变器， 可输出 +2E、E、0、－E、－2E五种电平，由H型全桥逆变 电路作为功率单元级联而成。例如图10-5就是一个三重七电 平级联型逆变器，此种拓扑结构的特点是：
第10章 提高电源质量的新技术
第10章 提高电源质量的新技术
10.1 交错并联技术 10.2 多重变换在电源中的应用 10.3 多电平变换器的控制方法
第10章 提高电源质量的新技术
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第10章 提高电源质量的新技术
10.2 多重变换在电源中的应用
10.2.1 多重变换器技术的优点 1．技术优势 级联型逆变器具有以下优势： (1) 多种输出电平改善输出波形和控制效果。 (2) 低的du /dt和较低的开关损耗降低了对开关器件的要
求，使中等功率的开关器件可用于高电压场合。 (3) 降低了输入电流的谐波，减小了对环境的污染。 (4) 用于三相感应电动机驱动时，可以减小或消除中性
第10章 提高电源质量的新技术
10.1 交错并联技术
10.1.1 交错并联结构 交错运行属于并联运行方式，若N个模块并联交错运行，
要求各模块同频率运行，开关导通时刻依次滞后1/N个开关 周期。这种方式具有并联运行变换器的多种优点，输出电流、 电压纹波峰值大为减小，从而减小所需的滤波电感值以及整 个变换器的尺寸，提高变换器的功率密度。下面以图10-1所 示的N只Buck变换器并联组成的电源系统为例进行 分析。
开关电源基础与应用第5章
第5章 开关变换电路
图5-23 带有自激振荡系统的IR2151×内部电路框图
第5章 开关变换电路
IR215×系列集成电路的RT、 CT端接入充电电阻和定时 电容，即可设定固定振荡频率。其频率与R、 C值的关系为
f
1
1.38(R75)C
(5-11)
式中, 75 Ω为输出阻抗，R的单位为kΩ，C的单位为μF，f的单
5.2.1 半桥开关降压电路
图5-7为无工频变压器的半桥开关降压电路。图中TC1、 TC2和VT1、 VT2组成半桥开关变换电路，将输入整流后约 310 V直流高压由开关电路变成双向矩形波，通过降压比的 方式输出，经整流滤波获得与输入隔离的低压直流电。
第5章 开关变换电路 图5-7 半桥开关降压电路
12
IC1
的两组输出脉冲以相反的顺序输入IC3 12 、 ⑩脚。因此，
IC3的高端驱动输出波形B和IC2的低端驱动输出脉冲同时出
现，形成VT1、 VT4和VT3、 VT2同时导通或截止。两只
IR2112组成的全桥电路由器件和少数元件组成，其对称性完
全由IR2112的性能保证，实现了全桥开关电路的批量规模生
第5章 开关变换电路
第5章 开关变换电路
5.2 半桥变换器的应用 5.4 谐振式开关电源
第5章 开关变换电路
5.2 半桥变换器的应用
半桥开关变换电路如图5-4所示。
当滤波电感L的电流连续时，输出电压的计算公式为
Uo N2 TON Ui N1 T
(5-3)
图5-4 半桥开关变换电路原理图
第5章 开关变换电路
第5章 开关变换电路
图5-27 自激变换器电路
第5章 开关变换电路
2. DC/DC变换器 图5-28所示电路为典型的DC/DC变换器电路。利用直 流变换器可以向负载提供较高的供电电压，但大功率DC变 换器到蓄电池供电端必须采用3～5 mm粗铜条连接，同时 要把变换器屏蔽起来，以防止其干扰功放。DC/DC变换器 分为有稳压功能的直流开关电源和无稳压功能的单纯直流 变换器两种。无论采用何种变换器，都要求对功放的干扰 必须控制在－70～－40 dB之内。质量越高的功放要求变换 器的干扰越小，同时对变换器电磁屏蔽要求较高。为了减 小变换器对功放的干扰，一般将变换器放在距蓄电池较近 的地方，以利于用较大截面积的铜条连接变换器，也便于 连接变换器输出的高电压小电流至功放。
开关电源学习书籍推荐
开关电源学习书籍推荐(总3页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除《开关电源入门》,图灵出版的和美国半导体总工写的.《开关电源设计与优化》写的不适合初学者1、《开关电源指南》第2版,浙江大学徐德鸿翻译的,也有可能是他的学生翻译,他署名出版而已.说实话,翻译水平很烂,错误相当多,但里面很多内容,相当不错,很适合入门.英文水平高的,可以看英文原版.2、《开关电源设计》第2版,华南理工大学王志强翻译的,挺厚的,黑白相间的书皮,也不错.3、《电力电子系统建模》浙大徐德鸿翻译,《开关变换器的建模与控制》, 张卫平着. 这两本书,详细讲解了开关电源的建模方式和环路补偿,怎么调整电源环路的稳态性能和暂态性能.这两本书看懂了,做电源,我个人觉得,理论水平已经达到一定高度了.4、《直流开关电源的软开关技术》和《全桥移相软开关技术》,南航阮新波的博士论文,整理后出版的两本书,国内凡是写软开关的书,大部分都是照抄它们或者无一不参考它们.其中后一本书已经绝版了,市场上已经买不到,淘宝网上有复印版本卖,大概45元,质量很不错的.5、《开关电源磁性元器件》,赵修科着.磁性器件,可以说是开关电源的心脏,不懂磁,想做好电源,那是不可能的.这本书对磁的理解深刻而全面.6、control loop cookbook 德州仪器的技术资料,作者就是提出着名右半平面零点概念的那个人,相当的好.其他的书嘛,就是大学教材,模拟电路和经典控制理论,一定是要读通掌握才行.总的来说,软开关,就看阮新波足够;环路方面,主要还是看外国人写的;磁和变压器方面,主要看赵修科和台湾人写的.仿真软件还是要掌握一些的.1、orcad pspice适合做电路元件级级仿真,仿模拟电路和开关电源小信号模型,效果相当好.2、saber适合做系统级仿真,特别适合开关电源这种含有脉冲式信号的电路,模型库参数全,仿真精度高,尤其是强大的仿真结果后续处理能力,是我用过的仿真软件中,功能最强大的一款.不过,在国内普及程度,没有pspice高,一套正版8万美元,比尔盖茨都要眼红的.3、matlab,掌握控制系统工具库就可以了,大概100左右个函数工具.开关电源的建模,零极点的补偿效果,只有用传递函数的形式在matlab中表达出来,才最清晰.经典控制理轮的时域分析、根轨迹分析与补偿法、频域分析法与补偿,matlab可以把它们直观而且准确的演示出来.由于教育的问题，独立思考的学生很少，新人都是很茫然的，面对专业都无从下手，看书也没有头脑。
开关电源基础知识学习资料PPT课件
开关电源基础ห้องสมุดไป่ตู้识培训资料
工程技术研发中心 何爱平 2010.5.12
目录
一、开关电源的基本概念 二、开关电源最常用的三种拓朴电路 三、典型反激式开关电源的电路分析 四、开关的电源的工程设计 五、开关电源常见的故障分析 六、有关开关电源的概念问题 七、开关电源的发展方向
2020/11/13
开关电源的基本概念1--什么是开关电源
电气照明是建筑电气技术的基本内容是保证建筑物发挥基本功能的必要条件合理的照明对提高工作效率保证安全生产和保护视力都具有重要的意义2020103工程技术研发中心何爱平2010512目录一开关电源的基本概念二开关电源最常用的三种拓朴电路三典型反激式开关电源的电路分析四开关的电源的工程设计五开关电源常见的故障分析六有关开关电源的概念问题七开关电源的发展方向电气照明是建筑电气技术的基本内容是保证建筑物发挥基本功能的必要条件合理的照明对提高工作效率保证安全生产和保护视力都具有重要的意义2020103开关电源的基本概念1什么是开关电源什么是开关电源
我们公司常用的是AC/DC开关电源，都是离线反激式，2W~120W，有Adapter也有 内置式。都由以下几部分组成：输入滤波器、整流、逆变器、输出整流器及输出滤 波电路，控制电路保护电路等。
2020/11/13
开关电源基本概念2--线性电源PK开关电源
线性电源： 优点：线性电源将交流电先经工频变压器变压、再整流滤波，线性调 整电路使输出稳定度很高、纹波很小，基本无干扰及噪声，技术成熟， 在一定功率范围内有成本优势； 缺点：调整管工作在线性状态，调整管上的压差，导致损耗大，效率 低，35~60%，很难满足能效指令；体积大笨重；当电源功率达到一 定程度（10~15W）时，其与开关电源相比已无成本优势；输入电压 范围受限，只能用在降压条件下。
工程技术研发中心 何爱平 2010.5.12
目录
一、开关电源的基本概念 二、开关电源最常用的三种拓朴电路 三、典型反激式开关电源的电路分析 四、开关的电源的工程设计 五、开关电源常见的故障分析 六、有关开关电源的概念问题 七、开关电源的发展方向
2020/11/13
开关电源的基本概念1--什么是开关电源
电气照明是建筑电气技术的基本内容是保证建筑物发挥基本功能的必要条件合理的照明对提高工作效率保证安全生产和保护视力都具有重要的意义2020103工程技术研发中心何爱平2010512目录一开关电源的基本概念二开关电源最常用的三种拓朴电路三典型反激式开关电源的电路分析四开关的电源的工程设计五开关电源常见的故障分析六有关开关电源的概念问题七开关电源的发展方向电气照明是建筑电气技术的基本内容是保证建筑物发挥基本功能的必要条件合理的照明对提高工作效率保证安全生产和保护视力都具有重要的意义2020103开关电源的基本概念1什么是开关电源什么是开关电源
我们公司常用的是AC/DC开关电源，都是离线反激式，2W~120W，有Adapter也有 内置式。都由以下几部分组成：输入滤波器、整流、逆变器、输出整流器及输出滤 波电路，控制电路保护电路等。
2020/11/13
开关电源基本概念2--线性电源PK开关电源
线性电源： 优点：线性电源将交流电先经工频变压器变压、再整流滤波，线性调 整电路使输出稳定度很高、纹波很小，基本无干扰及噪声，技术成熟， 在一定功率范围内有成本优势； 缺点：调整管工作在线性状态，调整管上的压差，导致损耗大，效率 低，35~60%，很难满足能效指令；体积大笨重；当电源功率达到一 定程度（10~15W）时，其与开关电源相比已无成本优势；输入电压 范围受限，只能用在降压条件下。
精品课件-开关电源基础与应用(第二版)(辛伊波)-第3章
第3章 它激式开关电源 图3-1 MC1394内部结构图
第3章 它激式开关电源
5脚：高电平保护输入端，如此脚输入等于VCC的高电平， 则通过内部闭锁电路关断驱动脉冲输出，开关电源呈保护性停 机。5脚可作为过电压保护，因保护阈值太高，若用于过流保 护，需外设过流检测放大器。
7脚：PWM驱动脉冲输出端，内设射随器输出正向脉冲， 可驱动NPN型开关管。由于驱动功率较小，脉冲电压幅度较低， 开关管需设置前级驱动放大器。
第3章 它激式开关电源
(6) 过流检测输入端可对逐个脉冲进行控制，直接控制 每个周期的脉宽，使输出电压调整率达到0.01%/V。如果3脚 电压大于1 V或1脚电压小于1 V，PWM比较器输出高电平使锁 存器复位，直到下一个脉冲到来时才重新置位。利用1脚和3脚 的电平关系，在外电路控制锁存器的开/闭，使锁存器每个周 期只输出一次触发脉冲。因此，电路的抗干扰性极强，开关管 不会误触发，提高了可靠性。
第3章 它激式开关电源
(4) 电流取样比较器：3脚ISENSE用于检测开关管电流， 当UISENSE > 1 V时，关闭输出脉冲，迫使开关管关断，达到过 流保护的目的。
(5) 欠压锁定电路UVLO：开通阈值16 V，关闭阈值10 V， 具有滞回特性。
(6) PWM锁存电路：保证每一个控制脉冲作用不超过一个 脉冲周期，即所谓逐脉冲控制。另外，VCC与GND之间的稳压管 用于保护，防止器件损坏。
第3章 它激式开关电源
2．充电原理 用MC712构成的锂电池充电电路如图3-6所示。电路中，C1 为输入端滤波电容；R1是限流电阻，可以控制充电电流；C2为 1 μF；C3是0.1 μF补偿电容；VT为PNP功率管，其参数为： UCBO=80 50 V的硅整流管；R5为检测电阻，R5用来设定快速充电 电流Ifast的值，当Ifast = 1 A时，R5为0.25 Ω；RT1、RT2为负 温度系数的热敏电阻。该电路在快速充电、涓流充电时的充电 电流分别为1 A、1/16 A。
《开关电源基础教程》课件
开关电源的工作流程
01
输入电路将交流电转换 为直流电。
02
通过开关管的控制，将 直流电输入变压器进行 电压转换。
03
通过输出电路的滤波和 稳定，输出稳定的直流 电。
04
控制电路监测电源的工 作状态，根据需要调整 开关管的通断。
开关电源的波形分析
01
02
03
04
输入波形
分析输入电压和电流的波形， 了解其是否满足开关电源的要
THANKS
感谢观看
详细描述
开关电源是一种将电能进行转换的设备，通过控制开关管开通和关断的时间比率 ，将输入的直流电压转换成特定的输出电压或电流。开关电源的核心是开关管， 通过控制其开通和关断的时间比率，实现电能的转换。
开关电源的特点
总结词
开关电源具有效率高、体积小、重量轻、动态性能好等特点。
详细描述
开关电源的效率一般在80%以上，甚至可以达到90%以上，相比传统的线性电源，具有更高的能源利用效率。由 于开关电源的开关管工作在高频率，使得其体积和重量相对较小，有利于设备的紧凑设计和轻量化。此外，开关 电源的动态性能较好，能够快速响应负载的变化，维持稳定的输出电压或电流。
高频化与小型化
随着技术的进步，开关电源正朝 着更高频率和更小体积的方向发 展，以满足便携式设备和穿戴设
备等新兴市场的需求。
智能化与网络化
智能化和网络化技术使得开关电源 具备远程监控、故障诊断和自动调 整等功能，提高了电源的管理效率 和可靠性。
绿色环保
随着环保意识的提高，低噪声、低 辐射、低能耗的绿色开关电源成为 未来的发展趋势，有助于减少对环 境的负面影响。
开关电源的应用前景
电动汽车与充电设施
开关电源基础与应用(第二版)课件：多电平直流变换
多电平直流变换 图8-5 阶梯波调制
多电平直流变换 在阶梯波调制中，可以通过选择每一个电平持续时间的 长短来实现低次谐波的消除。消除k次谐波的方法是使电压 系数bk=0，此方法的本质是对参考电压的模拟信号作量化逼 近。此方法调制比变化范围宽而且算法简单，硬件电路实现 方便。不足之处是这种方法输出波形的谐波含量高。2m+1 次的多电平阶梯波调制的输出电压波形的傅里叶分析如下：
多电平直流变换 1．阶梯波PWM调制 阶梯波PWM法利用输出电压阶梯电平台阶来逼近模拟 电压参考信号，典型的阶梯波调制的参考电压和输出电压如 图8-5所示。这种方法对功率器件的开关频率要求不高，可 以用低开关频率的大功率器件如GTO实现。该方法的缺点 是，开关频率较低使得输出电压谐波含量较大，波形质量差， 不适用于对电压质量要求较高的负载。
多电平直流变换
多电平直流变换
8.1 多电平变换的基本原理 8.2 单管直流变换器三电平拓扑变换 8.3 推挽变换器三电平拓扑变换 8.4 全桥直流变换器的三电平拓扑变换 8.5 三电平直流变换器的控制方法
多电平直流变换
8.1 多电平变换的基本原理
8.1.1 多电平变换器的特点 现有的电力电子开关器件无法满足其功率与开关频率之
要(n－1)/2个独立电源，2(n－1)个主开关器件。
多电平直流变换 图8-4 单相独立直流电源级联逆变器电路
多电平直流变换
该结构中若两个电源的电压存在Uin2=2Uin1的关系，则 将有七种输出电位：0、±Uin1、±2Uin1和 ±3Uin1。若两个 电源的电压成Uin2=3Uin1的关系，则将有9种输出电位：0、 ±Uin1、±2Uin1、±3Uin1和 ±4Uin1。由于器件的耐压有限， 所以串联级数不能无限增加，实际系统的级联数目一般不超 过3。
开关电源基础与应用第二版课后习题答案
开关电源基础与应用第二版课后习题答案一、选择题：1.现代通信设备常用的几种供电电压为BC。
A.士12VB.+24VC.-48VD.士15V2.用万用表的二极管档静态测量N沟道MOSFET，当测到BC时，则可断定该管子坏了。
A.S-D导通B. D-S导通C.S-D不通D.D-S不通3.能判断交流接触器已坏的方法有ABCDA.在断电时，用手按不动接触器的活动部件，则接触器坏;B.接触器发出烧焦的糊味，则接触器坏;C.测线包电阻,发现电阻很大(远大于200欧姆〉;D.加电后，在线包上测到有吸合电压飞i00V以上)，但仍不吸合，则接触器坏;E.电源系统上电后，接触器仍不吸合，则接触器坏。
4.交流接触器的常闭触点是指AA.不加电时触点闭合B.加电时触点闭合C.正常时触点闭合D.市电正常时触点闭合5.常开直流接触器B。
A.不加电时触点闭合B.加电时触点闭合C.正常时触点闭合D.异常时触点闭合6.熔断器的作用有ABA.过流保护B.短路保护C.过压保护D.欠压保护7.空气开关起ABD作用。
A.过流保护B.短路保护C.过压保护D.开关8.分流器的作用是BA.分配电流B.检测电流C.检测电压D.分解电流9. EMI滤波器的作用有ABDA.抑制电网的电磁干扰;B.防止开关电源本身产生的电磁干扰污染电网;C.提高功率因数;D.保证电源系统的电磁兼容性。
10.通信电源都具备以下保护功能ABCDA.输入过、欠压保护B.输出过压保护C.输出短路保护。
D.过温保护E.电池欠压保护11.整流模块保护关机(如：输入过压时,自动关机儿是通过B实现的。
A.关交流电B.关PWM脉冲C.关直流输出D.拉低基准到0V12.一台通信电源包含ABCD这几个部分。
A.交流配电﹐B.直流配电﹐C.整流模块D.监控模块E.监控后台13.监控模块的作用是ABCDA.监测交、直流配电及整流模块的工作状态;B.管理电池;C.故障告警;D.故障诊断14.与相控电源相比，开关电源ABCA.体积小B.重量轻C.无可闻噪声(风扇除外〉D.功率大15.采用IGBT作为开关管的安圣整流模块有BCEA.HD4820B.HD4820-5C.HD4830D. HD4850E.HD4850-2二、是非判断题：1．用万用表的二极管档静态测量N沟道MOSFET，当测到S-D不导通时，则可断定该管子坏了。
《开关电源基础》课件
绿色环保
环保意识的提高促使开关电 源向更加绿色、环保的方向 发展，如采用高频化技术减 少电磁干扰和散热噪声等。
开关电源的应用前景展望
电动汽车与充电设施 随着电动汽车市场的不断扩大， 开关电源在充电设施领域的应用 将更加广泛，要求更高效率、更 安全可靠。
工业自动化与智能制造 工业自动化和智能制造领域对开 关电源的需求持续增长，要求其 具备高效、可靠、安全等特点。
开关电源的特点
总结词
高效率、高可靠性、体积小、重量轻
详细描述
开关电源具有高效率、高可靠性、体积小、重量轻等优点，在电子设备中广泛应 用。
开关电源的应用
总结词
计算机、通信、工业控制等领域
详细描述
开关电源在计算机、通信、工业控制等领域得到广泛应用，为各种电子设备提供稳定的电能供应。
02
开关电源的工作原理
冗余设计
采用并联、备份等冗余措施，提高电源的可用性和可靠性。
电磁兼容性设计
优化电路布局和元件选型，降低电磁干扰和噪声，提高电源的电 磁兼容性。
环境适应性设计
考虑电源在不同环境下的适应性，如温度、湿度、振动等，提高 电源的环境适应性。
05
开关电源的测试与调试
开关电源的测试项目
输入电压范围测试
检查开关电源在输入电压范围内的正 常工作情况，确保电源在各种电压条 件下都能稳定运行。
故障率。
开关电源的优化方法
最优控制策略
采用先进的控制算法，如PID、模糊控制等，实现快速响应、高精 度调节和高效运行。
元件选择与匹配
根据电路需求选择合适的元件类型和规格，优化元件参数匹配，降 低内阻和损耗。
热设计优化
合理设计散热结构和散热器，降低电源温升，提高元件寿命和电源 可靠性。
开关电源基础与应用 第1章
1.1.1 开关电源工作原理 开关电源的工作原理可以用图1-1进行说明。图中输入
的直流不稳定电压Ui经开关S加至输入端，S为受控开关， 是一个受开关脉冲控制的开关调整管。开关S按要求改变导 通或断开时间，就能把输入的直流电压Ui变成矩形脉冲电压。 这个脉冲电压经滤波电路进行平滑滤波就可得到稳定的直流 输出电压Uo。
第1章 开关电源基本原理
第1章 开关电源基本原理
1.1 开关电源的组成与工作原理 1.2 开关电源主要类型 1.3 开关电源主要结构 1.4 开关电源辅助技术 1.5 开关器件的选择与驱动 1.6 整流电路 1.7 电源指标测试与电源管理 1.8 电磁兼容技术与噪声
第1章 开关电源基本原理
1.1 开关电源的组成与工作原理
I N1
Ui LN1
DT
(1-5)
式中：LN1表示变压器初级绕组N1的电感量；D表示脉冲占空比； T表示脉冲开关周期。
第1章 开关电源基本原理
图1-9 正激式开关电源电路
第1章 开关电源基本原理
正激式开关电源的特点是：当初级的功率开关管VT导 通时，电源输入端的能量由次级二极管VD1经输出电感L为 负载供电；功率开关管VT断开时，由续流二极管VD2继续为 负载供电，并由消磁绕组N3和消磁二极管VD3将初级绕组N1 的励磁能量回馈到电源输入端。
第1章 开关电源基本原理
1.2.3 输出取样方式
取样电路是电源反馈电路的重要部分，取样方式对系统
的稳定性有决定作用。取样方式是开关电源电路设计的重点
工作之一。
1．直接取样电路
图1-3为直接输出取样电路在开关电源中的应用实例。
光电耦合器中三极管集电极电流IC的大小与发光二极管电流 IF及光电耦合系数h成正比例关系，即
的直流不稳定电压Ui经开关S加至输入端，S为受控开关， 是一个受开关脉冲控制的开关调整管。开关S按要求改变导 通或断开时间，就能把输入的直流电压Ui变成矩形脉冲电压。 这个脉冲电压经滤波电路进行平滑滤波就可得到稳定的直流 输出电压Uo。
第1章 开关电源基本原理
第1章 开关电源基本原理
1.1 开关电源的组成与工作原理 1.2 开关电源主要类型 1.3 开关电源主要结构 1.4 开关电源辅助技术 1.5 开关器件的选择与驱动 1.6 整流电路 1.7 电源指标测试与电源管理 1.8 电磁兼容技术与噪声
第1章 开关电源基本原理
1.1 开关电源的组成与工作原理
I N1
Ui LN1
DT
(1-5)
式中：LN1表示变压器初级绕组N1的电感量；D表示脉冲占空比； T表示脉冲开关周期。
第1章 开关电源基本原理
图1-9 正激式开关电源电路
第1章 开关电源基本原理
正激式开关电源的特点是：当初级的功率开关管VT导 通时，电源输入端的能量由次级二极管VD1经输出电感L为 负载供电；功率开关管VT断开时，由续流二极管VD2继续为 负载供电，并由消磁绕组N3和消磁二极管VD3将初级绕组N1 的励磁能量回馈到电源输入端。
第1章 开关电源基本原理
1.2.3 输出取样方式
取样电路是电源反馈电路的重要部分，取样方式对系统
的稳定性有决定作用。取样方式是开关电源电路设计的重点
工作之一。
1．直接取样电路
图1-3为直接输出取样电路在开关电源中的应用实例。
光电耦合器中三极管集电极电流IC的大小与发光二极管电流 IF及光电耦合系数h成正比例关系，即
开关电源基础与应用 第2章
反馈脉冲有所控制。在待机状态开关电源近似空载，开关管
不会因反馈量过大产生过激励而增大损耗。
第2章
自激式开关电源
启动电路采用电容启动，利用C903的充电电流作为VT901
的启动电流，这种启动方式具有一定的保护作用。在启动过 程中，C903充满电荷后即无电流流过。此时若电源工作正常， 则在VT901截止期，续流二极管VD902导通，C903通过R904放 电。如果电源发生故障，则造成振荡电路停振，VD902始终 是截止的。因为C903的放电通路是 +B负载，其处于非工作 状态，所以负载等效电阻极大，C903放电时间常数增大。电 源故障排除后，开机前需将C903放电，电源才能启动。这种 保护也称为多次启动保护，在开关电源有故障时，只要一次 未启动，即无启动电流进入VT901基极电路，以免因多次启 动而损坏VT901。
VT901的集电极。R902、R903、R904和C903构成启动电路。300 V电
压正极经R902、R903和R904分压，得到约100 V电压对C903充电，其 充电电流作为启动脉冲送入VT901基极。电源启动后，VT901集电
极电流开始增大，此电流通过T901绕组①-②到负载，再回到300
V电压负极。在此过程中，T901绕组①-③感应的脉冲电压以正反 馈的形式加到VT901基极，使VT901快速饱和。
管相同，用于保护电路时，在G极和K极之间外电路加入R、
C，防止干扰脉冲造成晶闸管误触发。
第原理
第2章
自激式开关电源
自激式降压型开关电源的过流保护相当重要，因为自激
式负载短路保护功能不可能代替负载过流保护。实用中一旦 开关电源负载过流引起开关管击穿，将造成严重超压，使开 关电源和负载电路同时损坏。 最简单的过流保护可通过在电路中加入负载电流I0取样
开关电源原理与应用共70页
隔离变压器的必要性
反激型开关电源
反激变换器
反激变换器
反激电器结构特点
半桥型电源
半桥式电源特点（降低了开关管 电压要求）
全桥型电源
全桥式电源特点
推挽型电源
推挽电源特点
开关电源的控制原理
开关电源控制模式
电流控制模式的优点
电流控制模式的优点
电流峰值控制模式
电流平均值控制模式
PWM比较器原理
MOS管开关的驱动
MOS管驱动示意图
MOS管驱动示意图
MOS管驱动示意图
MOS管驱动示意图
MOS管驱动示意图
MOS管驱动示意图
MOS管驱动示意图
MOS管驱动示意图
早期开关电源对电网的污染
因开关电源输入端的整流滤波作用， 从电网进入的电流成为尖脉冲，在 电网中产生多次谐波，甚至在中线 中产生大电流，造成电网无功功率 的剧增。
MOS管优点:驱动功率小,开关速度快.
电感：储能、稳流
电容：储能、滤波
开关电源的过去、现在和未来
过去：用可控、晶体管作开关，开关速
度较低。
现在：用MOS管、IGBT作开关，出现
了PFC功率因数补偿电路，同步整流电 路，软开关电路。开关速度提高。
将来：高性能SiC器件开关，高频磁技
术，大电容技术。开关速度更快。
开关电源原理与应用
开关电源原理与应用
线性稳压电源的缺点
开关电源
定义：凡通过半导体器件作 为开关，实现电压形态的转 化的，即可称为电压转换器。 若同时具有电压稳定的闭环 控制功能和保护功能，即可 称为开关电源。
开关电源稳压原理概述
开关电源稳压原理（脉宽调整）
开关电源的主要元件
开关电源基础与应用第5章
第2章 大功率变换电路
第2章 大功率变换电路
第2章 大功率变换电路
第2章 大功率变换电路
第2章 大功率变换电路
第2章 大功率变换电路
自激推挽式变换器也有缺陷。首先是自激推挽式开关电路的
驱动脉冲是双向的。在图5-2中，当VT1导通期间，N3的感应脉冲 是以正脉冲形式加到VT1的基极，此时VT2处于截止状态，N4的 感应脉冲以负脉冲形式加到VT2基极。当开关管或脉冲变压器进 入饱和状态时，首先是正反馈脉冲减小，随βIB < IC而使正反馈脉 冲反相。由于双极型开关管有少数载流子的存储效应，IB的减小， 甚至IB = 0时，其IC不会立即截止，而正反馈脉冲的反相却可以使 另一只开关管立即导通，因此，在VT1、VT2交替过程中必然出现 两管同时瞬间导通。因两管集电极电流通过脉冲变压器形成反向
(1) 电流连续模式：当VT开通时，N2绕组中的电流尚未下 降到零。输出电压和输入电压关系见式(5-2)。
(2) 电流断续模式：VT开通前，N2绕组中的电流已下降到 零。输出电压高于计算值,并随负载减小而升高，在负载为零的 极限情况下, Uo→∞。因此反激电路不能工作于负载开路状态。
第2章 大功率变换电路
第2章 大功率变换电路 以上两个问题不仅使自激推挽式电路效率降低，同时也 不适宜作高压输入的变换器。很明显，自激推挽式开关电源 只能组成无稳压功能的变换器，而不能用于开关电源，因为 要同步控制两管的通断占空比，电路必然较复杂，且难以达 到完全对称地控制。此类变换器一般采用在输出端设置耗能 式稳压的方式。截至目前为止，推挽式、桥式变换器都采用 它激电路，以便于在驱动脉冲输出之前进行PWM控制。
US
1
N1 N2
Ui
(5-3)
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第10章 提高电源质量的新技术 第10章 提高电源质量的新技术
10.1 交错并联技术 10.2 多重变换在电源中的应用 10.3 多电平变换器的控制方法
第10章 提高电源质量的新技术 10.1 交错并联技术 10.1.1 交错并联结构 交错运行属于并联运行方式，若N个模块并联交错运行， 要求各模块同频率运行，开关导通时刻依次滞后1/N个开关周 期。这种方式具有并联运行变换器的多种优点，输出电流、电 压纹波峰值大为减小，从而减小所需的滤波电感值以及整个变 换器的尺寸，提高变换器的功率密度。下面以图10-1所示的N 只Buck变换器并联组成的电源系统为例进行 分析。
(4) t3～t4 时刻：VT4、VT5、VT6、VT7 导通，VT1、VT2、VT3、 VT8 关断，变压器 T1 次级绕组和变压器 T2 次级上端为零电位，iL4 上升，iL1、iL2、iL3 下降。
第10章 提高电源质量的新技术
此种并联DC/DC变换器遵循以下运行规则：电感以 L1→L3→L2→L4的顺序依次充电，其余电感处于放电状态。控 制开关时间不同，每个电感依次导通充电，时间保持一致；每 只电感电流经过移相叠加至输出电容Co，降低了输出电流纹波。
第10章 提高电源质量的新技术 图10-3 电路结构图
第10章 提高电源质量的新技术 图10-4 开关控制信号波形
第10章 提高电源质量的新技术
(1) 0～t1 时刻：VT1、VT6、VT7、VT8 导通，VT2、VT3、VT4、 VT5 关断，变压器 T1 次级下端和变压器 T2 次级为零电位，电感 电流 iL1 上升，iL2、iL3、iL4 下降。
第10章 提高电源质量的新技术
2．技术特点 除此之外，级联型逆变器还有自己独到的技术特点： (1) 其结构易于模块化和扩展。级联型逆变器是一种串联 结构，每个H桥臂结构相同，易于模块化生产。逆变器拆卸和 扩展都很方便，这是其他多电平逆变器所不具有的。 (2) 级联型逆变器每相某一输出电压存在多种级联单元的 状态组合。各级联单元的工作是完全独立的，其输出只影响输 出总电压，不会对其他级联单元造成影响。 (3) 便于实现软开关技术。通过对H桥加入谐振电感、电 容，采用适当的控制策略，比较容易实现软开关，从而可以去 除缓冲电路，减少散热装置的体积。 (4) 级联型逆变器是多电平逆变器中输出同样数量电平而 所需器件最少的一种。
由图10-3所示的两个交错并联结构组成的输出端，延长了 滤波电感L的放电时间。因充电时间不变，放电电流的斜率减 小，使得iL1、iL2、iL3、iL4相互抵消，减小了叠加电流纹波。 在同样的纹波电流指标条件下，可以减小滤波电感值，降低成 本。
第10章 提高电源质量的新技术 以上分析表明，采用交错并联DC/DC变换器结构具有以下 优点： (1) 交错并联控制方式与非交错并联的拓扑结构相比，次 级的开关频率仅为原来的1/2，开关损耗亦为原来的1/2。由于 变换器的开关损耗在总损耗中占很大比例，因此交错并联技术 极大地提高了变换器的整机效率。 (2) 在频率保持不变且输出纹波的峰-峰值不变的条件下， 能有效减小滤波电感值。
第10章 提高电源质量的新技术 10.2.2 多重级联变换器的结构
对于N重相同的H桥臂串联的级联型变换器，若能输出M个 电平，则该变换器称为N重M电平级联型逆变器，其中，M=2N+1。 由此可知，由两个级联单元组成的级联型逆变器，可输出 +2E、 E、0、－E、－2E五种电平，由H型全桥逆变电路作为功率单元 级联而成。例如图10-5就是一个三重七电平级联型逆变器，此 种拓扑结构的特点是：
(2) t1～t2 时刻：VT3、VT5、VT6、VT8 导通，VT1、VT2、VT4、 VT7 关断，变压器 T1 次级和变压器 T2 次级下端为零电位，iL3 上 升，iL1、iL2、iL4 下降。
(3) t2～t3 时刻：VT2、VT5、VT7、VT8 导通，VT1、VT3、VT4、 VT6 关断，变压器 T1 次级上端和变压器 T2 次级绕组为零电位，iL2 上升，iL1、iL3、iL4 下降。
第10章 提高电源质量的新技术 图10-1 N个Buck变换器并联组成的电源电路
第10章 提高电源质量的新技术
设图10-1电路工作于CCM(电流连续)模式，当Ti(i = 1， 2，…，N)管导通时，电感电流iLi上升，设占空比为D，电路 工作周期为T，则有
di Ui Uo L dt
得到
Iup
第10章 提高电源质量的新技术 图10-2 电流波形示意图
第10章 提高电源质量的新技术 10.1.2 设计方案
下面以图10-3交错并联(N = 2)的电路结构为例，通过分 析初级电路开关与次级电路开关控制信号的不同组合，了解电 路工作原理和开关控制方法，分析开关驱动信号(见图10-4)与 输出纹波电流波形之间的关系，了解如何实现减小输出电流纹 波的过程。
第10章 提高电源质量的新技术
10.2 多重变换在电源中的应用 10.2.1 多重变换器技术的优点
1．技术优势 级联型逆变器具有以下优势： (1) 多种输出电平改善输出波形和控制效果。 (2) 低的du /dt和较低的开关损耗降低了对开关器件的要 求，使中等功率的开关器件可用于高电压场合。 (3) 降低了输入电流的谐波，减小了对环境的污染。 (4) 用于三相感应电动机驱动时，可以减小或消除中性点 电平波动。 (5) 安全性更高，母线短路的危险性大大降低。
(10-5)
由图10-2电流波形示意图可见，对于N模块系统并联交错运
行在CCM模式时，有如下结论：
(1) 并联交错的模块数量越多，并联后总的电流纹波与单一
模块的纹波相比减小得越多，交错带来的效果越明显。
(2) 当占空比D接近于0或1时，降低纹波幅值的效果不明显；
当占空比在0.5附近时，降低纹波幅值的效果明显。
Ui
Uo L
DT
当Ti管关断时，电感电流iLi下降，则
Idown
Uo L
(1
D)T
(10-1)术
在一个工作周期中， Iup Idow，n 得出： Uo Ui D
单Buck电路模块电感电流的变化率表示为
(10-4)
Ii
Uo (1 D) f L
10.1 交错并联技术 10.2 多重变换在电源中的应用 10.3 多电平变换器的控制方法
第10章 提高电源质量的新技术 10.1 交错并联技术 10.1.1 交错并联结构 交错运行属于并联运行方式，若N个模块并联交错运行， 要求各模块同频率运行，开关导通时刻依次滞后1/N个开关周 期。这种方式具有并联运行变换器的多种优点，输出电流、电 压纹波峰值大为减小，从而减小所需的滤波电感值以及整个变 换器的尺寸，提高变换器的功率密度。下面以图10-1所示的N 只Buck变换器并联组成的电源系统为例进行 分析。
(4) t3～t4 时刻：VT4、VT5、VT6、VT7 导通，VT1、VT2、VT3、 VT8 关断，变压器 T1 次级绕组和变压器 T2 次级上端为零电位，iL4 上升，iL1、iL2、iL3 下降。
第10章 提高电源质量的新技术
此种并联DC/DC变换器遵循以下运行规则：电感以 L1→L3→L2→L4的顺序依次充电，其余电感处于放电状态。控 制开关时间不同，每个电感依次导通充电，时间保持一致；每 只电感电流经过移相叠加至输出电容Co，降低了输出电流纹波。
第10章 提高电源质量的新技术 图10-3 电路结构图
第10章 提高电源质量的新技术 图10-4 开关控制信号波形
第10章 提高电源质量的新技术
(1) 0～t1 时刻：VT1、VT6、VT7、VT8 导通，VT2、VT3、VT4、 VT5 关断，变压器 T1 次级下端和变压器 T2 次级为零电位，电感 电流 iL1 上升，iL2、iL3、iL4 下降。
第10章 提高电源质量的新技术
2．技术特点 除此之外，级联型逆变器还有自己独到的技术特点： (1) 其结构易于模块化和扩展。级联型逆变器是一种串联 结构，每个H桥臂结构相同，易于模块化生产。逆变器拆卸和 扩展都很方便，这是其他多电平逆变器所不具有的。 (2) 级联型逆变器每相某一输出电压存在多种级联单元的 状态组合。各级联单元的工作是完全独立的，其输出只影响输 出总电压，不会对其他级联单元造成影响。 (3) 便于实现软开关技术。通过对H桥加入谐振电感、电 容，采用适当的控制策略，比较容易实现软开关，从而可以去 除缓冲电路，减少散热装置的体积。 (4) 级联型逆变器是多电平逆变器中输出同样数量电平而 所需器件最少的一种。
由图10-3所示的两个交错并联结构组成的输出端，延长了 滤波电感L的放电时间。因充电时间不变，放电电流的斜率减 小，使得iL1、iL2、iL3、iL4相互抵消，减小了叠加电流纹波。 在同样的纹波电流指标条件下，可以减小滤波电感值，降低成 本。
第10章 提高电源质量的新技术 以上分析表明，采用交错并联DC/DC变换器结构具有以下 优点： (1) 交错并联控制方式与非交错并联的拓扑结构相比，次 级的开关频率仅为原来的1/2，开关损耗亦为原来的1/2。由于 变换器的开关损耗在总损耗中占很大比例，因此交错并联技术 极大地提高了变换器的整机效率。 (2) 在频率保持不变且输出纹波的峰-峰值不变的条件下， 能有效减小滤波电感值。
第10章 提高电源质量的新技术 10.2.2 多重级联变换器的结构
对于N重相同的H桥臂串联的级联型变换器，若能输出M个 电平，则该变换器称为N重M电平级联型逆变器，其中，M=2N+1。 由此可知，由两个级联单元组成的级联型逆变器，可输出 +2E、 E、0、－E、－2E五种电平，由H型全桥逆变电路作为功率单元 级联而成。例如图10-5就是一个三重七电平级联型逆变器，此 种拓扑结构的特点是：
(2) t1～t2 时刻：VT3、VT5、VT6、VT8 导通，VT1、VT2、VT4、 VT7 关断，变压器 T1 次级和变压器 T2 次级下端为零电位，iL3 上 升，iL1、iL2、iL4 下降。
(3) t2～t3 时刻：VT2、VT5、VT7、VT8 导通，VT1、VT3、VT4、 VT6 关断，变压器 T1 次级上端和变压器 T2 次级绕组为零电位，iL2 上升，iL1、iL3、iL4 下降。
第10章 提高电源质量的新技术 图10-1 N个Buck变换器并联组成的电源电路
第10章 提高电源质量的新技术
设图10-1电路工作于CCM(电流连续)模式，当Ti(i = 1， 2，…，N)管导通时，电感电流iLi上升，设占空比为D，电路 工作周期为T，则有
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得到
Iup
第10章 提高电源质量的新技术 图10-2 电流波形示意图
第10章 提高电源质量的新技术 10.1.2 设计方案
下面以图10-3交错并联(N = 2)的电路结构为例，通过分 析初级电路开关与次级电路开关控制信号的不同组合，了解电 路工作原理和开关控制方法，分析开关驱动信号(见图10-4)与 输出纹波电流波形之间的关系，了解如何实现减小输出电流纹 波的过程。
第10章 提高电源质量的新技术
10.2 多重变换在电源中的应用 10.2.1 多重变换器技术的优点
1．技术优势 级联型逆变器具有以下优势： (1) 多种输出电平改善输出波形和控制效果。 (2) 低的du /dt和较低的开关损耗降低了对开关器件的要 求，使中等功率的开关器件可用于高电压场合。 (3) 降低了输入电流的谐波，减小了对环境的污染。 (4) 用于三相感应电动机驱动时，可以减小或消除中性点 电平波动。 (5) 安全性更高，母线短路的危险性大大降低。
(10-5)
由图10-2电流波形示意图可见，对于N模块系统并联交错运
行在CCM模式时，有如下结论：
(1) 并联交错的模块数量越多，并联后总的电流纹波与单一
模块的纹波相比减小得越多，交错带来的效果越明显。
(2) 当占空比D接近于0或1时，降低纹波幅值的效果不明显；
当占空比在0.5附近时，降低纹波幅值的效果明显。
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当Ti管关断时，电感电流iLi下降，则
Idown
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(1
D)T
(10-1)术
在一个工作周期中， Iup Idow，n 得出： Uo Ui D
单Buck电路模块电感电流的变化率表示为
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