《开关电源电路原理》PPT课件
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u(t)
I
i(t)
V-
I
t0 t1 t2
u(t) Lddi(tt)
I
1t1u(t)dtV(t1t0)
Lt0
L
I
1t2u(t)dtV(t2t1)
Lt1
L
对稳定状态 I I
V (t1t0)V (t2t1)
伏秒平衡原则: 在稳态工作的开关电源中电感两端的正伏秒值等于负伏秒值.
V+
V+
A
B
面积A=面积B
变压器(Transformer)
电容的基本方程
+
i(t)
u(t)
-
i(t)
1 C
du(t) dt
1. 当一电流流经电容, 电容两端的电压逐渐增加, 并且电容量越大电流增加 越慢.
I
+
C
U
-
U It C
2. 在稳态工作的开关电源中流经电容的电流对时间的积分为零。
I+
A
B
面积A=面积B
I-
电感的基本方程
u2
N2
d2
dt
φ N1
电流基本方程:
NiIi Hdl
H
B
N2
i
NiIi 0
i
I1 N 2
I2
N1
理想变压器个绕组的电压与匝数成正比，且同名端具有相同极性； 各绕组电流与匝数乘积之和为零，即电流的变比与匝比成反比，且 极性相反（点进点出原则）。
实际变压器的分析方法：
φ1 N1
I1
I1 Lk Im
Lm
N2
φ2
I2
1. 变压器绕组不是完全耦合
1 2 k
k Lk
Φk可以认为是由原边串联的电感Lk产生,其大小为副 边短路时原边所测得的电感量， Lk称为变压器的漏 感。
2. 变压器有气隙或磁芯的导磁率μ有限
NiIi Hdl0 i
当副边开路时 I2=0
HdlN1Im
Im即为原边电感Lm（副边不存在或开路时的电感） 产生的电流，Lm称为激磁电感或励磁电感
根据L在1-D时间的基本方程：
L*ΔIo=Vo *(1-D)T ΔIo=Vo *(1-D)T/L
Buck电路的输入输出关系：
Vo/Vin = D
11 0.9
0.8
0.7
0.6
Vo ( D ) 0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
00 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
i(t) + u(t) -
u(t) Lddi(tt)
1. 当一电感突然加上一个电压时, 其中的电流逐渐增加, 并且电感量越大电 流增加越慢.
U
I
L
I Ut L
2. 当一电感上的电流突然中断, 在其两端会产生一瞬时高压, 并且电感量越 大该电压越高
I +
LU -
U LI t
电感的伏秒平衡原则：
V+
C:
i(t)
1 C
du(t) dt
L: u(t) Lddi(tt)
恒流充电 恒压储能
1 *UI*T C L*IU*T
Buck电路工作原理分析：
D
S Vin
L
Vo
Io S
T
D
1-D
Vin-Vo
UL
根据L的伏秒平衡原则：
IL
-Vo
Io
Io
(Vin-Vo)*DT=Vo*(1-D)T
Vo=Vin *D
Is
0
D
1
Boost电路工作原理分析：
L
D
Vo
S Io
Vin
S
UL
根据L的伏秒平衡原则：
IL
T
D
1-D
Vin
Vo-Vin
Vin*DT=(Vo-Vin)*(1-D)T
Vin *T=(1-D)TVo
Is
Vo=Vin/(1-D)
ID
Io
Boost电路的输入输出关系：
Vo/Vin =1/(1-D)
10 10 9
实际变压器的等效模型：
漏感Lk
激磁电感Lm 理想变压器
在稳态工作过程中变压器绕组两端的正伏秒值等于负伏秒值.
V+
V+
A
B
面积A=面积B
A
B
V-
V-
正激变换器（Forward）工作原理分析：
Vin
n:n:1
L
Vo
Io
IL
Vgs
T D 1-D
Ip D G S
2Vin
Tr
Vin
Vds
Ip Im
ILHale Waihona Puke Baidu
ΔIL
A
B
V-
V-
分析开关电源中电容和电感的几条原则：
1. 电容两端的电压不能突变 (当电容足够大时,可认为其电 压不变)。
2. 电感中的电流不能突变 (当电感足够大时,可认为其电流 恒定不变)。
3. 流经电容的电流平均值在一个开关周期内为零。 4. 电感两端的伏秒积在一个开关周期内必须平衡。
两个有用的公式：
8
7
6
Vo ( D ) 5
4
3
2
1
10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
0
D
1
理想变压器的基本方程：
理想变压器模型： 1. 变压器绕组完全耦合 2. 变压器无气隙且磁芯的导磁率μ无穷大
I1
I2
u1
u2
电压基本方程:
N1
N2
1 2
u1
N1
d1
dt
u1 N1 u2 N2
根据转换的形式分类: AD/DC, DC/DC, DC/AC, AC/AC 根据转换的方法分类: 线性电源，开关电源
什么是Switching Mode Power Supply?
L
C Vo
Rx
Vo=Vref*Rx/(R+Rx) 线性电源(Linear Power)
Vin
D
Vo
C
Vo=?
Vo=Vin*D
电感器
(Inductor) 以电流形式 储能
滤波等辅助 作用
电容器
(Capacitor) 以电压形式 储能
滤波等辅助 作用
电阻器
(Resistor)
不在功率 回路中除 出现
消耗功率 调节电压
开关电源的基本元件：
有源开关(Switch)
二极管(Diode)
电感(Inductor)
电容器(Capacitor)
Io
Vin/n-Vo VL
-Vo
正激变换器的输入输出关系:
Vo=VinD/n
11 0.9
0.8
0.7
0.6
Vo ( D ) 0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
00 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
0
D
1
反激变换器（Flyback）工作原理分析：
Vin
n:1
开关电源的基本概念和分析方法
什么是Power Supply?
上 级 Vin, Iin
Vo, Io
电 f, phase 能 形
Power Supply
f, phase 负载
式
Power Supply是一种提供电力能源的设备，它可以将一种电力能源形式 转换成另外一种电力能源形式，并能对其进行控制和调节。
开关电源 (Switching Power)
基本电子元件在开关电源中所起的作用
有源开关
(Switch)
开关电源
开关工作
(Switching Power) 主动控制功率流 向与流量
线性电源
(Linear Power)
线性工作 控制功率流量
二极管
(Diode)
单向导电 被动控制功率 流向
单向导电 被动控制
Vo
Io D Lm
T
Vgs
D 1-D
D G
S
Vin+nVo Vin
Vds
Ip
I
i(t)
V-
I
t0 t1 t2
u(t) Lddi(tt)
I
1t1u(t)dtV(t1t0)
Lt0
L
I
1t2u(t)dtV(t2t1)
Lt1
L
对稳定状态 I I
V (t1t0)V (t2t1)
伏秒平衡原则: 在稳态工作的开关电源中电感两端的正伏秒值等于负伏秒值.
V+
V+
A
B
面积A=面积B
变压器(Transformer)
电容的基本方程
+
i(t)
u(t)
-
i(t)
1 C
du(t) dt
1. 当一电流流经电容, 电容两端的电压逐渐增加, 并且电容量越大电流增加 越慢.
I
+
C
U
-
U It C
2. 在稳态工作的开关电源中流经电容的电流对时间的积分为零。
I+
A
B
面积A=面积B
I-
电感的基本方程
u2
N2
d2
dt
φ N1
电流基本方程:
NiIi Hdl
H
B
N2
i
NiIi 0
i
I1 N 2
I2
N1
理想变压器个绕组的电压与匝数成正比，且同名端具有相同极性； 各绕组电流与匝数乘积之和为零，即电流的变比与匝比成反比，且 极性相反（点进点出原则）。
实际变压器的分析方法：
φ1 N1
I1
I1 Lk Im
Lm
N2
φ2
I2
1. 变压器绕组不是完全耦合
1 2 k
k Lk
Φk可以认为是由原边串联的电感Lk产生,其大小为副 边短路时原边所测得的电感量， Lk称为变压器的漏 感。
2. 变压器有气隙或磁芯的导磁率μ有限
NiIi Hdl0 i
当副边开路时 I2=0
HdlN1Im
Im即为原边电感Lm（副边不存在或开路时的电感） 产生的电流，Lm称为激磁电感或励磁电感
根据L在1-D时间的基本方程：
L*ΔIo=Vo *(1-D)T ΔIo=Vo *(1-D)T/L
Buck电路的输入输出关系：
Vo/Vin = D
11 0.9
0.8
0.7
0.6
Vo ( D ) 0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
00 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
i(t) + u(t) -
u(t) Lddi(tt)
1. 当一电感突然加上一个电压时, 其中的电流逐渐增加, 并且电感量越大电 流增加越慢.
U
I
L
I Ut L
2. 当一电感上的电流突然中断, 在其两端会产生一瞬时高压, 并且电感量越 大该电压越高
I +
LU -
U LI t
电感的伏秒平衡原则：
V+
C:
i(t)
1 C
du(t) dt
L: u(t) Lddi(tt)
恒流充电 恒压储能
1 *UI*T C L*IU*T
Buck电路工作原理分析：
D
S Vin
L
Vo
Io S
T
D
1-D
Vin-Vo
UL
根据L的伏秒平衡原则：
IL
-Vo
Io
Io
(Vin-Vo)*DT=Vo*(1-D)T
Vo=Vin *D
Is
0
D
1
Boost电路工作原理分析：
L
D
Vo
S Io
Vin
S
UL
根据L的伏秒平衡原则：
IL
T
D
1-D
Vin
Vo-Vin
Vin*DT=(Vo-Vin)*(1-D)T
Vin *T=(1-D)TVo
Is
Vo=Vin/(1-D)
ID
Io
Boost电路的输入输出关系：
Vo/Vin =1/(1-D)
10 10 9
实际变压器的等效模型：
漏感Lk
激磁电感Lm 理想变压器
在稳态工作过程中变压器绕组两端的正伏秒值等于负伏秒值.
V+
V+
A
B
面积A=面积B
A
B
V-
V-
正激变换器（Forward）工作原理分析：
Vin
n:n:1
L
Vo
Io
IL
Vgs
T D 1-D
Ip D G S
2Vin
Tr
Vin
Vds
Ip Im
ILHale Waihona Puke Baidu
ΔIL
A
B
V-
V-
分析开关电源中电容和电感的几条原则：
1. 电容两端的电压不能突变 (当电容足够大时,可认为其电 压不变)。
2. 电感中的电流不能突变 (当电感足够大时,可认为其电流 恒定不变)。
3. 流经电容的电流平均值在一个开关周期内为零。 4. 电感两端的伏秒积在一个开关周期内必须平衡。
两个有用的公式：
8
7
6
Vo ( D ) 5
4
3
2
1
10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
0
D
1
理想变压器的基本方程：
理想变压器模型： 1. 变压器绕组完全耦合 2. 变压器无气隙且磁芯的导磁率μ无穷大
I1
I2
u1
u2
电压基本方程:
N1
N2
1 2
u1
N1
d1
dt
u1 N1 u2 N2
根据转换的形式分类: AD/DC, DC/DC, DC/AC, AC/AC 根据转换的方法分类: 线性电源，开关电源
什么是Switching Mode Power Supply?
L
C Vo
Rx
Vo=Vref*Rx/(R+Rx) 线性电源(Linear Power)
Vin
D
Vo
C
Vo=?
Vo=Vin*D
电感器
(Inductor) 以电流形式 储能
滤波等辅助 作用
电容器
(Capacitor) 以电压形式 储能
滤波等辅助 作用
电阻器
(Resistor)
不在功率 回路中除 出现
消耗功率 调节电压
开关电源的基本元件：
有源开关(Switch)
二极管(Diode)
电感(Inductor)
电容器(Capacitor)
Io
Vin/n-Vo VL
-Vo
正激变换器的输入输出关系:
Vo=VinD/n
11 0.9
0.8
0.7
0.6
Vo ( D ) 0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
00 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
0
D
1
反激变换器（Flyback）工作原理分析：
Vin
n:1
开关电源的基本概念和分析方法
什么是Power Supply?
上 级 Vin, Iin
Vo, Io
电 f, phase 能 形
Power Supply
f, phase 负载
式
Power Supply是一种提供电力能源的设备，它可以将一种电力能源形式 转换成另外一种电力能源形式，并能对其进行控制和调节。
开关电源 (Switching Power)
基本电子元件在开关电源中所起的作用
有源开关
(Switch)
开关电源
开关工作
(Switching Power) 主动控制功率流 向与流量
线性电源
(Linear Power)
线性工作 控制功率流量
二极管
(Diode)
单向导电 被动控制功率 流向
单向导电 被动控制
Vo
Io D Lm
T
Vgs
D 1-D
D G
S
Vin+nVo Vin
Vds
Ip