开关电源(3)变换器共25页文档

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开关电源原理设计及实例变压器隔离的DCDC变换器拓扑结构ppt课件

4.2.3 电路关键节点波形
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4.2 单端正激式结构
变压器的磁心复位：开关 S 导通后，变压器的励磁电流由零开始，随着时
间的增加而线性的增长，直到 S 关断。为防止变压器的励磁电感饱和，必须设
法使励磁电流在 S 关断后到下一次再开通的一段时间内降回零，这一过程称为
变压器的磁心复位。
变压器的磁心复位时间为：
式。式中， N1为变压器初级线圈绕组的最少匝数， S 为变压器铁心的导磁面积(单位：平方厘米)，Bm 为变压器铁心的最大磁感应强度(单位：高斯)， Br 为变压器铁心的剩余磁感应强度(单位：高斯)，Br 一般简称剩磁， Ton ，为控制开关的接通时间，简称脉冲宽度，或电源开关管导通时间的宽度(单
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4.2 单端正激式结构
当控制开关 S 接通的时候，直流输入电压Ui 首先对变压器 T 的初级线圈 N1 绕组供电，电流在变压器初级线圈 N1 绕组的两端会产生自感电动势 e1；同时，通过互感 M 的作用，在变压器次级线圈 N2 绕组的两端也会产生感应电动势 e2 ；当控制开关 S 由接通状态突然转为关断状态的时候，电流在变压器初级线圈 N1
于 2 倍控制开关的接通时间Ton ； U pp 为输出电压的纹波电压，纹波电压
U pp 一般取峰-峰值，所以纹波电压等于电容器充电或放电时的电压增量，
即： U p p 2UC 。
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4.2 单端正激式结构
2.变压器初级线圈匝数的计算
N1
S
Ui108
Bm Br
(4-8)
(4-8)式是计算单端正激式开关电源变压器初级线圈 N1 绕组匝数的公
输出电压：
N3 trst N1 ton
(4-2)

开关电源原理

一、开关电源的概念
一、开关电源的概念
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半桥型开关电源原理图
三、开关电源的常用电路类型
6、全桥电路全桥电路是大功率电源常用的电路，有四个开关管组成两个桥臂。两个桥臂分别导通激励高频功率变压器，进行能量变换，但是存在开关管 “直通”的危险。全桥电路原理图如下图所示。由四个功率开关器件V1~V4组成，变压器 T连接在四桥臂中间，相对的两只功率开关器件V1、V4和V2、V3分别交替导通或截止，使变压器T的次级有功率输出。当功率开关器件V1、V4导通时，另一对V2、V3则截止，这时V2和V3两端承受的电压为输入电压Uin在功率开关器件关断过程中产生的尖峰电压被二极管V5~V8箝位于输入电压 Uin。
％，工作频率是振荡频率的一半，所使用的控制芯片一般是UC3844和
在变压器中加去磁绕组，在关断时将付边的能量反射到交流输入上。
正激式开关电源的核心部分是正激式直流——直流变换器，基本电路
做得更高一点。虽然功率变压器不像反激式电路要开气隙，但是一般要

开关电源变换器设计说明

开关电源变换器毕业设计摘要本论文设计部分分为四部分：首先对开关变换器进行了概述，叙述了电力电子技术领域中功率变换器的发展，对开关电源和直流变换器进行了分类，概述了功率变换器的基本知识。

其次论述了单端反激变换器的工作原理，分析了其三种工作状态最后总结了单端反激变换器的优缺点。

接下来介绍了按照一定要求设计制作一台200Ｗ、有三路不同电压及功率输出的开关电源的设计过程，以及如何具体计算各个元计得参数。

最后简述了所设计电源的一些技术性能指标。

关键词: 开关变换器, 开关电源, 输出性能,脉宽调制器,UC3842,反激式AbstractThis paper is divided into four parts of the designFirst of a switching converter overview describes the power of electronic power converter technology development, and direct current power converter to switch the classification of power converter outlined the basic knowledge.Then ends with a single anti-violent converter work theory, the analysis of its three working condition Finally summed up the advantages and disadvantages of single-anti-violent converter.Next introduced in the production of a certain design requirements Taiwan 200W, three different routes Voltage and power output switching power supply design process, and how a specific calculation of the various parameters of dollars.Best designed power outlined some of the technical performance indicators.KEY WORDS:Switching Power Supply,Pulse，Width Modulation,Flyback, Switching converter,Export performance,UC3842目录1 概述 (1)1.1 开关电源的分类 (2)1.2直流变换器的分类 (2)1.3基本功率变换器 (3)1.4对直流开关电源的要求 (6)1.5直流开关电源的发展 (7)2 单端反激式开关电源原理 (8)2.1 磁化电流临界状态 (9)2.2 磁化电流不连续状态 (10)2.3 磁化电流连续状态 (11)3 开关电源的设计 (14)3.1 设计要求 (14)3.2 电路设计 (16)3.2.1 脉宽调制器的选择 (16)3.2.2 AC220V-DC28.5V主电路的设计 (19)4电路输出性能测试 (28)4.1 AC220V-DC28.5一路输出性能 (28)4.2 8V 2.5A一路输出性能 (29)4.3 24V/2A一路输出性能 (30)4.4 5V/5A一路输出性能 (31)5 总结 (33)致 (34)参考文献 (35)1 概述近年来，电力电子技术在应用领域迅速发展，作为电力电子技术的一个重要分支，开关电源也不断向着高效率、高可靠性、低成本、小型化方向发展。

4-开关电源-隔离型DC-DC变换器PPT课件

电源技术
隔离型DC/DC变换器
隔离型Buck-Boost变换器-单端反激型变换器
开关管的选择
VT
VD
uB
当开关管导通时，开关管最 Ui 大电压
N1
N2
C0
UO
UVT max U1 nUo
额定电压一般取此最大电压的2~3倍。
电源技术
隔离型DC/DC变换器
隔离型Buck-Boost变换器-单端反激型变换器
VD
L
Ui VD2
VD1
VT uB
C0
UO RL
当VT截止时，初级绕组和次级绕组下正上负VD反偏截止。去磁绕组上正下负，VD2导通，释放磁芯的能量。输出回路有电感L供应电能。
电源技术
隔离型DC/DC变换器
隔离型Buck变换器-单端正激变换器
工作原理
当VT截止
uVD1
0
VD
L
uN1
t
0
Ui
VD1
UVT
Ui
N1 N2
Uo
Ui
N N
1 2
U
iton
RL 2L1T
uVD1
0
t
uN1 0
VT
VD
t
uB
Ui
N1
N2
C0
UO
VT承受的电压与负载有关，注意负载的选择，否则会电烧源掉技术二极管和开关管。
隔离型DC/DC变换器
隔离型Buck-Boost变换器-单端反激型变换器
变压器磁通连续状态
uVD1
C0
UO
RL
t
VD2 VT
uB
iVD 0 t
电源技术
隔离型DC/DC变换器

开关实验

开关电源技术开关电源技术实验指导书（使用后返还）信息工程学院电气及自动化教研室2009.04.181实验一电流控制型脉宽调制开关稳压电源研究一．实验目的1．掌握电流控制型脉宽调制开关电源的工作原理，特点与构成。

2．熟悉电流控制型脉宽调制芯片UC3842的工作原理与使用方法。

3．掌握开关电源的调试方法与参数测试方法。

二．实验内容1．利用芯片UC3842，连接实验线路，构成一个实用的开关稳压电源电路。

2．芯片UC3842的波形与性能测试（1）开启与关闭阀值电压。

（2）锯齿波，包括周期、占空比、幅值等，并与理论值相比较。

（3）不同负载以及不同交流输入电压时的输出PWM波形，并与正确波形相对比。

（4）反馈电压端（即UC38422号脚）与电源端（即7号脚）波形。

（5）输出PWM脉冲封锁方法测试。

3．开关电源波形测试（1）GTR集电极电流与集-射极电压波形。

（2）变压器原边绕组两端波形。

（3）输出电压V O波形。

4．开关电源性能测试（1）电压调整率（抗电压波动能力）测试。

（2）负载调整率（抗负载波动能力）测试。

（3）缓冲电路性能测试。

三．实验系统组成及工作原理电源装置是电力电子技术应用的一个重要领域。

其中高频开关式直流稳压电源由于具有效率高，体积小和重量轻等突出优点，获得了广泛的应用。

开关电源的控制电路可分为电压控制型和电流控制型。

前者是一个单闭环电压控制系统，后者是一个电压、电流双闭环控制系统，电流控制型较电压控制型有不可比拟的优点。

具体实验原理可参见附录。

具体线路见图5—4。

四．实验设备和仪器1．MCL-08直流斩波及开关电源实验挂箱2．双踪示波器3．万用表2五．实验方法电位器RP1和RP3都左旋到底。

合上电源后，用示波器观察“7”与“16”（锯齿波）34及“10”与“16”（UC3842电源电压）波形，将RP2顺时针慢慢旋转，直到锯齿波刚产生为止，用万用表测出“10”与“16”之间电压，该电压即为开启阀值电压U T 。

(整理)开关电源的设计与制作

开关电源的设计与制作第一章开关电源概述一. 什幺是开关电源(Switching Power Supply)所谓开关电源是指以高频变压器取代工频变压器,采用脉冲调制技术的直流直流变换器型稳压电源.开关晶体管,开关二级管和开关变压器是组成开关电源的三个关键组件.二. 隔离式高频开关电源.图标说明:1)交流线路电压无论是来自电纲的,还是经过变压器降压的,首先要经过电纲滤波,以消除电磁干扰和射频干扰;2)经电纲滤波后的电流首先要经过整流,滤波电路变成含有一定脉动电压成分的直流电压,然后进入高频变换部分;3)高频变换器具有多种形式,主要分为半桥式,全桥式,推挽式,单端正激式,单端反激式等;高频变换部分的核心是一个高频功率开关组件,比如开关晶体管,场效应管(MDSFET)等组件,高频变换器产生高频(20KHZ以上)高压方波,所得到的高压方波送给高频隔离变压器的初级,在变压器的次级感应出的电压被整流,滤波后就产生了低压直流.4)脉冲宽度调制器(P WM)主要用于调节输出电压,使得在输入交流和输出直流负载发生变化时,输出电压能保持稳定,运作过程是P WM电路通过输出电压采样,并把采样的结果反馈给控制电路,控制电路把它与基准电压作比较,根据比较结果来控制高频功率开关组件的开关时间比例(占空比),达到调整输出电压的目的.(注:控制电路还有调频方式的)5)为了使整个电路安全可靠地工作,必须设置过压,过流保护电路等辅助电路.三.开关电源常用术语.1.效率(dfficiency):电源的输出功率与输入功率的百分比(测量条件为满负载,输入交流电压为标准值)2.ESR: 等效串联电阻,它表示电解电容呈现的电阻值的总和. ESR值越低的电容,性能越好.3.输出电压保持时间: 在开关电源的输入电压撤离后,依然保持其额定输出电压的时间;4.激活浪涌电流限制电路: 属保护电路,它对电源激活时产生的尖峰电流起限制作用.5.隔离电压: 电源电路中的任何一部分与电源基板地之间的最大电压.或者能够加在开关电源的输入端与输出端之间的最大直流电压.6.线性调整率: 输出电压随输入线性电压在指定范转内变化的百分率,条件是线电压和环境温度保持不变.7.负载调整率: 输出电压随负载在指定范围内变化的百分率,条件是线电压和环境温度保持不变.8.噪音和纹波: 附加在直流输出信号上的交流电压和高频兴峰信号的峰值.通常是以mV度量.9.隔离式开关电源: 一般指高频开关电源,它从输入的交流电源直接进行整流和滤波,不使用低频隔离变压器.10.输出瞬态响应时间: 从输出负载电流产生变化开始,经过整个电路的调节作用,到输出电压恢复额定值所需要的时间.11.过载或过流保护: 防因负载过重,使电流超过原设计的额定值而造成电源损坏的电路.12.远程检测: 为了补赏电源输出的电压降,直接从负载上检测输出电压的方法.13.软激活: 在系流激活时,一种延长开关波形的工作周期的方法,工作周期是从零到它的正常工作点所用的时间.14.电磁干扰无线频率干扰(EMI一RFI):那些由开关电源的开关组件引起的,不希望传输和发射的高频能量频谱.15.快速短路保护电路:一种用于电源输出端的保护电路,当出现过压现象时,保护电路激活,将电源输出端电压快速短路.16.占空比:在高频开关电源中,开关组件的导通时间和变换器的工作周期之比.即:δ=Ton /Τ(T= Ton+Toff)开关电源的设计与制作第二章输入电路一.电压倍压整流技术世界范围内的交流输入电压,通常是交流90~130V和180~260V的范围,为了适应不同电源输入环境的需要,实现两种输入电源的转换,要利用倍压整流技术.如下图2一1所示.2一15可用于110V和220V交流的开关电源输入电路电路工作过程为:1)当开关S1闭合时,电路在115V交流输入电压下工作,在交流电的正半周,通过二极管VD1和电容器C1被充电到交流电压的峰值,即115×1.4=160V,在交流电的负半周,电容器C2通过二极管VD4也被冲电到160V, 这样,电路输出的直流电压应该是电容器C1和C2上充电电压之和(160+160V=320V) 注意:不同的用电环境电压选择开关位置一定要选择正确.否则,会导致直流变换器中的开关功率管损坏,或因为输入电压太低而使开关电源进入欠压输入自动保护状态.二.抗电磁干扰和射频干扰电路考虑输入滤波电路(电纲滤波)1.开关电源的设计,生产,一定要将其辐射和传导干扰降低到可接受的程度.在美国,权威的指导性文件是F CCD ocket20780,在国际上,德国的Verband Deutscher Elektronotechniker(VDE)安全标准则得到了广泛的采用.2.开关电源中的RFI产生源:开关噪声的主要来源是开关晶体管,主回路整流器,输出二极管,晶体三极管的保护二极管以及控制单元本身.反激式变换器,由于设计的原因,其输入电流波形呈现三角形,较之输入波形为矩形的变换器,如正激式,桥式变换器等将产生较少的传导RFI噪声.(付里叶分析表明,一个三角形电流波形的高频谐波幅度是以40dB每倍频程进行跌落的,而对一个差不多的矩形电流波形,则只呈现20dB每倍频程的跌落)3.交流输入线路噪声滤波器对RFI的抑制.通常在开关电源中采用的噪声抑制方法是在主交流输入回路接入一个LC组成的滤波器,用于差模一共模方式的RFI抑制,通常是交流线路上串入一对电感L1, , 其两端并联二只电容器(X电容器),并在交流线二端对大地各接一只电容器(Y电容器),如图2一2(低通滤波纲络)2一2开关电源输入线路滤波器结构1)上图中电容电感的值可以采用下列的数值:C (X): 0.1~2UF;C(Y): 2200PF~ 0.033uF;L: 在25A时, 为1.8mH; 0.3A时, 为47mH注意:在选择滤波器的组件时,重要的是要使输入滤波器的谐振频率远低于电源的工作频率;另一方面,滤波器使得电源的工作频率增加时,会使噪声的传导变得更容易.2)上图中并联在交流输入线的电阻R是X电容的放电电阻,这是由VDE一0806和IEC一380两个标准中的有关安全的规范条款推荐应用的.IEC一380的8.8节阐明:若线路滤波器的X电容器的值大于0.1UF,则放电电阻的数值应由下式确定:R=t /2.21c (2一1)式中,t=ls, c为l电容器的总和值3)为进一步减少对称和不对称的干扰电压的措施是在交流线路中另外再接入一对电感L2,从而使得电容C4(X)的充电电流得到限制,于是降低了干扰,如图2一32一3改进的线路滤波器上图中L1与C3.C4组成常模抗干扰回路,L1与C1.C2组成共模,抗干扰回路,L2用于C4的充电电流的限制,因此,整个组合对各种高频干扰信号的抑制作用较好.三.输入整流器及整流后滤波电路.一)输入整流器如图2一1中,此整流电路由VD1~VD4组成(桥式或倍压整流)在选择组合组件或分立组件的整流器时,必须要查对下面的一些重要参数:1.最大正向整流电流,这个参数主要根据开关电源设计的输出功率决定.所选择的整流二极管的稳态电流容量至少应是计算值的2倍.2.峰值反向截止电压(PIV).由于整流器工作在高电压的环境,所以它们必须有较高的PIV值,一般应为600V以上.3.要有能承受高的浪涌电流的能力.二.输入滤波电容.由于滤波电容的选择将会影响到:电源输出端的低频交流波及电压和输出电压保护时间.一般情况下,高质量的电解电容所具有的滤除交流波纹电压的能力越强,它的ESR值越低.其工作电压的额定值至少应达到200V.在图2一1中,C1,C2 为滤波电容,电阻R4,R5与之并联以便在电源关闭时,给电容提拱一个放电通路.计算滤波电容的公式为:C=It /ΔV (2一2)式中C: 电容量, F;I: 负载电流 At: 电容提供电流的时间, s;ΔV: 所允许的峰一峰值纹波电压v .例:计算50w开关电源的输入滤波电容器的值.设输入交流电压为115V,60HZ,允许30V峰一峰值的纹波电压,且电容可维持电压电平的时间为半周期.解:1)计算直流负载电流假定一个最坏的情况,电源的效率为70%,那幺,输出功率为50W的电源其输入功率应该是:Pin=Pout/η=50 / 0.7=71.5(w)利用电压倍压技术(图2一1),在输入交流为115V时,直流输出电压将是2×(115×1∙4)=320(V),则负载直流电流应为I=P/E=7105/320=0.22(A)2)因半周期的线性频率或者说对于60HZ的交流电压大约是8ms,即t=1/2×1/60=8.33ms,故根据式2一2有.C=0.22(8×10 –3) /30=58×10 _6 =58(uF)选择标称值为50 uF的电容器.3)因为在倍压结构中,C4C5为串联,故有1/C=1/C1+1/C2,有C1=C2=100uF,即50W的开关电源,其滤波电容C4,C5为100uF.四.输入保护电路一).浪涌电流1.浪涌,一般情况下,只是电容的ESR值,如果不采取任何保护措施,浪涌电流可接近几百安培.2.控制电流主要是由滤波电容充电引起的,在开关管开始导通的瞬间,电容对交流电呈现出很低的阻抗浪涌电流的方法:广泛采用的措施有两种,一种是利用电阻双向可控硅并联纲络;另一种是采用负温度系数(NTC)的热敏电阻,用以增加对交流线路的阻抗.1) 如图2一1,R 1,VS 组成此电路,R 1与VS 并联,当输入滤波电容充满电后,由于双向可控硅和电阻是并联的,可以把电阻短路,对其进行分流.这种电路结构需要一个触发电路,当某些预定的条件满足后,触发电路把双向可控硅触发导通,如图2一4 所示.1 T 2可控硅VS 的工作过程为:当电源接通后,C 6两端的电压逐渐升高,电流相应稳定.在C 6两端的电压稳定之前,浪涌电流被与之串联的电阻R 1(6.8Ω)所抑制,当输入交流为115V 时,C6两端的电压V C =115×1∙4=160(V).当电容器C 6充电时,电压加到高频变压器T 1的绕组LB 上,则在绕组LP 4端上产生感应电压,当感应电压达到1.5V 时,电流I G 开启可控硅.即当IG 流过可控硅的控制极G 时,触发T 1与T 2短接,可控硅导通,电阻R 1被VS 短路,使其温度下降,于是实现了R 1抑制浪涌电流的目的 .注:设计时要认真地选择双向可控硅的参数,并加上足够的散热片,因为在它导通时,要流过全部的输入电流.2)热敏电阻技术:这种方法是把负温度系数(NTC)的热敏电阻串联在交流输入或者串联在经过桥式整流后的直流线上,如2一1图中的RT 1和RT 2,其工作原理为:当开关电源接通后,热敏电阻的阻值基本上是电阻的标称值,这样,由于阻值较大,它就限制了浪涌电流,当电容开始充电时,充电电流流过热敏电阻开始对其加热.由于其具有负温度系数,随着电阻的加热,其电阻值开始下降,如果热敏电阻选择得合适,在负载电流达到稳定状态时,其阻值应该是最小,这样,就不会影响整个开关电源的效率..二) 输入瞬间电压保护一般情况下,交流电纲上的电压比较稳定,但由于电纲附近电感性开关,暴风雨天气雷电等现象的存在,都会产生高压的尖峰(如受严重的雷电影响,电纲上的高压尖峰可达5KV;而电感性开关产生的电压尖峰的能量公式W=1/2L.I2.式中L是电感器的漏感:I是通过线圈的电流)可是,虽然电压尖峰持续的时间很短,但是它有足够的能量使开关电源的输入滤波器,开关晶体管等造成致命的损坏,故必须采取措施加以干扰.最通用的抑制干扰器件是金属氧化物物压敏电阻(MOV)瞬态电压抑制器.如图2一1中的RV 把压敏电阻RV连在交流电压的输入端,起到一个可变阻抗的作用.即,当高压尖峰瞬间出现在压敏电阻两端时,它的阻抗急剧减小到一个低消值,消除了尖峰电压使输入电压达到安全值.其瞬能量消耗在压敏电阻上,选择压敏电阻时应按下述步骤进行.(1)选择压敏电阻的电压额定值,应比最大的电路电压稳定值大10%~20%;(2)计算或估计出电路所要承受的最大瞬间能量的焦耳数.(3)查明器件所需要承受的最大尖峰电流开关电源的设计第三章高频电源变换器的基本类型一. 高频电源变换器的基本类型高频电源变换器的基本类型有五种:单端反激式,单端正激式,推挽式.半桥式和全桥式变换器,而半桥式和全桥式变换器电路实际上是推挽式变换器电路的改进型,所以,有人把这三种电路形式统称为推挽式变换器.高频电源变换器从激励方式上可分为单端(单极性)激励和双极性激励变换器,双极性变换器包括推挽式,半桥式,桥式等,其工作原理的实质是两个单端正激式变换器电路,从其耦合方式可分为直接耦合和变压器隔离两种,其中直接耦合形式为其基本形式.近年来出现的新型的变换器为C U K 变换器.1.单端反激式变换器的模型图: (3一1)(a) (b) 3 一1单端反激式变换器模型图单端反激式变换器的工作原理为:1) 当开关s 闭合时,电流I 流过电感L,在L 中储存能量,由于电压的作用,使二极VD 处于反向偏置,因此,在负载电阻R L 上无电压;2) 当开关S 打开时(上b 图),电感上的感应电压极性相反,则二极管VD 处于正向偏置,并产生电流Iv,这样,在负载电阻R L 上就出现一个与输入电压极性相反的电压.由于开关S 不断地开关动作,电路中的电流就以及脉的形式出现,因此,在单端反激式变换器中,当开关闭合时,能量存储在电感L 中,在开关打开时,能量被传递到负载RL 上.3. 单端正激式变换器的电路模式图(3一2)单端正激式变换器的工作原理为:Vin Ic------------- 1) 当开关S 闭合时,电流I 流过电感L,系,二极管VD 处于反向偏置; 2) 当开关S 打开时,电感L 中的磁场极性发生变化,,b2单端正激式变换器模型图,无脉动现象,恰恰与其相反,输入电流则是不连续的,. 3.(3一3)推挽式变换器的工作原理为:1)当S 1闭合S 2打开时,电源电流流过方向为 a Lp 1 b s1 d V in,那幺此时,在变压器次级绕组中咸应出电压并形成感应电流Is 1.2)当S 2闭合S 1打工时,电源电流方向为 a f e d vin,那幺此时在变压器次级绕组LS 2中感应出电压形成感应电流IS 2二. 隔离式单端反激式变换器电路.概述 :一般情况下,隔离式开关电源都是用高频变压器作为主要隔离器件.在单端反激式隔离L-------------电路中,高频变压器是以变压器的形成出现的,但实际上它起的作用是扼流圈,所以应称之为变压器扼流圈.如图3一4中,由于隔离变压器T 除了具有初次级间安全隔离的作用外,它还有变压器和扼流圈的作用,所以在反激式变换器的输出部分一般不需要加电感,但在实际应用中,往往在整流器和滤波电容之间加一个小的电感线圈,用以降低高频开关噪声的峰值.单端隔离激式变换器的工作过程为:1) 当晶体管VT1导通时,它在变压器初级电感线圈中储存能量,与变压器次级相连的二极管VD 处于反偏压状态而截止,故在变压器次级回路无电流流过,即没有能量传给负截. 2) 当晶体管VT 1截止时,变压器次级电感感线圈中的电压极性反转过来,使得二极管VD 导通,给输出电容C 充电,同时在负载L 年也有了电流I L 3 一4隔离单端反激式变换器电路注:图3一4中C 为输出滤波电容.1.单端反激式变换器电路中的开关晶体管在单端反激式变换器电路中,所使用的开关晶体管必须具备两个条件:1)在晶体管截止时,要能承受集电极尖峰电压; 2)在晶体管导通时,要能承受集电极的尖峰电流.1) 晶体管截止时尖峰电压的计算公式:V CE max =Vin / 1一δmax式中Vin 是输入电路整流滤波后的直流电压, δmax 是晶体管最大工作占空比(注意:为了限制限晶体管的集电板安全电压,工作占空比应保持在相对地低一些,一般要低于50%,δmax<0.5,在实际设计时, δmax 一般取0.4左右,这样就限制集电极峰值电压: V CE max ≦2.2Vin,因此,在单端反激式变换器电路设计中,晶体管的工作电压一般在800V 通常接900V 计算可安全可靠地工作.)2) 晶体管导通时的集电极电流计算式:I C = I L / n式中,I L 是变压器初级绕组的峰值电流,而n 是变压器初级与次级间的匝数比.注: 为了导出用变压器输出功率和输入电压表达集电极峰值工作电流的公式.变压器绕组传递的能量Pout =可用下式表示:Pout = L . I L 2 / 2T ·η (3 一 3 )式中,η是变换器的效率.则有: Ic= 2Pout / η·Vin ·δmax ( 3 一 4 )假定变器的效率η是0.8,最大占空比δmax=0.4(即40%),那幺Ic = 6. 2Pout / Vin ( 3 一 5 )2. 单端反激式变换电路中的变压器绕组.在单端反激式变换器电路中,在设计时要汪意不要使磁芯饱和,所选的磁芯一定要有足够大+ RL 一的有效体积,通常应用空气隙来扩大其有效体积:V=Uo ·Ue · I L max ·L / B 2max ( 3一6 )中,Ilmax: 最大负载电流;L :变压器次级绕组的电感量; Uo : 空气的导磁率,其值为1;Ue: 所选磁芯的磁性材料的相对导磁率Bmax:磁芯的最大磁通密度;(具体见第五章)3一53.基本的单端反激式变换器的变形.1)如图3一5中,由于考虑到单只晶体管有时承受不了过高的输入电压,(一般商甲晶体管达不到指针),故利用两只晶体管工作.图中VD 1和VD 2同时导通或截止,二管起箝位作用,它们把晶体管的最大集电板电压限制在Vin,这样耐压低的晶体管就可以使用了.2单端反激式变换器电路的优点是:电路结构简单,可以实现多路电压输出.如图3一6,在电路中隔离变压器对各路输出电压起到公共扼流圈的作用变压器的次级可以有多个绕组,故可以实现多路输出 .每个次级绕组只需一个整流二极管和一个滤波电容,就可以得到一组直流输出电压.3一6有多路输出的单端反激式变换器电路+ R L 一1 1 out 1 out2 + V out3 一 L L3一7隔离单端正激式变换器电路图三.隔离单端正激式变换器电路1.概述:如图3一7所示1)在单端正激式变换器电路中,隔离组件是一个纯粹的变压器,为了有效地传递能量,,在输出电路中, 必须有储能组件电感线圈Lo同时,初次级绕组的极性是相同的.其电路工作过程为:当VT1导通时,在变压器的初级产生了电流,并储存了能量,由于变压器的次级极性与初级同相,这个能量也传到了变压器的次级并处在偏正的二极管VD2把能量储存到了电感L中.此时,二极管VD3是处在反向偏压状态,为截止状态,当三极管VT1截止时,二极管VD2是反向偏压,变压器绕组中的电压反向,续流二级管VD3处于正向偏压,在输出回路中,储存在电感中的能量通过电感L 继续传负载R L .2)变压器的第三绕组称为箝位绕组(或回授绕组)LP2,它与二极管VD1串联,其作用是用来限制晶体管C一E结上的电压尖峰,在晶体管截止时,还能使高频变压器的磁通复位, 这是因为:A.在VT1导通时,变压器初级绕组LP 1中会储存能理,当VT1截止时,变压器次级侧二极管VD2截止,那幺储存在LP1中的能量再不能传递到次级绕组了,此时必须要通过一种途径释放出来,否则,必然在线圈两端产生过高的电压,解决的办法是增加箝位绕组和二极管VD1,并使箝位绕组的匝数与初级绕组的匝数相同,二者紧密耦合,这样,当箝位绕组上的感应电超过电源电压时,二极管VD1导通,将磁能送回电源中,就可以把初级绕组的电压限制在电源电压上,所以,开关晶体管VT1的C一E极间的最高电压就被限制在二倍电源电压上.B.为满足磁芯复位的条件,使磁通建立和复位的时间相等,所以这种把电路的占空比不能超过50%.3)磁化电流Imag的计算公司为:Ima= Tδmax·Vin∕N ( 3一7)式中, T·δmax是VT时向,L是输出电感Ho4))单端正激式变换器是在晶体管导通时通过变压向负载传输能量,故运用的输出功率范转较大,一般情况下可达50~200W,其高频变压器要起变压器隔离和传输能量的作用,又起电感线圈储存能量的作用.2单端正激式变换器电路中的开关晶体管1)晶体管截止峰值电压:在单端正激式变换器电路中,由于有第三绕组和续流二极管VD1的作用,所以其截止时降在VT1上的最大电压VCEmax应为2Vin,且只要二极管VD1处于导通状态,即在Tδmax这个时间内,降在VT铁C 一E间的2Vin的峰值电压就维持不变.2)晶体管导通时集电极电流的峰值:为正激式变换器的电流值加上磁化电流Imag.Ic= Ic / n + Tδmax Vin / L =6.2Pout / Uin式中.n: 变压器初次级匝数比;IL : 输出电感电流. A;Tδmax: 晶体管导通时间L: 输出电感, H.3.单端正激式变换器电路的传输变压器在设计正激式变换器的传输变压器时,应十分注意选择适当的磁芯有效体积,并选择空气隙,以避免磁芯的饱和,其有效体积V为:V= UoUe I2mag L / B2max注意:A.这种电源的最大工作占空比应保持低于50%,以便通过第三绕组将变压器的电压进行箝位,将总电限制在2倍输入电压之内.这样,当VT1导通时,为箝位电平:当VT停止时,使该总电压接近于0值.如果最大工作占空比大于50%,即δmax > 0.5,将打破这种2倍于电源电压的平衡,导致变压器发生饱和,反过来会产生很高的集电峰位电流,这可能会损坏开关晶体管.B.尽管有第三绕组以及箝位二极管可将开关晶体管的峰值集电极电压限制在2倍直流输入电压之内,但在制作变压器时,还要严格注意初级绕组和第三绕组间的紧密耦合,以消除由于漏感引起的致命的电压尖峰.4.单端正激式变换器电路的变形.1)如同单端反激式变换器电路一样,也可用两个晶体管代替一个晶体管工作,它们同时导通或同时截止,但每个晶体管所承受的电压不会高于Vin.2)此电路也可以产生多路的出电压,但是需增加二极管和扼流圈应指出的是,续流二极管的容量至少要与主回路中的整流二极管相同,因为在晶体管VT1截止时,它要提供输出电路中的全部电流.四. 推挽式变换器电路概述:如图3一8所示,推挽式变换器电路实际上是由两个正激式变换器电路组成,只是它们工作时相位相反,在每个周期里,,两个晶体管交替导通和截止,在各自导通的半个周期内,分别把能量传递给负载,所以称之为”推挽”电路.故在推挽式变换器电路中,两组开关三极管和输出整流二极管因流过每一组组件的平均电流比同等的单端正激式变换器电路减少35%以上,其设计计算可接单端正激式变换器.还应看到,在只开关晶体管导通间隙,二极管VD1和VD2同时导通,它们把高频变压器的次级给短路了,与此同时,把能量传递到了输出回路,实质上,它们起到了续流二极管的作用.推挽式变换器电路的输出电压可用下式计算:V out= 2δmax·Vin / n (3一10)注意:为了避免两只开关晶体管同时导通而引起损坏,公式中δmax的值必须得持在0.5以下.假定δmax=0.4则有:Vout = 0.8Vin / n (3一11 )式中n是高频变压器的初级对次级的匝数比.1)每只开关管的峰值集电极电流Ic=Ic / n (3一12)Ic = Pout / η. (3一13)设η=0.8 δmax=0.8则Ic= 1.6Pout / Vin (3一14)2)每只管所承受的峰值电压限制在2Vin以内.3.推挽式变换器电路中的高频变压器在推挽式变换器电路中,两只晶体管导通时间相等(或者说强制两管导通时间相等),高频变压器的。

开关电源中的功率变换器拓扑、分析与设计 3反激变换器的拓扑结构

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第二单元基本DC-DC变换器1.Buck变换器2.Boost变换器3.Buckboost变换器4.基本变换器总结12何为基本DC-DC 功率变换器？gV gI oI oV ont sT son T t d =由上图可知，当输入和输出不需要隔离时，一个最基本的DC-DC 功率变换器，其组成只能有也必须有下列四个元器件，它们分别是：有源开关（一般为MOSFET ），无源开关（一般为二极管），滤波电感和滤波电容。

到目前为止，最基本的DC-DC 功率变换器共有3个，它们分别是Buck （降压式）变换器，Boost （升压式）变换器和Buckboost （升降式）变换器。

为了方便推导DC-DC 功率变换器的稳态关系，在介绍具体的基本DC-DC 功率变换器之前，先介绍一种获得PWM DC-DC 功率变换器在CCM 下的稳态关系的简单方法----电感电压的伏秒平衡定律。

3电感电压的伏秒平衡定律对于已工作在稳态的DC-DC 功率变换器，有源开关导通时加在滤波电感上的正向伏秒一定等于有源开关截止时加在电感上的反向伏秒。

)(t V L )(t I LI gsV onT sT sonT T D =)(t V L 1L V 2L V )(t I L 1L I D 2L I D 1t D 2t D ttt因为：111)(t i L dt t dI LV L L L D D ==onT t ££02222)(t i L dt t dI L V L L L D D ==son T t T ££由于：01>L V 02<L V 所以：，，0111>D ´=D Lt V i L L 0222<D ´=D Lt V i L L 稳态时，必有：21L L i i D -=D 否则的话，电感电流会朝一个方向增加而使电感饱和，并致电路工作不正常。

PWM开关变换器的基本原理

目录第1篇 PWM开关变换器的基本原理第1章开关变换器概论（1） 1.1 什么是开关变换器和开关电源（1） 1.2 DC-ＤＣ变换器的基本手段和分类（1） 1.3 DC-DC变换器主回路使用的元件及其特性（3） 1.3.1 开关（3） 1.3.2 电感（3） 1.3.3 电容（3）第2章基本的PWM变换器主回路拓扑（7） 2.1 概述（7） 2.2 Buck变换器（7） 2.1.1 别名（7） 2.1.2 线路组成（7） 2.1.3 工作原理（7） 2.1.4 电路各点的波形（8） 2.1.5 主要概念与关系式（9） 2.1.6 稳态特性的分析（16） 2.3 Boost变换器（19） 2.3.1 别名（19） 2.3.2 线路组成（19） 2.3.3 工作原理（20） 2.3.4 电路各点的波形（20） 2.3.5 主要概念与关系式（21） 2.3.6 稳态特性的分析（28） 2.4 Buck-Boost变换器（30） 2.4.1 别名（30） 2.4.2 线路组成（30） 2.4.3 工作原理（31） 2.4.4 电路各点的波形（31） 2.4.5 主要概念与关系式（32） 2.4.6 优缺点（34）2.5 Čuk变换器（36） 2.5.1 别名（36） 2.5.2 线路组成（36） 2.5.3 工作原理（37） 2.5.4 电路各点的波形（38）2.5.5 主要概念与关系式（40） 2.6 四种基本型变换器的比较（43）第3章带变压隔离器的DC-DC变换器拓扑（46）3.1 概述（46） 3.2 变压隔离器的理想结构（46） 3.3 单端变压隔离器的磁复位技术（49） 3.4 自激推挽式变换器的工作原理（53） 3.5 能量双向流动的DC-DC变压隔离器（58） 3.6 有并联DC－DC变压隔离器（60） 3.7 有全桥或半桥DC－DC变压隔离器的Buck变换器（70） 3.8 正激变换器（Forward Converter）（72） 3.9 第九节有并联DC－DC变压隔离器的Boost变换器（75） 3.10 有全桥或半桥DC－DC变压隔离器的Boost变换器（81） 3.11 有单端DC－DC变压隔离器的Boost变换器（83） 3.12 变换器组合电路（85） 3.13 有变压隔离器的Čuk 变换器（92） 3.3.1 工作原理（93） 3.3.2 输入电压与输出电压的关系（94） 3.3.3 有变压隔离器的Čuk 变换器的优缺点（95） 3.14 Čuk有变压隔离和零纹波的变换器电路（96） 3.4.1 零纹波概念（96） 3.4.2 零纹波条件（96） 3.4.3 带隔离输入输出均为零纹波（98） 3.4.4 零纹波Čuk变换器用于功率放大器（100） 3.15 有变压隔离器的其它形式结线方式（101） 3.5.1 不同种类变换器结线（101） 3.5.2 相同种类变换器结线（102）第4章变换器中的功率开关元件及其驱动电路（105） 4.1 双极型晶体管（105） 4.1.1 晶体管的开关过程（105） 4.1.2 开关时间的物理意义及减小的方法（107） 4.1.3 抗饱和技术（107） 4.2 双极型晶体管的基本驱动电路（108） 4.2.1 一般基极驱动电路（108） 4.2.2 比例基极驱动电路（110） 4.2.3 高压双极型晶体管基极驱动电路（112） 4.3 功率场效应管（114） 4.3.1 功率场效应管的主要参数（115） 4.3.2 功率场效应管的静态特性（117） 4.3.3 MOSFET的体内二极管（118）4.4 功率场效应管的驱动问题（119） 4.4.1 一般要求（119） 4.4.2 MOSFET的驱动电路（120） 4.5 IGBT管（123） 4.5.1 IGBT结构与工作原理（124） 4.5.2 IGBT的静态工作特性（124） 4.5.3 IGBT的动态特性（125） 4.5.4 IGBT的栅极驱动及其方法（126） 4.6 MCT管（130） 4.6.1 MCT的基本构造（130） 4.6.2 工作原理（131） 4.6.3 MCT的主要特性（131） 4.6.4 主要特性的说明（133） 4.6.5 栅极驱动电路（142） 4.7 开关元件的安全工作区及其保护（144） 4.7.1 双极型晶体管二次击穿原因及对SOA的影响（144） 4.7.2 安全工作区(SOA) （145） 4.7.3 保护环节——R.C缓冲器（148）第5章磁性元件的特性与计算（152） 5.1 概述（152） 5.1.1 在开关电源中磁性元件的作用及应用（152） 5.1.2 掌握磁性元件对设计的重要意义（152） 5.1.3 磁性材料基本特性的描述（152） 5.1.4 磁心型号对照表（157） 5.2 磁性材料及铁氧体磁性材料（158） 5.2.1 磁心磁性能（158） 5.2.2 磁心结构（161） 5.3 高频变压器设计方法（162） 5.3.1 变压器设计方法之一——面积乘积(AP)法（162） 5.3.2 AR法举例（166） 5.3.3 变压器设计方法之二——几何参数法（172）法举例（174） 5.4 电感器设计方法（179） 5.4.1 电感器设计方法之一——面积乘积(AP)法（179） 5.4.2 AR法举例（182） 5.4.3 电感器设计方法之二——几何参数法（186）法举例（187） 5.4.5 无直流偏压的电感器设计（192） 5.5 抑制尖波线圈与差模、共模扼流线圈（196） 5.5.1 抑制尖波的电磁线圈（196）5.5.2 差模与共模扼流线圈（198） 5.6 电流互感器的设计方法（200） 5.6.1 电流互感器的工作原理（201） 5.6.2 电流互感器的设计举例（201） 5.7 非晶、超微晶(纳米晶)合金软磁材料特性及应用（204） 5.7.1 非晶合金软磁材料的特性（204） 5.7.2 超微晶合金软磁材料的特性（205） 5.7.3 非晶、超微晶合金软磁材料的应用（206）第6章开关电源占空比控制芯片及集成开关变换器的原理与应用（207） 6.1 开关电源系统的隔离技术（207） 6.2 PWM开关电源的集成电路（IC）片（209） 6.2.1 1524/2524/3524简介（209） 6.2.2 IC的工作（213） 6.3 适用于功率场效应管控制的IC芯片（213） 6.3.1 1525A与1524的差别（214） 6.3.2 1525A/1527A的应用（215） 6.4 电流控制型脉宽调制器（216） 6.4.1 UC1846/UC1847工作原理及方框图（216） 6.4.2 1842/2842/3842 8脚脉宽调制器（218） 6.5 μPC1099脉宽调制器（222） 6.5.1 μPC1099的极限使用值和主要电性电能（222） 6.5.2 μPC1099的应用（223） 6.6 集成的开关电源芯片工作原理昅其应用（229） 6.6.1 概述（229） 6.6.2 PWR－210管脚功能及参数（230） 6.6.3 PWR芯片的应用及设计方法（234） 6.6.4 便携式器件中电源使用的集成块（247） 6.6.5 MAX626芯片的应用（252） 6.6.6 MAX627芯片的应用及设计方法（254）第7章功率整流管（263） 7.1 功率整流二极管（263） 7.1.1 功率整流二极管模型（263） 7.1.2 功率二极管的主要参数（263） 7.1.3 几种快速开关二极管（266） 7.2 同步整流管（SR）（268） 7.2.1 概述（268） 7.2.2 同步整流要作原理（269） 7.2.3 同步整流在DC－DC变换器中的举例（271）第8章有源功率因数校正器（273）8.1 AC-ＤＣ电路的输入电流谐波分量（273）8.1.1 谐波电流对电网的危害（273） 8.1.2 AＣ-DC变流电路输入端功率因数（274） 8.1.3 对AC-DC电路输入端谐波电流限制（276） 8.1.4 提高AC-ＤＣ电路输入端功率因数和减小输入电流谐波的主要方法（276） 8.2 功率因数和THD （277） 8.2.1 功率因数和THD （277） 8.2.2 AC-ＤＣ电路输入功率因数与谐波的系数（278） 8.3 Boost功率因数校正器(PFC)的工作原理（278） 8.3.1 功率因数校正的基本原理（278） 8.3.2 Boost有源功率因数校正器(APFC)的主要优缺点（280） 8.4 APFC的控制方法（280） 8.4.1 常用的三种控制方法（280） 8.4.2 电流峰值控制法（280） 8.4.3 电流滞环控制法（282） 8.4.4 平均电流控制法（284） 8.4.5 PFC集成控制电路UC3854A/B简介（285） 8.5 反激式功率因数校正器（288） 8.5.1 DCM反激功率因数校正电路的原理（288） 8.5.2 等效输入电阻（289） 8.5.3 平均输出电流和输出功率（290） 8.5.4 DCM反激变换器等效电路平均模型（290）第9章开关电源并联系统的均流技术（293） 9.1 概述（293） 9.2 开关电源并联系统常用的均流方法（295） 9.2.1 输出阻抗法（295） 9.2.2 主从设置法（297） 9.2.3 按平均电流值自动均流法（298） 9.2.4 最大电流法自动均流（298） 9.2.5 热应力自动均流法（300） 9.2.6 外加均流控制器均流法（301）第10章开关电源的小信号分析（303） 10.1 概述（303） 10.2 电感电流连续时的状态空间平均法（303） 10.3 电流连续时的平均等效电路标准化模型（306） 10.4 电流不连续时标准化模型（312） 10.5 复杂变换器的模型（314） 10.6 用小信号法分析有输入滤波器时开关电源的稳定问题（317）第2篇 PWM开关变换器的设计与制作第1章反激变换器的设计（319）1.1 概述（319） 1.1.1 电磁能量储存与转换（319） 1.1.2 工作方式的进一步说明（321） 1.1.3 变压器的储能能力（322） 1.1.4 设计前的调查（323） 1.2 反激式变换器的设计方法举例（323） 1.2.1 电源主回路（324） 1.2.2 变压器设计（324） 1.2.3 设计112W反激变压器（326） 1.2.4 设计中的几个内容（332） 1.2.5 计算变压器的另缓冲器设计（333） 1.3 反激变换器的缓冲器设计（339） 1.3.1 反激变换器的开关应力（339） 1.3.2 跟踪集电极电压钳位环节（339） 1.3.3 缓冲器环节工作波形（340） 1.3.4 缓冲器参数的确定（342） 1.3.5 低损耗缓冲器（343） 1.4 双晶体管的反激变换器（344） 1.4.1 概述（344） 1.4.2 工作原理（344） 1.4.3 工作特点（346） 1.4.4 缓冲器（346） 1.4.5 工作频率（347） 1.4.6 驱动电路（347） 1.4.7 变压器设计（347） 1.5 隔离式自振荡反激变换器（347） 1.5.1 概述（347） 1.5.2 工作原理（348） 1.5.3 隔离式自振荡反激变换器（350） 1.5.4 加入电流型控制时的有关问题（352） 1.5.5 变压器设计（354）第2章单端正激变换器的设计（356） 2.1 概述（356） 2.2 工作原理（356） 2.2.1 电感的最小值与最大值（357） 2.2.2 多路输出（358） 2.2.3 能量再生线圈的工作原理（358） 2.2.5 正激变换器的优缺点（359） 2.3 变压器设计方法（359） 2.3.1 方法一（360）2.3.2 方法二（364）第3章双晶体管正激变换器的设计（368） 3.1 概述（368） 3.1.1 线路组成（368） 3.1.2 工作原理（368） 3.1.3 电容C的作用（369） 3.2 双晶体管正激变换器变压器设计（370） 3.2.1 概述（370） 3.2.2 变压器的设计方法（370）第4章半桥变换器的设计（374） 4.1 半桥变换器的工作原理（374） 4.2 偏磁现象及其防止方法（375） 4.2.1 偏磁的可能性（375） 4.2.2 串联耦合电容改善偏磁性能（375） 4.2.3 串联耦合电容的选择（376） 4.2.4 阶梯式趋向饱和的可能性及其防止（378） 4.2.5 直通的可能性及其防止（379） 4.3 软启动及双倍磁通效应（380） 4.3.1 双倍磁通效应（380） 4.3.2 软启动线路（380） 4.4 变压器设计（381） 4.5 控制电路（384）第5章桥式变换器的设计（387） 5.1 概述（387） 5.2 工作原理（387） 5.2.1 概述（387） 5.2.2 工作过程（388） 5.2.3 缓冲器的组成及作用（389） 5.2.4 瞬变时的双倍磁通效应（389） 5.3 变压器设计方法（389） 5.3.1 设计步骤及举例（389） 5.3.2 几个问题（394）第6章双驱动变压器推挽变换器的设计（395） 6.1 概述（395） 6.2 工作原理（395） 6.2.1 线路结构（395） 6.2.2 工作原理（396） 6.2.3 各点波形（396） 6.3 开关功率管的缓冲环节（398） 6.4 推挽变换器中变压器的设计（398）第7章 H7C1为材质PQ磁心高频变压器的设计（405） 7.1 损耗及设计原则简介（405） 7.1.1 设计原则（405） 7.1.2 满足设计原则的条件（405） 7.2 表格曲线化的设计方法（409） 7.2.1 表7.1的形成与说明（412） 7.2.2 扩大表7.1的使用范围（414）第8章开关电源设计与制作的常见问题（417） 8.1 干扰与绝缘（417） 8.1.1 干扰问题及标准（417） 8.1.2 隔离与绝缘（419） 8.2 效率与功率因数（422） 8.2.1 高效率与高功率密度（422） 8.2.2 高功率因数（422） 8.3 智能化与高可靠性（423） 8.4 高频电流效应与导体选择与布置（424） 8.4.1 趋肤效应和邻近效应的产生（424） 8.4.2 ќ系数和有效导体厚度（427） 8.4.3 绕组结构（429）第3篇软开关-PWM变换器第1章软开关功率变换技术（430） 1.1 硬开关技术与开关损耗（430） 1.2 高频化与软开关技术（431） 1.3 零电流开关和零电压开关（432） 1.4 准谐振变换器（433）第2章 ZCS-PWM和ZVS-PWM变换技术（436） 2.1 ZCS-PWM变换器（436） 2.1.1 工作原理（436） 2.1.2 运行模式分析（436） 2.1.3 实验结果报导（438） 2.1.4 ZCS-PWM变换器的优缺点（438） 2.2 ZVS-PWM变换器（439） 2.2.1 工作原理（439） 2.2.2 运行模式分析（439） 2.2.3 分析（441） 2.2.4 ZVS-PWM变换器的优缺点（441）第3章零转换-ＰＷＭ软开关变换技术（443） 3.1 零转换-PWM变换器（443） 3.2 ZCT-PWM变换器（443）3.2.1 工作原理（443） 3.2.2 运行模式分析（445） 3.2.3 ZCT-PWM变换器的优缺点（446） 3.2.4 实验结果报导（446） 3.3 ZCT-PWM开关（446） 3.4 ZVT-PWM变换器（447） 3.4.1 工作原理（447） 3.4.2 运行模式分析（447） 3.4.3 ZVT-PWM变换器的优缺点（450） 3.4.4 实验结果报导（450）第4章移相控制全桥ZVS-ＰＷＭ变换器（451） 4.1 FB ZVS-PWM DC-DC变换器的工作原理（451） 4.2 FB ZVS-PWM变换器运行模式分析（453） 4.3 FB ZVS-ＰＷＭ变换器分析（455） 4.3.1 占空比分析（455） 4.3.2 FB ZVS-PWM变换器两桥臂开关管的ZVS的条件（455） 4.3.3 FB ZVS-PWM变换器的优缺点（456） 4.4 FB ZCZVS-ＰＷＭ变换器开发及应用（456） 4.5 移相控制全桥FB ZV－ZVC-PWM变换器（457）第5章有源钳位软开关PWM变换技术（459）5.1 有源钳位ZVS-PWM正激变换器5.2 有源钳位ZVS-PWM正、反激组合式变换器第4篇开关电源的计算机辅助分析与设计第1章开关电源的计算机仿真（467） 1.1 电力电子电路的计算机仿真技术（467） 1.1.1 计算机仿真技术（467） 1.1.2 电路仿真分析(建模)方法（467） 1.1.3 SPICE和PSPICE仿真程序（468） 1.2 用SPICE和PSPICE通用电路模拟程序仿真开关电源（469） 1.2.1 概述（469） 1.2.2 功率半导体开关管的SPICE仿真模型（470） 1.2.3 控制电路的SPICE仿真模型（474） 1.2.4 例1：正激PWM开关电源的SPICE仿真（477） 1.2.5 例2：推挽式PWM开关电源的PSPICE仿真及补偿网络参数优化选择（483） 1.3 离散时域法仿真（489） 1.3.1 概述（489） 1.3.2 数值法求解分段线性网络的状态方程（490） 1.3.3 求解网络拓扑的转换时刻(边界条件) （493） 1.3.4 非线性差分方程(大信号模型) （494）1.3.5 小信号模型（495） 1.3.6 程序框图（496） 1.3.7 仿真计算举例（499）第2章开关电源的最优设计（503）2.1 概述（503） 2.1.1 可行设计（503） 2.1.2 最优设计（503） 2.1.3 开关电源的主要性能指标（503） 2.1.4 本章主要内容（504） 2.2 工程最优化的基本概念（504） 2.2.1 优化设计模型的三个内容（504） 2.2.2 设计变量（505） 2.2.3 目标函数（505） 2.2.4 约束（506） 2.2.5 优化数学模型的一般形式（507） 2.2.6 工程优化设计的特点（507） 2.3 应用最优化方法的几个问题（508） 2.3.1 最优解的性质（508） 2.3.2 初始点的选择（508） 2.3.3 收敛数据（509） 2.3.4 变量尺度的统一（509） 2.3.5 约束值尺度的统一（510） 2.3.6 多目标优化问题（510） 2.4 DC-ＤＣ桥式开关变换器的最优设计（511） 2.4.1 DC-ＤＣ半桥式PWM开关变换器主要电路的优化设计（511） 2.4.2 开关、整流滤波电路的优化设计数学模型（511） 2.4.3 变压器的优化设计数学模型（513） 2.4.4 半桥PWM开关变换器优化设计的实现（516） 2.4.5 5V/500W输出 DＣ-DC半桥PWM开关变换器优化设计举例（517） 2.4.6 DC-DC全桥ZVS-ＰＷＭ变换器主电路的优化设计（520） 2.5 单端反激PWM开关变换器的优化设计（522） 2.5.1 数学模型概述（522） 2.5.2 多路输出等效为一路输出的方法（523） 2.5.3 优化设计举例（524） 2.6 PWM开关电源控制电路补偿网络的优化设计（525） 2.6.1 概述（525） 2.6.2 开关电源瞬态响应特性简介（526） 2.6.3 开关变换器的频域特性（527） 2.6.4 PWM开关变换器小信号模型（530） 2.6.5 瞬态优化设计数学模型（533）2.6.6 计算举例（536） 2.7 DC-DC全桥移相式ZVS-PWM开关电源补偿网络的最优设计（539） 2.7.1 主电路及电压、电流波形（540） 2.7.2 FB ZVS-PWM变换器小信号模型（540） 2.7.3 FB ZVS-ＰＷＭ变换器主电路传递函数及频率特性（542） 2.7.4 FB ZVS-PWM开关电源补偿网络最优设计模型（544） 2.7.5 典型设计举例（547）参考文献（549）精品文档11。

开关电源方案

开关稳压电源设计方案一设计要求1、分析题目要求，设计并制作如图一所示的开关稳压电源：R LU 1=开关稳压电源图一基本要求：① 输出电压0U 可调范围：30V ～36V ；② 最大输出电流max 0I ：2A ；③ 2U 从15V 变到21V 时，电压调整率()A I S O u 2%2=≤；④ O I 从0到2A 时，负载调整率)18%(52V U S I =≤；⑤ 输出噪声纹波电压峰-峰值()A I V U V U V U O Opp 2,36,18102===≤； ⑥ DC/DC 变换器的效率)2,36,18%(70002A I V U V U ===≥η；⑦ 具有过流保护功能，动作电流()A I th O 2.05.2±=。

二方案论证及选择首先我们需要确定出系统设计方案。

在基本要求中，第 ④⑤⑦对总体方案的影响不大，这些指标都只与器件选择、制作工艺等因素有关，所以，我们主要对第 ⑥两条指标分析。

1、整流电路方案方案一：半波整流优点：单相板波整流电路是最简单的一种整流电路，结构简单，使用元件少。

缺点：输出波形脉动大，直流成分比较低，变压器的利用率低，容易饱和。

方案二：全波整流与半波整流电路相比，在相同的变压器副边电压下，对二级管的参数要求是一样的，并且还具有输出电压高、变压器利用率高、脉动系数小等优点。

因此本次设计采用方案二。

2、滤波电路方案方案一：电感滤波电感滤波电路适用于大电流负载，为特性比较硬，由于采用了电感，所以电路比较笨重。

方案二：电容滤波电容滤波电路结构简单，适用于小电流负载。

因电感没有现成的，需要自己缠制，所以制作麻烦且体积较大。

在这里我们选择电容滤波电路进行滤波，即选择方案二。

3、控制方案的选择对第⑥条指标分析，要求变换器整体效率大于或等于70%，对小功率电源来说有点高，计算有，在72W的额定功率、70%效率下，变换器的损耗不能超过21.6W，所以，不论是功率变换器构成的主电路，还是控制电路，都应该尽量简单。

开关电源资料(完整版)

电源开关设计的基本概念工作在开关两种状态下的电路，就叫开关电路。

利用开关电路设计的电源，叫开关电源。

驱动电路：不同的电路对驱动电路要求不同有的驱动电路是一个PWM控制器，比如步进电机的驱动有的驱动电路是一个电压放大器，例如功放中的前置放大器有的驱动电路是一个电流放大器，例如音箱的驱动电路就是一个音频率功率放大器电源开关的使用较为复杂，甚至让大多数电子产品设计人员都感到困惑，特别是对那些非电源管理专家而言。

在各种各样的应用中，例如：便携式电子产品、消费类电子产品、工业或电信系统等，广大设计人员正越来越多地使用电源开关。

这些电源开关的使用方式多种多样，包括控制、排序、电路保护、配电甚至是系统电源开启管理等。

当然，每一种用法都需要有不同特性的电源开关解决方案。

本文针对在不同应用中设计人员使用电源开关时需要考虑的重要规范和概念进行了总结，并介绍了一些可能的解决方案，旨在帮助设计人员选择一种最佳方案。

很明显，在选择电源开关前我们应该问自己的第一个问题就是：我们想要用这个开关来做什么？虽然这是一个简单的问题，但答案却能帮助我们定义完美的产品。

使用电源开关的方式有数种，最为常见的是：1控制、配电和排序(即开启/关闭电源轨来启用某个子系统或者为多个负载配电)2短路保护或者过电流/过电压保护(USB电流限制、传感器保护、电源轨短路保护)3管理接通浪涌电流(即电容充电时)4选择电源(即多路复用或ORing)或者负载分配。

开关电源定义及应用开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的导通与截止．将直流电**为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压的电源。

开关电源由以下几个部分组成：一、主电路从交流电网输入、直流输出的全过程，包括：1、输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。

2、整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。

3、逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。

开关电源中常见变换器主电路拓扑

开关电源中常见变换器主电路拓扑1.1 Buck变换器Buck变换器又称降压变换器，Buck型电路拓扑由有源开关(功率MOSFET)、续流二极管D(或由同步整流开关代替)、储能电感L、滤波电容C组成。

其电路如图1-1所示。

电感和输出电容组成一个低通滤波器，滤波后电压以很小的纹波呈现在输出端。

图1-1 Buck变换器拓扑结构1.2 Boost变换器Boost变器又称升压变换器，其电路如图1-2所示。

改变降压变换器中元件的位置就可把它变成升压变换器。

在升压变换器中，开关管导通时在电感中有斜波电流流过。

当开关管断开时，电感中的电流必须保持流动，电感上的电压改变极性，使二极管正向偏置，并释放能量到输出端和输出电容器。

图1-2 Boost变换器拓扑结构1.3 反激变换器反激变换器又称Flyback式变换器，其电路如图1-3所示。

由于反激变换器的电路拓扑结构简单，能提供多组直流输出和升降范围宽，因此广泛应用于中小功率变换场合。

其结构相当于在Boost变换器中，用一个变压器代替升压电感，即构成了反激式变换器。

图1-3 反激电路原理图V1213T111423131211109867451516R12C1R14VZ112R11C5C6VZ212R9R1C10R18R13C8VD312R15VD112R7C3N1MC33262VFB1Comp2Multi3CS 4Z c d5G N D6Dri 7Vcc 8R10R19VD212C7R6VCC Vpfc,inVpfc,out 当开关晶体管VS 被驱动脉冲激励而导通时，Vin 加在开关变压器T 的初级绕组L1上，此时次级绕组L2的极性使VD 处于反偏而截止，因此L2上没有电流流过，此时电感能量储存在L1中，当VS 截止时，L2上电压极性颠倒使VD 处于正偏，L2上有电流流过，在VS 导通期间储存在L1中的能量此时通过VD 向负载释放。

反激式变换器工作波形见图 1-4。

图1-4 反激式变换器工作波形2.PFC 电路PFC 的英文全称为Power Factor Correction ，意思是功率因数校正。

开关电源(3)变换器

功率因数为1的高频整流器
1）基本概念（续）视在功率等于网络端钮处电流、电压有效值的乘积，而有效值能客观地反映正弦量的大小和他的做功能力，因此这两个量的乘积反映了为确保网络能正常工作，外电路需传给网络的能量或该网络的容量。功率因数是有功功率和视在功率的比值。功率因数的大小与电路的负荷性质有关，如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1，一般具有电感或电容性负载的电路功率因数都小于1。功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。
(6). 桥式变换器
全桥型变换器特性：
优点：1）保持有半桥变换器中开关管截止时承受电压低的特点。 2）具有推挽型电路输出电压高、输出功率大的优点。因此全桥电路在DC/DC变换器中应用较多。
缺点：所用功率开关管较多，驱动电路复杂。
(7). 推挽式变换器
在驱动脉冲的作用下，VT1、VT2交替导通截止。
功率因数为1的高频整流器
1）基本概念有功功率：电能用于做功被消耗，它们转化为热能、光能、机械能或化学能等，称为有功功率；又叫平均功率。交流电的瞬时功率不是一个恒定值，功率在一个周期内的平均值叫做有功功率，它是指在电路中电阻部分所消耗的功率，以字母P表示，单位瓦特。无功功率：具有电感和电容的交流电路中，电感的磁场或电容的电场在一个周期内的一部分时间内从电源吸收能量，另一部分时间内将能量返回电源。在整个周期内平均功率为零，没有能量消耗。但能量是在电源和电感或电容之间来回交换的。能量交换率的最大值叫做无功功率。由于它不对外做功，才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q表示，单位为乏(Var)或千乏(kVar)。
Vo>Vin, 升压型电路

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。