开关电源概述剖析
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图1-7升压式开关电源
(2)降压式开关电源 (3)输出极性反转式开关电源
1.2降压型开关稳压电源 1.2.1降压型开关稳压电源的电路结构
图1-8降压式开关电源
1.2.2降压型开关稳压电源的工作原理
图1-8降压式开关电源
(1).开关管V的导通期内，储能电感中
电流的最大变化量为
I Lmax1
Ui
UO L
2.功率开关管V功率损耗P的计算(四段计算)
PZ
1 T
ICO
•
UC
• tOFF
IC
• Uces • tON
1 6 IC (UC
2Uces ) • (tr
t f )
3.功率开关管V功率损耗P的计算(四段计算)
1
Ii
1 •Ui
•T
ICO
• UC
• tOFF
IC
• Uces
• tON
1 6
IC (UC
2.续流二极管VD的选择
3.输出滤波电容C的选择 C IO (UO Ui ) UO fUO
4.储能电感L的选择 L 10DU O (1 D)2
7IO f
1.4极性反转型开关稳压电源 1.4.1极性反转型开关稳压电源的电路结构
图1-15极性反转型开关电源
1.4.2极性反转型开关稳压电源的工作原理
按储能电感的连接方式分类
(2)、并联型：储能电感 和负载相并联
① V饱和导通时，VD截止，UI经V在L中产生电流iL，L储能。 ② V截止时， L中的电流不能突变，产生上负 下正的自感电动
势，VD导通，续流电流iZ 向电容C充电，将L中的磁能转换为电 容C中的电能。
◆总之，调整管V导通期间，L储存磁能，负载由电容C供电； 调整管V截止期间，L释放磁能，转变为C的电能，同时向负载供电。 ※并联型电路中，调整管承受的反峰电压为2UI ，为串联型的两倍。
按储能电感的连接方式分类
(3) 并联独立输出型：通过续流电感的电磁耦合，实现隔离输出。 （电源输入端不使用变压器、实现多种电压输出）
＊应用最多的一种电路形式
＊三极管V可使用功率场效应管 ＊脉冲调宽、脉冲发生及误差信号的产生等可集成化例如TOP221TOP227
按输入和输出电压的大小分类 (1)升压式开关电源
1.4.3极性反转型开关稳压电源的设计
图1-14升压型开关电源(a)
图1-15极性反转型开关电源(a)
开关电源概述
主要内容
1.1线性稳压电源与开关稳压电源 1.2降压型开关电源 1.3升压型开关电源 1.4极性反转型开关电源 1.5开关Biblioteka Baidu源中的控制、驱动和保护电路 1.6开关电源中的器件 1.7开关电源中的材料
1.1线性稳压电源与开关稳压电源 1.1.1 线性稳压电源
图1-1线性稳压电源原理图
2Uces ) • (tr
tf
)T
•
IO2
•
L
①.转换效率η与开关管V的功率损耗PZ成反比 ②.转换效率η与储能电感L上的功率损耗成反比 ③.转换效率η与输入电流Ii 和输入电压Ui成正比
1.2.4降压型开关稳压电源的设计
1.功率开关管V的选择
IGBT或MOSFET或GTR
2.续流二极管VD的选择
I L1
Ui L
• tON
(2).开关管V的截止期内，储能电感中 电流的变化量为
I L2
Ui
UO L
Ud
• tOFF
(3).开关管V导通期与截止期能量转换的条件：
Ui L
• tON
Ui
UO Ud L
• tOFF
即UO
Ui
•1 1 D
1.3.3升压型开关稳压电源的设计
1.功率开关管V的选择
Uceo、Ic、Pc
(1).开关管V的导通期内，电感储存的能量：
PL
U O 2tOFF 2 2LT
(2).开关管V的截止期内，电感中的能量传给 负载：
UO
U i
D 1 D
图1-15极性反转型开关电源
结论：
①.UO与Ui极性相反 ②.改变D可改变UO，稳定D可稳定UO ③.D＞1-D时，即D＞0.5时，UO＞Ui
D＜1-D时，即D＜0.5时，UO＜Ui
1.输出纹波△UO 的计算 UO UO1 UO2
△UO1：开关管V导通时间内滤波电容C上电压的变化量
△UO2：开关管V截止时间内滤波电容C上电压的变化量
U O1
1 C
U O
• tON • tOFF 8L
图1-2
U O 2
1 C
U
O
• tON 8L
2
1.2.3降压型开关稳压电源重要参数的计算
1.输出纹波△UO 的计算
UO
U
2 O
8C •
•T 2 L •Ui
实际输出的纹波还包括电网工频纹波电压和高频功率转换产生的寄生纹波电压
减少纹波电压的方法：
(1).采用肖特基二极管或快恢复二极管
(2).采用阻容吸收网络
(3).串接小容量电感
图1-10采用阻容吸收网络
1.2.3降压型开关稳压电源重要参数的计算
3.储能电感L的选择 L RLmax • (1 D) 1.5 f
4输出滤波电容C的选择
C
UO 8Lf 2UO
1
UO Ui
1.3升压型开关稳压电源 1.3.1升压型开关稳压电源的电路结构
图1-14升压型开关电源
1.3.2升压型开关稳压电源的工作原理
图1-14升压型开关电源
(1).开关管V的导通期内，储能电感中 电流的变化量为
串联型 并联型 并联独立输出型
(1) 串联型：储能电感 和负载相串联
① V饱和导通时，VD截止，UI经V在L中产生电流iL向电容C充电。 ② V截止时， L中的电流不能突变，产生左负 右正的自感电动
势，VD导通，续流电流 iZ 向电容C充电，将L中的磁能转换为电 容C中的电能。
◆总之，调整管V导通期间，L储存磁能，并给电容C充电，同时向负载供电； 调整管V截止期间，L释放磁能，转变为C的电能，同时向负载供电。
• tON
(2).开关管V的截止期内，储能电感中 电流的最大变化量为
I L max2
UO L
• tOFF
(3).开关管V导通期与截止期能量转换的条件：
Ui
UO L
• tON
UO L
• tOFF
即UO
tON tON tOFF
•Ui
D •Ui
tON T
•Ui
1.2.3降压型开关稳压电源重要参数的计算
1.1.2 开关稳压电源 开关稳压电源的结构
图1-2开关稳压电源原理图
1.1.3开关稳压电源的种类 按功率开关管的类型分类
(1)晶体管型开关电源 (2)晶闸管型开关电源 (3)MOSFET型开关电源 (4)IGBT型开关电源
图1-4 按功率开关管的类型分类
1.1.4 开关稳压电源的种类 按储能电感的连接方式分类
(2)降压式开关电源 (3)输出极性反转式开关电源
1.2降压型开关稳压电源 1.2.1降压型开关稳压电源的电路结构
图1-8降压式开关电源
1.2.2降压型开关稳压电源的工作原理
图1-8降压式开关电源
(1).开关管V的导通期内，储能电感中
电流的最大变化量为
I Lmax1
Ui
UO L
2.功率开关管V功率损耗P的计算(四段计算)
PZ
1 T
ICO
•
UC
• tOFF
IC
• Uces • tON
1 6 IC (UC
2Uces ) • (tr
t f )
3.功率开关管V功率损耗P的计算(四段计算)
1
Ii
1 •Ui
•T
ICO
• UC
• tOFF
IC
• Uces
• tON
1 6
IC (UC
2.续流二极管VD的选择
3.输出滤波电容C的选择 C IO (UO Ui ) UO fUO
4.储能电感L的选择 L 10DU O (1 D)2
7IO f
1.4极性反转型开关稳压电源 1.4.1极性反转型开关稳压电源的电路结构
图1-15极性反转型开关电源
1.4.2极性反转型开关稳压电源的工作原理
按储能电感的连接方式分类
(2)、并联型：储能电感 和负载相并联
① V饱和导通时，VD截止，UI经V在L中产生电流iL，L储能。 ② V截止时， L中的电流不能突变，产生上负 下正的自感电动
势，VD导通，续流电流iZ 向电容C充电，将L中的磁能转换为电 容C中的电能。
◆总之，调整管V导通期间，L储存磁能，负载由电容C供电； 调整管V截止期间，L释放磁能，转变为C的电能，同时向负载供电。 ※并联型电路中，调整管承受的反峰电压为2UI ，为串联型的两倍。
按储能电感的连接方式分类
(3) 并联独立输出型：通过续流电感的电磁耦合，实现隔离输出。 （电源输入端不使用变压器、实现多种电压输出）
＊应用最多的一种电路形式
＊三极管V可使用功率场效应管 ＊脉冲调宽、脉冲发生及误差信号的产生等可集成化例如TOP221TOP227
按输入和输出电压的大小分类 (1)升压式开关电源
1.4.3极性反转型开关稳压电源的设计
图1-14升压型开关电源(a)
图1-15极性反转型开关电源(a)
开关电源概述
主要内容
1.1线性稳压电源与开关稳压电源 1.2降压型开关电源 1.3升压型开关电源 1.4极性反转型开关电源 1.5开关Biblioteka Baidu源中的控制、驱动和保护电路 1.6开关电源中的器件 1.7开关电源中的材料
1.1线性稳压电源与开关稳压电源 1.1.1 线性稳压电源
图1-1线性稳压电源原理图
2Uces ) • (tr
tf
)T
•
IO2
•
L
①.转换效率η与开关管V的功率损耗PZ成反比 ②.转换效率η与储能电感L上的功率损耗成反比 ③.转换效率η与输入电流Ii 和输入电压Ui成正比
1.2.4降压型开关稳压电源的设计
1.功率开关管V的选择
IGBT或MOSFET或GTR
2.续流二极管VD的选择
I L1
Ui L
• tON
(2).开关管V的截止期内，储能电感中 电流的变化量为
I L2
Ui
UO L
Ud
• tOFF
(3).开关管V导通期与截止期能量转换的条件：
Ui L
• tON
Ui
UO Ud L
• tOFF
即UO
Ui
•1 1 D
1.3.3升压型开关稳压电源的设计
1.功率开关管V的选择
Uceo、Ic、Pc
(1).开关管V的导通期内，电感储存的能量：
PL
U O 2tOFF 2 2LT
(2).开关管V的截止期内，电感中的能量传给 负载：
UO
U i
D 1 D
图1-15极性反转型开关电源
结论：
①.UO与Ui极性相反 ②.改变D可改变UO，稳定D可稳定UO ③.D＞1-D时，即D＞0.5时，UO＞Ui
D＜1-D时，即D＜0.5时，UO＜Ui
1.输出纹波△UO 的计算 UO UO1 UO2
△UO1：开关管V导通时间内滤波电容C上电压的变化量
△UO2：开关管V截止时间内滤波电容C上电压的变化量
U O1
1 C
U O
• tON • tOFF 8L
图1-2
U O 2
1 C
U
O
• tON 8L
2
1.2.3降压型开关稳压电源重要参数的计算
1.输出纹波△UO 的计算
UO
U
2 O
8C •
•T 2 L •Ui
实际输出的纹波还包括电网工频纹波电压和高频功率转换产生的寄生纹波电压
减少纹波电压的方法：
(1).采用肖特基二极管或快恢复二极管
(2).采用阻容吸收网络
(3).串接小容量电感
图1-10采用阻容吸收网络
1.2.3降压型开关稳压电源重要参数的计算
3.储能电感L的选择 L RLmax • (1 D) 1.5 f
4输出滤波电容C的选择
C
UO 8Lf 2UO
1
UO Ui
1.3升压型开关稳压电源 1.3.1升压型开关稳压电源的电路结构
图1-14升压型开关电源
1.3.2升压型开关稳压电源的工作原理
图1-14升压型开关电源
(1).开关管V的导通期内，储能电感中 电流的变化量为
串联型 并联型 并联独立输出型
(1) 串联型：储能电感 和负载相串联
① V饱和导通时，VD截止，UI经V在L中产生电流iL向电容C充电。 ② V截止时， L中的电流不能突变，产生左负 右正的自感电动
势，VD导通，续流电流 iZ 向电容C充电，将L中的磁能转换为电 容C中的电能。
◆总之，调整管V导通期间，L储存磁能，并给电容C充电，同时向负载供电； 调整管V截止期间，L释放磁能，转变为C的电能，同时向负载供电。
• tON
(2).开关管V的截止期内，储能电感中 电流的最大变化量为
I L max2
UO L
• tOFF
(3).开关管V导通期与截止期能量转换的条件：
Ui
UO L
• tON
UO L
• tOFF
即UO
tON tON tOFF
•Ui
D •Ui
tON T
•Ui
1.2.3降压型开关稳压电源重要参数的计算
1.1.2 开关稳压电源 开关稳压电源的结构
图1-2开关稳压电源原理图
1.1.3开关稳压电源的种类 按功率开关管的类型分类
(1)晶体管型开关电源 (2)晶闸管型开关电源 (3)MOSFET型开关电源 (4)IGBT型开关电源
图1-4 按功率开关管的类型分类
1.1.4 开关稳压电源的种类 按储能电感的连接方式分类