开关电源的工作原理与电路设计 ppt课件

电动势、iL为流过电感L的电流、Uo为滤波输出电压（开关电源输出电压）、
Io为流过负载的电流。
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串联式开关电源输出电压滤波电路
➢ 在Ton期间，输入电压Ui通过控制开关K输出电压uo，然后加到储能滤波电感L和
储能滤波电容C组成的滤波电路上，在此期间储能滤波电感L两端的电压eL为：
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2.2 串联式开关电源输出电压滤波电路
K uo
L
Uo
eL、iL
Ui
D
C uc R Io
图2-2
➢ 图2-2是串联式开关电源输出电压滤波电路。图中，K为开关（开关器件）、
L为储能滤波电感、C为储能滤波电容、D为续流二极管、R为负载电阻，Ui为
输入电压、uo为滤波器输入电压（开关输出电压）、eL为滤波电感产生的感应
1. 正激式变压器开关电源 2. 反激式变压器开关电源
（2）双激式变压器开关电源
1. 推挽式变压器开关电源 2. 半桥式变压器开关电源
a. 单电容半桥式变压器开关电源 b. 双电容半桥式变压器开关电源
3. 全桥式变压器开关电源 6
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开关电源的工作原理 2.0
串联式开关电源
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希望从事开关电源设计的工程师对此感兴趣
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开关电源的工作原理与电路设计
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概论
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1.1 开关电源的应用
➢ 开关电源的应用遍及各个行业和领域，图中列举的有：电子手表、MP3、MP4、手机、节能灯、
LED灯、充电器、电源适配器、电脑、电视机、变频空调、 UPS电源、电磁炉、电动摩托、电动
上面计算过程都是假说输出电压Uo不变的情况下得到的结果，实际应用中也
是这样，因为输出电压的纹波非常小。综合上面计算结果进行分析：
6. 开关变压器伏秒容量的计算与测量 7. 开关变压器初次级线圈匝数计算 8. 开关电源占空比与变压比的计算
三.开关电源电路设计
（此部分为增补内容）
1. 开关电源电路设计的几个要素 2. 常用开关电源 3. 开关电源典型电路简介 4. 单IC开关电源 5. 自激式开关电源 6. 场效应管开关电源 7. 开关电源的安全设计 8. 开关电源调试方法要点
开关电源种使用的开关器件主要是：晶体管、场效应
管、IGBT管、闸流管、电源IC（包括厚膜电路），及磁
饱和开关等。
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1.3 开关电源的几种工作模式
一、非隔离式开关电源
1. 串联式开关电源 2. 并联式开关电源 3. 反转式开关电源
二、隔离式变压器开关电源
（1）单激式变压器开关电源
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2.1 串联式开关电源的工作原理
K
uo
Ui、Up
Ua
Ui
R uo
0
Ton Toff
T
a
b
图2-1
Ua Ui TTonDUi DTon Ton
T TonToff
——（2-1） ——（2-2）
➢ 图2-1-a是串联式开关电源的 最简单工作原理图；图1-1-b是 串联式开关电源输出电压的波 形。Ui—输入电压；uo—输出 电 压 ； Up— 输 出 电 压 峰 值 ； t Ton—导通时间；Toff—关断时 间 ； Ua— 输 出 电 压 平 均 值 ； D—占空比。 ➢ 串联式开关电源也有人称为 斩 波 器 ， 或 CuK 开 关 电 源 ， 其 工作原理简单，工作效率高， 缺点是输入、输出共用一个地， 容易一起触电和EMI干扰。
汽车、动车组、逆变器、太阳能（风能）逆变站、高压直流电网、等等。
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1.2 什么是开关电源
➢ 形象地说，开关电源就是一个对不同输入电压进行变
换和调整，以适应不同负载要求的装置，其特点是电源
工作在开/关状态，工作效率高，是一种比线性控制电源
应用更广范的电源转换装置。
根据用途来分，开关电源可分为：DC/DC、AC/DC、
开关电源的工作原理与电路设计
2013.12.15
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下面是本次技术交流的主要内容
一. 开关电源基本电路的工作原理
1. 串联式开关电源 2. 并联式开关电源 3. 反转式开关电源 4. 单激式变压器开关电源 5. 双激式变压器开关电源 6. 各种开关电源的优缺点
二. 各种开关电源电路参数的计算
1. 输出电压的计算 2. 储能电感的计算 3. 储能滤波电容的计算 4. 变压器参数的计算 5. 单激式开关变压器气隙的选取
eL LddtiUo
—— K关断期间
（2-6）
对（2-6）进行积分得：
iLT ton U L od tU L oti(To n) —— K关断期间 （2-7）
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上式中： i(Ton )i(Tof f)iLm—— K关断期间 （2-8）
（2-8）式中，i(Ton) 和 i(Toff ) 分别为K从Toff转换到Ton的瞬间，或K从Ton
eL
Ui Uo
Ldi dt
—— K接通期间
（2-3）
流过电感的电流： iL0 tU i L U od tU i L U oti(0) ——
（2-4）
流过电感的最大电流： iLmUi LUoToni(0) —— K关断前瞬间 （2-5）
上式中，i(0)为电流初始值。在开关K关断期间，储能电感L把磁能转化成电流iL， 通过续流二极管D继续向负载R提供能量，在此期间L两端的电压eL为：
DC/AC、AC/AC、等多种开关电源。
根据开关工作模式来分，开关电源可分为：频率、脉
冲宽度固定式；频率固定、脉冲宽度可变式；频率、脉
冲宽度可变式，等3种开关电源。
根据开关器件在电路中连接的方式，开关电源可分为：
串联式开关电源、并联式开关电源、变压器式开关电源
（其中分：单激式和双激式变压器开关电源）。
转换到Toff的瞬间，流过电感的电流，因此（2-7）式又可以改写为：
iL
Uo L
t
iLm
—— K关断期间
当t=Toff时刻，iL达到最小值。此值为：
（2-9）
iLxULo ToffiLm —— K接通前瞬间
（2-10）
上面计算过程中，（2-4）式表示输入电压Ui通过电感L对滤波电容充电，同时也 对负载供电，流过电感L的电流按线性规律上升，斜率为（Ui-Uo）/L；（2-9）式 表示储能电感L在释放能量，继续对滤波电容充电和对负载供电，流过电感L的电流 按线性规律下降，斜率为-Uo/L。