电力电子技术与开关电源原理讲义

开关电源的原理与应用
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序论-前沿介绍
开关电源的技术领域－属于电力电子技术
电力电子技术－电力学、电子技术、控制理论三个学科的交叉
１.电力电子技术的概念及研究领域
电力电子技术（Power Electronics）是以电力电子器件（Power Electronic Device）为基础，利用电路和控制理论对电能进行交换和控制的技术，即应用于电力应用领域的电子技术。

电力电子技术也称为电力电子学或功率电子学。

电力电子技术由电力学、电子学、和控制理论三个学科交叉形成，是目前较为活跃的应用型学科。

电力电子技术通常分为器件的制造技术和电力电子电路的应用技术即变流技术两大部分。

其中，器件制造技术包括各种电力电子器件的设计、制造、参数测试、模型分析等。

而目前所用的电力电子器件基本都采用半导体材料制成，所以电力电子器件也称为电力半导体器件。

电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础。

电能有交流（Alternating Current, AC）和直流（Direct Current, DC）两大类。

交流电能有电压大小、相位、频率和相数的差别，直流电能有大小和极性的差别。

在电能的实际应用中，常常需要在两种电能之间，或是对同一种电能的一个或多个参数（如电压、电流、频率等）进行变换，这就是电力变换（Power Conversion），也就是电力电子变流技术。

电力变换可总结为以下四种类型：
交流—直流（AC—DC）变换—整流，将交流电能变换为直流电能。

直流—交流（DC—AC）变换—
逆变，将直流电能变为交流电能，是整流的逆过程。

交流—交流（AC—AC）变换—
包括交流调压和交流变频，即改变交流电能的参数。

直流—直流（DC—DC）变换—直流斩波，是对直流电能的参数进行变换。

所以，电力电子技术对电能进行变换和控制的任务就是变换电能的形态和控制电能的流动(如：电动车)，向用户提供满足性能要求的电能。

２.电力电子技术的发展历史
（1）.电力电子器件的发展历史
电力电子技术的发展历史，与电力电子器件的发展历史密不可分。

电力电子器件是电力电子技术的基础，也是电力电子技术发展的“龙头”。

1958年，美国通用电气公司研制出世界上第一只工业用晶闸管（Thyristor），也称SCR，这标志着电力电子技术时代的诞生。

20世纪60年代开始到70年代阶段，晶闸管得到了飞速发展，从低压小电流到高压大电流的各系列晶闸管产品广泛应用于各种变流装置，同时，逆导晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等晶闸管派生器件也相继问世，电力电子技术的发展进入了晶闸管时代。

20世纪70年代中后期，以门极关断（GTO）晶闸管、大功率晶体管（GTR）和电力场效应晶体管（电力MOSFET）为代表的全控型器件得到迅速发展。

到了20世界80年代后期，绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、集成门极换流晶闸管（IGCT）等复合型器件相继问世，它们综合看MOSFET、GTO等期间的优点，性能更加优越。

（２）.电力电子电路的发展历史
和电力电子器件相适应，电力电子电路的发展经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代几个发展阶段。

20世纪70年代开始，出现了世界范围的能源危机，交流电机变频调速因具有节能效果显著的特点而得到迅速发展。

变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。

在70~80年代，随着变频调速装置的普及，大功率逆变用晶闸管、大功率晶体管（GTR）和门极关断晶闸管（GTO）成为当时电力电子器件的主角，类似的应用还包括高压直流输电、静止式无功率动态补偿等。

这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变，电力电子电路的发展进入逆变器时代。

但变频装置的工作频率还较低，主要局限在中低频范围内。

20世纪80年代开始，随着大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，为现代电力电子技术的发展奠定了基础。

将集成电路的精细加工技术和高压大电流技术有机结合，出现了一批全新的全控型功率器件。

新型电力电子器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率，使其性能更加完善可靠，而且使现代电子技术不断向高频化发展，为用电设备的高效节材节能，实现小型化和轻量化，实现机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。

电力电子电路的发展进入了变频器时代。

３.电力电子技术的应用
在高度发达的今天，电能是国民经济和人民生活非常重要的能源，而作为对电能进行变换和控制的电力电子装置也是无处不在。

电力电子技术的应用领域已从传统的机械、石化、纺织、冶金、电力、铁路、航空、航海等领域，进一步扩展到汽车、通信、家用电器、医疗设备、照明等领域。

（1）一般工业应用
据不完全统计，在目前所有能源中，电能约占40%，电能中55%以上是通过各种电机消耗的，而为各种电机供电的电源都是电力电子装置。

此外，电化学、电解、电镀等所需要的整流电源，冶金工业中的中频、高频感应加热电源，直流
电弧炉电源等都是电力电子装置。

（2）．交通运输中的应用
电力机车、城市电车、地铁都采用电力电子装置进行调速和控制。

电动汽车的电机也需要电力电子装置进行电力变换和控制。

飞机、船舶需要多种不同性能的电源，也离不开电力电子技术。

（3）.电力系统中的应用
直流输电具有输电距离远、调节性能好、过电压水平低、线路损耗小的优点，近年来得到迅速发展，我国也已投建了多条高压直流输电线。

直流输电送电端的换流阀都采用晶闸管变流装置。

（4）.新能源中的应用
近年来，风力发电、太阳能发电、潮汐发电等各种可能再生能源的应用越来越受重视，这些新型发电方式都需要电力电子技术参与调节和控制。

同时，这些发电方式发出的电能在联网和储能时也离不开电力电子装置。

（5）．电子装置在家用电器中的应用
各种电子装置都需要不同电压等级的直流电源供电，近年来高频开关电源引起具有体积小、重量轻、效率高的特点，已经取代了传统的线性稳压电源。

家用电器中，各种节能灯的镇流器、电视机、变频空调、变频冰箱等，都采用了电力电子技术。

４.电力电子技术的发展趋势
电力电子技术的发展趋势主要包括电力电子器件的发展趋势、电力电子电路的发展趋势和控制技术的发展趋势几方面。

电力电子器件的发展方向主要是高频化、集成化、模块化和智能化。

随着电力电子器件的频率的提高，电力电子装置的性能得到大力改善，体积减少，重量降低、效率提高，所以电力电子器件的高电压、大电流和高频化是今后电力电子技术创新的主导方向。

电力电子控制技术的发展与脉冲宽度调制（PWM）控制技术是密不可分的。

目前最流行的PWM技术可以分为开环和闭环、线性和非线性。

随着现代控制理论、微电子技术、计算机技术的飞速发展，现代电力电子装置正在向高电压、大容量、高频化、易驱动、高功率密度和全数字化、智能控制方向发展。

5.电力电子电路的仿真
由于电力电子电路中的电力电子器件具有非线性特性，给电力电子电路讨论和分析带来了一定的困难，使电路计算的复杂程度增加。

对于电力电子电路的分析，一般采用波形分析和分段线性化的处理方法。

现代计算机仿真技术为电力电子电路的分析和系统的分析提供了崭新的方法，使复杂的电力电子电路分析和设计变得更加容易和简单。

所谓仿真，指的是在计算机平台上虚拟实际的物理系统，用数学模型代替实际的物理器件和电路，从而实现对实际电路的工作过程的研究和讨论。

随着数值算法的不断完善，已经出现了大量的通用数学仿真语言和软件。

现代仿真软件经营模块化，更适合工程上的问应用。

各种仿真软件成为科研、设计及学生学习的必备工具和好手。

电力电子电路的仿真软件有很多，目前最常用的主要有PSPICE软件和
MATLAB 的Simulink 平台。

通过仿真软件的使用，电力电子电路设计人员可以在进行实验前，先进行电路仿真分析，确定合理应用的主电路和控制方式，大大减小了电力电子装置开发和设计的工作量，缩短了开发和设计时间。

所以，电力电子仿真软件的学习对于从事电力电子装置开发和应用的工程技术人员来说是非常重要的。

第一部分 开关电源相关的预备知识
一、 滤波电路、储能元件的工作原理、电压时间成积。

（1）滤波器的分类
按元件分为：有源滤波器、无源滤波器、、、机械滤波器、锁相环滤波器、滤波器等。

按信号处理的方式分类：模拟滤波器、数字滤波器。

按通频带分：有源滤波器可分为：低通滤波器（LPF ）、滤波器（F ）、带通滤波器（BPF ）、带阻滤波器（BEF ）等。

还有一些特殊滤波器：如满足一定频响特性、相移特性的特殊滤波器，例如，线性相移滤波器、时延滤波器、音响中的计杈、电视机中的中面波滤波器等。

开关电源中常用的无源滤波器：RC 、LC 、∏型、T 型 电路结构
L RC 型
RC －∏型
LC 型
LC －∏型
RC －T 型C
LC －T 型
C
L L
C
C L
RC 型－优点：成本低
缺点：存在电阻，产生损耗较大，电流越大损耗越大
LC 型－优点：电感L 和电容C 是储能元件，理论上理想状态时内部等效电阻为0，因此无功率损耗，但实际上存在，但等效电阻很小，因此损耗很小。

缺点：体积大，成本高
*简单介绍有源滤波器：RLC 元件和有源器件（三极管、场效应管、运算放大器等）组合，可进行无衰减地滤波。

滤波波形-※ 从充放电理论和阻抗理论说明滤波作用
充放电方式说明
容抗：1/ωC
感抗：ωL
（2）储能元件
电容元件C:dq
i=
dt
,q CU
=，可得
du
i=C
dt
，从而可知C上的电压不能突变，突变会引起很大的i
电容储存的能量：2
C
1
W=CU
2
, 储存的能量与充电过程无关，取决于最后U的大小－画图说明
电感元件L：di
U=L
dt
，从而可知i不能突变。

2
L
1
W=Li
2
, 储存的能量与过程无关，取决于最后i的大小－画图说明
* 恒定电压时电感的电压时间乘积：
1
i=U dt
L
⎰，U为常数时, Ut
i=
L
, 因此
2
2
2
L
1(Ut)
W=Li
2L
=，
* U×t称为电压时间乘积–（电感释放能量时具有恒流源的特性）一个电感中施加一定时间的电压后断开,则电感两端的电压为多少?
接通电压时储存的能量和断开时释放的能量守恒，因此
2
2
2off
1on
(U t)
(U t)
=
2L2L
可得
1on2off
t t
U U
=称为电压时间乘积定律
（3）释放模式
高压储存低压释放-降压
升压U
低压储存低压释放-隔离
U
* 注：开关切换时，电感电压的极性反转，释放模式中面积相同即可。

线是电流
（4）发生高压的举例
*根据电路换路定律，说明高压发生的机理及克服方法
开关切换动作发生的瞬间 to-to I =I +
开关切换动作发生前 to-I =U/R =1A , 开关切换动作发生后 L L to U =I R +
设R L =10Ω时 U L =10V,R L =1000Ω时 U L =1000V, 开关切换时，电感极性反向，电压大小取决于R L 大小。

二、 各种波形发生器原理，矩形波，三角波，锯齿波，正弦波
(1) 一般比较器 只有一个比较点，满足
+-U >U ,0H CC U =U U ≈ , +-U U < , 0L CC U =U U ≈
-
U i
+Ucc
(2) 施密特比较器－具有两个比较点，且比较后自动改变下一个比较点电压 输出高电平时：o H U =U ≈ U CC ，H 1
refH 12
U R U =
R +R
输出高电平时：o L U =U ≈ -U CC ，L 1
refL 12
U R U =
R +R 双电源时，设|+U CC |=|-U CC |= 10V ≈ U H ，R 1= R 2 = 1K 时，U refH =5V, U refL =-5V
R
Uo
举例：2中不同比较器控制冰箱时，频繁开启的次数不一样。

-10-15
单电源构成： 输出为高电平时, C Z 1refH Z 12(U -U )R U =
+U R +R ,输出为低电平时,z 2
refL 12
U R U R R =+
设U C =10V ，R 1= R 2 ,U Z =5V 时, U refH =2.5+5=7.5V , U refL =2.5V
R 思考题
*如果R2的位置上替换稳压管,则波形如何？ （3）矩形波、三角波发生器（双电源）
工作过程分析:
1. 上电后 U C =0,设为输出高电平,U O =U H ,通过R 对C 充电
2. 当U C > U refH 时，输出低电
平,U O = U L ，C 的电压通过R 放电
3. 当U C < U refL 时，U O = U H ,重新开始充电 这时周期为: T = T 1 + T 2 ,由于T 1 = T 2 , 可利用一阶电路的全响应公式0()t RC
c S S u =U U U e -+- , U S 为电源，U 0 为初
始电压，可得 1
2
2*12R T =T +T =2RC ln(1+)R *与电源电压+U CC 和-U CC 无关 - 频率稳定
（4）可调节占空比D 的电路
占空比定义：ON
T D =
T
, 因此 ON T =DT , OFF T =(1-D)T
思路：改变充电和放电支路的时间常数
a 、充电时通过D 1,R f1
b 、放电时通过D 2,R f2 因此可调节占空比D
（5）锯齿波发生器
R f2→0时，放电时间短，形成锯齿波
1
12f1f22
2R T T T (R R )C*ln(1)R =+=++
2
f2
1
f12
2R T R C*ln(1)R =+
（6）正弦波发生器
A.可用专用的发生器－集成电路产生
B.单片机和DA 结合产生
C.可利用方波、三角波、梯形波产生
原理：在方波或三角波中虑除高频部分－滤波器个数越多效果越好 思考题：方波、三角波、梯形波哪一个更接近正弦波？
三、各种PWM 发生器的工作原理与设计
PWM （Pulse Width Modulation ）占空比可变的脉冲波-频率可变、可不变。

平均值：O 000111U 0T Ton Toff
on T Udt Udt dt U DU T T T T
==+==⎰⎰⎰
* 因此改变D 可以改变输出电压U O
（1）利用锯齿波、三角波产生PWM 波形原理
（2）集成电路NE555工作原理（Timer ，定时器）
6
5
21
1234
8765
Ucc
Discharge(放电)Threshold （门槛）Control Voltage
GND
Triger OUT Reset
注：内部具有三个R ，对电源电压进行分压，(L H 12
,3
3
CC CC U U
U U ==)
当2L U U <时，
RS 触发器置位，输出U3为高电平，三极管截止 当6H U U >时，RS 触发器清零，输出U3为低电平，三极管饱和 U4为低电平时，清零，输出U3为低电平 设计举例：
C
R R
电容上的电压 0()t RC
c S S u =U U U e
-+-，式中S U 为充电电压，0U 为初始电压
充电时C A B R R C →→→U , c u 的电压为
12
33
C C U U →，因此
()21
()33
t Ra Rb C C C C C U =U U U e -++-可得
()12
33
t Ra Rb C C C U =U e -+ 从而
A B t 0.693R R =+充（）C
放电时，B C R 7→→脚到地，S 0=U ，c u 的电压为2133
C C U U →, 因此 1
23
3
t RbC
C C U =U e
-，可得B t 0.693R C =放
A B A B 11.44T t t 0.693R 2R C f
T R 2R C
=+=+==+充放（）（） 思考题：A 、怎样获得占空比任意可调的脉冲波？
B 、怎样获得占空为50％的脉冲波？-可用二极管或充电电阻可直接接到输出端
C 、分析图示电路图：怎样获得梯形波和正弦波？
(3)用比较器组成PWM 型开关稳压电源（有反馈环）
o A o i o A o i ,DU ,DU U U U U ↑↑→→=↓↓↓→→=↑
当U 脉宽变窄当U 脉宽变宽
（4）用NE555组成PWM 型开关电源（无反馈环）
c
O
分析：（1）当U C < U H 时，输出高电平U CC ，Q 导通，I L ↑，电感储能，C 充电，C 电压上升。

（2）U C > U H 时，输出低电平－一直到当U C < U L 时，U 3 = 0V ，Q 截止，L 的电压极性反相，L 中的能量经
D 传送到C 和R L ，同时电容C T 中的电压经R B 放电
（3）当U
C < U L 时，输出高电平U CC ，重复过程（1）
四、 各种半导体元件的特性及驱动特性 （三级管、场效应管、IGBT 、可控硅、双向触发二极管DIAC 、SIDAC 、单结晶管等）
（１）三级管，NPN 和PNP 两种 工作时BE 结正
偏 BC 结反偏 同时分析PNP 型
（2）三级管的复合应用（达林顿管）
一个三级管β较小，控制能力较差，为了提高β的大小，采用复合管
NPN
和PNP 三极管共有四种组合
NPN
NPN PNP
NPN
PNP
PNP
NPN
求复合后的β， b
C2
C1b C I I I I I +==
β b
212e1C2b 1e11b C1I )1(I I I )1(I I I βββββ+==+==， 21211b
C2
C1)1(I I I ββββββ≈++=+=
复合时结论：
A 、同型管复合 *2BE BE U U =，21βββ≈, 异型管复合 *BE BE U U =， 21βββ≈
B 、型号取决于前面的管 三级管的特性：
A. 电流控制器件，输入阻抗较小，输入需要输入一定的电流，才有输出电流,因此需要较大的驱动功率
B. 饱和时ces U 1V ≤，因此饱和压降小,功率损耗*C ces C P U I =小。

（3）结型场效应管—N 沟道、P 沟道（JFET ）
P 型G
N 型N 型沟道
D(drain)
S(source)
D
G N 型沟道
D
G
+P 型沟道
BT1
10V
BT210V
GS Ω以上，
而三级管正偏输入电阻小，一般小于1000Ω。

a 、U GS =0时I D 最大。

b 、| U GS |↑时阻挡层加宽,沟道电阻增加，I D ↓
c 、|U GS |=U P 时发生夹断，I D =0。

d 、JFET 是电压控制器件，由于R i 很大，I G ≈0
e 、结构对称，D 、S 极对调使用也可以，用于小功率的场合。

JFET-N 应用电路
（4
）绝缘栅场效应管:分为N 沟道和P 沟道（增强型、耗尽型）9.24 N 沟道分为：增强型、耗尽型 ，P 沟道分为：增强型、耗尽型 增强型
N 沟道绝缘栅场效应管工作原理:
S
G
-+
++S
N 型沟道
P 型沟道
N 型沟道特性曲线
BT210V
GS
N型沟道P
型沟道
N型沟道特性曲线
场效应管的特点：
A.电压控制器件,g m= I D/U GS, 输入阻抗很高（输入电流几乎位0），小功
率驱动即可
B.在DS两端电压较小时，DS两端呈现电阻特性－可变电阻特性
C.场效应管饱和时，DS两端呈现饱和电阻－R ON，(一般0.1欧以下)，因
此I DS越大V DS越大，功率损耗增加
举例：R ON = 0.1 ，I DS = 1A时，U DS = 0.1V , P= 0.1W
R ON = 0.1 ，I DS = 10A时，U DS = 1V , P= 10W
R ON = 0.1 ，I DS = 20A时，U DS = 2V , P= 40W
而三极管时，I C = 1A时， U CE =0.5V , P = 0.5W
I C = 10A时，U CE = 1V , P = 10W
I C = 20A时，U CE = 1.2V, P = 24W
的特点：场效应管和三极管的组合，具有两者的优点－输入
阻抗高，饱和压降小。

（5）可控硅SCR- 可做交流电子开关
单向可控硅：具有单向触发导通功能
GK AK AK
GK AK
U0.5V(PN) U0 0
U0.5V U
U
>><
<
结，时，导通；时，不导通。

时,不管如何不导通。

G
单向可控硅
触发脉冲不同时－触发位置不同时
G
N PN
*导通角越大，负载的电压越大 双向可控硅：具有双向触发导通功能 特点：T 1
T 2双方向，G 和T 1之间2个PN 结极性相反的并联。

12121GT T T T T U 0 U 0 U 0 >><时，导通（易触发），导通（不易触发）12121GT T T T T U 0 U 0 U 0 <><时，导通（不易触发），导通（易触发）
G
V V
光电耦合可控硅-在电路上起隔离作用
集成光电耦合可控硅MOC3020
集成光电耦合可控硅（过零点触发功能）MOC3061
*通常可控硅用于交流开关，工作频率较低，100HZ以下，但特殊的可控硅可工作在高频的场合
（6）三极管、场效应管的驱动特性
A 、三极管的驱动特性
实际驱动波形，P c 不等于0
理想驱动波形 - 实际的驱动波形
P ce I c
理想时驱动波形，P c =0
原因：从截止区→放大区→饱和区，或者从饱和区→放大区→截止区，需要过渡时间
注：驱动电流越小，波形的坡度越大－损耗越大，为了减少P C ,应迅速导通－加大电流，断开时为了迅速减少电流－加反向电流。

B 、场效应管的驱动特性
理论上场效应管的输入阻抗很高，因此驱动时需要很小的功率即可，但由于输入端的寄生电容C 的存在，应适当加大驱动电流。

U
实际驱动波形，C ≠
0，P D 不等于0
P D U DS 理想时驱动波形，
C=0 ,P D =0
U 结论：为了缩短寄生电容C 的充放电效应，应减少驱动器的输出电阻R ，
增加输出电流
五、变压器、电感和光电耦合器的工作特性及应用
1、变压器、电感特性
U 1
初级
次级
23
+
U 1
初级
次级
2
Z 1
电感特性：只能储能 ，不能直接进行变压，释放能量时极性反向 变压器特性：变压器即能储能，也能变压
同名端（同极性端）：工作时出现同极性的引脚称为同名端 理想变压器能量守恒：P 入= P 出 恒非理想变压器：ηP 入= P 出 2组绕组时1122U *I *I U =，3组绕组时332211I *I *I *U U U += 变压作用： 1122U N U N = 或 1133
U N U N = 变流作用：
12
21
I N I N = 利用 P 入= P 出可推导- 证明（思考题） 磁动式平衡方程：2211I N I N = - 证明（思考题）
3个以上绕组工作时 N 1I 1 = N 2I 2 + N 3I 3 - 证明（思考题） 阻抗变换作用：2
1122
N Z (
)Z N = - 证明（思考题） 举例阻抗放大作用，用于农村广播网系统 变压器特性：
A. 按照匝比，进行变压作用、变流作用、阻抗变换作用
B. 分为低频变压器（工频变压器），中频变压器，高频变压器
C. 工作频率越高，体积越小 （2） 光电耦合器及特性
光电耦合三极管、光电耦合二极管
作用：在电路中通过光和电转换方式实现（1）隔离输入和输出，（2）同相或反相方式传递信号
光电耦合二极管
光电耦合三极管
特点：1、光电耦合三极管，由于存在电流放大倍数，因此输入端的驱动电流较小；
2、光电耦合二极管无流放大作用，因此需要的驱动电流较大 用法：输入和输出之间，可同相驱动和反相驱动
通常使用的型号：
单光耦（集成块内部只有一个）有 PC817、PC525、PC716
、4N25、4N32 、4N33 双光耦（集成块内部只有两个）有PC814
、PC827、TL504 第二部分：开关稳压电源-原理设计及实用电路 第一章 开关稳压电源概述 1.1线性稳压电源与开关稳压电源 基本原理-利用电感储存能量
线性稳压
开关稳压
2L )t (W 2
on i U
满足：
1.1.1线性稳压电源概述
线性稳压电源——调整功率管工作在线性放大区
原理框图
具体电路图
R
求输出电压：
0ref B C C 0 ref B 2o 12
ref
B o ref
122
U 0.5V
K(),0.5,0K
R U R R U ,R R R U U U U U U U U U +-=-=-=
=+≈==+所以，U
（1）线性电源的优点 a 、电源稳定度及负载稳定度高
电源稳定度——电压调整率来衡量，电压调整率=L 0102
R =K 01
U -U ||U 输入电压为U I1时输出为 U 01，U I2时输出为 U 02 负载稳定度——负载调整率来衡量，负载调整率=i 0102
U =K 01
U -U ||U U 01—空载，U 02—满载
b 、输出纹波电压小——精密调节（随时调节）
c 、瞬态相应速度较快——（随时调节）
d 、线路结构简单，便于维修和理解
e 、无高频开关噪声
f 、成本低
（2）线性稳压电源的缺点
a 、内部功耗大、转换率低（一般45％）（须加大的散热器）
b 、体积大、重量重，不便于微型化和小型化（因为使用工频降压变压器）
c 、必须有较大容量的输入和输出滤波电容（因为对工频进行滤波）
d 、输入电压动态范围小，线性调整率低（不能设计100-250V ）
e 、只能用于降压－输出电压不能高于输入电压 （3）造成这些缺点的原因
a 、通过电压差来稳压，输入波动越大，η越低
b 、工频变压器（线性变压器）的η=80％－90％，且增加了体积和重量，降低了
η
c 、线性稳压电源工频为50Hz 或60Hz 频率很低，为了降低纹波必须加大C ，而频率高时可减少C
d 、根据电压之差进行稳压，因此只能降压，不能升压。

常用的三端稳压器产品有
正电压输出LM7805，LM7808、09、12、18、24等 负电压输出LM7905等
1.1.2开关稳压电源概述
（１）开关电源的结构－开关变换方式：
DC-AC 变换器，把DC 电压利用电子开关转换成脉冲→通过变压器、电容转换成AC ，典型应用：UPS,太阳能变换器，逆变器等
DC-DC 变换器，把DC 电压利用电子开关转换成脉冲→通过电感、变压器或电容转换成DC
有源功率因素补偿电路：APFC －active power factor compensation 降压式原理框图：
Ui
GND
U0
具体电路图
O
（2）开关稳压电源的优点
a、内部功率损耗小，转换效率高
功率管工作在开关状态，工作频率一般20kHZ-100kHz，发达国家可达1MＨz 以上，效率高达90％以上
b、体积小，重量轻
无体积大的工频变压器，使用小型电感或高频变压器
理论分析和实践经验表明，电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比，体积重量 。

所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz，提高400倍则，用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5-10 %。

开关管损耗小，因此不加散热片或加小的散热片；
工作频率高，因此用小容量的C可达到较好的滤波效果。

c、稳压范围宽，线性调整率高
开关管在很宽的输入电压范围中，以开关方式工作，因此效率高，而线性电源在宽电压输入范围工作时，效率严重下降。

举例：开关电源输入电压范围80-250V，输出电压为50V时效率高于80％
线性电源输入电压范围80-250V，输出电压为50V时效率为
80V时50/80=62.5％, 150V时50/150=33.3％, 250V时50/250=20％
d、滤波效率大为提高
线性电源工作频率为50Hz/60Hz,开关电源50kHz，因此每个周期中储存能量时频率低时需要很大容量的电容，如：1000UF-10000UF
频率高时只需要很小容量的电容即可，如：10UF-1000UF
一般C可减小约1/500-1/1000
举例：停水的例子-停水每隔1天和每隔5天时，所需的容器不同
e、电路形式多样，选择余地大
如：自激式、它激式，PWM型、PFM型，单端式、双端式。

（3）开关电源的缺点
a、存在严重的开关噪声和干扰，EMI-electronic Margnetic Interference
b、电路结构复杂，不便于维修－使用集成电路可解决问题
c、成本高、可靠性低－逐步缓解
1.1.3开关稳压电源的发展
（１）国际发展状况
目前存在克服的困难（书5页）,新突破和新进展（书6页）
（2）国内发展情况
1.1.4开关稳压电源的种类
（1）按激励方式划分
a、它激式——驱动信号来自独立的电路，PWM，PFM
b、自激式——由开关管和变压器提供驱动信号
（2）按调制方式分
a、脉宽调制型——PWM（SPWM），（f不变，只改变D）
b、频率调制型——PFM （占空比D不变，只改变f）
c、混合型——PWM和PFM混合用，f和D都改变
（3）按开关功率管电流的工作方式分
a、开关式开关稳压电源（硬开关）。