开关电源基本工作原理
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第一节开关电源基本工作原理
浙江大学电气工程学院
应用电子学系
二零一零年七月
本节内容
?一、什么是开关电源
?二、开关电源中的电力电子电路
?三、主电路工作原理
?四、电力电子器件
?五、无源器件
2010-7-122
一、什么是开关电源
?电源
?线性电源
?开关电源
一、什么是开关电源（1）
?电源：提供电能的装置
?把其他形式的能转换成电能的装置
叫做电源
–发电机：
?机械能电能
–干电池：
?化学能电能
–计算机电源：
?交流电直流电
–太阳能电池
?太阳能电能
?本书所指电源是：输入输出都是电
能的电能变换电源。
2010-7-124
一、什么是开关电源（2）
?线性电源：
–调整管工作在线性放大状态
–调整管损耗大
–工频变压器体积大，重量重。
交流输入
电压给定直流输出
调整管
2010-7-125
一、什么是开关电源（3）
?开关电源：泛指，电路中有电力电子器件工作在高频开关状态的直流电源。
–电力电子器件工作在开关状态，损耗很小
–其隔离和电压变换的变压器T是高频变压器，体积大大缩小，重量大大减轻
2010-7-126
一、什么是开关电源（4）
2010-7-127
一、什么是开关电源（5）
?开关电源的发展
–20世纪60年代：大功率晶体管BJT、GTR的出现——开关电源问世。
–20世纪70年代：开关器件、磁性材料的不断改进——开关频率突破20kHz
–20世纪80年代：IGBT功率MOSFET的出现——大功率开关电源开始广泛应用
–20世纪80年代开始：软开关技术的发展——开关频率不断得到突破，100kHz，1Mhz，10MHz……。
–20世纪90年代：功率因素矫正电路——绿色电源（对电网无污染）
–21世纪：不断的增加功率密度。
2010-7-128
一、什么是开关电源（5）
?开关电源的发展
–20世纪60年代：大功率晶体管BJT、GTR的出现——开关电源问世。
–20世纪70年代：开关器件、磁性材料的不断改进——开关频率突破20kHz
–20世纪80年代：IGBT功率MOSFET的出现——大功率开关电源开始广泛应用
–20世纪80年代开始：软开关技术的发展——开关频率不断得到突破，100kHz，1Mhz，10MHz……。
–20世纪90年代：功率因素矫正电路——绿色电源（对电网无污染）
–21世纪：不断的增加功率密度。
2010-7-128
?高效率电源的需求
微型发电机整流器DC/DC
电网
逆变器
DC/DC DC/DC 直流负载
应用管理器应用管理器
电网整流器DC/DC
电机
逆变器
DC/DC DC/DC 直流负载
一、什么是开关电源（7）
2010-7-1210
一、什么是开关电源（8）
?开关电源产业当前关注的技术
2010-7-1211
一、什么是开关电源（8）
?开关电源设计的步骤
?电路拓扑选择——《电力电子技术》
?元器件选择——《电力电子器件》
?控制系统反馈设计——《自动控制理论》
?磁性元件设计——《电磁场理论》，《电力电子技术》
–监控设计
–热管理
–EMI控制
–……
2010-7-1212
二、开关电源中的电力电子电路
?分类
?应用
2010-7-1214
降压型电路(BUCK)
升压型电路(BOOST)
升降压型电路(BUCK-BOOST)
CUK 型电路
SPEIC 型电路√
ZETA 型电路√
单管（双管）正激型电路（FORWARD)
反激电路(FLYBACK)
半桥型电路(HALF-BRIDGE) √
全桥型电路(FULL-BRIDGE) √
推挽型电路(PUSH-PULL) √
非隔离型电路隔离型电路?电力电子电路分类
二、开关电源中的电力电子电路（1）
二、开关电源中的电力电子电路（2）
buck boost Buck-boost
cuk sepic zeta
正激反激
半桥
全桥
推挽
2010-7-1215
电路类型传输功率应用环境
单端反激式变换器(FLYBACK)20～100W小型仪器、仪表，家用电器等电源，自动化设备
中的控制电源
单端正激式变换器(FORWARD)50～200W小型仪器、仪表，家用电器等电源，自动化设备
中的控制电源
推换式变换器
(PUSH－PULL)
100～500Ｗ控制设备，计算机等电源
半桥式变换器
(HALF BRIDGE)
100～5000W焊机，超声电源，计算机电源等
全桥式变换器(FULL BRIDGE)500W～
30kW
焊机、高频感应加热，交换机等
?隔离型电力电子变换电路的功率等级和应用场合
这类电源的共同特点：具有高频变压器、直流稳压是从变压器次级
绕组的高频脉冲电压整流滤波而来。变压器原副边是隔离的，或是
部分隔离的，而输入电压是直接从交流市电整流得到的高压直流。
二、开关电源中的电力电子电路（3）
2010-7-1216