典型开关电源设计原理

随着电力电子技术的发展,大功率开关晶体管.快恢复二极管及其它元器件的电压得 到很大的提高,这为取消稳压电源中的工频变压器 < 发展高频开关电源创造了条件。由于 它不需要工频变压器,故称无工频变压器开关式直流稳压电源。它使电源在小型化.轻量 化、高效率等方面又迈进了一步。

无工频变压器开关稳压电源，有如下的优点： 1 •效率高。一般在70〜80%以上。

2•体积小、重量轻，随着频率的提高，收效更显著。

3•稳压范围广，一般交流输入80〜265V,负载作大幅 度变化时，性能很好。 4•噪声低，声频在20kHz 以上时，已是人耳听不到的 超声波，而开关电源的工作频率一般都大于此频率； 5•性能灵

活，通过输出隔离变压器，可得到低压大电 流、高压小电流；

一个开关控制的一路输入可得到多 路输出以及同号、反号等输

出；

6•电压维持时间长，为了适应交流停电时，计算机、 现代自动化控制设备电源转换的需要，开关电源可在 几十毫秒内保证仍有电压输出。 7•可靠性大，当开关损坏时，也不会有危及负载的高 电压出现。

无工频变压器开关稳压电源的不足之处: 1. 输出纹波较大,约有10 ~ 100mV 的峰 峰值； 2. 脉冲竞度调制式的电路中,电压.电 流变花率大；

3. 控制电路比较复杂,对元器件要求高； 4 •动态响应时间至少要大于一个开关周 期,不如串联式晶体管线性稳压电源。 cm il -^1

2用高频变压器的开关电源结构概述

图8-5高频变压器开关电源基本功能这类电源的共同特点是具有高频变压器、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。变压器原副方是隔离的,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。

框图目前，用高频变压器的变换电路按其工作方式可分为五类＞每类传输的功率也不相同，应用环境也稍有不同＞如下所示：

电路传输功

类型率

单端反激20〜

式变换器100W

单端正激50〜

式变换器200W

推换式变100〜

换器500 W

半桥式变100〜

换器5000W

全桥式变500W

换器/***

*-/30kW

应用

环境

小型仪器、仪表，家用电器等电

源，自动化设备中的控制电源

小型仪器、仪表，家用电器等电

源，自动化设备中的控制电源

控制设备，计算机等电源

焊机，超声电源，计算机电源

等

焊机、高频感应加热，交换机

等

L

串C

⑷ u m > Uo

____ VD 〒、——T——H 厂斗申 C

(b) Uin < U o

h补烏*肌图8・6无隔离的DC-DC变

换

电路

(-)在开关VT导通期间

i _u『u ]

l L\ ~ L'十丄Lmin

/ =九％ +/

Lmax L

ON

厶min (二)在开关VT截止期间

l L2 = ~^('一G)+ hmax

止临界连续工作状态

2•电流断续的工作状态

3•电流连续的工作状态

(三)电感电流的平均值

计算/ = I = %

L0 _ £厶°ff + '厶min (四)输出电压纹波值的计算

_%-叽2 _Um-U°(U°T 2

对于输入与输出电压不需隔离

只用一个工作开关和L、D. C

组成的变换器电路最基本的为

如下三种：(1)降压变换器(buck converter) ; ( 2 )

升压变换器(boost converter) ; ( 3 )降.升压

变换器(buck-boost converter)。其原理电路如

图8・6所示。

VD

!1!

d

a

a)电路拓扑b)工作波形

图8-7 Buck converter

SLC ”" SLC U m 谯哦

1•在t期间

on

i.. = —t + I r

L max+ /厶min

2•在t前期间

厶m i n

L I i丄

._%-u

l L2 =- (' — G ) +，5ax

3.负载电流的平均值/0

j _ U iJg . toff 加_ 2L•兀

4.输入电流的平均值厶

=【L =十匸W+ Z iv°dt = +込max + /厶mi」

5.输出电压“°的纹波计算At/0= Au c ==仏乞厶厶

° c C C U o s

0 on

a）电路拓扑b）工作波形

图8・8 Boost converter

on

of f

_ U hJo n off

叶—2厶

工

U2t2

m on PK

2T,LI

°

U iJ on = 21

Zk

t off

r _Uh=U“g ^min

Of

f

PK21

。

_ \ )2

T S "2/0U Q + U in

I。U°

C/+人

6单端功率输出的直流变换器

8.3.1 CW34063的工作原理（二）升压式电路

图8・11 CW34063的原理

框图

8.3.2 CW34063的应用电路

（一）降压式电路

a）直接用于降压b）外接NPN晶体管扩流电路图8・12 CW34063的降压应用电路

L

(a) (b)

a)直接升压式b)外接NPN管扩流式

图8-13 CW34063 的Boost converter

（三）反转电

路

a）直接变换式b）外接PNP管扩流式

图8・14 CW34063的Buck—Boost converter