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1、开关电源的原理与设计,一、线性稳压电源的特点,第一部分：开关稳压电源的基本原理,晶体管串联式线性稳压电源,线性调整式直流稳压电源的优点：,稳定度高、输出电压连续可调、输出纹波小。,线性调整式直流稳压电源的最大缺点：,功耗大、效率低，为了解决散热问题须加散热片，增加了电源体积和重量。另外抗干扰能力较差。,造成这些缺点的原因：,调整管工作在线性放大区，管子集电极电流IC和管压降UCE都很大，耗散功率PC=ICUCE很大。,开关电源的基本思想：,晶体管工作在饱和导通和截止状态时，管耗很小。开关电源指调整管工作在开关状态。,二、开关电源的原理,晶体管串联式开关稳压电源结构,如何稳压,输出电压UO为,电
2、路根据输出电压的变化情况自动调节uB的脉冲占空系数q,调节UO的大小，达到稳定输出电压的目的。,电路缺点,输出电压UO的脉动成分与负载电流的大小和滤波电路L、C的取值有关。L、C的取值越大，输出电压UO越平滑。通常脉动成分比线性稳压电源要大一些。这就是开关稳压电路的缺点之一。,uB,T=ton+toff是开关的周期;ton是导通时间;toff是截止时间;q=ton/T 是脉冲占空系数。,UO增大时减小uB的占空比，而在UO减小时增大uB的占空比，那么输出电压就可稳定。,(一)电路结构,比较放大器,比较器,采样电路,稳压原理,第三节,uE,uT,三、串联型开关稳压电路,(二)工作原理,稳压调节过
3、程就是在保持调整管周期T不变的情况下，通过改变调整管导通时间ton来调节脉冲占空比，从而达到稳压的目的。这种电源又称之为脉宽调制型开关电源。,uA与uB占空比之间关系如图。uA越大，uB的占空比越大。,uE,uT,对于输入与输出电压不需隔离时，用一个开关管和L、D、C组成的变换器电路，最基本的有如下三种：（1）降压变换器（buck）；（2）升压变换器（boost）；（3）降、升压变换器（buck-boost）。,无隔离的DCDC变换电路,四、 DC/DC变换的开关电源,1、降压型DC/DC变换电路,1.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,2、升压型DC/DC变换电路,
4、3、反转型DC/DC变换电路,五、由MC34036构成的DC/DC开关电源,CW34063的原理框图,(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,（二）升压式电路,（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)(b)a） 直接变换式 b）外接PNP管扩流式图8-14 CW34063的BuckBoost converter,六、无工频变压器开关电源,图8-3 无工频变压器的开关电源原理框图,无工频变压器开关稳压电源，有如下的优点：1.效率高。一般
5、在7080%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80265V，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
6、较大，约有10100mV的峰峰值； 2.脉冲宽度调制式的电路中，电压、电流变化率大；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。,图8-5 高频变压器开关电源基本功能框图,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。,用高频变压器的变换电路按其工作方式可分为五类：,1、单端反激式,图8-15 单端反激式变换器,（1） 磁通临界连续的工作情况：,临界连续状态时的电压电流波形,（2） 磁通不连续的工作状态,图8-17 磁通不连续时的工作波形,（3） 磁通连续的工作状况,图8-18 磁通连续时的工作波形,2、半桥式变换器,图8-22 半桥式变换器原理电路,图8-23 半桥式变换器的工作波形,3、全桥式变换器,图8-26 全桥式变换器主电路,图8-27 全桥式变换器的工作波形,
