通信电力及电磁环境 直流开关稳压器-降压型.ppt

第二章 直流稳压电路 第三节 降压型开关电源 第二章 直流稳压电路 简介直流开关稳压电路 直流开关稳压电路包括：升压型开关电源电路、降压型开关电源电路、反相型开关电源电路、Cuk型电源电路。(也叫非隔离式直流变换器) 开关稳压电源的发展趋势有：1·工作频率高频化；2·开关电源控制电路集成化；3·采用新的最佳变换拓扑；4·主要元器件高频化；5·采用微型电子计算机设计和控制稳压电源（数字控制自动监控）。 第三节 降压型开关电源 VT—高频晶体开关管，工作在： 导通饱和状态 截止状态 起开关作用,可用MOS管和IGBT管代替; 开关管与负载RL侧电路相串联，VT的反复周期性导通和截止，控制了Ui是否加到负载RL的时间比例，起到斩波作用。 VD—续流二极管，当开关管 VT截止时，VD提供一个称为“续流”电流的通路，使电感电流不致迅变中断，避免电感感应出高压而将晶体管击穿损坏。此续流通路也是电感能量放出到负载的通路。 L—储能电感，有两个作用：能量转换和滤波 C—滤波电容，减小负载电压的脉动成分和减小输出阻抗。 RL—等效负载电阻，用电设备。 将一个直流电压Ui转换成另一个直流电压U0，且U0 Ui Ui—输入直流电压，该电压大小不稳定或者有纹波 U0—输出直流电压，纹波小，稳定。 该电路工作在周期状态: T=ton+toff 一、工作原理 1.开关管的导通期ton VT导通， VD而截止，电感L储能，流过电感的电流增大，电感两端的感应电动势UL的方向： UL左（＋） 右（－） 电源一方面让电感储能，一方面向负载供电。 u0’ ≈ ui uL ≈ ui－u0 iL直线上升 ton期间iL的增量 电感L中磁场储能: 2、开关管截止期toff ： VT截止， 电感上的电流iL不能发生突变， VD导通，VD导通成为续流二极管u0’=uVDS=1v 电感放电，电感电流iL下降 感应电动势UL的方向： UL左（－） 右（＋） 大小： 电感L对负载供能。 uL ≈ u0（忽略了二极管VD导通饱和压降） iL直线下降 toff期间iL的减小量 iVD＝iL 二、输入输出电压的关系式 方法1： 设 占空比 u0＝Dui 方法2：输出电压u0等于其滤波前u0’的平均值 当输入电压变化时，可以通过闭合的反馈控制回路自动地调整占空比D来使输出电压u0维持不变。为了维持输出电压u0稳定不变，反馈控制回路可以采用以下三种调制方式: 1.脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation）PWM 方波的周期T保持不变，改变脉冲宽度ton来稳定输出电压。 2.脉冲频率调制（Pulse Frequency Modulation）PFM 保持方波的宽度ton不变，改变脉冲频率（即周期T）以稳定输出电压。 3.混合调制方式 靠同时改变方波的宽度ton和脉冲周期T（频率）来维持输出电压。 稳压原理: 1、先将直流电压Ui通过高频开关转变成斩波，通过 L、C将斩波滤波成直流电压。当Ui变化时，靠改变斩波的宽窄来实现输出不变，并实现稳压的。 2、L、C将斩波滤波成直流电压。在低频时电感和电容体积和重量会很大，所以低频时不用开关电源。 三、开关稳压电路的效率： 忽略VT和VD的开关损耗 VT导通饱和压降 uVTS＝1v VD导通饱和压降 uVDS＝1v Pi=P0+PVTS+PVDS PVTS晶体管VT的导通损耗 PVDS续流二极管的导通损耗 得 例：u0＝48v，则η＝48/49≈98% 若考虑VT和VD的开关损耗及储能电感的损耗，效率要低些。 四、储能电感L电感量的计算： 开关稳压电路有三种工作状态： （电感电流）连续工作状态（CCM） （电感电流）临界工作状态（Critical) （电感电流）不连续工作状态（DCM） 流过储能电感的电流iL刚刚不出现间断时所需的储能电感量为最小电感量，即临界状态时的电感量。 得 得 得 在调频（PFM）式开关电源中，常按式②来选取Lmin ，D应取最小值，T应取最大值Tmax 。 －－－－－－－－② －－① 在调宽（PWM）式开关电源中