开关电源基本拓扑结构.pptVIP

内容要点 一 概述 开关电源的定义 开关电源的组成 开关电源的分类 开关的发展趋势 二 开关电源主电路原理与设计 Buck型电路 Boost型电路 正激电路 反激电路 半桥电路 全桥电路 推挽电路 全波整流和全桥整流 1.开关电源的定义 广义上说，凡是用半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变成为另一形态的主电路都叫做开关变换器电路；转变时用自动控制闭环稳定输出并有保护环节则称开关电源（Switching Mode Power Supply，简称SMPS）。开关电源主要组成部分是DC-DC变换器。 2.开关电源的组成 3.开关电源的分类 （1）开关电源以其采用的变换器拓扑结构可以分为降压（Buck）、升压（Boost）、升降压（Buck-Boost）、正激（Forward）、反激（Flyback）、推挽（Push-Pull）、半桥（Half-Bridge）和全桥（Full-Bridge）型等各种模式。 （2）在这些拓扑结构的变换器中，又可以分为工作于PWM硬开关方式还是工作于软开关方式两大类。 a. PWM硬开关变换器的开关管按外加脉冲控制通断时刻，与开关管的电流及电压无关。因此它通常在高电压或大电流下被迫开通或强迫关断，有较大的dv/dt和di/dt，且开关过程中，开关损耗较大，此种方式称为硬开关工作模式。 b. 另一类为软开关变换器，它是通过在前述的各种变换器拓扑结构的功率电路中的管子在电压为零或电流为零时通断，从而可以减小dv/dt和di/dt，且开关过程损耗可以为零。 （3）开关电源由于它供给不同的负载，就有不同的技术参数要求，但主要的都有电压或电流的稳定度（电源及负载变化的影响），输出电压或电流范围，效率，可靠性，电磁兼容等要求。此外各种开关电源均应有各种必须的保护，以使开关电源能可靠而稳定地工作。 4.开关的发展趋势 开关电源应在如下一些方面发展： （1）. 优化电路设计是保证开关电源性能指标的重要前提。 （2）. 重视结构设计是保证开关电源产品质量的生命。重视热设计和电磁兼容设计。进行对电源的可靠性分析，保证在正常运行环境下的使用寿命。 （3）. 在开关变换器中选用具有驱动和自检保护的智能模块，使控制线路简单，保护更可靠。研制和开发功率集成单元，实现高可靠性。 （4）. 采用软开关技术。 （5）. 采用微处理器对开关电源控制，实现开关电源微机化。 （6）. 尽量利用新器件使开关电源的性能更好。 （7）. 在从交流市电整流为直流时采用功率因数校正技术，减少由于整流滤波所产生的谐波污染。 随着开关电源的应用范围越来越广，对它的技术性能 要求也日益提高，所以对电路拓扑的研究，计算机仿真和 优化设计，结构设计等各方面均仍进行大量的研究工作。 1.Buck型电路 Buck变换器是一种降压式变换器，其输出电压平均值总 是小于输入电压。Buck变换器通过开关管Q的驱动信号 的占空比D来控制输出电压的大小。变换器在工作过程中 可能存在如下三种工作状态： 工作状态1：开关管Q导通，二极管D截止 工作状态2：开关管Q截止，二极管D导通 工作状态3：开关管Q截止，二极管D截止 当电感电流连续（CCM）时，Buck变换器只有1和2两种工作状态；当电感电流断续（DCM）时，Buck变换器有1、2和3三种工作状态。 1.Buck型电路（CCM） 1.Buck型电路 1. 工作状态1 2. 工作状态2 得出 根据以上公式可以得出： 或者： 因为 ，若假定负载电流 的脉动很小而可忽略，则 。因为电容电流在一个周期中的平均值为零，而电感电流 是按直线规律在 和 之间变化，则电容在一个周期中的充电和放电的时间相同，各为 ，且电容充电的平均电流为 ，于是电容充电的电荷量为 电容电压峰-峰脉动值为 将式代入上式，得 根据以上公式则可求出L和C的值。 同理我们可以推导DCM工作情况。 2.Boost型电路 Boost变换器如图4所示。它是一个升压式变换器，其输出电压平均值超过输入电压。Boost变换器通过开关管Q的驱动信号的占空比D来控制输出电压的大小。与Buck变换器一样，Boost变换器在工作过程中也可能存在三种工作状态。 2.Boost型电路 输入与输出电压关系： 电感电流纹波： 输出电压纹波 3. 正激电路 电路的工作过程（电路图5 波形图6） 开关S开通后，变压器绕组N1两端的电压为上正下负，与其耦合的N2绕组两端的电压也是上正下负。因此VD1处于通态，VD2为断态，电感L的电流逐渐增长； S关断后，电感L通过VD2续流，VD1关断。S关断后变压器的励磁电流经N