开关电源典型电路结构.doc

开关电源典型电路结构 　　最基本的斩波电路如图1所示，斩波器负载为R。当开关S合上时，UOUT=UR=UIN，并持t1时间。当开关切断时UOUT＝UR＝0，并持续莎2时间，T＝t1＋t2为斩波器的工作周期，斩波器的输出波形如图1（b）所示。定义斩波器的占空比D＝t1／T，t1，为斩波器导通时间，T为通断周期。通常斩波器的工作方式有两种：一是脉宽调制工作方式，即维持t1不变，改变T；二是脉频调制工作方式，即维持T不变，改变t1。当占空比D从0变到1时，输出电压的平均值从零变到UIN，其等效电阻也随着D而变化。 　　?图1 降压斩波电路原理 　　在高频稳压开关电源的设计中，普遍采用的是脉宽调制方式。因为频率调制方式容易产生谐波干扰，而且其滤波器设计也比较困难。 　　（1）降压式（Buck）DC／DC变换器　　如图1所示的直流变换器在使用时的输出纹波较大，为降低输出纹波，可在输出端接入电感L、电容C，如图2所示。图中的VD1为续流二极管。降压（Buck）式变换器的输出电压平均值UOUT总是小于输入电压UIN。电路中通过电感的电流（iL）是否连续，取决于开关频率、滤波电感L和电容C的数值。 　　图2 降压式（Buck）变换器 　　当电路工作频率较高时，若电感和电容量足够大并为理想元件，则电路进入稳态后，可以认为输出电压为常数。当晶体管VT1导通时，电感中的电流呈线性上升，因而有 　　式中，ton为晶体管导通时间；iOUT（max）为输出电流的最大值；iOUT（min）为输出电流的最小值；Δion为晶体管导通时间内的输出电流变量。 　　当晶体管截止时，电感中的电流不能突变，电感上的感应电动势使二极管导通，这时 　　式中，toff为晶体管截止时间；Δioff为晶体管截止时间内的输出电流变量。 　　在稳态时 　　式中，Δi为输出电流变量。 　　因为电感滤波保持了直流分量，消除了谐波分量，故输出电流平均值为 　　式中，R为负载电阻。　　（2）升压式（Boost）DC／DC变换器　　?图3为升压式DC／DC变换器，它由功率晶体管VT1、储能电感L、二极管VD1及滤波电容C组成。当功率晶体管导通时，电源向电感储能，电感电流增加，感应电动势为左正右负，负载Z由电容C供电。当VT1截止时，电感电流减小，感应电动势为左负右正，电感释放能量，与输人电压一起顺极性经二极管向负载供电，并同时向电容充电。这样就把低压直流变换成了高压直流。在电感电流连续的条件下，电路工作于如图3（b）所示的两种状态。 　　图3 升压式（Boost）DC／DC变换器 　　①当晶体管导通、二极管截止（即0≤t≤t1）期间，t1＝0～DT。t＝0时刻，VT1导通，电感中的电流按直线规律上升，UIN＝LΔI／t1。　　②当晶体管由导通变为截止（即t1≤t≤T）期间，电感电流不能突变，电感上产生的感应电动势会迫使二极管导通，此时则 式中，ΔI为输入电流变量。 　　将t1＝DT，t2＝（1 －D）T代入上式，则求得 　　Boost DC／DC变换器是一个升压斩波器。当D从0趋近于1时，UOUT从UIN变到任意大。同理可求得输入电流 　　式中，I 为输入电流；f 为开关转换频率。 　　若忽略负载电流脉动，那么在［0，t1］期间，电容上泄放的电荷量反映了电容峰-峰电压的脉动量，即输出电压Uo的脉动量。 　　（3）单端正激式DC／DC变换器　　单端正激式DC／DC变换器的电路拓扑如图4所示。图中的变压器T1起隔离和变压的作用，在输出端要加一个电感器Lo（续流电感）起能量的储存及传递作用，变压器初级需有复位绕组Nro。在实际使用中，此绕组也可用R、C、VD吸收电路取代。如果芯片的辅助电源用反激供给，则也可削去调整管的部分峰值电压（相当于一部分复位绕组）。输出回路需有一个整流二极管VD1和一个续流二极管VD2若变压器使用无气隙的磁芯，则其铜损较小，变压器温升较低，并且其输出的纹波电压较小。 　　图4 单端正激式DC／DC变换器的电路拓扑图 　　（4）单端反激式DC／DC变换器　　单端反激式DC／DC变换器的电路拓扑如图5所示。其变压器T1起隔离和传递储存能量的作用，即在开关管VT开通时Np储存能量，开关VT关断时Np向Ns释放能量。在输出端需加由电感器Lo和两个电容Co组成的低通滤波器，变压器初级有由Cr、Rr和VDr组成的R、C、VD漏感尖峰吸收电路。输出回路需有一个整流二极管VD1。若变压器使用有气隙的磁芯，则其铜损较大，变压器温度相对较高，并且其输出的纹波电压比较大。该变换器的优点就是电路结构简单，适用于200W以下的电源，输出为多路时具有较好的交调特性。 　　图5 单端反激式DC／DC变换器的电路拓扑图 　　（5）双管正激式DC／DC变换器　　双管正激式DC／DC变换