开关电源基础与应用第1章.ppt

第1章 开关电源基本原理  　　　1.1 开关电源的组成与工作原理1.1.1 开关电源工作原理　　开关电源的工作原理可以用图1-1进行说明。图中输入的直流不稳定电压Ui经开关S加至输入端，S为受控开关，是一个受开关脉冲控制的开关调整管。开关S按要求改变导通或断开时间，就能把输入的直流电压Ui变成矩形脉冲电压。这个脉冲电压经滤波电路进行平滑滤波就可得到稳定的直流输出电压Uo。 图1-1 开关电源的工作原理 　　定义脉冲占空比如下： 1.1.2 开关电源的构成　　开关电源由以下四个基本环节组成(见图1-2)：　　(1) ?DC/DC变换器：用以进行功率变换，是开关电源的核心部分。DC/DC变换器有多种电路形式，其中控制波形为方波的PWM变换器以及工作波形为准正弦波的谐振变换器应用较为普遍。 　　(2) 驱动器：开关信号的放大部分，对来自信号源的开关信号放大、整形，以适应开关管的驱动要求。　　(3) 信号源：产生控制信号，由它激或自激电路产生，可以是PWM信号，也可以是PFM信号或其他信号。　　(4) 比较放大器：对给定信号和输出反馈信号进行比较运算，控制开关信号的幅值、频率、波形等，通过驱动器控制开关器件的占空比，达到稳定输出电压的目的。 图1-2 开关电源基本组成框图 1.1.3 开关电源的特点　　开关电源具有以下特点：　　(1) 效率高。开关电源的功率开关调整管工作在开关状态，所以调整管的功耗小、效率高。调整管的效率一般为80%～90%，高的可达90%?以上。　　(2) 重量轻。由于开关电源省掉了笨重的电源变压器，节省了大量的漆包线和硅钢片，所以电源的重量只是同容量线性电源的1/5，体积也大大缩小。　　(3) 稳压范围宽。开关电源的交流输入电压在90～270 V范围变化时，输出电压的变化在?±2%?以下。合理设计电路还可使稳压范围更宽，并保证开关电源的高效率。 　　(4) 安全可靠。在开关电源中，由于可以方便地设置各种形式的保护电路，所以当电源负载出现故障时，能自动切断电源，保护功能可靠。　　(5) 元件数值小。由于开关电源的工作频率高，一般在20?kHz以上，所以滤波元件的数值可以大大减小。　　(6) 功耗小。功率开关管工作在开关状态，其损耗小；电源温升低，不需要采用大面积散热器。采用开关电源可以提高整机的可靠性和稳定性。 　　　　　1.2 开关电源主要类型1.2.1 控制方式　　1．脉冲宽度调制式　　由开关电源输出直流电压表达式(1-2)可知，控制开关管的导通时间ton，可以调整输出电压Uo，达到输出稳压的目的。脉冲宽度调制(PWM)方式是采用恒频控制，即固定开关周期T，通过改变脉冲宽度ton来实现输出稳压。开关器件的开关频率f由自激或它激方式产生。 　　2．脉冲频率调制式　　脉冲频率调制(PFM)方式是利用反馈来控制开关脉冲频率或开关脉冲周期，实现调节脉冲占空比D，达到输出稳压的目的。　　3．脉冲调频调宽式　　这种控制方式是利用反馈控制回路，既控制脉冲宽度ton，又控制脉冲开关周期T，以实现调节脉冲占空比D，从而达到输出稳压的目的。 　　4．其他方式　　若触发信号利用电源电路中的开关晶体管、高频脉冲变压器构成正反馈环路，完成自激振荡，使开关电源工作，则这种电源称为自激式开关电源。　　它激式开关电源需要外部振荡器，用以产生开关脉冲来控制开关管，使开关电源工作，输出直流电压。它激式电源大多数需要专用的PWM触发集成电路。 1.2.2 连接分类　　电源以功率开关管的连接方式分类，可分为单端正激开关电源、单端反激开关电源、半桥开关电源和全桥开关电源；以功率开关管与供电电源、储能电感的连接方式以及电压输出方式分类，可分为串联开关电源和并联开关电源。　　串联开关电源、并联开关电源、单端正激、单端反激、半桥及全桥开关电源的工作原理将在以后章节分别讨论。 1.2.3 输出取样方式　　取样电路是电源反馈电路的重要部分，取样方式对系统的稳定性有决定作用。取样方式是开关电源电路设计的重点工作之一。　　1．直接取样电路　　图1-3为直接输出取样电路在开关电源中的应用实例。光电耦合器中三极管集电极电流IC的大小与发光二极管电流IF及光电耦合系数h成正比例关系，即　　　　　　　　　　　IC=hIF 　 (1-3) 图1-3 直接输出取样电路 　　当开关电源的输出电压因输入电压升高或负载减轻而升高时，开关电源?+B滤波电容C561两端升高的电压一路经取样电阻R555、R556取样，光电耦合器OC515的1脚电压升高，即发光二极管正极电位升高；另一路经取样电阻R552、RP551、R553取样，误差