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1、开关电源概述开关电源概述主要内容主要内容n1.1线性稳压电源与开关稳压电源线性稳压电源与开关稳压电源n1.2降压型开关电源降压型开关电源n1.3升压型开关电源升压型开关电源 n1.4极性反转型开关电源极性反转型开关电源n1.5开关电源中的控制、驱动和保护电路开关电源中的控制、驱动和保护电路n1.6开关电源中的器件开关电源中的器件n1.7开关电源中的材料开关电源中的材料1.1线性稳压电源与开关稳压电源线性稳压电源与开关稳压电源1.1.1 线性稳压电源线性稳压电源图图1-1线性稳压电源原理图线性稳压电源原理图1.1.2 开关稳压电源开关稳压电源图图1-2开关稳压电源原理图开关稳压电源原理图开关稳压
2、电源的结构开关稳压电源的结构1.1.3开关稳压电源的种类开关稳压电源的种类按功率开关管的类型分类按功率开关管的类型分类(1)晶体管型开关电源晶体管型开关电源(2)晶闸管型开关电源晶闸管型开关电源(3)MOSFET型开关电源型开关电源(4)IGBT型开关电源型开关电源图图1-4 按功率开关管的类型分类按功率开关管的类型分类(1)串联型：储能电感串联型：储能电感 和负载相串联和负载相串联 V V饱和导通时，饱和导通时，VDVD截止，截止，U UI I经经V V在在L L中产生电流中产生电流iL向电容向电容C充电。充电。V V截止截止时，时，L L中的电流不能突变，产生左负中的电流不能突变，产生左负
3、右正右正 的自感电动的自感电动势，势，VDVD导通，续流电流导通，续流电流 iZ 向电容向电容C充电充电，将，将L L中的磁能转换为电中的磁能转换为电 容容C C中的电能中的电能。总之，调整管总之，调整管V导通期间，导通期间，L储存磁能，并给电容储存磁能，并给电容C充电，同时向负载供电；充电，同时向负载供电；调整管调整管V截止期间，截止期间，L释放磁能，转变为释放磁能，转变为C的电能，同时向负载供电。的电能，同时向负载供电。1.1.4 开关稳压电源的种类开关稳压电源的种类按储能电感的连接方式分类按储能电感的连接方式分类串联型并联型并联独立输出型串联型并联型并联独立输出型(2)、并、并联型：储能
4、电感联型：储能电感 和负载相并联和负载相并联 V V饱和导通时，饱和导通时，VDVD截止，截止，U UI I经经V V在在L L中产生电流中产生电流iL，L储能。储能。V V截止截止时，时，L L中的电流不能突变，产生上负中的电流不能突变，产生上负下下正正 的自感电动的自感电动势，势，VDVD导通，续流电流导通，续流电流iZ 向电容向电容C充电充电，将，将L L中的磁能转换为电中的磁能转换为电 容容C C中的电能中的电能。总之，调整总之，调整管管V导通期间，导通期间，L储存磁能，负载由电容储存磁能，负载由电容C供电；供电；调整管调整管V截止期间，截止期间，L释放磁能，转变为释放磁能，转变为C的
5、电能，同时向负载供电。的电能，同时向负载供电。并联型电路中，调整管承受的反峰电压为并联型电路中，调整管承受的反峰电压为2UI，为串联型的两倍。，为串联型的两倍。按储能电感的连接方式分类按储能电感的连接方式分类(3)并并联独立输出型：通过续流电感的电磁耦合，实现隔离输出。联独立输出型：通过续流电感的电磁耦合，实现隔离输出。（电源输入端不使用变压器、实现多种电压输出）（电源输入端不使用变压器、实现多种电压输出）应用最多的一种电路形式应用最多的一种电路形式三极管三极管V可使用功率场效应管可使用功率场效应管脉冲调宽、脉冲发生及误差信号的产生等可集成化例如脉冲调宽、脉冲发生及误差信号的产生等可集成化例如
6、TOP221 TOP227按储能电感的连接方式分类按储能电感的连接方式分类按输入和输出电压的大小分类按输入和输出电压的大小分类(1)升压式开关电源升压式开关电源(2)降压式开关电源降压式开关电源(3)输出极性反转式开关电源输出极性反转式开关电源图图1-7升压式开关电源升压式开关电源1.2.1降压型开关稳压电源的电路结构降压型开关稳压电源的电路结构1.2降压型开关稳压电源降压型开关稳压电源图图1-8降压式开关电源降压式开关电源1.2.2降压型开关稳压电源的工作原理降压型开关稳压电源的工作原理图图1-8降压式开关电源降压式开关电源(1).开关管开关管V的导通期内，储能电感中的导通期内，储能电感中
7、电流的最大变化量为电流的最大变化量为(2).开关管开关管V的截止期内，储能电感中的截止期内，储能电感中 电流的最大变化量为电流的最大变化量为(3).开关管开关管V导通期与截止期能量转换的条件：导通期与截止期能量转换的条件：1.2.3降压型开关稳压电源重要参数的计算降压型开关稳压电源重要参数的计算1.输出纹波输出纹波UO 的计算的计算UO1：开关管：开关管V导通时间内滤波电容导通时间内滤波电容C上电压的变化量上电压的变化量UO2：开关管：开关管V截止时间内滤波电容截止时间内滤波电容C上电压的变化量上电压的变化量图1-21.2.3降压型开关稳压电源重要参数的计算降压型开关稳压电源重要参数的计算1.
8、输出纹波输出纹波UO 的计算的计算实际输出的纹波还包括电网工频纹波电压和高频功率转换产生的寄生纹波电压实际输出的纹波还包括电网工频纹波电压和高频功率转换产生的寄生纹波电压减少纹波电压的方法：减少纹波电压的方法：(1).采用肖特基二极管或快恢复二极管采用肖特基二极管或快恢复二极管(2).采用阻容吸收网络采用阻容吸收网络图图1-10采用阻容吸收网络采用阻容吸收网络(3).串接小容量电感串接小容量电感1.2.3降压型开关稳压电源重要参数的计算降压型开关稳压电源重要参数的计算2.功率开关管功率开关管V功率损耗功率损耗P的计算的计算(四段计算四段计算)3.功率开关管功率开关管V功率损耗功率损耗P的计算的
9、计算(四段计算四段计算).转换效率转换效率与开关管与开关管V的功率损耗的功率损耗PZ成反比成反比.转换效率转换效率与储能电感与储能电感L上的功率损耗成反比上的功率损耗成反比.转换效率转换效率与输入电流与输入电流Ii 和输入电压和输入电压Ui成正比成正比1.2.4降压型开关稳压电源的设计降压型开关稳压电源的设计1.功率开关管功率开关管V的选择的选择2.续流二极管续流二极管VD的选择的选择3.储能电感储能电感L的选择的选择4输出滤波电容输出滤波电容C的选择的选择IGBT或或MOSFET或或GTR1.3.1升压型开关稳压电源的电路结构升压型开关稳压电源的电路结构1.3升压型开关稳压电源升压型开关稳压
10、电源图图1-14升压型开关电源升压型开关电源1.3.2升压型开关稳压电源的工作原理升压型开关稳压电源的工作原理图图1-14升压型开关电源升压型开关电源(1).开关管开关管V的导通期内，储能电感中的导通期内，储能电感中 电流的变化量为电流的变化量为(2).开关管开关管V的截止期内，储能电感中的截止期内，储能电感中 电流的变化量为电流的变化量为(3).开关管开关管V导通期与截止期能量转换的条件：导通期与截止期能量转换的条件：1.3.3升压型开关稳压电源的设计升压型开关稳压电源的设计1.功率开关管功率开关管V的选择的选择2.续流二极管续流二极管VD的选择的选择4.储能电感储能电感L的选择的选择3.输
11、出滤波电容输出滤波电容C的选择的选择Uceo、Ic、Pc1.4.1极性反转型开关稳压电源的电路结构极性反转型开关稳压电源的电路结构1.4极性反转型开关稳压电源极性反转型开关稳压电源图图1-15极性反转型开关电源极性反转型开关电源(1).开关管开关管V的导通期内，电感储存的能量：的导通期内，电感储存的能量：(2).开关管开关管V的截止期内，电感中的能量传给的截止期内，电感中的能量传给 负载：负载：图图1-15极性反转型开关电源极性反转型开关电源1.4.2极性反转型开关稳压电源的工作原理极性反转型开关稳压电源的工作原理结论：结论：.U.UO O与与U Ui i极性相反极性相反 .改变改变D D可改
12、变可改变U UO O，稳定，稳定D可稳定可稳定UO.D.D1-D1-D时，即时，即D D0.50.5时，时，U UO OU Ui i D D1-D1-D时，即时，即D D0.50.5时，时，U UO OU Ui i1.4.3极性反转型开关稳压电源的设计极性反转型开关稳压电源的设计图图1-14升压型开关电源升压型开关电源(a)图图1-15极性反转型开关电源极性反转型开关电源(a)有关极性反转型开关稳压电源的设计与升压型开关有关极性反转型开关稳压电源的设计与升压型开关稳压电源除极性相反外，其它基本相同。稳压电源除极性相反外，其它基本相同。1.5.1驱动电路驱动电路1.5开关电源中的控制、驱动与保护电路开关电源中的控制、驱动与保护电路1.驱动电路的种类驱动电路的种类(2).抗饱和抗饱和图图1-21抗饱和抗饱和(1).单端单端 式式图图1-20单端单端 式式(3).固定反偏固定反偏图图1-22固定反偏固定反偏(4).比例驱动比例驱动图图1-23比例驱动比例驱动(5).互补驱动互补驱动图图1-24互补驱动互补驱动(6).射极开路射极开路图图1-25射极开路射极开路