基于正激式24V5A開關電源設計(共61頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上題 目 基于正激式24V/5A開關電源設計 學院名稱 指導教師 職 稱 班 級 學 號 學生姓名 年 月 日畢業(yè)設計（論文）任務書學 院： 題 目： 基于正激式24V/5A開關電源設計 起 止 時 間： 年 月 日至 年 月 日 學 生 姓 名： 專 業(yè) 班 級： 指 導 教 師： 教研室主 任： 院 長： 年 月 日論文 (設計) 內(nèi)容及要求：一、畢業(yè)設計（論文）原始依據(jù)（1）效率高；（2）帶負載能力強，滿足常見電子設備負載的要求；(3)體積小，噪音低（4）工作安全可靠，體積輕巧（5）具有過載、 過熱、短路等自動保護功能；（6）開關器件工作在高頻狀態(tài)。(7)設計主要

2、指標：輸入電源：AC 220V±10%、50Hz±5%；輸出電壓：DC 24V ；輸出電流：5A;轉(zhuǎn)換效率 87%以上;工作頻率：70KHz100KHz。最大輸出紋波電壓：150mV.二、畢業(yè)設計（論文）主要內(nèi)容1、系統(tǒng)功能分析與設計（1）系統(tǒng)整體方案設計；2、主電路分析與設計（1）主電路方案確定 （2）主電路設計（包括AC-DC與DC-DC） （3）器件參數(shù)的計算與選型 （4）高頻變壓器設計；3、控制電路分析與設計（1）控制方案的確定 （2）控制電路設計 （3）主要器件的參數(shù)計算與選型4、驅(qū)動電路設計5、保護電路設計6、系統(tǒng)的電路仿真與分析7、硬件電路制作與調(diào)試（拓展）三

3、、畢業(yè)設計（論文）基本要求1、 翻譯與該課題相關的英文論文一篇；2、 設計說明書一份（一萬五千字以上，含中英文摘要、正文、程序清單）；3、 設計圖紙（系統(tǒng)完整電路原理圖（protelaltium作圖）、電路仿真圖、相關元器件清單圖表等。）；4、 按照學校論文標準格式裝訂打印。四、畢業(yè)設計（論文）進度安排設計任務分析，相關資料檢索，進行外文資料翻譯;查找資料，確定設計框架圖，撰寫開題報告；高頻開關電源的結(jié)構選擇及方案設計；主電路的設計（包括相關參數(shù)計算與器件選擇、高頻變壓器設計）；控制方案與電路設計（包括相關參數(shù)計算與芯片選擇）;保護電路與相關外圍電路設計;系統(tǒng)仿真調(diào)試并交初稿；整理稿件并定稿，

4、準備答辯工作； 備注：每周向指導教師匯報1-2次設計進展情況五、主要參考文獻1 王兆安. 電力電子技術（第5版）：機械工業(yè)出版社2 張占松. 開關電源手冊（第版）：人民郵電出版社3 李序葆.電力電子器件及其應用：機械工業(yè)出版社4 張明勛.電力電子設備設計和應用手冊：機械工業(yè)出版社注：其他相關資料自行查閱。 指導老師： （簽 名） 年 月 日畢業(yè)設計（論文）開題報告設計（論文）題目基于正激式24V/5A開關電源設計設計（論文）題目來源自選設計（論文）題目類型工程設計類起止時間一、 設計（論文）依據(jù)及研究意義：1. 研究依據(jù)： （1）設計依據(jù)： 電源設計手冊 實用電源技術手冊（2） 設計規(guī)范： G

5、B2423.2 電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境測試規(guī)程 GB6833.4 電子測量儀器電磁兼容性試驗規(guī)范（3）任務書2研究意義： 開關電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關電源小型化，并使開關電源進入更廣泛的應用領域，特別是在高新技術領域的應用，推動了高新技術產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開關電源的發(fā)展與應用在安防監(jiān)控，節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護環(huán)境方面都具有重要的意義。二、設計（論文）主要研究的內(nèi)容、預期目標：（技術方案、路線）1.研究內(nèi)容：（1）系統(tǒng)功能分析與設計（2）主電路的分析與設計（3）控制電路分析與設計（4）驅(qū)動電路設計（5）保護電路設計（6）系統(tǒng)的電路仿真與分析（7）硬件電路制作與調(diào)試2.預期目

6、標：設計的開關電源要能達到這幾個功能，效率高，帶負載能力強，滿足常見電子設備負載的要求，體積小，噪音低，工作安全可靠，體積輕巧，具有過載，過熱，短路等自動保護功能，開關器件工作在高頻狀態(tài)。三、 設計（論文）的研究重點及難點：1.重點：主電路的設計 驅(qū)動電路的設計2.難點：控制電路的設計 仿真分析四、 設計（論文）研究方法及步驟（進度安排）：1.研究方法：先整流濾波、后經(jīng)過高頻逆變得到高頻交流電壓，然后由高頻變壓降壓器降壓、再整流濾波,這種采用高頻開關方式進行電能變換的電源稱為開關電源。交流輸入、直流輸出的開關電源將交流轉(zhuǎn)換為直流，整流電路普遍采用二極管構成的橋式電路，直流采用大電容濾波，該電路

7、結(jié)構簡單、工作可靠、成本低，效率也比較高，開關電源的主電路采取了正激式的方法，控制電路采取了控制芯片進行控制驅(qū)動，外設一些保護措施。開關電源的核心部分是高頻逆變-變壓器-高頻整流電路，采用具體的電路是隔離型直流-直流變流電路。開關電源的控制方式是采取電壓模式控制，在反饋控制系統(tǒng)中僅有一個輸出電壓反饋控制環(huán)。2.研究步驟：1 設計任務分析，相關資料檢索，進行外文資料翻譯,。2 查找資料，確定設計框架圖，撰寫開題報告；3 高頻開關電源的結(jié)構選擇及方案設計；4 主電路的設計（包括相關參數(shù)計算與器件選擇、高頻變壓器設計）；5 控制方案與電路設計（包括相關參數(shù)計算與芯片選擇）；6 保護電路與相關外圍電路

8、設計7 系統(tǒng)仿真調(diào)試并交初稿；8 整理稿件并定稿，準備答辯工作；五、 進行設計（論文）所需條件：1.計算機2.參考文獻 3.老師指導4.同學幫助5.網(wǎng)絡信息六、 指導教師意見：簽名： 年 月 日摘要:正激式開關電源因其結(jié)構和成本方面的優(yōu)勢在小功率電源領域有著不可替代的作用，是小功率供電電源的首選。本論文從正激式開關電源的原理、整體結(jié)構設計、關鍵電路設計等方面進行了介紹。在正激式開關電源的原理方面，介紹了幾種基本電路和拓撲結(jié)構的選擇；在整體結(jié)構設計方面，主要分析了開關電源的組成電路；在關鍵電路設計方面，進行了輸入電路、變壓器、控制電路和RCD吸收回路的設計；通過具體設計及仿真軟件的驗證，證明了設

9、計的正確性，為后期的實際工程設計提供的指導意義。關鍵詞：正激式；開關電源；PWM； ABSTRACT : Widely used in the development of power electronic technology and smallelectronic devices, the low power demand increases gradually, forward switching power supply because of its structure and cost advantages in small power fieldplays an irreplace

10、able role, is a small power supply of choice. This design is asmall part of the energy storage inverter project, the purpose is to design aflyback switching power supply. This paper the principle, forwardswitching power supply circuit structure design, key design etc. In the principle offlyback swit

11、ching power supply, introduces several basic circuit and the selection of topology structure; in terms of overall structure design, mainly analyses thecircuit switching power supply; in the aspect of key circuit design, the design ofinput circuit, transformer, the control circuit and the RCD snubber

12、 circuit throughspecific design and simulation verification; the software, proved the correctness of the design, to provide for the practical engineering the design guide.Keywords: forward switching ;power supply; PWM; 目錄 專心-專注-專業(yè)引言  電源向電子設備提供功率的裝置。把其他形式的能轉(zhuǎn)換成電能的裝置叫做電源。通過變壓器和整流器，把交流電變成直流電的裝置叫做整流

13、電源。能提供信號的電子設備叫做信號源。信號源有時也叫做電源。 開關電源技術是一門運用半導體功率器件實現(xiàn)電能的高頻率變換，將粗電變換成精電，以滿足供電質(zhì)量要求的技術。由于在開關電源中半導體功率器件工作在高頻開關方式，因此它具有高效率，高功率密度，高可靠性。由于開關電源的突出優(yōu)點，開關電源更替線性電源是發(fā)展的必然趨勢。近年來，由于微型計算機的普及，通信行業(yè)的迅猛發(fā)展，推動了開關電源技術的進步和產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。開關電源具有功耗小、功率高、穩(wěn)壓范圍寬、體積小(重量輕)等突出優(yōu)點。本文主要設計了正激式開關電源，正激式開關電源具備了上述的所有優(yōu)點，另外還具有，輸出電壓的瞬態(tài)控制特性相對來說比較好

14、；正激式變壓器開關電源負載能力相對來說比較強；正激式變壓器開關電源的電壓和電流輸出特性要比其它開關電源好很多。這些優(yōu)點都是正激式開關電源所具備的的其它電源不具備的優(yōu)點。 本文設計了正激式開關電源，主要從主電路，控制電路和反饋電路這幾個部分出發(fā)，條理清楚，思路明確，環(huán)環(huán)緊扣，最后設計出了一個簡單的正激式開關電源。設計概述1.1 基本概念1.1.1 開關電源用某些半導體器件為開關（通常是晶體管或MOSFET），把一種電源形態(tài)變換成另一種電源形態(tài)，并在變換時使用自動控制穩(wěn)定輸出并且還具有保護環(huán)節(jié)的電源稱為開關電源。與其它的電源形式作比較，開關電源體積小、效率高、重量輕、耗能低。而且還具有很多保護功能

15、，目前在郵政通訊、精密電子器件、大型設備、醫(yī)療儀器、家電數(shù)碼等領域應用相當廣泛。1.1.2 正激式開關電源正激式開關電源（后文都簡稱為正激式）只是開關電源的一種，可以用開關電源的標準來進行劃分:從工作性質(zhì)上分，大致可分“硬開關”和“軟開關”兩種，硬開關就是指電子脈沖、外加控制信號強制對電子開關來進行“開”和“關”的控制， 那么在開關導通和關閉這段時間的電流和電壓的同時存在，就會造成損失，這種損耗和開關的頻率成正比，可是，因為比其它變換方式簡便，因此，很多電機上現(xiàn)在還是繼續(xù)使用這種方式。軟開關就是電子開關在還沒加上電壓的時候?qū)?，在還沒具備電流的時候關斷。如果是理想條件，開關的損耗就是為零，對浪

16、涌電壓、脈沖尖峰電壓的抑制能力比較明顯，而且工作頻率可以提升到一定的地步，實現(xiàn)了軟開關，還可以讓電源的質(zhì)量和大小有很顯著的改變。以工作方式上分，又可以分為三種，這三種就是正激式、反激式、推挽式，半橋式和全橋式是把推挽式加以改進的，把它們進行辨別的地方有很多，最大不同就是變換器， 變壓器一次側(cè)與二次側(cè)同名端是在一側(cè)的方法就是正激式，可是反激式的則與正激式的恰恰不一樣，在功能上兩個也有不同，正激式變壓器只是起到一個能量的平行交接，反激式變壓器就還要來進行暫時的保存在某時間刻的電能即可作為一個電感，由于變壓器電感的極性的不同，反激式變壓器一次側(cè)與二次側(cè)是不能在同一時刻導通的，但正激式和反激式變壓器大

17、部分都是一個輸入端與反饋繞組一起構成一次側(cè)，而輸出端就只有一組，推挽式的變壓器大體上就是兩個反相位工作的正激式變壓器的一起共存，其有兩個輸入端兩個輸出端。對于大部分正激式開關電源，它的輸出功率要大一些，成本也其它的電源多，而反激式比較簡便，可是功率也要低一點，所以成本會少一點，推挽式的電路對比其它的電源要復雜，可是輸出功率范圍比較廣。1.2 技術指標1.2.1 機械指標在我們國家對開關電源的機械指標沒有太多的要求，但在國外都有一定的要求。對于外貌，大體上要求是美觀、沒有油漬、不能過大、簡便輕質(zhì)、沒有松散。另外要求具有一定的抗震和抵抗沖擊的能力，即要求成品在要求的機械打擊試驗甚至是大規(guī)模的損壞的

18、試驗能滿足一定的指標，不單單是電源的外體沒有裂痕損傷，而且電源在滿負荷通電下還能往常一樣的運行。1.2.2 環(huán)境標準最大的要求是電源在惡劣的環(huán)境下還能正常工作，基本上的規(guī)范為：在室內(nèi)，室溫增加至45時輸出電壓漂移小于3%，室外小于5%；在濕度為92%、溫度為28的環(huán)境下保存48小時，絕緣強度不變，以上都只是個比較常見的規(guī)定，具體的指標要根據(jù)實際要求來定。 1.2.3 電氣標準電氣指標的內(nèi)容有很多，基本幾個指標如下：輸入指標：包括輸入電壓的相數(shù)、最大的電壓、電壓的工作范圍、電壓頻率及輸入電流。每個國家有不一樣的交流電壓及頻率，日本100V/60HZ、韓國220V/60HZ、美國120V/60HZ

19、、澳大利亞240V/50HZ。輸出指標：包括產(chǎn)品可以承受的輸入電壓的范圍，在多大的輸入電壓范圍內(nèi)還能讓輸出的穩(wěn)定性能沒有太大的波動，還有就是在負載不一樣的時候輸出的穩(wěn)定程度、環(huán)境變化不一樣的影響下輸出的保持程度、在開機一段時間之后保持輸出的穩(wěn)定、空載損耗、輸出的紋波（一般而言這個交流紋波都要求mv數(shù)量級，其標準一般都是要求輸出紋波是輸出值的1%-5%）。耐壓指標：這個指標是安規(guī)的內(nèi)容，其要求產(chǎn)品有一定的耐壓程度。絕緣要求：要求輸入交流線與輸出線，輸出線、輸入線與機殼之間的絕緣電阻要達到幾M（如10M等等）。效率：不同的電機需要不一樣的效率，大體來說開關電源的效率都要求滿足80%以上。功率因數(shù)：

20、日本60W以上輸出功率，其它國家75W以上輸出功率要求做功率因數(shù)校正，功率因數(shù)要達到0.95以上。漏電流：平常裝載在可移動設備上的交流漏電流應小于1mA;裝設在特定位置且接地的設備上的要求交流漏電流應小于3.5mA,在醫(yī)療類產(chǎn)機種要求非常的嚴厲。EMI/RFI：電磁射頻指標，要求其不能夠干擾到別的電子設備的正常工作也要具備一定的抗干擾能力。平均故障時間：平均無故障使用時間，其大小基本上都是要能達到萬小時數(shù)量級。保護：一般的內(nèi)容式過流保護、超載保護、短路保護、高壓保護、過溫保護。1.3 目前的研究現(xiàn)狀1.3.1 目前存在的問題開關電源技術開始研究晚可是發(fā)展速度很快,材料的不間斷的更新、用途的不斷

21、開拓,是它快速發(fā)展的最主要原因,但是在體積、重量、效率、電磁兼容性以及安全性能都不能說是沒有缺點,至今為止,存在的主要問題有:器件問題.電源的集成度不大,一定程度影響到穩(wěn)定性和可靠性,同時對于電源體積和效率來說也是困擾。材料問題.開關電源使用的磁心和電解電容及整流管這些體積都大,比較沉重,在電路中不單耗能,降低了開關電源的工作效率,而且會直接致使電源的體積笨重龐大。能源變換問題.目前的轉(zhuǎn)變基本上以頻率為奠基,改變電壓是目標,其結(jié)果就是生產(chǎn)復雜,很難控制，未來期待更好的能源轉(zhuǎn)變方法的出現(xiàn)。軟件問題.目前,開關電源的軟件開發(fā)還處于剛剛開始的地步,要能做到功率轉(zhuǎn)換、功率因子提高、全程自動檢測實現(xiàn)軟件

22、操作,目前還有一定的差異。生產(chǎn)工藝問題.基本上是在實驗室可以達到的技術指標,但是實際生產(chǎn)中卻做不到,人為的因素除外,還有這些器件的性能、檢測、環(huán)境、設備、很多的因素。電路復雜，維修困難，對電路的污染嚴重。大，不適合用于某些低噪聲電路,這是開關電源目前存在的主要技術問題。1.3.2 主要開關電源技術(1)功率半導體器件。 功率MOSFET和IGBT這些已經(jīng)可以更換功率晶體管和中小電流的晶體管,讓實現(xiàn)開關電源頻率的升高有了更大的可能.極其快速恢復二極管和MOSFET同步整流技術的研發(fā),也為研究高效率或者低電壓輸出的開關電源提供了條件.而且,現(xiàn)在已經(jīng)可以把功率器件與電路控制和檢測執(zhí)行等組件集成封裝,

23、獲得標準的、可制造的模塊，讓成本降低了還提高可靠穩(wěn)定性。(2)軟開關技術。在硬開關條件下工作的開關電源,開關器件的電壓和電流波形在時間上的一步步增加,會致使開關損耗，損耗和頻率是成正比關系,為此實現(xiàn)軟開關技術,可以使電源效率提高。(3)有源功率因子校正技術。因為輸入端有整流原件和濾波電容,許多整流電源供電的電子裝備的輸入端功率因子僅0.65.用APEC之后的電路,其功率因子可改善到0.95-0.99。1.3.3 開關電源的技術發(fā)展開關電源技術的發(fā)展動向，開關電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。由于開關電源輕、小、薄的關鍵技術是高頻化,因此國外各大開關電源制造商都致力于同

24、步開發(fā)新型高智能化的元器件,特別是改善二次整流器件的損耗,并在功率鐵氧體(MnZn)材料上加大科技創(chuàng)新,以提高在高頻率和較大磁通密度(Bs)下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項關鍵技術。SMT技術的應用使得開關電源取得了長足的進展,在電路板兩面布置元器件,以確保開關電源的輕、小、薄。開關電源的高頻化就必然對傳統(tǒng)的PWM開關技術進行創(chuàng)新,實現(xiàn)ZVS、ZCS的軟開關技術已成為開關電源的主流技術,并大幅提高了開關電源的工作效率。對于高可靠性指標,美國的開關電源生產(chǎn)商通過降低運行電流,降低結(jié)溫等措施以減少器件的應力,使得產(chǎn)品的可靠性大大提高。模塊化是開關電源發(fā)展的總體趨勢,可以采用模塊化電源組成

25、分布式電源系統(tǒng),可以設計成N+1冗余電源系統(tǒng),并實現(xiàn)并聯(lián)方式的容量擴展。針對開關電源運行噪聲大這一缺點,若單獨追求高頻化其噪聲也必將隨著增大,而采用部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術,在理論上即可實現(xiàn)高頻化又可降低噪聲,但部分諧振轉(zhuǎn)換技術的實際應用仍存在著技術問題,故仍需在這一領域開展大量的工作,以使得該項技術得以實用化。電力電子技術的不斷創(chuàng)新,使開關電源產(chǎn)業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景。要加快我國開關電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度,就必須走技術創(chuàng)新之路,走出有中國特色的產(chǎn)學研聯(lián)合發(fā)展之路,為我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展做出貢獻。2開關電源主要電路的設計調(diào)寬方波整流濾波2.1 主電路的組成整流濾波高頻變壓器ACDC脈寬調(diào)制 比較器取樣

26、器 振蕩器基準電壓 圖2.1主電路圖的組成拓撲 （1） 交流輸入。外界輸入電壓，輸入市值電壓220V交流電。220V(有效值）正弦波。 其單峰值為其有效值的倍， 就是。 峰值是正峰值與負峰值的差 = 。 我們將一個交流信號的單峰值與有效值的比，定義為該交變信號波峰系數(shù)。 正弦波波峰系數(shù)（CF, Crest Factor)就是，即1.414。 （2）橋式整流。整流電路的作用是將交流輸出交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動性直流電，這就是整流過程，整流電路主要由整流組成。經(jīng)過整流電路之后的電壓已經(jīng)不是，而是一種含有和的混合電壓。橋式整流電路是使用最多的一種整流電路。這種，只要增加兩只口連接成“橋”式結(jié)構，便具有全

27、波整流電路的優(yōu)點，而同時在一定程度上克服了它的缺點。變成了含有一定脈動電壓成分的直流電壓。 （3）高頻變換部分。高頻變換部分的核心是DC-DC變換器，它主要由高頻功率開關和高頻隔離變壓器組成。高頻功率開關元件可以采用場效應管（MOSFET），高頻變換部分產(chǎn)生高頻高壓方波，所得到的高壓方波送給高頻隔離降壓變壓器的初級，在變壓器的次級感應出的電壓被整流、濾波后就產(chǎn)生了低壓直流。為了調(diào)節(jié)輸出電壓，使得在輸入交流和輸出負載發(fā)生變化時，輸出電壓能保持穩(wěn)定，可以采用脈寬調(diào)制器(PWM)的電路進行調(diào)節(jié)，通過對輸出電壓采樣，并把采樣的結(jié)果反饋給控制電路，控制電路把它與基準電壓進行比較，根據(jù)比較結(jié)果來控制高頻功

28、率開關元件的開關時間比例（占空比），達到調(diào)整輸出電壓的目的。2.2主電路開關電源的拓撲結(jié)構很多，主要有隔離式和非隔離式劃分，隔離式有正激式、反激式、推挽式；非隔離式有boost、buck、buck-boost類型的電路。下面分別介紹這幾種電路的情況。2.2.1非隔離式（1） Boost電路 電路的原理圖以及波形圖如下圖所示。（a）電路的原理圖 （b）電路的波形圖 圖2.1BOOST電路的原理圖以及波形圖 boost電路的工作原理：Boost電路（圖 2-1）即為升壓斬波電路，當導通時，能量從輸入電源流入，并儲存于電感中，由于導通期間正向飽和管壓降很小，所以這時二極管反偏，負載由濾波電容供給能量

29、，將中儲存的電能釋放給負載。當截止時，電感中電流不能突變，它所產(chǎn)生的感應電勢阻止電流減小，感應電勢的極性為下正上負，二極管導通，電感中儲存的能量經(jīng)二極管，流入電容，并供給負載。 在導通的期間，能量儲存于電感中，在截止的 期間，電感釋放的能量補充在期間給電容上損失的能量。截止時，電感上電壓跳變的幅值時與占空比有關的，愈大，中峰值電流大，儲存的磁能愈大。所以，如果在期間吃內(nèi)存的能量要在期間釋放出來，那么，上的脈沖必定比較高的。假定開關無損耗，并聯(lián)變換器電路在輸入電壓和輸入電流，能在較低的輸出電流下，輸出較高的電壓。穩(wěn)壓電源達到穩(wěn)態(tài)后，輸出電壓穩(wěn)定在所需的恒定值，只要適當選擇電容，輸出紋波可做得足夠

30、小，當要求紋波為，直流輸出電流為是，由于在管子導通期間全部負載都由電容供電，因此選擇取決于下式： (2-1)當Q1導通時，忽略管子導通壓降，電感上的電壓為輸入電壓,并且電流按ItV1L1速率線性上升，周期期間導通時，電感中的電流增量為Ldi/dt 。當截止時，假定右端的電感反沖電壓等于輸出電壓，則電感上的電壓為()，而在穩(wěn)態(tài)，期間中電流的增量應等于期間電流的減量，故有 (2-2) (2-3)其中D=，由上式可知，當改變占空比D時，就能獲得所需的上升的電壓值。由于占空比D總是小于1，總是大于。 Boost電路能將電壓升高的原因是電感L1儲能之后具有使電壓泵升的作用，而電容C能將輸出電壓保持住。b

31、oost電路特點： boost電路的電路相比較其他電路來的簡單，所以成本比較低，另外boost電路的輸出電壓高于輸入電壓，能夠起到升壓作用。 boost電路的轉(zhuǎn)換效率比較低，所以電源電壓的利用率比較低，輸出的功率較小。由boost電路最為顯著的特點可以知道，boost電路只適用于升壓電路。（2）buck電路（a）電路的原理圖（b）電流連續(xù)時候的波形圖（c）電流斷續(xù)時的波形圖圖 2.2 buck電路工作原理圖以及波形圖buck電路的工作原理：Buck電路（圖 2.2a）即為降壓斬波電路。控制脈沖使Q1導通之后，C開始充電，輸出電壓加到負載R兩端，在C充電過程中，電感L1內(nèi)的電流逐漸增加，儲存的磁

32、場能量也逐漸增加。此時續(xù)流二極管D1因反向偏置而截止。經(jīng)過Ton時間以后，控制信號使Q1截止，L1中的電流減小，L1中儲存的磁場能量便通過續(xù)流二極管D1傳遞給負載。當負載電壓低于電容C兩端的電壓時，C便向負載放電。經(jīng)過時間后，控制脈沖又使Q1導通，上述過程重復發(fā)生。當控制信號使Q1導通時，電感L1中的電流從最小值增加到最大值，當控制信號使V 截止時，L1中的電流又從最大值下降到。建設Q1具有理想的開關特性，其正向飽和管壓降可以忽略。當控制信號使Q1導通時，電感L1中的電流從最小值增加到最大值，當控制信號使V 截止時，L1中的電流又從最大值下降到。建設Q1具有理想的開關特性，其正向飽和管壓降可以

33、忽略，所以可以列出以下的方程： (2-4)由此可得出： (2-5) (2-6)Q1導通狀態(tài)終止時，T=Ton時，L1中的電流達到最大值，得： (2-7)在Q1截止期間，L1中的電流經(jīng)續(xù)流二極管D1向負載釋放能量，假若忽略D1的正向壓降，則可得出下列方程： (2-8)由此可得出： (2-9) (2-10)Q1截止狀態(tài)終止時，即T=時，L1中的電流下降到最小值，得： (2-11)由上面的公式可得： (2-12)式中是開關導通時間，是開關截止時間；T時開關管工作周期，D是占空比，D=由上式可知，輸出電壓與開關管的占空比D成正比，所以通過改變開關管的占空比可以控制輸出平均電壓的大小。由于占空比D總是小

34、于1，所以總是小于，所以這樣的電路稱為降壓斬波電路，即buck變換器。buck電路的特點:Buck電路只能實現(xiàn)降壓，所以在任何時候，輸出電壓只能比輸入電壓低。由于電路中沒有變壓器，所以輸入和輸出之間沒有隔離。Buck電路的輸出只有一路，不能用于多路輸出，除非加個第二級的電壓調(diào)節(jié)器。buck電路既可以工作于電流連續(xù)狀態(tài)，又可以工作于電流斷續(xù)狀態(tài)。Buck變換器開關的門極驅(qū)動很麻煩，但是buck電路簡單，所以成本比較低，而且buck變換器能把一個正的輸入變換成一個負的輸出。3. buck-boost電路（a）電路的原理圖（b）電路的波形圖圖 2.3 buck-boost電路原理圖以及波形圖 buc

35、k-boost電路的工作原理：升降壓斬波電路的原理圖如圖2-3所示。由可控開關Q、儲能電感L、二極管D、濾波電容C、負載電阻RL和控制電路等組成。當開關管Q受控制電路的脈沖信號觸發(fā)而導通時，輸入直流電壓V1全部加于儲能電感L的兩端，感應電勢的極性為上正下負，二極管D反向偏置截止，儲能電感L將電能變換成磁能儲存起來。電流從電源的正端經(jīng)Q及L流回電源的負端。經(jīng)過ton時間以后，開關管Q受控而截止時，儲能電感L自感電勢的極性變?yōu)樯县撓抡?，二極管D正向偏置而導通，儲能電感L所存儲的磁能通過D向負載 RL釋放，并同時向濾波電容C充電。經(jīng)過時間后，控制脈沖又使Q導通，D截止，L儲能，已充電的 C向負載RL

36、放電，從而保證了向負載的供電。此后，又重復上述過程。由上述討論可知，這種升降壓斬波電路輸出直流電壓V2的極性和輸入直流電壓升降壓斬波電路V1的極性是相反的，故也稱為反相式直流交換器。假設儲能電感L足夠大，其時間常數(shù)遠大于開關的周期，流過儲能電感的電流可近似認為是線性的，并設開關管Q及二極管都具有理想的開關特性。分析電路圖可以得到：（1）Q導通期間，D截止，電感L兩端的電壓為V1，呈線性上升。 (2-13) (2-14)式中是Q導通前流過L的電流。當tton時，流過L的電流達到最大值： (2-15)(2) Q截止期間，D導通，L向負載和C1供電，電感兩端電壓 (2-16) (2-17)式中為Q截

37、止前流過L電流。t時，Q開始導通，L中電流下降到極小值： (2-18)(3) 輸入直流電壓U1和輸出直流電壓U2的關系將(2-18)式代入(2-15)式可得： (2-19) (2-20) (2-21a)當時， ，電路屬于降壓式；當時， ；當時， ，電路屬于升壓式。2.2.2隔離式（1） 正激式電路 正激（Forward)電路包含很多種不同拓撲，典型的單開關正激電路原理圖和它的工作波形圖如下圖所示： 圖a 圖b 圖2.4正激電路的原理圖及波形圖 電路的工作過程為：開關S開通后，變壓器繞組W1兩端的電壓為上正下負，與其耦合的繞組W2兩端的電壓也是上正下負。因此VD1處于通態(tài)，VD2為斷態(tài)，電感L的

38、電流逐漸增長；S關斷后，電感L通過VD2續(xù)流，VD1關斷，L逐漸下降。S關斷后變壓器的勵磁電流經(jīng)過繞組W3和VD3流回電源，所以S關斷后承受的電壓為： （221b） 其中N為繞組匝數(shù)。開關S開通后，變壓器的勵磁電流由零開始，隨著時間的增長而線性的增長，直到S關斷。S關斷后到下一次再開通的一段時間內(nèi)，必須設法使勵磁電流降到0，否則下一個開關周期中，勵磁電流將在本周期結(jié)束時的剩余值基礎上繼續(xù)增加，并在以后的開關周期中依次累積起來，變得越來越大，從而導致變壓器的勵磁電感飽和。勵磁電感飽和后，勵磁電流會更加迅速的增長，最終損壞電路的開關元件。因此在S關斷后使勵磁電流降回零是非常重要的，這一過程稱為變壓

39、器的磁芯復位。 （2-22）在輸出濾波電感電流連續(xù)的情況下，就是S開通時電感L的電流不為0的時候，輸出電壓和輸入電壓的比為： （2-23） 如果輸出電感電流不連續(xù)，輸出電壓將高于式中的計算值，并且隨負載減小而升高，在負載為零的極限情況下，。 連續(xù)模式下的電壓增益理想狀態(tài)下，由副邊繞組在一個周期中的伏秒值為0可得 (2-24)故可得電壓增益為 M=/(n)=/(1-) (2-25)而在實際中，由于變壓器存在一次繞組內(nèi)阻，二次繞組內(nèi)阻，故可得 （ （2-26）而 （2-27） (2-28） （2-29）聯(lián)立可得 M= （2-30）斷續(xù)模式下的電壓增益。由面積相等可得 （2-31）由n可得 （2-3

40、2） （2-33)而 （2-34）聯(lián)立可得 （2-35） 臨界連續(xù)時，既可以看作連續(xù)又可以看作斷續(xù)，此時：= 所以臨界電流為 （2-36）當=1/2時取最大值為 （2-37）由此可得斷續(xù)工作模式下的電壓增益為 M= （2-38）（2） 反激電路反激電路的電路原理圖和波形圖： 圖（a）反激式電路原理圖 圖2.5反激電路原理圖以及波形圖 反激電路的工作原理:單端反激變換器主要用在250W以下的電路中，其中的變壓器既有變壓器的作用，也有電感的作用。 其有兩種工作方式：一是完全能量轉(zhuǎn)換方式，即電感電流斷續(xù)工作模式；二是不完全能量轉(zhuǎn)換方式，即電感電流連續(xù)工作模式。工作過程：當Tr導通時，電源電流流過變壓

41、器原邊，增加，其變化為d/dt=/，而副邊由于二極管D的作用，i2為0，變壓器磁心磁感應強度增加，變壓器儲能；當Tr關斷時，原邊電流迅速降為0，副邊電流i2在反激作用下迅速增大到最大值，然后開始線性減小，其變化為d/dt=/，此時原邊由于開關管的關斷，電流為0，變壓器磁心磁感應強度減小，變壓器放能。 連續(xù)模式下的電壓增益，理想狀態(tài)下，由副邊繞組在一個周期中的伏秒值為0可得： (2-39)故可得電壓增益為 M=/(n)=/(1-) (2-40)而在實際中，由于變壓器存在一次繞組內(nèi)阻，二次繞組內(nèi)阻，故可得 （ （2-41）而 （2-42） （2-43） （2-44）聯(lián)立可得 M= （2-45）斷續(xù)

42、模式下的電壓增益，由面積相等可得 （2-45）由n可得 （2-46） （2-47)而 （2-48）聯(lián)立可得 （2-49） 臨界連續(xù)時，既可以看作連續(xù)又可以看作斷續(xù)，此時：= 所以臨界電流為 （2-50）當=1/2時取最大值為 （2-51）由此可得斷續(xù)工作模式下的電壓增益為 M= （2-52）（3） 推挽電路推挽電路電路原理圖以及波形示意圖： 圖2.6推挽式電路原理圖以及波形圖推挽電路的工作特點：推挽電路中兩個開關S1和S2交替導通，在繞組N1和N1兩端分別形成相位相反的交流電壓。S1導通的時候，二極管VD1處于通態(tài)，S2導通時，二極管VD2處于通態(tài)，當兩個開關都處于關斷的時候，VD1和VD2都

43、處于通態(tài)，分別分擔一半的電流。S1或者S2導通的時候，電感的電流逐漸上升，兩個開關都關斷的時候，電感的電流逐漸下降。S1和S2斷態(tài)的時候承受的峰值電壓均為兩倍Ui。如果S1和S2同時導通，就相當于變壓器一次繞組短路，因此避免兩個開關同時導通，每個開關導通各自的占空比不能超過50%，還要留有死區(qū)。當濾波電感的電流連續(xù)時： （2-53）如果輸出不連續(xù)，輸出電壓U0將高于上式的計算值，并且隨著負載減小而上升，在負載為零的極限情況下，。 表2、1各種帶隔離的直流直流變流電路的比較電路優(yōu)點缺點功率范圍應用領域正激電路簡單，成本低，可靠性高，驅(qū)動電路簡單變壓器單向勵磁，利用率低幾百瓦幾千瓦各種中、小功率領

44、域反激電路非常簡單，成本很低，可靠性高，驅(qū)動電路簡單難以達到較大的功率，變壓器單向勵磁，利用率低幾瓦幾百瓦小功率電子設備，計算機設備，消費電子設備推挽變壓器雙向勵磁，變壓器一次電路回路中只有一個開關，通態(tài)損耗小，驅(qū)動簡單有偏磁問題幾百瓦幾千瓦低輸入電壓的電源2.3主電路的設計在主電路中，有幾個比較重要的組成部分，一個是整流的橋式整流部分，一個是直流-直流高頻變壓部分，一個就是濾波電路部分，然后就是輸出，下面分別介紹這幾個部分。2.3.1 橋式整流電路整流電路，是電力電子電路中最早出現(xiàn)的一種，作用就是將交流電能變成直流電供給直流用電設備或者是期待的需要輸出的直流電壓電流，整流電路可以從各個角度進

45、行分類，主要的分類方法有：按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種；按電路結(jié)構可分為橋式電路和零式電路；按交流輸入相數(shù)可分為單相電路和多相電路；按變壓器二次電流的方向是單向或者雙向，又分為單拍電路和雙拍電路。整流電路可分為相位控制整流電路和斬波控制整流電路。單相橋式整流電路的結(jié)構組成，整流橋部分采取了一體式的整流橋，整流橋的作用就是能夠通過二極管的單向?qū)ǖ奶匦詫㈦娖皆诹泓c上下浮動的交流電轉(zhuǎn)換為單向的直流電，通常電源中采取用四顆二極管實現(xiàn)的。 圖a 圖b 圖2.7單相橋式整流電路及其波形圖整流電路的任務是將交流電變換成直流電。完成這一任務主要靠二極管的單向?qū)щ娮饔茫虼硕O管是構成整流電路的關

46、鍵元件。下面分析整流電路時，為簡單起見。把二極管當作理想元件來處理。即認為它的正向?qū)娮铻榱?，而反向電阻為無窮大。圖中乃為電源變壓器，它的作用是將交流電網(wǎng)電壓V0變成整流電路要求的交流電壓，是要求直流供電的負載電阻，四只整流二極管D1D4。接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱。在電源電壓V2的正、負半周負載足，上的電壓V0的波形如圖所示。電流的波形與V0的波形相同。顯然，它們都是單方向的全波脈動波形。單相橋式整流電壓的平均值為： （2-54）直流電流為。在橋式整流電路中，二極管D1、D3和D2、D4。是兩兩輪流導通的，所以流經(jīng)每個二極管的平均電流為。二極管在截止時管子承受的最大反向電壓可從看出。在正半周時，、導通，、截止。此時所承受到的最大反向電壓均為的最大值，即。同理，在的負半周、也承受同樣大小的反向電壓。 橋式整流電路的優(yōu)點是輸出電壓高，紋波電壓較小，管子所