開關(guān)電源結(jié)構(gòu)和基本原理-上課課件

高頻開關(guān)電源設(shè)計高頻開關(guān)電源設(shè)計1高頻開關(guān)電源

的結(jié)構(gòu)和基本原理高頻開關(guān)電源

的結(jié)構(gòu)和基本原理2一、

概述將電網(wǎng)或電池的一次電能，轉(zhuǎn)換為符合電子設(shè)備要求的二次電能，這樣的變換設(shè)備便是電源。電源是一切電子設(shè)備的心臟，沒有電源，電子設(shè)備就不可能工作。1.1.1電源是什么？1.1電源及開關(guān)電源電源常用的連接方式串聯(lián)線性穩(wěn)壓電源高頻開關(guān)電源3一、概述將電網(wǎng)或電池的一次電能，轉(zhuǎn)換為符合電子設(shè)備要求的二1.1.2串聯(lián)穩(wěn)壓電源與開關(guān)電源的區(qū)分串聯(lián)線性穩(wěn)壓電源：電源調(diào)整管工作在放大狀態(tài)。開關(guān)電源：電源調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)的電源。是具有高功率密度的電源。輸入電源調(diào)整管負(fù)載RL串聯(lián)穩(wěn)壓電源輸入開關(guān)管K負(fù)載RL儲能元件開關(guān)電源1.1.2串聯(lián)穩(wěn)壓電源與開關(guān)電源的區(qū)分串聯(lián)線性穩(wěn)壓電源：電41.1.3開關(guān)電源的分類：按變換方式可分為下列四大類：（1）：第一大類：AC/DC開關(guān)電源；（2）：第二大類：DC/DC開關(guān)電源；（3）：第三大類：DC/AC開關(guān)電源；（4）：第四大類：AC/AC開關(guān)電源。但目前只將前兩類稱為開關(guān)電源，而將后兩類分別稱為逆變器和變頻器。開關(guān)電源逆變器變頻器51.1.3開關(guān)電源的分類：按變換方式可分為下列四大類：開A：一次電源產(chǎn)品的圖片（AC/DC）常見開關(guān)電源圖片6A：一次電源產(chǎn)品的圖片（AC/DC）常見開關(guān)電源圖片6B：工業(yè)電源產(chǎn)品的圖片—標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品（AC/DC）CPCISeriesofLambda

7B：工業(yè)電源產(chǎn)品的圖片—標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品（AC/DC）CPCISeC：工業(yè)電源產(chǎn)品的圖片（AC/DC）HWSSeries

ofLambda

8C：工業(yè)電源產(chǎn)品的圖片（AC/DC）HWSSeriesoE：工業(yè)電源產(chǎn)品的圖片（AC/DC）9E：工業(yè)電源產(chǎn)品的圖片（AC/DC）9F：二次電源產(chǎn)品的圖片（DC/DC）--標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)類FullBrickHalfBrickHalfBrick1/4Brick1/8Brick10F：二次電源產(chǎn)品的圖片（DC/DC）--標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)類FullBG：二次電源產(chǎn)品的圖片（DC/DC）11G：二次電源產(chǎn)品的圖片（DC/DC）11彩電開關(guān)穩(wěn)壓電源彩電開關(guān)穩(wěn)壓電源121.2直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展

直流穩(wěn)壓電源是電子、電器、自動化設(shè)備中最基本的部分。傳統(tǒng)的串聯(lián)式線性轉(zhuǎn)換方法設(shè)計制作的電源，其效率低，損耗大，溫升高。圖1-1晶體管串聯(lián)式線性穩(wěn)壓電源

1.2直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展直流穩(wěn)壓電源是電子、電13隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，大功率開關(guān)晶體管、快恢復(fù)二極管及其它元器件的電壓得到很大的提高，這為取消穩(wěn)壓電源中的工頻變壓器，發(fā)展高頻開關(guān)電源創(chuàng)造了條件。它使電源在小型化、輕量化、高效率等方面又邁進了一步。圖1-3

無工頻變壓器的開關(guān)電源原理框圖

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，大功率開關(guān)晶體管、快恢復(fù)二極管及其它141.3無工頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源的優(yōu)點：1.效率高。一般在70～80%以上。2.體積小、重量輕，隨著頻率的提高，收效更顯著。3.穩(wěn)壓范圍廣，一般交流輸入80～265V，負(fù)載作大幅度變化時，性能很好。4.噪聲低，聲頻在20kHz以上時，已是人耳聽不到的超聲波，而開關(guān)電源的工作頻率一般都大于此頻率；5.性能靈活，通過輸出隔離變壓器，可得到低壓大電流、高壓小電流；一個開關(guān)控制的一路輸入可得到多路輸出以及同號、反號等輸出；6.電壓維持時間長，為了適應(yīng)交流停電時，計算機、現(xiàn)代自動化控制設(shè)備電源轉(zhuǎn)換的需要，開關(guān)電源可在幾十毫秒內(nèi)保證仍有電壓輸出。7.可靠性大，當(dāng)開關(guān)損壞時，也不會有危及負(fù)載的高電壓出現(xiàn)。

1.3無工頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源的優(yōu)點：15無工頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源的不足之處：1.輸出紋波較大，約有10～100mV的峰峰值；2.脈沖寬度調(diào)制式的電路中，電壓、電流變化率大；3.控制電路比較復(fù)雜，對元器件要求高；4.動態(tài)響應(yīng)時間至少要大于一個開關(guān)周期，不如串聯(lián)式晶體管線性穩(wěn)壓電源。

無工頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源的不足之處：16二、

開關(guān)電源工作原理

通過高頻開關(guān)技術(shù)將輸入的較高的交流電壓(AC)轉(zhuǎn)換為PC電腦工作所需要的較低的直流電壓(DC)

開關(guān)電源的中心思想：用提高工作頻率等手段來提高電源的功率密度，進而達(dá)到減少變壓器的體積和重量的目的。采用開關(guān)變換的顯著優(yōu)點是大大提高了電能的轉(zhuǎn)換效率，典型的PC電源效率為70%-75%，而相應(yīng)的線性穩(wěn)壓電源的效率僅有50%左右。

輸出電壓的穩(wěn)定則:依賴對脈沖寬度的改變來實現(xiàn)，這就叫做脈寬調(diào)制PWM。二、開關(guān)電源工作原理通過高頻開關(guān)技術(shù)將輸入17共軛濾波器整流濾波開關(guān)調(diào)整管儲能元件脈沖整流濾波取樣電路比較放大基準(zhǔn)220V交流電壓輸入功能：將220V交流電壓轉(zhuǎn)換為電路所需要的各種穩(wěn)定的直流電壓2.1

高頻變壓器開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)

圖2-1高頻變壓器開關(guān)電源基本功能框圖直流電壓輸出共軛濾波器整流濾波開關(guān)調(diào)整管儲能元件脈沖整流濾波取樣電路比較18A.電路組成：B.作用：雙向濾波（一方面避免電網(wǎng)供電線引入高頻脈沖影響電子電路，另一方面，防止開關(guān)電源對電網(wǎng)造成污染。）S501C5010.1uL502220V市電

至整流濾波電路F501T2.5AC5020.1u2.2.1、進線抗電磁干擾電路EMI2.2輸入共軛濾波及整流A.電路組成：S501C5010.1uL502220V市19C.工作原理：

對高頻干擾信號而言，電容呈短路，而電

感則呈開路。高頻干擾被電容短路。

對50Hz低頻而言，電容呈開路，而電感則呈短路。因此，50Hz市電可以順利通過。S501C5010.1uL502220V市電

至整流濾波電路F501T2.5AC5020.1uF501T2.5AS501C5010.1uL502220V市電

至整流濾波電路C5020.1uC.工作原理：

對高頻干擾信號而言，電容呈短路，而20輸入220V交流電壓的檢測220V交流輸入交流電壓500V檔正常值:220V±15%(187V~253V)共軛濾波器輸入220V交流電壓的檢測220V交流輸入交流電壓5021220V交流電壓整流濾波后直流電壓的檢測直流電壓500V檔來自共軛濾波器的220V交流電壓正常值為300V左右220V交流電壓整流濾波后直流電壓的檢測直流電壓500V檔來22電路中Q為開關(guān)管，工作于開關(guān)狀態(tài)（Q飽和導(dǎo)通時相當(dāng)于一只接通的開關(guān)，Q截止時相當(dāng)于一只斷開的開關(guān)）。電感L和電容C為儲能元件。RL為電源的負(fù)載。D為續(xù)流二極管，它在開關(guān)管截止時導(dǎo)通，保證電感L中的電流不中斷。2.3串聯(lián)型開關(guān)電源工作過程（降壓式BUCK)LQDCRL（a)串聯(lián)型開關(guān)電源基本電路+300V電路中Q為開關(guān)管，工作于開關(guān)狀態(tài)（Q飽和導(dǎo)通時相當(dāng)于一只接通23開關(guān)管飽和導(dǎo)通時，300V電源通過開關(guān)管Q，電感L和負(fù)載RL形成電流回路，同時向電容器C充電，在電感L和電容C中同時儲能。二極管D處于反向截止?fàn)顟B(tài)。由于電感L中突然出現(xiàn)電流，將在L兩端產(chǎn)生左正右負(fù)的自感電動勢，負(fù)載兩端電壓等于300V電源電壓與L兩端自感電動勢之差。IQILICIRQ（b)開關(guān)管飽和時的等效電路D+300VRLLC+-開關(guān)管飽和導(dǎo)通時，300V電源通過開關(guān)管Q，電感L和負(fù)載RL24開關(guān)管截止時，由于電感線圈中電流的突然中斷，將在電感L兩端產(chǎn)生左負(fù)右正的自感電動勢，該自感電動勢使續(xù)流二極管D導(dǎo)通，形成電流回路。同時，電容C也通過RL放電?？梢娯?fù)載電流由電感電流與電容放電電流兩路同時提供。雖然開關(guān)管截止了，但是負(fù)載電流并沒有中斷。ICILIDD（c)開關(guān)管截止時的等效電路Q+300VRLCL+-開關(guān)管截止時，由于電感線圈中電流的突然中斷，將在電感L兩端產(chǎn)25圖2-1高頻變壓器開關(guān)電源基本結(jié)構(gòu)框圖這類電源的共同特點是具有高頻變壓器、直流穩(wěn)壓是從變壓器次級繞組的高頻脈沖電壓整流濾波而來。變壓器原副邊是隔離的，輸入電壓是直接從交流市電整流得到的高壓直流。

2.4變壓器型開關(guān)電源工作過程圖2-1高頻變壓器開關(guān)電源基本結(jié)構(gòu)框圖這類電源的共同特點262.4.1高頻變壓器變換電路工作方式分類按其工作方式可分為五類,每類傳輸?shù)墓β室膊幌嗤瑧?yīng)用環(huán)境也稍有不同，如下所示：電路類型傳輸功率應(yīng)用環(huán)境單端反激式變換器20～100W小型儀器、儀表，家用電器等電源，自動化設(shè)備中的控制電源單端正激式變換器50～200W小型儀器、儀表，家用電器等電源，自動化設(shè)備中的控制電源推換式變換器100～500Ｗ控制設(shè)備，計算機等電源半橋式變換器100～5000W焊機，超聲電源，計算機電源等全橋式變換器500W～30kW焊機、高頻感應(yīng)加熱，交換機等2.4.1高頻變壓器變換電路工作方式分類電路類型傳輸功率應(yīng)27開關(guān)管飽和導(dǎo)通，開關(guān)管電流在開關(guān)變壓器初級產(chǎn)生上正下負(fù)的自感電動勢，次級產(chǎn)生上負(fù)下正的互感電動勢。整流二極管D截止，由電容器C放電形成負(fù)載電流。＋300VVTDRL（a)基本電路C+300V

e1++e2VT+_RL(b)開關(guān)管飽和導(dǎo)通DCT2.4.2單端反激式變壓器型開關(guān)穩(wěn)壓電源工作過程開關(guān)管飽和導(dǎo)通，開關(guān)管電流在開關(guān)變壓器初級產(chǎn)生上正下負(fù)的自感28開關(guān)管截止，變壓器初級電流中斷，于是在初級繞組產(chǎn)生反方向的自感電動勢（上負(fù)下正），次級互感電動勢也反一個方向。次級互感電動勢使整流二極管D導(dǎo)通，開關(guān)變壓器次級電流一方面流入負(fù)載，另一方面向電容器C充電儲能，以便開關(guān)管再次導(dǎo)通時向負(fù)載釋放能量。e1′_+IRL＋300VCVTD（c)開關(guān)管截止T_+e2'開關(guān)管截止，變壓器初級電流中斷，于是在初級繞組產(chǎn)生反方向的自29A.能量轉(zhuǎn)換過程VT導(dǎo)通，D截止，T吸收能量；VT截止，D導(dǎo)通，T釋放能量。傳遞的能量越多，負(fù)載兩端形成的電壓就越高。**VTTD2.4.2單端反激式變壓器型開關(guān)穩(wěn)壓電源工作過程A.能量轉(zhuǎn)換過程VT導(dǎo)通，D截止，T吸收能量；VT截止，D導(dǎo)30B.穩(wěn)壓過程取樣電路比較放大基準(zhǔn)脈沖產(chǎn)生與脈寬控制VTTD2.4.2單端反激式變壓器型開關(guān)穩(wěn)壓電源工作過程**B.穩(wěn)壓過程取樣電路比較放大基準(zhǔn)脈沖產(chǎn)生與脈寬控制VTTD2312.4.3調(diào)整輸出電壓的方法tVitVktVoViTONTVoVkKRL電壓變換器VO=·Vi=D·ViT0NT占空比2.4.3調(diào)整輸出電壓的方法tVitVktVoViTONT32只要改變開關(guān)脈沖的“占空比”，就可以改變輸出電壓的高低。在具體電路中，可以使開關(guān)脈沖頻率固定，改變開關(guān)管導(dǎo)通時間而改變輸出電壓高低。這種電源稱為“調(diào)寬式”開關(guān)電源。PWM也可以使開關(guān)管截止時間不變，只改變開關(guān)管導(dǎo)通時間長短而改變輸出電壓高低。這種電源稱為“調(diào)頻調(diào)寬”式開關(guān)電源。PFM只要改變開關(guān)脈沖的“占空比”，就可以改變輸出電壓的高低。33三、單端反激式開關(guān)電源理論計算

3.1工作原理分析1、在開關(guān)VT導(dǎo)通期間：

2、在開關(guān)VT截止期間

圖2-2單端反激式變換器三、單端反激式開關(guān)電源理論計算3.1工作原理分析1、343.2單端反激式變換器也有三種工作狀態(tài)1、磁通臨界連續(xù)的工作情況：

圖8-16臨界連續(xù)狀態(tài)時的電壓電流波形3.2單端反激式變換器也有三種工作狀態(tài)1、磁通臨界連續(xù)的工352、磁通不連續(xù)的工作狀態(tài)

圖8-17磁通不連續(xù)時的工作波形2、磁通不連續(xù)的工作狀態(tài)圖8-17磁通不連續(xù)時的工作363、磁通連續(xù)的工作狀況圖8-18磁通連續(xù)時的工作波形

3、磁通連續(xù)的工作狀況圖8-18磁通連續(xù)時的工作波形373.3、輸入電壓Uin與導(dǎo)通比αt的對應(yīng)關(guān)系

即：輸入電壓最高時，相應(yīng)的導(dǎo)通比是最小，輸入電壓最低時，相應(yīng)的導(dǎo)通比是最大。因此，輸入電壓與導(dǎo)通比是一一對應(yīng)，相互制約的。運行中由于閉環(huán)調(diào)節(jié)，這種相互適應(yīng)是自動的。但必須指出的是，由控制電路振蕩器和PWM門閂電路本身固有的最大最小導(dǎo)通比，一定要與運行條件所需的最大最小導(dǎo)通比不矛盾，否則就會失調(diào)。3.4磁通復(fù)位問題

為了不致于出現(xiàn)磁路飽和每個開關(guān)周期工作磁通都能復(fù)位，因此：1.單端反激式變換器開關(guān)變壓器的鐵芯都帶有氣隙。2.初級繞組電流實現(xiàn)脈沖限流控制。3.3、輸入電壓Uin與導(dǎo)通比αt的對應(yīng)關(guān)系即：輸入電壓最383.5間歇振蕩問題當(dāng)電網(wǎng)電壓升到一定值而又很大的情況下，欲維持輸出電壓恒定，則脈寬調(diào)制器會使脈寬減少到某一極限值時，不能再減小了，只能以最小導(dǎo)通比運行，但由于導(dǎo)通時所儲存的能量沒有釋放回路，就有可能出現(xiàn)：有的振蕩周期沒有PWM脈沖輸出，開關(guān)管不導(dǎo)通，有的振蕩周期就很寬，變成了作周期性或非周期性的間歇振蕩器，這時輸出電壓不穩(wěn)，紋波大，變壓器發(fā)出刺耳的哨叫聲?？朔@一問題的辦法之一，也是最安全和可靠的辦法是在付繞組中加一固定負(fù)載電阻（假負(fù)載），以防負(fù)載開路，這樣電網(wǎng)電壓最高，負(fù)載開路了，由于有固定的假負(fù)載，脈寬保證有一最小的寬度而不致于出現(xiàn)間歇振蕩現(xiàn)象。最小的脈寬是由控制電路振蕩器的最小導(dǎo)通比決定的。3.5間歇振蕩問題當(dāng)電網(wǎng)電壓升到一定值而又很大的情393.2尖峰脈沖防護電路接在開關(guān)變壓器初級的R、C、D組成尖峰脈沖防護電路。在開關(guān)管截止瞬間，開關(guān)變壓器初級電感與分布電容之間形成諧振，產(chǎn)生很高的尖峰脈沖，該尖峰脈沖有可能擊穿開關(guān)管。接入R、C、D以后，使這種諧振被“阻尼”，避免了過高尖峰脈沖的出現(xiàn)，保護了開關(guān)管。③⑦開關(guān)管VTR68ΩC680P/2KV開關(guān)變壓器T+300VD3.2尖峰脈沖防護電路接在開關(guān)變壓器初級的R、C、D組成尖峰40開關(guān)電源結(jié)構(gòu)和基本原理-上課課件41開關(guān)電源結(jié)構(gòu)和基本原理-上課課件42高頻開關(guān)電源設(shè)計高頻開關(guān)電源設(shè)計43高頻開關(guān)電源

的結(jié)構(gòu)和基本原理高頻開關(guān)電源

的結(jié)構(gòu)和基本原理44一、

概述將電網(wǎng)或電池的一次電能，轉(zhuǎn)換為符合電子設(shè)備要求的二次電能，這樣的變換設(shè)備便是電源。電源是一切電子設(shè)備的心臟，沒有電源，電子設(shè)備就不可能工作。1.1.1電源是什么？1.1電源及開關(guān)電源電源常用的連接方式串聯(lián)線性穩(wěn)壓電源高頻開關(guān)電源45一、概述將電網(wǎng)或電池的一次電能，轉(zhuǎn)換為符合電子設(shè)備要求的二1.1.2串聯(lián)穩(wěn)壓電源與開關(guān)電源的區(qū)分串聯(lián)線性穩(wěn)壓電源：電源調(diào)整管工作在放大狀態(tài)。開關(guān)電源：電源調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)的電源。是具有高功率密度的電源。輸入電源調(diào)整管負(fù)載RL串聯(lián)穩(wěn)壓電源輸入開關(guān)管K負(fù)載RL儲能元件開關(guān)電源1.1.2串聯(lián)穩(wěn)壓電源與開關(guān)電源的區(qū)分串聯(lián)線性穩(wěn)壓電源：電461.1.3開關(guān)電源的分類：按變換方式可分為下列四大類：（1）：第一大類：AC/DC開關(guān)電源；（2）：第二大類：DC/DC開關(guān)電源；（3）：第三大類：DC/AC開關(guān)電源；（4）：第四大類：AC/AC開關(guān)電源。但目前只將前兩類稱為開關(guān)電源，而將后兩類分別稱為逆變器和變頻器。開關(guān)電源逆變器變頻器471.1.3開關(guān)電源的分類：按變換方式可分為下列四大類：開A：一次電源產(chǎn)品的圖片（AC/DC）常見開關(guān)電源圖片48A：一次電源產(chǎn)品的圖片（AC/DC）常見開關(guān)電源圖片6B：工業(yè)電源產(chǎn)品的圖片—標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品（AC/DC）CPCISeriesofLambda

49B：工業(yè)電源產(chǎn)品的圖片—標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品（AC/DC）CPCISeC：工業(yè)電源產(chǎn)品的圖片（AC/DC）HWSSeries

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50C：工業(yè)電源產(chǎn)品的圖片（AC/DC）HWSSeriesoE：工業(yè)電源產(chǎn)品的圖片（AC/DC）51E：工業(yè)電源產(chǎn)品的圖片（AC/DC）9F：二次電源產(chǎn)品的圖片（DC/DC）--標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)類FullBrickHalfBrickHalfBrick1/4Brick1/8Brick52F：二次電源產(chǎn)品的圖片（DC/DC）--標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)類FullBG：二次電源產(chǎn)品的圖片（DC/DC）53G：二次電源產(chǎn)品的圖片（DC/DC）11彩電開關(guān)穩(wěn)壓電源彩電開關(guān)穩(wěn)壓電源541.2直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展

直流穩(wěn)壓電源是電子、電器、自動化設(shè)備中最基本的部分。傳統(tǒng)的串聯(lián)式線性轉(zhuǎn)換方法設(shè)計制作的電源，其效率低，損耗大，溫升高。圖1-1晶體管串聯(lián)式線性穩(wěn)壓電源

1.2直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展直流穩(wěn)壓電源是電子、電55隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，大功率開關(guān)晶體管、快恢復(fù)二極管及其它元器件的電壓得到很大的提高，這為取消穩(wěn)壓電源中的工頻變壓器，發(fā)展高頻開關(guān)電源創(chuàng)造了條件。它使電源在小型化、輕量化、高效率等方面又邁進了一步。圖1-3

無工頻變壓器的開關(guān)電源原理框圖

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，大功率開關(guān)晶體管、快恢復(fù)二極管及其它561.3無工頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源的優(yōu)點：1.效率高。一般在70～80%以上。2.體積小、重量輕，隨著頻率的提高，收效更顯著。3.穩(wěn)壓范圍廣，一般交流輸入80～265V，負(fù)載作大幅度變化時，性能很好。4.噪聲低，聲頻在20kHz以上時，已是人耳聽不到的超聲波，而開關(guān)電源的工作頻率一般都大于此頻率；5.性能靈活，通過輸出隔離變壓器，可得到低壓大電流、高壓小電流；一個開關(guān)控制的一路輸入可得到多路輸出以及同號、反號等輸出；6.電壓維持時間長，為了適應(yīng)交流停電時，計算機、現(xiàn)代自動化控制設(shè)備電源轉(zhuǎn)換的需要，開關(guān)電源可在幾十毫秒內(nèi)保證仍有電壓輸出。7.可靠性大，當(dāng)開關(guān)損壞時，也不會有危及負(fù)載的高電壓出現(xiàn)。

1.3無工頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源的優(yōu)點：57無工頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源的不足之處：1.輸出紋波較大，約有10～100mV的峰峰值；2.脈沖寬度調(diào)制式的電路中，電壓、電流變化率大；3.控制電路比較復(fù)雜，對元器件要求高；4.動態(tài)響應(yīng)時間至少要大于一個開關(guān)周期，不如串聯(lián)式晶體管線性穩(wěn)壓電源。

無工頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源的不足之處：58二、

開關(guān)電源工作原理

通過高頻開關(guān)技術(shù)將輸入的較高的交流電壓(AC)轉(zhuǎn)換為PC電腦工作所需要的較低的直流電壓(DC)

開關(guān)電源的中心思想：用提高工作頻率等手段來提高電源的功率密度，進而達(dá)到減少變壓器的體積和重量的目的。采用開關(guān)變換的顯著優(yōu)點是大大提高了電能的轉(zhuǎn)換效率，典型的PC電源效率為70%-75%，而相應(yīng)的線性穩(wěn)壓電源的效率僅有50%左右。

輸出電壓的穩(wěn)定則:依賴對脈沖寬度的改變來實現(xiàn)，這就叫做脈寬調(diào)制PWM。二、開關(guān)電源工作原理通過高頻開關(guān)技術(shù)將輸入59共軛濾波器整流濾波開關(guān)調(diào)整管儲能元件脈沖整流濾波取樣電路比較放大基準(zhǔn)220V交流電壓輸入功能：將220V交流電壓轉(zhuǎn)換為電路所需要的各種穩(wěn)定的直流電壓2.1

高頻變壓器開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)

圖2-1高頻變壓器開關(guān)電源基本功能框圖直流電壓輸出共軛濾波器整流濾波開關(guān)調(diào)整管儲能元件脈沖整流濾波取樣電路比較60A.電路組成：B.作用：雙向濾波（一方面避免電網(wǎng)供電線引入高頻脈沖影響電子電路，另一方面，防止開關(guān)電源對電網(wǎng)造成污染。）S501C5010.1uL502220V市電

至整流濾波電路F501T2.5AC5020.1u2.2.1、進線抗電磁干擾電路EMI2.2輸入共軛濾波及整流A.電路組成：S501C5010.1uL502220V市61C.工作原理：

對高頻干擾信號而言，電容呈短路，而電

感則呈開路。高頻干擾被電容短路。

對50Hz低頻而言，電容呈開路，而電感則呈短路。因此，50Hz市電可以順利通過。S501C5010.1uL502220V市電

至整流濾波電路F501T2.5AC5020.1uF501T2.5AS501C5010.1uL502220V市電

至整流濾波電路C5020.1uC.工作原理：

對高頻干擾信號而言，電容呈短路，而62輸入220V交流電壓的檢測220V交流輸入交流電壓500V檔正常值:220V±15%(187V~253V)共軛濾波器輸入220V交流電壓的檢測220V交流輸入交流電壓5063220V交流電壓整流濾波后直流電壓的檢測直流電壓500V檔來自共軛濾波器的220V交流電壓正常值為300V左右220V交流電壓整流濾波后直流電壓的檢測直流電壓500V檔來64電路中Q為開關(guān)管，工作于開關(guān)狀態(tài)（Q飽和導(dǎo)通時相當(dāng)于一只接通的開關(guān)，Q截止時相當(dāng)于一只斷開的開關(guān)）。電感L和電容C為儲能元件。RL為電源的負(fù)載。D為續(xù)流二極管，它在開關(guān)管截止時導(dǎo)通，保證電感L中的電流不中斷。2.3串聯(lián)型開關(guān)電源工作過程（降壓式BUCK)LQDCRL（a)串聯(lián)型開關(guān)電源基本電路+300V電路中Q為開關(guān)管，工作于開關(guān)狀態(tài)（Q飽和導(dǎo)通時相當(dāng)于一只接通65開關(guān)管飽和導(dǎo)通時，300V電源通過開關(guān)管Q，電感L和負(fù)載RL形成電流回路，同時向電容器C充電，在電感L和電容C中同時儲能。二極管D處于反向截止?fàn)顟B(tài)。由于電感L中突然出現(xiàn)電流，將在L兩端產(chǎn)生左正右負(fù)的自感電動勢，負(fù)載兩端電壓等于300V電源電壓與L兩端自感電動勢之差。IQILICIRQ（b)開關(guān)管飽和時的等效電路D+300VRLLC+-開關(guān)管飽和導(dǎo)通時，300V電源通過開關(guān)管Q，電感L和負(fù)載RL66開關(guān)管截止時，由于電感線圈中電流的突然中斷，將在電感L兩端產(chǎn)生左負(fù)右正的自感電動勢，該自感電動勢使續(xù)流二極管D導(dǎo)通，形成電流回路。同時，電容C也通過RL放電。可見負(fù)載電流由電感電流與電容放電電流兩路同時提供。雖然開關(guān)管截止了，但是負(fù)載電流并沒有中斷。ICILIDD（c)開關(guān)管截止時的等效電路Q+300VRLCL+-開關(guān)管截止時，由于電感線圈中電流的突然中斷，將在電感L兩端產(chǎn)67圖2-1高頻變壓器開關(guān)電源基本結(jié)構(gòu)框圖這類電源的共同特點是具有高頻變壓器、直流穩(wěn)壓是從變壓器次級繞組的高頻脈沖電壓整流濾波而來。變壓器原副邊是隔離的，輸入電壓是直接從交流市電整流得到的高壓直流。

2.4變壓器型開關(guān)電源工作過程圖2-1高頻變壓器開關(guān)電源基本結(jié)構(gòu)框圖這類電源的共同特點682.4.1高頻變壓器變換電路工作方式分類按其工作方式可分為五類,每類傳輸?shù)墓β室膊幌嗤瑧?yīng)用環(huán)境也稍有不同，如下所示：電路類型傳輸功率應(yīng)用環(huán)境單端反激式變換器20～100W小型儀器、儀表，家用電器等電源，自動化設(shè)備中的控制電源單端正激式變換器50～200W小型儀器、儀表，家用電器等電源，自動化設(shè)備中的控制電源推換式變換器100～500Ｗ控制設(shè)備，計算機等電源半橋式變換器100～5000W焊機，超聲電源，計算機電源等全橋式變換器500W～30kW焊機、高頻感應(yīng)加熱，交換機等2.4.1高頻變壓器變換電路工作方式分類電路類型傳輸功率應(yīng)69開關(guān)管飽和導(dǎo)通，開關(guān)管電流在開關(guān)變壓器初級產(chǎn)生上正下負(fù)的自感電動勢，次級產(chǎn)生上負(fù)下正的互感電動勢。整流二極管D截止，由電容器C放電形成負(fù)載電流。＋300VVTDRL（a)基本電路C+300V

e1++e2VT+_RL(b)開關(guān)管飽和導(dǎo)通DCT2.4.2單端反激式變壓器型開關(guān)穩(wěn)壓電源工作過程開關(guān)管飽和導(dǎo)通，開關(guān)管電流在開關(guān)變壓器初級產(chǎn)生上正下負(fù)的自感70開關(guān)管截止，變壓器初級電流中斷，于是在初級繞組產(chǎn)生反方向的自感電動勢（上負(fù)下正），次級互感電動勢也反一個方向。次級互感電動勢使整流二極管D導(dǎo)通，開關(guān)變壓器次級電流一方面流入負(fù)載，另一方面向電容器C充電儲能，以便開關(guān)管再次導(dǎo)通時向負(fù)載釋放能量。e1′_+IRL＋300VCVTD（c)開關(guān)管截止T_+e2'開關(guān)管截止，變壓器初級電流中斷，于是在初級繞組產(chǎn)生反方向的自71A.能量轉(zhuǎn)換過程VT導(dǎo)通，D截止，T吸收能量；VT截止，D導(dǎo)通，T釋放能量。傳遞的能量越多，負(fù)載兩端形成的電壓就越高。**VTTD2.4.2單端反激式變壓器型開關(guān)穩(wěn)壓電源工作過程A.能量轉(zhuǎn)換過程VT導(dǎo)通，D截止，T吸收能量；VT截止，D導(dǎo)72B.穩(wěn)壓過程取樣電路比較放大基準(zhǔn)脈沖產(chǎn)生與脈寬控制VTTD2.4.2單端反激式變壓器型開關(guān)穩(wěn)壓電源工作過程**B.穩(wěn)壓過程取樣電路比較放大基準(zhǔn)脈沖產(chǎn)生與脈寬控制VTTD2732.4.3調(diào)整輸出電壓的方法tVitVktVoViTONTVoVkKRL電壓變換器VO=·Vi=D·ViT0NT占空比2.4.3調(diào)整輸出電壓的方法tVitVktVoViTONT74只要改變開關(guān)脈沖的“占空比”，就可以改變輸出電壓的高低。在具體電路中，可以使開關(guān)脈沖頻率固定，改變開關(guān)管導(dǎo)通時間而改變輸出電壓高低。這種電源稱為“調(diào)寬式”開關(guān)電源。PWM也可以使開關(guān)管截止時間不變，只改變開關(guān)管導(dǎo)通時間長短而改變輸出電壓高低。這種電源稱為“調(diào)頻調(diào)寬”式開關(guān)電源。PFM只要改變開關(guān)脈沖的“占空