【正文】 出功率一定的條件下，變壓器鐵芯的截面積與頻率成反比。當(dāng)工作頻率由 50Hz提高到 50kHz時，鐵芯截面積將大大減小。 2022/2/10 11 開關(guān)電源基礎(chǔ) ? 開關(guān)電源的主要組成部分是直流 直流變換器，根據(jù)直流 直流變換器的工作原理，開關(guān)電源可分為脈寬調(diào)制（ PWM）、脈頻（ PFM）調(diào)制兩種類型。 ? 根據(jù)輸入電路和輸出電路的關(guān)系，開關(guān)電源可分為不隔離式和隔離式兩種類型。 ? 在不隔離式開關(guān)電源中，根據(jù)輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系，可分為升壓型、降壓型和反相型三種類型。 ? 在隔離式開關(guān)電源中，根據(jù)變換器的結(jié)構(gòu)，分為單端反激型、單端正激型、推挽型、半橋和全橋五種類型。 開關(guān)電源的分類 2022/2/10 12 開關(guān)電源基礎(chǔ) 開關(guān)電源主要包括輸入電網(wǎng)濾波器、輸入整流濾波器、直流變換器、控制電路、保護(hù)電路。 輸入電網(wǎng)濾波器： 消除來自電網(wǎng)，如電動機(jī)的啟動、電器的開關(guān)、雷擊等產(chǎn)生的干擾，同時也防止開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻噪聲向電網(wǎng)擴(kuò)散。 輸入整流濾波器： 將電網(wǎng)輸入電壓進(jìn)行整流濾波，為變換器提供直流電壓。 直流變換器： 是開關(guān)電源的關(guān)鍵部分。它把直流電壓變換成高頻交流電壓，通過高頻變壓器隔離，再將高頻變壓器輸出的高頻交流電壓整流濾波得到需要的直流電壓，同時還防止高頻噪聲對負(fù)載的干擾。 控制電路： 檢測輸出直流電壓，并將其與基準(zhǔn)電壓比較，進(jìn)行放大。調(diào)制振蕩器的脈沖寬度，從而控制變換器以保持輸出電壓的穩(wěn)定。 保護(hù)電路： 當(dāng)開關(guān)電源發(fā)生過電壓、過電流短路時，保護(hù)電路使開關(guān)電源停止工作以保護(hù)負(fù)載和電源本身。 2022/2/10 13 輸入電網(wǎng)濾波器 用來減小電網(wǎng)干擾對開關(guān)電源的影響，同時抑制電源模塊產(chǎn)生的干擾噪聲進(jìn)入電網(wǎng)，影響其他電氣設(shè)備運(yùn)行。輸入電網(wǎng)濾波器的性能直接關(guān)系到開關(guān)電源的電磁兼容性能。 對于開關(guān)電源主要考慮傳導(dǎo)噪聲，需要消除差模及共模噪聲，因此，通常由差模電容、共模電容（ Y電容）、共模及差模電感以及電容的放電電阻組成。 電源輸入 負(fù)載輸出 簡單的電網(wǎng)濾波器示意圖 開關(guān)電源基礎(chǔ) 2022/2/10 14 開關(guān)電源基礎(chǔ) 輸入整流濾波 開關(guān)電源輸入一般采用橋式整流和電容濾波的方式，單相或三相電網(wǎng)電壓經(jīng)橋式整流、電容濾波后變?yōu)橹绷?。電容的容量越大，電容器兩端的交流紋波分量越低，交流電壓突變影響越小，越有利于開關(guān)電源的穩(wěn)定。 由于整流 電容濾波電路是一個非線性元件和儲能元件的組合，只有交流輸入電壓高于濾波電容兩端電壓時，濾波電容才開始充電，因此，雖然輸入交流電壓是正弦，但輸入電流波形是寬度很窄的脈沖，這種脈沖狀電流的諧波分量很大，輸入總諧波失真可高達(dá) 100%?130%。 個人電腦 PWM電源輸入電流波形 Uin Uo Iin 為解決這一問題，對于單相交流輸入的電源，可以采用有源功率因數(shù)校正技術(shù)，使開關(guān)電源的功率因數(shù)提高到 ，總電流諧波失真小于 7%；對于三相交流輸入的電源，可采用電感、電容組成的無源功率因數(shù)校正技術(shù)，使開關(guān)電源的功率因數(shù)提高到 ，最大諧波電流含有率小于 30% 2022/2/10 15 直流變換器是開關(guān)電源的核心部分 ， 通過功率開關(guān)管的開斷 ， 將直流電壓變?yōu)槊}沖狀的交流電壓 ， 通過高頻變壓器隔離 ， 再經(jīng)過二極管整流 、電感 、 電容濾波后變?yōu)榉€(wěn)定的直流輸出電壓 。 變壓器 整流電路 濾波器直流 交流 交流 脈動直流 直流逆變電路開關(guān)電源基礎(chǔ) DnnUTtnnUU inonino ??????1212ton是開關(guān)管的導(dǎo)通時間， T是 PWM脈沖的時間周期， D稱為 PWM脈沖的占空比。從輸出電壓的公式可以看出，當(dāng) Uin發(fā)生變化時，通過調(diào)整占空比 D可以保持輸出電壓的穩(wěn)定 Uin D n1/n2 Uo 2022/2/10 16 ++N1S2S3S4VD1VD2VD4VD3LS1N2++uduTU i UoW2W1S1( S4)S2( S3)uS 1( uS 4)uS 2( uS 3)iS 1( iS 4)iS 2( iS 3)iD 1( iD 4)iS 2( iS 3)tonTttttttttUiUiiLiLOOOOOOOO全橋變換器由 4只開關(guān)管組成。兩只對角線的開關(guān)管同時導(dǎo)通和關(guān)斷。當(dāng) S1和 S4導(dǎo)通時，輸入電壓 Ui加到變壓器初級，在變壓器次級線圈上感應(yīng)出電壓，二極管 VD1和 VD4導(dǎo)通，電感 L中的電流線性增加，能量傳遞給負(fù)載。經(jīng)過 ton后，S S4關(guān)斷，變壓器次級繞組電壓消失，電感 L中的電流開始線性下降， 4個二極管同時導(dǎo)通，電感中存儲的能量傳遞給負(fù)載。 開關(guān)電源基礎(chǔ) 2022/2/10 17 開關(guān)電源基礎(chǔ) 開關(guān)電源高頻變壓器和高頻電感主要采用軟磁鐵氧體材料，包括 MnZn 、 NiZn 、 MgZn 三大類，其中 MnZn 系鐵氧體材料有高的磁導(dǎo)率和較高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，在 1MHz 以下有低的磁損耗，所以更適合于大功率使用。開關(guān)電源對鐵氧體材料主要電磁特性要求可歸納以下三點： 1）飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 Bs 要盡可能高； 2）磁心功率損耗 Pc 在實際工作頻率和工作溫度范圍（如 60 ～ 100 ℃ ）要盡可能低； 3）磁導(dǎo)率要適當(dāng)?shù)馗摺? 在進(jìn)行變壓器設(shè)計時，磁心損耗 200mW/cm3 是一個適宜的限制值 。在規(guī)定的磁心損耗下，提高工作頻率，必須相應(yīng)降低工作磁通密度值。 2022/2/10 18 開關(guān)電源基礎(chǔ) MOSFET 具有快速的開關(guān)性能，不存在存儲效應(yīng)，沒有存儲時間，可在 1MHz高頻下有效工作。 當(dāng)柵源電壓大于 10V時，器件工作在導(dǎo)通電阻區(qū)。是典型的電壓控制器件，便于簡化驅(qū)動電路。 MOSFET的安全工作區(qū)很寬，由電流額定值、電壓和功率負(fù)荷能力所決定。 MOSFET的最小導(dǎo)通電壓由器件的漏源間導(dǎo)通電阻決定，通常低壓器件的導(dǎo)通電阻值較小，高壓器件的導(dǎo)通電阻值較大。 導(dǎo)通電阻具有正溫度系數(shù)，當(dāng)溫度升高時，導(dǎo)通電阻增大，有利于多個器件的并聯(lián)。 目前商用 MOSFET的容量 900V36A，低壓 MOSFET的容量為 50V120A。 2022/2/10 19 開關(guān)電源基礎(chǔ) MOSFET轉(zhuǎn)移特性及開關(guān)特性 2022/2/10 20 開關(guān)電源基礎(chǔ) MOSFET驅(qū)動特性 2022/2/10 21 開關(guān)電源基礎(chǔ) MOSFET溫度特性 2022/2/10 22 開關(guān)電源基礎(chǔ) IGBT 全稱是隔離柵雙極晶體管，由 MOSFET和雙極晶體管組合而成。它在結(jié)構(gòu)上類似于 MO