【正文】 這階段，如考慮電流方向性： 0 1 C1 /I C dV dt?? (317) 故： C1 C1( t2) 0 2 1( ) /V V I t t C? ? ? (318) 因此，這個階段的 C1V 是時間的線性函數(shù)，電壓從 C1(t2)V 逐步下降到零。如為半波開關，則開關自行關斷；如果是全波開關，開關關斷后，將通過 VD1 進行阻尼振蕩 ，將電容能量饋送回電源，到時刻 bt 電流第二次為 0。此時 VD2 C1 0VV??。下面，我們對這個過程做一些分析，以了解諧振開關的工作原理。 開關電源畢業(yè)論文 26 圖 315 電流諧振式開關電路和電壓諧振式開關電路 ZCS 電流諧振開關中， Lr、 Cr 構成的諧振電路通過 Lr 的諧振電流通過 S，我們可以控制開關在電流過零時進行切換。 普通傳統(tǒng)的開關電源功率因數(shù)在 ，諧振式電源結(jié)合功率因數(shù)校正技術，功率因數(shù)可以達到 以上，甚至接近于 1。 ④ 由于并聯(lián)諧振時， L、 C 電流彼此抵消，因此也稱為電流諧振。 而此時 Uc、 UL 是輸入電壓 U 的 Q 倍。 ② ZVS—— 零電壓開關。當一側(cè)開關斷開時，電感電動勢和 Ui 疊加在一起，對另一側(cè)放電。在 S 導通期間， C12 的反壓將使 VD 關斷，并通過 L C2 濾波后，對負載放電。 C1 C2 L2 R Uo VD L1 S Ui S2 S1 L C R N1 N1 N2 N2 Ui Uo T 開關電源畢業(yè)論文 22 圖 39 半橋式變換電路 ③ 全橋型變換器 圖 310 全橋式變換電路 當 S S3 和 S S4 兩 兩輪流導通時，一次側(cè)將通過電源 S2TS4電源及電源S1TS3電源產(chǎn)生交變電流，從而在二次側(cè)產(chǎn)生交變的脈動電流，經(jīng)過全波整流轉(zhuǎn)換為直流信號，再經(jīng) L、 C 濾波，送給負載。再當 S 閉合時， VD 關斷 ， C1 通過 L C2 濾波對負載放電， L1 繼續(xù)充電。在 S 通時，電流通過 L 平波，電源對 L 充電。當 1Vm??? 確定后，通過調(diào)制 VCO 的震蕩頻率就可以調(diào)節(jié)輸出電壓 V0，并實現(xiàn)穩(wěn)定輸出。脈寬調(diào)制的頻率是不變的，當輸出電壓 V0 下降時，與基準電壓比較的差值增加，經(jīng)發(fā)達后輸入到 PWM 比較器，加寬了脈沖寬度。目前這種調(diào)節(jié)方式應用得不是很多，產(chǎn)品類型也不多，只是在個別實驗室中使用，其原因是兩種調(diào)制方式共存，相互影響較大，穩(wěn)定性差。隨著電流通過發(fā)出熱量，熱敏電阻的阻值迅速減小，啟動成功，功耗降低。剛啟動時，溫度低，電阻值高，相當于開路。關斷電源后，穩(wěn)壓電源的輸出電壓又從零點幾伏開始上升。自動恢復開關可在家用電器、計算機通信設備以及開關電源上用作過流保護。超快速恢復二極管的反向恢復時間在 20～ 50ns 之間；整流電流 Id 為最大輸出電流 IOM 的 3 倍以上，即 Id3IOM；最高反向工作電壓 VRM 為最大反向峰值電壓 V(BR)S的 2 倍以上，即 VRM2V(BR)S。 (1) 超快速恢復二極管的性能特點 ① 反向恢復時間 trr：通過二極管的電流由零點正向轉(zhuǎn)反向后，再由反向轉(zhuǎn)換到規(guī)定值的時間。 (2) 穩(wěn)壓二極管的用途 穩(wěn)壓二極管具有以下幾個作用：第一，對漏極和源極經(jīng)行鉗位保護；第二，起到加速開關管導通的作用；第三，在開關電源中常用高壓穩(wěn)壓二極管代替瞬態(tài)電壓抑制器 TVS 對初級回路產(chǎn)生的尖峰電壓進行鉗位；第四，在晶體管反饋回路中，常常在晶體管的發(fā)射極串聯(lián)一只穩(wěn)壓管作電壓負反饋，提高放大電路的穩(wěn)定性。它在電子電路中用作過壓保護、電平轉(zhuǎn)換，也可用來提供基準電壓。它的反向恢復時間 trr 只有幾納秒，而且體積小，價格低。若 CTR＞ 200%，在啟動電路或者當負載發(fā)生突變時，有可能將單片開關電源誤觸發(fā)，影響正常輸出。這是其重要特性。 電流傳輸比 CTR 是光耦合器的重要參數(shù)，通常用直流電流傳輸比來表示。它由發(fā)光二極管和光敏三極管組成，當發(fā)光二極管接通而發(fā)光，光敏三級管導通。普通光耦合器只能傳輸數(shù)字（開關）信號，不適合傳輸模擬信號。它的光 — 電反應也是隨著光的強弱改變而變化的。其缺點是所占空間大，放置困難。其次還要注意磁芯的結(jié)構、脆度、硬度、穩(wěn)定性、導磁率及磁感應強度。磁芯從飽和狀態(tài)除去磁場后剩余的磁感應強度稱為剩余磁感應強度。磁感應強度是指磁場作用于磁性物質(zhì)上的作用力的大小，用（ Gs）表示。但是，我們不能十分有把握地掌握磁性材料的特性，以及這種特性與溫度、頻率、氣隙等的依賴性和不易測量性。 ③ 低導通電阻。盡管 MOSFET 的輸入阻抗很高，但仍會產(chǎn)生充電電流。 MOSFET 從驅(qū)動模式上來分，屬于電壓控 制器件，驅(qū)動電路設計比較簡單，驅(qū)動功率甚微，在啟動或穩(wěn)定工作條件下的峰值電流要比采用雙極型功率晶體管小得多。增強型 MOSFET 具有應用方便的“常閉”特性（即驅(qū)動信號為零時，輸出電流等于零）。這就是開關電源的發(fā)展趨勢。 (4) 軟件問題。但是，它離人們的要求、應用的價值還差得很遠，體積、重量、效率、抗干擾能力、電磁兼容性以及使用的安全性都不能說是十分完美。每一類有 6 種拓撲，即降壓式（ Buck）、升壓式（ Boost）、升壓 — 降壓式（ BuckBoost）、串聯(lián)式（ Cuk）、并聯(lián)式（ Sepic）以及賽達式（ Zata）。利用諧振電路可實現(xiàn)正弦波振蕩，當振蕩倒零時，電子開關導通，稱之為零電壓導通（ Zero Voltage Switching）。顯然，開關是接通和關斷期間是有電流、電壓存在的，因此，這種工作方式 是有損耗的。 (2) 體積小，重量輕。很明顯，接通占空比（ D）越大，負載上的電壓越高，表明電子開關接通時間越長，此時負載感應電壓較高，工作頻率也較高。有了高頻振蕩才有電源變換，所以說開關電源的實質(zhì)是電源變換。 220V 交流電直接經(jīng)低通濾波和橋式整流后得到未穩(wěn)壓的直流電壓 Vi，此電壓送到第二部分進行功率因數(shù)校正，其目的是提高功率因數(shù)，它的形式是保持輸入電流與輸入電壓同相。 按照電子理論，所謂 AC/DC 就是交流轉(zhuǎn)換為直流； AC/AC 稱為交流轉(zhuǎn)換為交流，即為改變頻率； DC/AC 稱為逆變； DC/DC 為直流變交流后再變直流。 開關電源的概念 電是工業(yè)的動力，是 人類生活的源泉。 開關電源在轉(zhuǎn)換過程中，用高頻變壓器隔離稱之為離線式開關變換器（ Offline Switching Cpnwerter），常用的 AC/DC 變換器就是離線式變換器。第四部分是輸出電路，用于將高頻方波脈沖電壓經(jīng)整流濾波后變成直流電壓輸出。 。綠色電源是開關電源中用 途最為廣泛的電源，它的效率一般可以達到85%，質(zhì)量好的可以達到 95%甚至更高，而鐵芯變壓器的效率只有 70%或者更低。 (5) 根據(jù)人們的要求，可設計出各種具有特殊功能的電源，以滿足人們的需要。為了實現(xiàn)零電壓“開”和零電流“關”，我們常采用諧振的方法。調(diào)頻開關電源沒有脈沖調(diào)制開關電源那么容易控制，再加上準諧振電路電壓峰值高，開關所受到的應力大，目前還沒有得到廣泛應用。凡是以脈沖寬度來調(diào)制的電子開關變換器都叫 PWM變換器。 (3) 能源變換問題。往往在試驗室中能達到相關的技術標準，但在生產(chǎn)上會出現(xiàn)各種問題。當然，有設計方面的，有工藝方面的，還有焊接方面的，但多數(shù)是元器件選用問題。 (1) MOSFET 的主要特點 MOSFET 是一種依靠多數(shù)載流子工作的典型場控制器件。 開關電源畢業(yè)論文 7 TRD W1D W2V TGDS 圖 21 加速 TR關斷驅(qū)動電路 在圖 21 中， NS為脈沖變壓器次級驅(qū)動繞組， R 是 MOSFET 的柵極限流電阻。它的耐壓能力為 600～ 1800V，電流容量為 100～ 400A，開關電源畢業(yè)論文 8 關斷時間低至 ，在開關電源中作功率開關用，具有 MOSFET 與 之不可比擬的優(yōu)點。 上述這些特征克服了 MOSFET 的一些缺陷，即在大功率、高電壓、大電流條件下工作時導通電阻大、器件發(fā)熱嚴重、輸出功率下降、電源效率低下 的弊病。對于一個產(chǎn)品，我們不看它的電路布置如何漂亮，而是要看各元器件布局是否合理，鐵氧體磁芯的顏色、線圈的屏 蔽是否合適，散熱處理是否得當?shù)鹊取? (3) 初始導磁率 μi。這樣的磁性材料的磁滯回線可使線圈中的電流波形前后沿陡峭，能很好地傳遞各種波形電信號。它的優(yōu) 點是導磁感應好，傳遞電能佳，可大量減少 EMI；它的缺點是散熱效果極差，溫升很高，只能用開關電源畢業(yè)論文 10 在小功率開關電源上。一般來說，磁芯面積越大，輸出功率也越大。在開關電源電路中利用光電耦合器構成反饋電路，通過光電耦合器來調(diào)整、控制輸出電壓，達到穩(wěn)定輸出電壓的目的；通過光電耦合器進行脈沖轉(zhuǎn)換。光電耦合器的外殼是密封的，它不受外部光的影響。另一方面，光電耦合器的發(fā)光二極管是電流驅(qū)動器件，可以形成電流環(huán)路的傳送形式，電流環(huán)路是低阻抗電路，對噪音的敏感度低，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，起到了電磁兼容和隔離抗干擾的作用，不會因為電路中的高頻電流的電磁干擾對控制電路產(chǎn)生干擾。 普通光耦合器的 FCTR I? 特性曲線呈非線性，在 FI 較小時的非線性失真尤為嚴重，因此它不適合傳輸模擬信號。 再次 ，除了必須遵循普通光耦的選取原則外，還必須考慮合理選擇 CTR 值。以下介紹幾種二極管的 特點及檢測方法。 (4) 反向恢復時間 trr：小于 10ns。它的穩(wěn)壓性能好，體積小，價格便宜。溫度越高，穩(wěn)壓誤差越大。 (2) 檢測方法及選用原則 ① 檢測方法：利用萬用表的 電阻檔或數(shù)字萬用表的二極管檢測檔，能夠檢查二極管的單向?qū)щ娦?，并測出正向?qū)▔航?；用兆歐表能測出反向擊穿電壓。當電路電流超過最大設計值或發(fā)生短路故障時，電流增加，導電鏈產(chǎn)生的熱量時聚合物從晶狀體狀態(tài)變?yōu)榉蔷铙w開關電源畢業(yè)論文 15 狀態(tài)，立即將電路電流切斷，對電路起到保護作用。 ② 過流后自動恢復能力的檢查 在直流穩(wěn)壓電源輸出端，將自動恢復開關與電流表串聯(lián)，要求穩(wěn)壓電源的輸出電流必須大于自動恢復開關的電流容量 IH。 (3) ? ：耗散系數(shù)，指熱敏電阻的溫度每變化 1℃所消耗功率的相對變化量（ mW/℃ ）。但是，由于電阻功耗上升，電源效率下降。穩(wěn)壓原理是：當輸出電壓升高時，控制器輸出信號的脈沖寬度不變，而工作周期變長，使占空比減小，輸出電壓降低。開關管的基極或場效應管的柵極有脈寬調(diào)制器的脈沖驅(qū)動。該循環(huán)的結(jié)果是輸出電壓 V0趨于穩(wěn)定，反之亦然。輸出電壓因為占空比作用，不會超過輸入電源電壓。 ④ 丘克變換器 Cuk 電路：升 /降壓斬波器，入出極性相反，電容傳輸。 ② 半橋型變換器 圖 39 給出了半橋型變換器的電路圖。 ⑤ 隔離型 Cuk 變換器 隔離型 Cuk 變換器電路如下所示 ： T N3 C L R N2 Uo S N1 VD1 VD2 VD3 Ui C Ui S3 S2 L R N1 N2 N2 Uo T S4 S1 C 2Ui S2 S1 L R N1 N2 N2 Uo T C1 C2 開關電源畢業(yè)論文 23 圖 312 隔離型 Cuk 變換器 當 S 導通時， Ui 對 L1 充電。其作用是在S S2 斷開期間，使得變壓器能量轉(zhuǎn)移到 N3 繞組，通過 VD3 回饋到輸入端。所以諧振開關電源是當前開關電源發(fā)展的主流技術。 ② 此時的阻抗最小，電路電流有效值達到最大。 明顯地，串并諧振的特點是： ① 導納角等于零，電路呈純電阻性，因而電路端電壓 U 和電流 I 同相。同 時，也使得電源諧波成分大為降低。開關管在零電壓時關斷。以上開關電源是半波的，當然也可以設計成全波 的。 假定這是一個理想器件組成的電源。 LC1 開始串聯(lián)諧振， 1i 因諧振繼續(xù)上升。如為全波開關， C1 經(jīng)半個周期的阻尼振蕩到電流為 0（ bt ）時，將放電到一個 較小值。此時，我們根據(jù)電路的要求，選擇在適當時間再次開通 S，重新開始線性階段。 1i 第一次過零（ at ）時， S 斷開。 ② 諧振階段（ 12tt? ）： 在電流 i1 上升期間，當 10iI? 時，由于 1i 無法供應恒流 0I ，續(xù)流過程將維持。用零電流開關替代 PWM 電路的半導體開關，可以組成諧振式變換器電路。這個諧振電路的電壓是正弦波，而 Is 接近矩形波。開關管在零電流時關斷。 諧振式電源的基本原理 諧振式電源是新型開關電源的發(fā)展方向。 開關電源畢業(yè)論文 25 ⑤ 諧振發(fā)生時， C、 L 中的能量不斷互相轉(zhuǎn)換，二者之間反復進行充放電過程，形 成正弦波振蕩。 (1) 串聯(lián)電路的諧振 一個 R、 L、 C 串聯(lián)電路，在正弦電壓作用下，其復阻抗： (