【正文】 充電。同樣地，這個電路也相當于降壓式拓撲結構。附邊感應出脈動直流信號，通過VD對C12反向充電。在開關導通期間，L積蓄能量。開關管在零電流時關斷。從外部看，L、C部分類似于短路。③ 諧振頻率：。PWM一般只能達到幾百K，但諧振開關電源可以達到1M以上。下面是這兩種開關的簡單原理圖。實際上，諧振開關中的所謂“諧振”并不是真正理論上的諧振，而是L、C電路在送電瞬間產生的一個阻尼振蕩過程。諧振角頻率： (39)特性阻抗： (310)動態(tài)過程如下：① 線性階段（）：在S導通前，VD2處于續(xù)流階段。 (316)諧振到時刻，諧振電流歸零。③ 恢復階段（）：由于VC1滯后1/4個諧振周期，因而在t2后，因L2的作用還將繼續(xù)向負載放電，直至=0。(2) 零電壓開關ZCS在S導通時諧振，而ZVS則在S截止時諧振，二者形成對偶關系。相對于軟開關，普通開關電源的轉換器也叫硬開關。之后，與開始諧振，經過半個諧振周期，再次諧振到，上升到最大值，而為零，S2關斷，和將被保持，無法繼續(xù)諧振。S2的作用主要是隔斷諧振產生保持階段。此時，電路以常規(guī)PWM方式運行。為SS2的結電容。② Buck零電壓開關變換器UinCRVDVDSLRCRR0SCSI0圖325 Buck型ZVS準諧振變換器（a）線性階段（S導通）：S導通時，輸入電壓Uin將對充電，并提供輸出恒流。（d）諧振階段3（S關斷導通）：續(xù)流期間，、繼續(xù)諧振。用做續(xù)流二極管。這個電路和對稱全橋的區(qū)別是，對稱全橋由于滯后橋臂有續(xù)流二極管和電容，因此在電流過零后，將形成反向流通渠道，因此要有比較大的電感來維持電流過零的時間，以完成對滯后橋臂的開關。(d) S3導通上升沿觸發(fā)一單穩(wěn)態(tài)脈沖，控制輔管Sc導通。ViR0S1S3S2S4C1C2VD1VD2LKL0C0C3圖327 不對稱移相全橋零電壓零電流變換器 其它軟開關技術應用及發(fā)展概況其實，為了提高對輸入電壓、負載變化的適應能力，降低開關管電壓、電流應力，減少開關損耗等目的，其它改進型的軟開關類型還有很多，也有許多問題需要討論，遠遠不是這些篇幅所能探討的。只是去掉開關電源的輸入電路及部分輸出整流器件，形成簡單的DC/DC轉換模塊。這個方案可以使開關管電壓應力降低到輸入直流電壓的一半。此次設計開關電源使用的電源控制芯片是：M51995AFP。工作頻率：小于500KHz。該特性具有滯回特性，即開啟電壓比關閉電壓高。⑥ 輸出低電平/灌電流特性這是芯片工作在拉電流/高電平狀態(tài)的特性。圖44 振蕩器等效電路Ron：充電電阻，Roff：放電電阻，Cf：計時電容如圖44，由內部充放電控制信號來控制對CF進行充放電。 當，取；當,??；，取實際值。B=D*E，可以得到B點波形。 圖48 輸出電路從邏輯關系看，輸出電路是在比較和鎖存電路的C點輸出高電平期間開通（芯片輸出高電平，電源開關管導通），從而觸發(fā)電源電路輸出的。圖49為時序圖。只有在CT端電壓上升期才會產生輸出脈沖。DET端不用時，可以接地。圖413 ON/OFF外部電路⑨ 過壓保護（OVP）電路OVP端子用來實現(xiàn)過壓保護，并具有遲滯特性。 開關電源電路分析該電路實際上是一個比較簡單的普通PWM開關電源電路。開關管使用了MOSFET器件，開關管型號：2SK1939（2501），富士電機產品，N溝道，電壓600V，8A，功率100W。在OVP作用期間，Icc應該至少提供20μA電流，這可以靠適當設置R1偏置來實現(xiàn)。圖中的開關可以用晶體管或光耦管代替。由于兩點電位不同，絕不要只接電阻。當VF端電壓高于（來自斷續(xù)方式和振蕩控制電路）時，晶體管V導通，CT端電位接近于GND；當VF端電壓低于（過載斷續(xù)情況）時，晶體管V截止，CT將被充放電。⑤ 斷續(xù)方式和振蕩控制電路當CLM端達到閾值時，電流限制電路將以脈沖形式發(fā)出電流限制信號，在Vout輸出高電平期間，電流限制鎖存電路輸出高電平，用于控制下級電路。這樣將引起IC電流的增大，增加芯片損耗，并增加噪聲電壓。 從圖可以看出，A點電位與F/B波動規(guī)律相同，A點電位與振蕩三角波比較后鎖存，并與從振蕩器輸出的控制信號邏輯組合后輸出。占空時間 （43） 死區(qū)時間 （44）實際振蕩周期為二者之和。(2) 芯片應用原理分析：① 振蕩器(a) 振蕩器原理：振蕩電路的等效電路如圖44所示。⑤ 輸出高電平/拉電流特性這是芯片工作在灌電流/低電平狀態(tài)的特性。芯片使用應控制在這個范圍內。芯片的主要特征如下：500kHz工作頻率；輸出電流達2A，輸出上升時間60μs，下降時間40μs；起動電流小，典型值為90μA；起動和關閉電壓間壓差大：起動電壓為16V，關閉電壓為10V；改進半橋電路輸出方法，穿透電流??；過流保護采用斷續(xù)方式工作；用逐脈沖方法快速限制電流；具備欠壓、過壓鎖存電路。4． 開關電源設計 開關電源集成控制芯片目前，集成開關電源控制芯片技術已經十分成熟，為開關電源的制造帶來極大便利，并促進了成本的下降。因此，研發(fā)了所謂三電平電路。這項技術的關鍵是用簡單的電路結構來實現(xiàn)dv/dt、di/dt的降低，從而有效地完成ZVS、ZCS控制，以消除電路中的有源部分。(f) 此時，在Lk作用下，同時可以零電流開通S2。由于C1上升是漸進的，所以S1屬于零壓關斷。所以稱為不對稱移相全橋變換器。① 移相全橋零電壓零電流變換器下圖是移相式PSFBZVZCSPWM（移相全橋零電壓零電流脈寬調制）變換器電路拓撲結構圖。（c）諧振階段2（S關斷）：此后，、共同諧振。① Buck零電流開關變換器R0I0UosCRVDVDSLRL1C1S1 圖324 Buck型ZCS準諧振變換器該電路就是前面動態(tài)過程分析講的典型ZCS降壓型拓撲結構。③ 有源鉗位的零電壓開關PWM變換器下圖為有源鉗位的ZVS開關PWM變換器，這是個隔離型降壓變換器。S1兩端電壓諧振為0后，開通S1。由于VD短路作用，S2可在此后至下一周期到來前以零電壓零電流方式完成關斷。隨后，因Uin作用，線性上升，并到達。當電流過零時，使器件關斷，當電壓過零時，使器件開通，實現(xiàn)開關的近似零損耗。實際情況與理想分析有所不同，將有所超前。如為全波開關，C1經半個周期的阻尼振蕩到電流為0（）時，將放電到一個較小值。LC1開始串聯(lián)諧振，因諧振繼續(xù)上升。假定這是一個理想器件組成的電源。以上開關電源是半波的，當然也可以設計成全波的。開關管在零電壓時關斷。同時，也使得電源諧波成分大為降低。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。② 此時的阻抗最小，電路電流有效值達到最大。所以諧振開關電源是當前開關電源發(fā)展的主流技術。其作用是在SS2斷開期間，使得變壓器能量轉移到N3繞組，通過VD3回饋到輸入端。⑤ 隔離型Cuk變換器隔離型Cuk變換器電路如下所示： N2C12TC2L2RUoSN1VDUiL1C11圖312 隔離型Cuk變換器當S導通時，Ui對L1充電。② 半橋型變換器圖39給出了半橋型變換器的電路圖。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。輸出電壓因為占空比作用，不會超過輸入電源電壓。該循環(huán)的結果是輸出電壓V0趨于穩(wěn)定，反之亦然。開關管的基極或場效應管的柵極有脈寬調制器的脈沖驅動。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。但是，由于電阻功耗上升，電源效率下降。(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/℃）。 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。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，導電鏈產生的熱量時聚合物從晶狀體狀態(tài)變?yōu)榉蔷铙w狀態(tài)，立即將電路電流切斷，對電路起到保護作用。 (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導電性，并測出正向導通壓降；用兆歐表能測出反向擊穿電壓。溫度越高，穩(wěn)壓誤差越大。它的穩(wěn)壓性能好，體積小，價格便宜。(4) 反向恢復時間trr：小于10ns。以下介紹幾種二極管的特點及檢測方法。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。普通光耦合器的特性曲線呈非線性，在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。另一方面，光電耦合器的發(fā)光二極管是電流驅動器件，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生干擾。光電耦合器的外殼是密封的，它不受外部光的影響。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換。一般來說，磁芯面積越大，輸出功率也越大。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，只能用在小功率開關電源上。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。(3) 初始導磁率μi。對于一個產品，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?。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。 絕緣柵雙極型晶體管絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）是一種大電流密度、高電壓激勵的場控制器件，是高壓、高速新型大功率器件。 (2) MOSFET的驅動電路MOSFET的驅動電路如圖21和圖22所示。所有類型的有源功率因數(shù)校正器都是為驅動功率MOSFET而設計的，所以說，用作開關的MOSFET是任何雙極型功率晶體管所不能替代的[4]。往往設計的開關電源在試驗室中式成功的，一到生產線上進行規(guī)模生產時，就會出現(xiàn)各種問題。(5) 生產工藝問題。開關電源使用的磁芯、電解電容及整流二極管燈都很笨重，也是耗能的主要根源。按諧振方式分，有串聯(lián)諧振式、并聯(lián)諧振式和串并聯(lián)諧振式；按能量傳遞方式分，有連續(xù)模式和不連續(xù)模式兩種。準諧振變換器開關電源的輸出電壓不隨輸入電壓的變化而變化，它的輸出電流也不隨用電負載的變化而變化，這種開關電源的主變換器依靠開關頻率來穩(wěn)定輸出參數(shù)，我們稱之為調頻開關電源?？梢姡娮娱_關是在“零狀態(tài)”下工作的，所以，理論上它的損耗為零，對浪涌電壓、脈沖尖峰電壓的抑制能力很大，其工作頻率可以提高到5MHz以上，開關電源的重量和體積則可進行更大的改變。(4) 改變輸出電流、電壓比較容易，且穩(wěn)定、可控。開關電源與鐵芯變壓器電源以及其他形式的電源比較起來具有較多的優(yōu)點：(1) 節(jié)能。斷開時間所占T的比例稱為斷開占空比（D39。開關電源電路常采用有源功率因數(shù)校正。所以，凡是用半導體功率器件作開關，將一種電源形態(tài)轉換成另一種形態(tài)的電路，叫做開關變換電路。開關電源畢業(yè)論文1． 緒論 1 開關電源的概念和分類 1 1 3 開關電源設計中存在的問題與未來發(fā)展 4 4 52． 開關電源元器件的選用 6 開關晶體管 6 6 絕緣柵雙極型晶體管 7 軟磁鐵氧體磁芯 8 9 9 光電耦合器 10 二極管 12 13 13 14 自動恢復開關 14 熱敏電阻 153． 開關電源的設計基礎 17 開關電源的控制方式 17 17 18 各類拓撲結構電源分析 19 諧振式電源與軟開關技術 24 24 25 26 30 其它軟開關技術應用及發(fā)展概況 364． 開關電源設計 38 開關電源集成控制芯片 38 38 39 40 開關電源電路分析 47 47 49結 論 55致 謝 56參 考 文 獻 57 58 1． 緒論開關電源是近年來應用非常廣泛的一種新式電源，它具有體積小、重量輕、耗能低、使用方便等優(yōu)點，在郵電通信、航空航天、儀器儀表、工業(yè)設備、醫(yī)療器械、家用電器等領域應用效果顯著。自20世紀60年代，人們研發(fā)出了二極管、三極管半導體器件后，就用半導體器件進行轉換。所謂有源功率因數(shù)校正（Active Power Factor Correction，APFC），是指電源在校正過程中常采用三極管和集成電路。在一個電子開關周期（T）內，電子開關的接通時間與一個電子周期所占時間之比，叫接通占空比（D），D=。對于不同的變換器形式，所選用的占空比大小是不一樣的。而其他的電源由于本身原因或使用不當，發(fā)生短路或斷路的事故較多。另一類叫做軟開關，電子開關在零電壓下導通，在零電流