【文章內(nèi)容簡介】 ，并給出解釋。 效率：電源的輸出功率與輸入功率的百分比。其測量條件是滿負載，輸入交流電壓為標準值。 ESR：等效串聯(lián)電阻。它表示電解電容呈現(xiàn)的電阻值的總合。一般情況下，ESR值越低的電容，性能越好。 輸出電壓保持時間：在開關電源的輸入電壓撤消后，依然保持其額定輸出電壓的時間。 啟動浪涌電流限制電路：它屬于保護電路。它對電源啟動時產(chǎn)生的尖峰電流起限制作用。為了防止不必要的功率損耗，在設計這一電路時，一定要保證濾波電容充滿電之前，就起到限流作用。 隔離電壓：電源電路中的任何一部分與電源基板地之間的最大電壓?；蛘吣軌蚣釉陂_關電源的輸入端與輸出端之間的最大直流電壓。 線性調(diào)整率：輸出電壓隨輸入線性電壓在指定范圍內(nèi)變化的百分率。條件是負載和周圍的溫度保持恒定。 負載調(diào)整率：輸出電壓隨負載在指定范圍內(nèi)變化的百分率。條件是線電壓和環(huán)境溫度保持不變。 噪音和波紋：附加在直流輸出信號上的交流電壓和高頻尖峰信號的峰值。通常是以 mv 度量。 隔離式開關電源：一般指高頻開關電源。它從輸入的交流電源直接進行整流和濾波，不使用低頻隔離變壓器。 輸出瞬態(tài)響應時間：從輸出負載電流產(chǎn)生變化開始，經(jīng)過整個電路的調(diào)節(jié)作用，到輸出電壓恢復額定值所需要的時間。 過載或過流保護：防止因負載過重，使電流超過原設計的額定值而造成電源損壞的電路。 遠程檢測：電壓檢測的一種方法。為了補償電源輸出的電壓降，直接從負載上檢測輸出電壓的方法。 電子科技大學學士學位論文 6 軟啟動：在系統(tǒng)啟動時，一種延長開關波形的工作周期的方法。工作用期是從零到它的正常工作點所用的時間。 電磁干擾 — 無線頻率干擾 (EMI RFl )：即那些由開關電源的開關元件引起的，不希望傳遞和發(fā)射的高頻能量頻譜。 快速短路保護電路；一種用于電源輸出端的保護電路。當出現(xiàn)過壓現(xiàn)象時，保護電路啟動，將電源輸出端電壓快速短路。 占空比：在高頻開關電源中，開關元件的導通時間和變換器的工作周期之比。 開關電源的幾種 基礎 結(jié)構 boost 電路 5VV1L1Q1RD1C+ 圖 21 boost電路 電路的工作原理 [1] Boost 電路（圖 21）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，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 。 第三章 反激式開關電源整體設計 7 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 供電，因此選擇 取決于下式： 0 on0ITC1 V?? ? (21) 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 ?I??t V1?L1速率線性上升，周期 期間 導通時， 中的電流增量為 。當 截止時，假定 右端的電感反沖電壓等于輸出電壓 ，則 上的電壓為 ， 中的電流以電子科技大學學士學位論文 8 ，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 1 o n 0 1 o f f11V T ( V V ) TLL? ? ?? (22) 011VV1D??? (23) 其中 D= TTon 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。 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。 第三章 反激式開關電源整體設計 9 buck 電路 5VV1L1Q1RD1C+ 圖 22 buck電路 電路的工作原理 [1] Buck 電路（圖 22）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 V0 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，所以可以列出以下的方程： iLL 1 0 dV V V L dt? ? ? (24) 由此可得出： L 1 0 t1i ( V V ) dL??? (25) 電子科技大學學士學位論文 10 10L 1 0 1 m inVVi V V t IL?? ? ? (26) Q1導通狀態(tài)終止時， T=Ton 時， L1 中的電流達到最大值，得： 101 m a x o n 1 m inVVI T IL?? ? ? (27) 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： iLO dVLdt?? (28) 由此可得出： LO1i V dtL?? ? (29) OL 1m axVi t IL? ? ? ? (210) Q1截止狀態(tài)終止時，即 T= 時， L1中的電流下降到最小值，得： O1 m in o ff 1 m a xVI T IL? ? ? ? (211) 由上面的公式可得： o n o nO 1 1 1o n o f fTTV V V D VT T T? ? ? ? ? ?? (212) 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= 。 第三章 反激式開關電源整體設計 11 由上式可知，輸出電壓 V0 越開關管的占空比 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。 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，雖然 buck 電路即可以工作于電流連續(xù)狀態(tài)，又可以工作于電流總是斷續(xù)的。 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。 buckboost 電路 V1L1V2RLDC+Q 圖 23 buckboost電路 buckboost 電路的工作原理 升降壓斬波電路的原理圖如圖 23 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電子科技大學學士學位論文 12 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。 LL1diu L Vdt?? (213) 11L L 0VVi d t t ILL? ? ? ?? (214) 式中 0LI 是 Q 導通前流過 L 的電流。當 t＝ ton時，流過 L 的電流達到最大值： 1L m a x o n L 0Vi t IL? ? ? (215) (2) Q 截止期間， D 導通， L 向負載和 C1供電，電感兩端電壓 LL2diu L Vdt? ? ? (216) 22L L m a xVVi ( ) d t t iLL? ? ? ? ? ?? (217) 式中 maxLi 為 Q 截止前流過 L 電流。 t＝ 時， Q 開始導通， L 中電流下降到極小值： 2L 0 L m i n o f f L m a xVI i t iL? ? ? ? ? (218) (3) 輸入直流電壓 U1和輸出直流電壓 U2的關系 將 (218)式代入 (215)式可得： 12L m a x o n o f f L m a xVVi t t iLL? ? ? ? ? (219) 12on offVVttLL? ? ? (220) 第三章 反激式開關電源整體設計 13 o n o n2 1 1 1o f f o nttV V V Vt t 1? ? ? ? ? ??? αT α (221) 當 時， d， V2V1，電路屬于降壓式； 當 ＝ 時， d＝ ， V2＝ V1； 當 時， d， V2V1，電路屬于升壓式。 圖 24 buckboost 電路波形圖 電路拓撲結(jié)構的選擇 電路拓撲結(jié)構選擇要注意的問題 1）升壓或降壓：輸入電壓總是比輸出電壓高或低嗎，如果不是就不能選擇buck 變換器或 boost 變換器 2）占空比：輸入電壓和輸出電壓是否相差 5 倍以上，如果是，就可能要用變壓器。計算合適的占空比，不要使占空比太小或太大。 3）需要多少組輸出電壓：如果多于一組，除非再后接電壓調(diào)節(jié)器，否則就可能需要變壓器，輸出電壓組數(shù)很多時，建議用多個變換器，這樣做的結(jié)果比較理想。 4）是否需要隔離：考慮電壓的高低，如果需要隔離就需要變壓器。 電子科技大學學士學位論文 14 5） EMI 有什么要求： EMI的要求很高，建議不要輸入電流不連續(xù)的那些拓撲，如 buck 變換器， boost 變換器，最好讓變換器工作于電流連續(xù)模式。 6）成本高低：對離線式電源來說，也可以用 IGBT，否則就考慮 MOSTET 7）電源是否需要空載工作：如果電源需要空載工作，變換器就要工作于電流