【正文】 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。如為半波開關(guān)，則開關(guān)分壓也將線性上升到輸入 電源值。 ③ 恢復(fù)階段（ 23tt? ）： 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 1CV =0。如為全波開關(guān)， 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。 1i 第一次過零（ at ）時， S 斷開。本階段結(jié)束，這時的時刻為 t2。 c 1 1 L 1 1 1 0 1 1 0 1c os ( ) [ 1 c os ( ) ]V V V V V t t V t t??? ? ? ? ? ? ? ? (316) 開關(guān)電源畢業(yè)論文 29 諧振到 at 時刻，諧振電流歸零。 LC1 開始串聯(lián)諧振， 1i 因諧振繼續(xù)上升。 ② 諧振階段（ 12tt? ）： 在電流 i1 上升期間，當 10iI? 時，由于 1i 無法供應(yīng)恒流 0I ，續(xù)流過程將維持。 S 導(dǎo)通時， L1 電流由 0 開始上升，由于續(xù)流沒有結(jié)束，此時初始 L1 iVV? 。諧振角頻率： 0 r r1/ LC? ? (39) S L1 C1 S L1 C1 VD1 S L1 C1 VD1 Vi VD2 VD1 L1 L2 C2 RL S C1 V0 i1 Vi VD2 VD1 L1 L2 C2 RL S C1 V0 開關(guān)電源畢業(yè)論文 28 特性阻抗： 0 r r/Z L C? (310) 動態(tài)過程如下： ① 線性階段（ 01tt? ）： 在 S 導(dǎo)通前， VD2 處于續(xù)流階段。 假定這是一個理想器件組成的電源。用零電流開關(guān)替代 PWM 電路的半導(dǎo)體開關(guān)，可以組成諧振式變換器電路。 (1) 零電流開關(guān) 實際的零電流開關(guān)諧振部分拓補又分 L 型和 M 型。 諧振開關(guān)的動態(tài)過程分析 實際上，諧振開關(guān)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(chǎn)生的一個阻尼振蕩過程。以上開關(guān)電源是半波的，當然也可以設(shè)計成全波 的。這個諧振電路的電壓是正弦波，而 Is 接近矩形波。這個諧振電路的電流是正弦波，而 Us 為矩形波電壓。下面是這兩種開關(guān)的簡單原理圖。開關(guān)管在零電壓時關(guān)斷。開關(guān)管在零電流時關(guān)斷。從而大大抑制了對電網(wǎng)的污染。 PWM 一般只能達到幾百 K，但諧振開關(guān)電源可以達到 1M 以上。同 時，也使得電源諧波成分大為降低。 諧振式電源的基本原理 諧振式電源是新型開關(guān)電源的發(fā)展方向。從外部看， L、C 部分類似于開路， L、 C 各自有效電流卻達到最大。 ③ 諧振頻率： 0 1/ LC? ? 。 明顯地，串并諧振的特點是： ① 導(dǎo)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。 開關(guān)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(fù)進行充放電過程，形 成正弦波振蕩。 Q 值越大，振蕩越強。從外部看， L、 C部分類似于短路。 ② 此時的阻抗最小，電路電流有效值達到最大。 (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(fù)阻抗： ( 1 / )Z R j L C??? ? ? (36) 一定條件下，使得 XL=XC，即 1/LC??? ， ZR? ，此時的電路狀態(tài)稱為串聯(lián)諧振。開關(guān)管在零電壓時關(guān)斷。開關(guān)管在零電流時關(guān)斷。所以諧振開關(guān)電源是當前開關(guān)電源發(fā)展的主流技術(shù)。這種開關(guān)電源稱為諧振式開關(guān)電源。因此，L 有升壓作用。在開關(guān)導(dǎo)通期間， L積蓄能量。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。 圖 313 能量回饋型電流變換器電路 該電路與推挽電 路類似。 這里的 C12 明顯是用于傳遞能量的，所以 Cuk 電路是電容傳輸變換電路。附邊感應(yīng)出脈動直流信號，通過 VD 對 C12反向充電。 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(guān)電源畢業(yè)論文 23 圖 312 隔離型 Cuk 變換器 當 S 導(dǎo)通時， Ui 對 L1 充電。當 S 斷開時， N1能量轉(zhuǎn)移到 N3，經(jīng) N3電源 VD3 向輸入端釋放能量，避免變壓器過飽和。 這個電路也相當于降壓式 拓撲 結(jié)構(gòu)。 同樣地，這個電路也相當于降壓式 拓撲 結(jié)構(gòu)。 ② 半橋型變換器 圖 39 給出了半橋型變換器的電路圖。 圖 38 推挽型變換電路 S1 和 S2 輪流導(dǎo)通，將在二次側(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。 這里的 C1 用于傳遞能量，而且輸出極性和輸入相反。當 S 斷開時， Ui+EL1 通過 VD 對 C1 進行充電。 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。 電壓關(guān) 系： oi/ /(1 )UU ? ?? ? ? (34) 圖 36 BuckBoost 電路 拓撲 結(jié)構(gòu) S 通時，輸入電源僅對電感充電，當 S 斷時，再通過電感對負載放電來實現(xiàn)電源傳輸。當 S 斷時， L 向負載及電源放電，輸出電壓將是輸入電壓 iLUU? ，因而有升壓作用。 Uo ID S ID VD ID L ID C ID 開關(guān)電源畢業(yè)論文 20 利用同樣的方法，根據(jù)穩(wěn)態(tài)時電感 L 的充放電伏秒積相等的原理，可以推導(dǎo)出電壓關(guān)系 ： oi/ 1 /(1 )UU? ?? (33) 圖 35 Boost 電路 拓撲 結(jié)構(gòu) 這個電路的開關(guān)管和負載構(gòu)成并聯(lián)。輸出電壓因為占空比作用，不會超過輸入電源電壓。 開關(guān)電源畢業(yè)論文 19 壓 控 振 蕩 器零 電 壓 比 較 器 控 制 邏 輯誤 差 放 大 器V C 0瞬時定時器++abcd0 . 5 V5VVrFV TT R+ BV DV0CR 圖 33 脈沖頻率調(diào)制的基本原理 各類拓撲結(jié)構(gòu)電源分析 (1) 非隔離 型開關(guān)變換器 ① 降壓變換器 Buck 電路：降壓斬波器，入出極性相同。需要指出的是： a、 b、 c 是壓控振蕩器外圍元件連接端，它們將決定振蕩的工作頻率和頻率調(diào)制靈敏度。假設(shè)電源效率為 η，脈沖寬度為 m，脈沖頻率為 f，則有 V0= 1Vfm ???? 。該循環(huán)的結(jié)果是輸出電壓 V0趨于穩(wěn)定，反之亦然。再經(jīng)過瞬間定時器、控制邏輯和輸出級，輸出一方波信號，驅(qū)動 MOS 開關(guān)管，最后經(jīng)高頻變壓器 TR 和整流濾波獲得穩(wěn)定的輸出電壓 V0。寬脈沖經(jīng)開關(guān)晶體管功率放大后，驅(qū)動高頻變壓器，使變壓器初級電壓升高，然后耦合到次級，經(jīng)過二極管 VD 整流和電容 C2濾波后，輸出電壓上升，反之亦然。開關(guān)電源的輸出電壓和基準電壓進行比較、放大，然后將其差值送到脈寬調(diào)制器。開關(guān)管的基極或場效應(yīng)管的柵極有脈寬調(diào)制器的脈沖驅(qū)動。 to nto ntto f fTto f fTVi nVi nV0V000t (a) PWM 控制方式 to nto f fT1T2tVi nVi nV0V000 t (b) PFM 控制方式 圖 31 PWM、 PFM 控制方式和波形圖 脈寬調(diào)制的基本原理 開關(guān)電源采用脈寬調(diào)制方式的占很大比例，所以有必要對脈寬調(diào)制的基本原理加以了解。再者，這種開關(guān)電源電路比較復(fù)雜，集成控制電路也不是很多?；旌险{(diào)制方式是指脈沖寬度與頻率都不固定，都可以改變。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。脈沖頻率調(diào)制（ Pulse Frequency Modulation， PFM）是將脈沖寬度固定，通過調(diào)節(jié)工作頻率來調(diào)節(jié)輸出電壓。這就是熱敏電阻對軟啟動的作用。電路剛通電時，熱敏電阻的溫度低，阻值很大，瞬時能對充電電流加以限制。但是，由于電阻功耗上升，電源效率下降。所謂軟啟動是指電源剛通電時，因濾波電容 C 的電壓不能突變，容抗趨于零，瞬時對電容充電的電流很大，容易損壞電解電容。如果電路輸入電壓超高， 熱敏電阻就會發(fā)熱，其電阻值降低，對輸入電流分流。過溫保護時將熱敏電阻并接在輸入電路中。 (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/℃ ）。熱敏電阻的主要參數(shù)有： (1) RT0：零功率電阻值，表示室溫 為 25℃ 時的電阻值。觀察電流表，如果一段時間后電流表上的電流讀數(shù)升到一定值，這段時間就是自動恢復(fù)開關(guān)的自動恢復(fù)時間。當穩(wěn)壓電源的輸出電流接近或超過自動恢復(fù)開關(guān)的電流容量時，電流表上的電流讀數(shù)突然減小，此時自動恢復(fù)開關(guān)已進入高阻狀態(tài)。 ② 過流后自動恢復(fù)能力的檢查 在直流穩(wěn)壓電源輸出端，將自動恢復(fù)開關(guān)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(fù)開關(guān)的電流容量 IH。日光燈短路或漏氣時，鎮(zhèn)流器的工作電流是正常工作電流的 3 倍以上，這時只要在鎮(zhèn)流器的輸出端與燈之間的電路上串接一只自動恢復(fù)開關(guān)，就能非常有效地進行過流保護，提高電子鎮(zhèn)流器的可靠性。通常，將自動恢復(fù)開關(guān)串接在低壓直流輸出端，此時交流輸入端的保險管可省去。這種可持續(xù)性的轉(zhuǎn)換器件能反復(fù)使用而不損壞。當電路電流超過最大設(shè)計值或發(fā)生短路故障時，電流增加，導(dǎo)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(guān)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。它具有開關(guān)特性好、使用安全、不需維護、自動恢復(fù)、可反復(fù)使用等特點。 自動恢復(fù)開關(guān) 自動恢復(fù)開關(guān)（ Resettable Swithing， RS）又叫自動恢復(fù)保險絲，它是一種過流保護器件。 ② 選用原則：超快速恢復(fù)二極管在開關(guān)電源中可作為阻塞二極管和次級輸出電壓的整流管。 (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。 ③恢復(fù)和快速恢復(fù)二極管有 3 種結(jié)構(gòu)，即單管、共陰對管和共陽對管。 ② 平均整流電流 Id：這時選用二極管的又一個主要指標。這兩種二極管具有開關(guān)特性好、耐壓高、正向電流大 、體積小等優(yōu)點，在電子鎮(zhèn)流器、不間斷電源、變頻電源、高頻微波爐等設(shè)備中常用在整流、續(xù)流、限流等電路中。溫度越高，穩(wěn)壓誤差越大。 開關(guān)電源畢業(yè)論文 14 ② 穩(wěn)定電流 IE。 (3) 穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù) 穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)如下： ① 穩(wěn)定電壓 VZ。選用穩(wěn)壓二極管的原則是：第一，注意穩(wěn)定電壓的標稱值；第二，注意電壓的溫度系數(shù)。它的穩(wěn)壓性能好，體積小，價格便宜。現(xiàn)在市面上從 到 200V，各種型號規(guī)格齊全。 (1) 穩(wěn)壓二極管的分類 穩(wěn)壓二極管分低壓和高壓兩種。當反向電壓達到并超過穩(wěn)定電壓時，反向電流突然增大，而二極管兩端的電壓恒定，這就叫做穩(wěn)壓。 (4) 反向恢復(fù)時間 trr：小于 10ns。 (2) 最大管壓降 VFM：小于 。在開關(guān)電源的過壓保護、反饋控制系統(tǒng)中常用到硅二極管，如 1N414 1N4448。高速開關(guān)硅二極管是高頻開關(guān)電源中的一個主要器件，這種二極管具有良好的高頻開關(guān)特性。以下介紹幾種二極管的 特點及檢測方法。面接觸型二極管的工作電流比較大，發(fā)熱比較厲害，它的最高工作溫度不允許超過 100℃ 。 二極管 二極管在電子電路中用得較多，功能各異。這是因為當 CTR＜ 50%時，光耦中的 LED 就需要較大的工作電流 (IF＞ )，才能正?？刂茊纹_關(guān)電源 IC的占空比，這會增大光耦的功耗。 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。 開關(guān)電源則應(yīng)該選擇線性光電耦