【正文】 f foof fonoof fono ??? 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 28 頁 第 15 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ =CLTtU offo8 (318) = )1(82ioo UUCLTU ? (319) 由串聯(lián)型開關穩(wěn)壓電源的工作原理分析可見，濾波電容 C 的選擇直接關系著電源輸出電壓中波紋電壓分量 △ Uo 的大小。從圖 21電容兩端電壓 Uc（即輸出電壓 Uo）的波形圖中可以看到，在開關管V導通期間（ t=t0～ t1）的 ton/2 到 ton 的時間內，電容 C 開始充電，充至與 Ui相等的值時，開關管 V截止，電容 C 上這段時間內電壓的輸出 變化量為 △ Uo1；從 ton 時刻開關管 V開始截止直到時間 toff/2 這段時間內開關管 V一直處于截止狀態(tài)，并且在這段時間內，濾波電容 C 不斷被充電， C 兩端的電壓不斷上升，最后達到電壓最大值。 濾波電容 C的選擇 由開關穩(wěn)壓電源的原理框圖 21 可見，濾波電容 C 兩端的電壓實際上就等于開關穩(wěn)壓電源的輸出電壓 Uo。 此外，根據(jù)臨界電感 L0 的計算公式 （ 313） 和實際電源電路中所選擇的儲能電感 L 必須大于臨界電感 L0 的設計原則，我們還可采用下面的簡單方法來得到儲能電感的計算公式： 已知臨界電感 L0=RL(1? )/2f，應使儲能電感 LL0。因為當開關管 V 截止期間，儲能電感 L 上的電流具有最小值，結合儲能電感 L 的有關電流不能突變的特性，可以有 △ ILmax2Iomin 取 △ ILmax= 代入式（ 316）得到如下的儲能電感 L 的計算公式： )1()1(m a xm in ?? ???? fRfIUL Loo (317) 式中， RLmax為負載電阻的最大值 RLmax=Uo/Iomin。 圖 32 L 值對 應不同的 iL 的關系曲線 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 28 頁 第 13 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 33 LL0 時，開關管及電感 L 的電壓波形圖 由定義，只要求出開關管截止瞬間能使 ILmin=0 時的儲能電感值即為電感 L 的臨界電感量L0。所以，在設計開關穩(wěn)壓電源電路時，應選擇電感量 L大于臨界電感量 L0。此突變在示波器上極易觀察到。此時的電感量就稱為臨界電感量 L0。圖 13 是不同的 L 值對應的 iL 的關系曲線。 儲能電感 L的選擇 儲能電感 L 的臨界值 L0 流過儲能電感 L 的電流不能發(fā)生突變，只能近似線性地上升或線性地下降?？梢娎m(xù)流二極管 VD 的選擇一定要符合以下條件： 續(xù)流二極管 VD的正向額定電流必須要等于晶體管 V 的最大集電極電流，即應大于負載電阻 RL 上的電流； 續(xù)流二極管 VD的反向耐壓值必須大于輸入電壓值 Ui； 為了減小開關轉換所引起的輸出波紋電壓，續(xù)流二極管 VD 應選擇 反向恢復速度和導通速 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 28 頁 第 12 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 度都較快的肖特基二極管，即快恢復二極管。 串聯(lián)型開關穩(wěn)壓電源的設計 開關晶體管 V的選擇 選擇作為開關器件使用的晶體管，除了要具有放大特性以外，更重要的是應具有快速的開關作用和輸出功率大的特點，因而必須滿足下列要求： 晶體管 V 的導通飽和壓降 Uces要??； 晶體管 V 截止時的反向漏電流 Ico要盡可能地?。? 晶體管 V 的頻率特性要好； 晶體管 V 的開關時間要短，即轉換速度要快； 晶體管 V 的基極驅動電流要小； 由于晶體管 V 的輸出端一般都是感性負載，所以要求晶體管的反向擊穿電壓要高。 同時改變開關管 V 的導通時間 ton和開與關的周期時間 T（或者工作頻率 f），同樣也可以起到調節(jié)和改變占空系數(shù) ? 或者輸出電壓 Uo。 占空系數(shù) ? 不但與開關管 V 的導通時間 ton有關，而且也與開關管 V 開與關的周期時間 T有關，也就是與工作頻率 f 有關。若保持開關的周期 T不變，則通過改變開關管 V的導通時間 ton，就可以改變和調節(jié)輸出電壓 Uo 的大小。由于占空比總是小于 1 的，所以 Uo 也總是小于 Ui的，故常被稱為下降型（降壓型）串聯(lián) 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 28 頁 第 11 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 開關穩(wěn)壓電源。為簡化計算 ，將二極管 VD的導通壓降近似為零，因而 L 兩端的電壓近似為 Ui， L 中的電流 iL2 為 IL2=m ax1 )( Lo IttLU ??? (34) 在 t=t2 時， L 中的電流達到最小值 ILmin，其大小為 ILmin=m ax12 )( Lo IttLU ??? (35) 由式 （ 34） 和式 （ 35） 可以計算出在開關管截止的這段時間里 L中電流變化的最大值△ Imax2為 △ Imax2=ILmin(iL2)t=t2=of foo tLUttLU ?? )( 21 (36) 只有當開關管 V導通期間 ton內儲能電感 L增加的電流 △ Imax1等于開關管 V截止期間 toff內儲能電感 L 中減少的電流 △ Imax2，這樣才能達到動態(tài)平衡，才能保證儲能電感 L 中一直有能量，才能源源不斷地向負載電阻 RL 提供能量和功率。這里的二極管 VD 起著續(xù)流和補充電流的作用，這也正是它被稱為續(xù)流二極管的原因。但是在 t1 時刻， V剛剛截止，儲能電感 L 中的電流不能突變，于是 L 兩端就產(chǎn)生了與原來電壓極性相反的自感電動勢。這時， L 中的電流 IL1為 IL1= ])][([00 Loi IttL UU ??? (31) 式中， IL0 為 t0 時刻的儲能電感中的電流，即為起始電流。儲能電感 L 兩端所加的電壓為 UiUo。它的工作過程可以從開關管的導通、截止以及開關電源實現(xiàn)動態(tài)平衡等過程來理解。沒有給出集電極輸出型的串聯(lián)型開關穩(wěn)壓電源的原理框圖和各點輸出波形，這是因為它們的工作原理都是一樣的，只是輸入和輸出的電流、電壓極性相反。 為了分析方便和統(tǒng)一，對一些常用的物理量符號定義如下： Ui直流變換器的輸入電壓； iC開關晶體管的導通電流； iD續(xù)流二極管的正向電流； uce開關晶體管的集電極對發(fā)射極的電壓降； uL儲能電感兩端的電壓降； iL儲能電感中流過的電流； RL供電系統(tǒng)的等效電阻； Io開關穩(wěn)壓電源的輸出電流； Uo開關穩(wěn)壓電源的輸出電壓； Ton開關晶體管的導通時間，即開關管集電極輸出方波或正弦波正半周的寬度； Toff開關晶體管的截止時間，即開關管集電極輸出方波或正弦波低電平的寬度； T開關管由開到關一個周期所用的時間，即 T=ton+toff； f開關穩(wěn)壓電源的工作頻率，它與周期時間 T之間的關系為 f=1/T； ? 開關穩(wěn)壓電源的占空比，也稱為占空系數(shù)， ? =ton/T； ? 開關穩(wěn)壓電源的轉換效率，它等于輸出功率 Po與輸入功率 Pi的比值，即 ? =Po/Pi； t? 上升時間，開關管由完全截止到完全 導通所需的時間； t? 下降時間，開關管由完全導通到完全截止所需的時間； 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 28 頁 第 9 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ t? 存儲時間，是開關管由飽和導通向截止轉換時所出現(xiàn)的一段存儲時間。 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 28 頁 第 8 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 3 串聯(lián)型開關穩(wěn)壓電源 串聯(lián)型開關穩(wěn)壓電源的結構 圖 31 是串聯(lián)型開關穩(wěn)壓電源的原理框圖及電路中各點的波形圖 .由圖可見，串聯(lián)型開關穩(wěn)壓電源的基本電路是由一次整流和濾波、開關晶體管 V、續(xù)流二極管 VD、儲能電感 L 和濾波電容 C 組成的。對此，如果設計者和制造者不予以充分重視，則它將直接影響到開關穩(wěn)壓電源的推廣應用 。在一些技術先進國家，開關穩(wěn)壓電源雖然有了一定的發(fā)展，但在實際應用中也還存在一些問題，不能十分令人滿意。所以，在我國的電子儀器以及機電一體化儀器中，開關穩(wěn)壓電源還不能得到十分廣泛的普及使用。此外，由于開關穩(wěn)壓電源震蕩器沒有工頻降壓變壓器的隔離，這些干擾就會串入工頻電網(wǎng)，使附近的其它電子儀器、設備和家用電器受到嚴重的干擾。當穩(wěn)壓電路、高壓電路、負載等出現(xiàn)故障或短路時，能自動切 斷電源，保護功能靈敏可靠。在相同的紋波輸出電壓的要求下，采用開關穩(wěn)壓電源時，濾波電容的容量只是線性穩(wěn)壓電源中濾波電容容量的 1/500～ 1/1000。 （ 4） 濾波的效率大為提高，使濾波電容的容量和體積大為減小 開關穩(wěn)壓電源的工作頻率目前基本上是工作在 50KHZ，是線性穩(wěn)壓電源的頻率的 1000 倍，這使整流后的濾波效率幾乎也提高了 1000 倍。此外，改變占空比的方法有脈寬調制型和頻率調制型兩種。 （ 3） 穩(wěn)壓范圍寬 開關穩(wěn)壓電源的輸出電壓是由激勵信號的占空比來調節(jié)的，輸入信號電壓的變壓可以通過調頻或調寬來進行補償。由于調整管 V 上的耗散功率大幅度降低以后，又省去了較大的散熱片。這使得開關晶體管 V的功耗很小，電源的效率可以大幅度地提高，其效率可以達到 80%。 開關穩(wěn)壓電源的優(yōu)缺點 （ 1） 功耗小，效率高 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 28 頁 第 7 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊