【正文】 圖 并聯(lián)式開關(guān)電源的工作原理并聯(lián)式開關(guān)電源的工作原理比較簡單，工作效率很高，因此應(yīng)用很廣泛，特別是在一些小電子產(chǎn)品中，并聯(lián)式開關(guān)電源作為 DC/DC 升壓電源應(yīng)用最廣。并聯(lián)式開關(guān)電源的缺點(diǎn)是輸入與輸出共用一個地，因此，容易產(chǎn)生 EMI 干擾。圖 23b 中 Ui 是開關(guān)電源的輸入電壓， Uo 是開關(guān)電源輸出的電壓， Up 是開關(guān)電源輸出的峰值電壓，Ua 是開關(guān)電源輸出的平均電壓。uoUpUaTonToffTbUi0 t圖 23 a 是并聯(lián)式開關(guān)電源的最簡單工作原理圖 b 是并聯(lián)式開關(guān)電源輸出電壓的波形在 Ton 期間，控制開關(guān) K 接通，儲能濾波電感 L 兩端的電壓 eL 正好與輸入電壓 Ui 相等，即：—— K 接通期間 （4）UidtieL?/對上式進(jìn)行積分，可求得流過儲能電感 L 的電流為：—— K 接通期間 （5）)0(0ititiL??式中 iL 為流過儲能電感 L 電流的瞬時值，t 為時間變量，i （0）為流過儲能電感的初始電流，即：開關(guān) K 接通前瞬間流過儲能電感的電流。當(dāng)圖 23a 中的控制開關(guān) K 由接通狀態(tài)突然轉(zhuǎn)為關(guān)斷時，儲能電感 L 會把其存儲的能量（磁能）通過反電動勢進(jìn)行釋放，儲能電感 L 產(chǎn)生的反電動勢為：—— K 關(guān)斷期間 （7）UiLRdtieL???/長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）8式中負(fù)號表示反電動勢 eL 的極性與（4）式中的符號相反，即：K 接通與關(guān)斷時電感的反電動勢的極性正好相反。從（11）式可以看出，當(dāng)并聯(lián)式開關(guān)電源的負(fù)載 R 很大或開路時，輸出脈沖電壓的幅度將非常高。 正激式變壓器開關(guān)電源正激式變壓器開關(guān)電源輸出電壓的瞬態(tài)控制特性和輸出電壓負(fù)載特性，相對來說比較好，因此，工作比較穩(wěn)定，輸出電壓不容易產(chǎn)生抖動，在一些對輸出電壓參數(shù)要求比較高的場合，經(jīng)常使用。圖 2 4 是正激式變壓器開關(guān)電源的簡單工作原理圖，圖 2 4 中 Ui 是開關(guān)電源的輸入電壓，T 是開關(guān)變壓器，K 是控制開關(guān)， L 是儲能濾波電感， C 是儲能濾波電容，D2 是續(xù)流二極 管，D3 是削反峰二極管， R 是負(fù)載電阻。如果把開關(guān)變壓器長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）9初線圈或次級線圈的同名端弄反，圖 2 4 就不再是正激式變壓器開關(guān)電源了。因此，正激式變壓器開關(guān)電源用于穩(wěn)壓電源，只能采用電壓平均值輸出方式。其工作原理與圖 22 的串聯(lián)式開關(guān)電源電壓濾波輸出電路完全相同，這里不再贅述。因此，在圖 2 4 中，為了防止在控制開關(guān) K 關(guān)斷瞬間產(chǎn)生反電動勢擊穿開關(guān)器件，在開關(guān)電源變壓器中增加一個反電動勢能量吸收反饋線圈 N3 繞組，以及增加了一個削反峰二極管 D3。由于控制開關(guān)突然關(guān)斷，流過變壓器初級線圈的勵磁電流突然為 0，此時，流過反饋線圈 N3 繞組中的電流正好接替原來勵磁電流的作用，使變壓器鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度由最大值Bm 返回到剩磁所對應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 Br 位置，即：流過反饋線圈 N3 繞組中電流是由最大值長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）10逐步變化到 0 的。 反激式變壓器開關(guān)電源工作原理反激式變壓器開關(guān)電源工作原理比較簡單，輸出電壓控制范圍比較大，因此，在一般電器設(shè)備中應(yīng)用最廣泛。圖 25a 是反激式變壓器開關(guān)電源的簡單工作原理圖，圖 25a 中， Ui 是開關(guān)電源的輸入電壓，T 是開關(guān)變壓器，K 是控制開關(guān)，C 是儲能濾波電容，R 是負(fù)載電阻。把圖 25a 與圖 24a 進(jìn)行比較，如果我們把圖 25a 中開關(guān)變壓器次級線圈的同名端對調(diào)一下，原來變壓器輸出電壓的正、負(fù)極性就會完全顛倒過來，圖 25b 所示的電壓輸出波形基本上就是從圖 25b 的波形顛倒過來的 。由于儲能濾波電容的容量很大，其兩端電壓基本不變，變壓器次級線圈輸出電壓 uo 相當(dāng)于被整流二極管和輸出電壓 Uo 進(jìn)行限幅，因此，圖 25b 中輸出電壓 uo 的脈沖尖峰完全被削除，被限幅后的剩余電壓幅值正好等于輸出電壓 Uo 的最大值 Up，同時也等 于變壓器次級線圈輸出電壓 uo 的半波平均值Upa。與單激式變壓器開關(guān)電源不同，雙端式變壓器開關(guān)電源一般在整個工作周期之內(nèi)，都向負(fù)載提供功率輸出。這種大功率雙激式變壓器開關(guān)電源最大輸出功率可以達(dá) 300 瓦以上，甚至可以超過 1000 瓦。（1）推挽式變壓器開關(guān)電源在雙激式變壓器開關(guān)電源中，推挽式變壓器開關(guān)電源是最常用的開關(guān)電源。推挽式變壓器開關(guān)電源是所有開關(guān)電源中電壓利用率最高的開關(guān)電源，它在輸入電壓很低的情況下，仍能維持很大的功率輸出，所以推挽式變壓器開關(guān)電源被廣泛應(yīng)用于 DC/AC 逆變器，或 DC/DC 轉(zhuǎn)換器電路中。在半橋式變壓器開關(guān)電源中，也是兩個控制開關(guān) K1 和 K2 輪流交替工作，開關(guān)電源在整個工作周期之內(nèi)都向負(fù)載提供功率輸出，因此，其輸出電流瞬間響應(yīng)速度很高，電壓輸出特性也很好。圖 26 是交流輸出半橋式變壓器開關(guān)電源的工作原理圖。從圖 26 原理圖中可以看出，電容器 C1 和 C2 與控制開關(guān) K1 和 K2 正好組成一個電橋的兩臂，變壓器作為負(fù)載被跨接于電橋兩臂的中間。圖 26 中，電容器 CC2 首先要被輸入電源 Ui 充電，兩個充滿電的電容器相當(dāng)于兩個電源串聯(lián)。當(dāng)控制開關(guān) K1 由接通轉(zhuǎn)為關(guān)斷時，控制開關(guān) K2 則由關(guān)斷轉(zhuǎn)為接通，電容器 C2 兩端的電壓被加到變壓器初級線圈 N1 繞組的 b、a 兩端，電容器 C2 也將通過變壓器初級線圈 N1 繞組進(jìn)行放電；同理，由于電磁感應(yīng)的作用在變壓器次級線圈 N2 繞組的兩端也會輸出一個與N1 繞組輸入電壓成正比的電壓，并加到負(fù)載 R 的兩端，使開關(guān)電源輸出一個負(fù)半周電壓。由于輸入電源 Ui 直接與串聯(lián)電容器 C1 和 C2 連接在一起，因此，在任一時刻，當(dāng)一個電容器在進(jìn)行放電的時候，另一個電容器就會進(jìn)行充電，兩個電容器充、放電的電荷總是相等。因此，半橋式變壓器開關(guān)電源輸出功率很大，工作效率很高，經(jīng)橋式整流或全波整流后，輸出電壓的電壓脈動系數(shù) Sv 和電流脈動系數(shù) Si 都很小，僅需要很小的濾波電感和電容，其輸出電壓紋波和電流紋波就可以達(dá)到非常小。因為，半橋式變壓器開關(guān)電源兩個開關(guān)器件的工作電壓只有輸入電源 Ui 的一半，其最高耐壓等于工作電壓與反電動勢之和，大約是電源電壓的兩倍，這個結(jié)果正好是推挽式變壓器開關(guān)電源兩個開關(guān)器件耐壓的一半。半橋式開關(guān)電源的變壓器初級線圈只需要一個繞組，這也是它的優(yōu)點(diǎn)，這對小功率開關(guān)電源變壓器的線圈繞制多少帶來一些方便。半橋式變壓器開關(guān)電源的缺點(diǎn)主要是電源利用率比較低，因此，半橋式變壓器開關(guān)電源不適宜用于工作電壓較低的場合。半橋式開關(guān)電源最大的缺點(diǎn)是，當(dāng)兩個控制開關(guān) K1 和 K2 處于交替轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)的時候，兩個開關(guān)器件會同時出現(xiàn)一個很短時間的半導(dǎo)通區(qū)域，即兩個控制開關(guān)同時處于接通狀態(tài)。當(dāng)兩個開關(guān)器件分別處于導(dǎo)通和截止過渡過程時，即兩個開關(guān)器件都處于半導(dǎo)通狀態(tài)時半導(dǎo)通狀態(tài)時，相當(dāng)于兩個控制開關(guān)同時接通，它們會造成對電源電壓產(chǎn)生短路；此時，在兩個控制開關(guān)的串聯(lián)回路中將出現(xiàn)很大的電流，而這個電流并沒有通過變壓器負(fù)載。為了降低控制開關(guān)過渡過程產(chǎn)生的損耗，一般在半橋式開關(guān)電源電路中，都有意讓兩個控制長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）14開關(guān)的接通和截止時間錯開一小段時間。另外，單電容半橋式變壓器開關(guān)電源剛開始工作的時候，輸出電壓差不多比雙電容半橋式變壓器開關(guān)電源是輸出電壓高一倍，這種特點(diǎn)最適用于作為熒光燈電源，例如，節(jié)能燈或日光燈以及 LCD 顯示屏的背光燈等。它同時具有推挽式變壓器開關(guān)電源電壓利用率高，又具有半橋式變壓器開關(guān)電源耐壓高的特點(diǎn)。 開關(guān)電源的效率分析現(xiàn)在的電源對于效率的要求越來越高了，從節(jié)能方面的要求講也是希望提高效率，但是效率提高的隨之帶來的是成本的提高，所以在效率與成本的權(quán)衡下選擇效率提高的方式，下面簡單介紹一下開關(guān)電源中提高效率的方法。使 Mosfet的上升速度和下降速度比較快，這個樣子可以實現(xiàn)開關(guān)損耗的減小。對于次級 Diode 的選取的話，我們可以通過選取一些 Trr 短的二極管，肖特基二極管。還有就是開關(guān)電源工作的時候，我們應(yīng)該設(shè)計的回路，盡可能的減小磁滯回線包含的面積，這個樣子也能減小開關(guān)電源的損耗，提高效率。 導(dǎo)通損耗由于各個元器件并不是理想的元器件，所以工作的時候都有壓降，這個過程中就產(chǎn)生了導(dǎo)通損耗。對于變壓器來說，提高線徑，可以減少 DCR,進(jìn)而減小導(dǎo)通損耗。長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）163 電路設(shè)計 軟開關(guān)電路的種類、特點(diǎn) 新型的軟開關(guān)電路根據(jù)發(fā)展歷程可分成三類:一類是以諧振技術(shù)為代表的準(zhǔn)諧振電路, 一般采用變頻控制(PFM)。 第三類是零轉(zhuǎn)換電路。 準(zhǔn)諧振型電路準(zhǔn)諧振電路中電壓或電流的波形為正弦半波, 因此稱之為準(zhǔn)諧振。圖 31 所示為準(zhǔn)諧振電路的基本開關(guān)單元。電路中所增加的諧振電感 Lr 和諧振電容 Cr 與電路中的濾波電容 C 和濾波電感 L 相比要小得多。開關(guān) S 兩端的電壓在開通前就已經(jīng)降為了零。 諧振電壓峰值高, 要求電力電子器件的耐壓必須提高。 諧振周期隨輸入電壓、負(fù)載變化而變化。圖 32 所示為零電壓開關(guān)和零電流開關(guān) PWM 電路基本開關(guān)單元。a 零電壓開關(guān) PWM 電路基本開關(guān)單元　b 零電流開關(guān) PWM 電路基本開關(guān)單元圖 32 零電壓開關(guān)和零電流開關(guān) PWM 電路基本開關(guān)單元Vgs1Vgs2Vg1Vg2Ig1Ig2(b)a ZCS—PWM 的電路　b ZCS—PWM 的波形圖圖 33 ZCS—PWM 電路及波形圖長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）18圖 33 所示為 ZCS—PWM 電路及波形圖，為了使主開關(guān) S1 零電流關(guān)斷，又引入了輔助開關(guān) S2。此電路可以使開關(guān) SS2 實現(xiàn)了 ZCS 關(guān)斷, 但兩開關(guān)是硬開通, 電容 Cr 與電感 Lr2, 電容 Cr 與電感 LrLr2 的諧振回路要通過輸出端, 會增大輸出端的電壓波動。 零轉(zhuǎn)換 PWM 電路這類軟開關(guān)電路仍然采用輔助開關(guān)控制諧振的開始時刻, 諧振電路是與主開關(guān)并聯(lián)的, 因此輸入電壓和負(fù)載電流對電路的諧振過程影響很小, 電路在很寬的輸入電壓范圍內(nèi)從零負(fù)載到滿載都能工作在軟開關(guān)狀態(tài)。此類電路可分為零電壓轉(zhuǎn)換 PWM (ZVT—PWM)和零電流轉(zhuǎn)換 PWM (ZCT—PWM)。 (a) 零電壓轉(zhuǎn)換基本開關(guān)單元　(b)零電流轉(zhuǎn)換基本開關(guān)單元圖 34 零電壓轉(zhuǎn)換和零電流轉(zhuǎn)換 PWM 電路基本開關(guān)單元圖 35 所示電路為 ZVT—PWM 電路及波形圖。 開關(guān) S2 關(guān)斷后, 電感 Lr 與開關(guān) S2 寄生電容 Cr2 發(fā)生諧振至開關(guān) S2 兩端電壓等于 VO, 二極管VD3 導(dǎo)通。 此電路使開關(guān) S S 2 實現(xiàn) ZV ZCS 開通, S1 實現(xiàn)了 ZV S 關(guān)斷, 二極管的反向恢復(fù)得到抑制, 開關(guān)電壓電流應(yīng)力較小電路結(jié)構(gòu)簡單。Vgs1Vgs2Vg1Vg2Ig1Ig2(b)a ZVT—PWM 的電路　b ZVT—PWM 的波形圖圖 35 ZVT—PWM 電路及波形圖 軟開關(guān)電路的選用原則 開關(guān)電源在輸入抗干擾性能上，由于其自身電路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（多級串聯(lián)） ，一般的輸入干擾如浪涌電壓很難通過，在輸出電壓穩(wěn)定度這一技術(shù)指標(biāo)上與線性電源相比具有較大的優(yōu)長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）20勢，其輸出電壓穩(wěn)定度可達(dá)（~1）%。 輸出電流的選擇 因開關(guān)電源工作效率高，一般可達(dá)到 80%以上，故在其輸出電流的選擇上，應(yīng)準(zhǔn)確測量或計算用電設(shè)備的最大吸收電流，以使被選用的開關(guān)電源具有高的性能價格比，通常輸出計算公式為： Is=KIf 式中：Is—開關(guān)電源的額定輸出電流； If—用電設(shè)備的最大吸收電流； K—裕量系數(shù)，一般取 ~； 接地 開關(guān)電源比線性電源會產(chǎn)生更多的干擾，對共模干擾敏感的用電設(shè)備，應(yīng)采取接地和屏蔽措施，按 ICE1000．EN61000．FCC 等 EMC 限制，形狀開關(guān)電源均采取 EMC 電磁兼容措施，因此開關(guān)電源一般應(yīng)帶有 EMC 電磁兼容濾波器。 保護(hù)電路 開關(guān)電源在設(shè)計中必須具有過流、過熱、短路等保護(hù)功能，故在設(shè)計時應(yīng)首選保護(hù)功能齊備的開關(guān)電源模塊，并且其保護(hù)電路的技術(shù)參數(shù)應(yīng)與用電設(shè)備的工作特性相匹配，以避免損壞用電設(shè)備或開關(guān)電源。由于開關(guān)電源輕、小、薄的關(guān)鍵技術(shù)是高頻化，因此國外各大開關(guān)電源制造商都致力于同步開發(fā)新型高智能化的元器件，特別是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體（MnZn）材料上加大科技創(chuàng)新，以提高在高頻率和較大磁通密度（Bs）下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項關(guān)鍵技術(shù)。開關(guān)電源的高頻化就必然對傳統(tǒng)的 PWM 開關(guān)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，實現(xiàn) ZVS、ZCS 的軟開關(guān)技術(shù)已成為開關(guān)電源的主流技術(shù)，并大幅提高了開關(guān)電源工作效率。 模塊化是開關(guān)電源發(fā)展的總體趨勢，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)，可以設(shè)計成 N＋1 冗余電源系統(tǒng)，并實現(xiàn)并聯(lián)方式的容量擴(kuò)展。 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）224 準(zhǔn)諧振開關(guān)電源的設(shè)計 主電路的設(shè)計準(zhǔn)諧振開關(guān)電源是一個完整的閉環(huán)系統(tǒng)，它包括主回路、控制回路和保護(hù)環(huán)節(jié)等。保護(hù)電路 檢測整流濾波功率主回路DC/DC 變 換輸出整流濾波隔離驅(qū)動控制電路 反饋及零檢測輔助電源AC DC圖41 準(zhǔn)諧振開關(guān)電源的