【正文】 31 所示的波形圖。目前這種調(diào)節(jié)方式應(yīng)用得不是很多，產(chǎn)品類型也不多，只是在個(gè)別實(shí)驗(yàn)室中使用，其原因是兩種調(diào)制方式共存，相互影響較大，穩(wěn)定性差。但是它的占空比調(diào)節(jié)范圍很寬，輸出電壓能做到很低 [6]。 220V 交流輸入電壓經(jīng)過整流（ BR）濾波后變?yōu)槊}動(dòng)直流電壓，供給功率開關(guān)管作為動(dòng)力電源。脈寬調(diào)制器由基準(zhǔn)電壓源、誤差放大器、 PWM 比較器和鋸齒波發(fā)生器組成，如圖 32 所開關(guān)電源畢業(yè)論文 18 示。脈寬調(diào)制的頻率是不變的，當(dāng)輸出電壓 V0 下降時(shí)，與基準(zhǔn)電壓比較的差值增加，經(jīng)發(fā)達(dá)后輸入到 PWM 比較器，加寬了脈沖寬度。 P W M比 較 器鋸 齒 波發(fā) 生 器+基 準(zhǔn)電 壓 源P W M 調(diào) 制 器A C2 2 0 V5 0 H ZB RT RV DC2++V0V T誤 差 放 大 器 圖 32 脈寬調(diào)制的原理圖 脈沖頻率調(diào)制的基本原理 脈沖頻率調(diào)制的過程是這樣的：如圖 33 所示，從輸出電 壓中取出一信號(hào)電壓并由誤差放大器放大，放大后的電壓與 5V 基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，輸出誤差電壓 Vr，并以此電壓作為控制電壓來調(diào)制 VCO 的震蕩頻率 f。假設(shè)由于某種原因而使 V0上升或負(fù)載阻抗下降，控制電路立即進(jìn)行下述閉環(huán)調(diào)整： V0↑→ Vr↑→ f↓→ V0↓。這就是 PFM 的工作原理。當(dāng) 1Vm??? 確定后，通過調(diào)制 VCO 的震蕩頻率就可以調(diào)節(jié)輸出電壓 V0，并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出。 D 端為鋸齒波電壓輸入端，由它改變定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間。 由于穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感充放電伏秒積相等，因此： i o o n o o f f()U U t U t??, (31) i on o on o offU t U t U t??, i on o on off()U t U t t??, o i on on of f/ /( )U U t t t? ? ? ? (32) 即，輸入輸出電壓關(guān)系為： oi/UU?? (占空比 ) 圖 34 Buck 電路 拓?fù)?結(jié)構(gòu) 在開關(guān)管 S 通時(shí)，輸入電源通過 L 平波和 C 濾波后向負(fù)載端提供電流；當(dāng) S 關(guān)斷后， L 通過二極管續(xù)流，保持負(fù)載電流連續(xù)。 ② 升壓變換器 Boost 電路：升壓斬波器，入出極性相同。在 S 通時(shí)，電流通過 L 平波，電源對(duì) L 充電。 ③ 逆向變換器 BuckBoost 電路：升 /降壓斬波器，入出極性相反，電感傳輸。所以，這里的 L 是用于傳輸能量的器件 。 電壓關(guān)系： oi/ /(1 )UU ? ?? ? ? (35) Ui ID Uo ID S ID VD ID L ID C ID Ui ID Uo ID S ID VD ID C ID L 開關(guān)電源畢業(yè)論文 21 圖 37 Cuk 變換器電路 拓?fù)?結(jié)構(gòu) 當(dāng)開關(guān) S 閉合時(shí)， Ui 對(duì) L1 充電。再當(dāng) S 閉合時(shí)， VD 關(guān)斷 ， C1 通過 L C2 濾波對(duì)負(fù)載放電， L1 繼續(xù)充電。 (2) 隔離型開關(guān)變換器 ① 推挽型變換器 下面是推挽型變換器的電路。 由于電感 L 在開關(guān)之后，所以當(dāng)變比為 1 時(shí)，它實(shí)際上類似于降壓變換器。 當(dāng) S1 和 S2 輪流導(dǎo)通時(shí)，一次側(cè)將通過電源 S1TC2電源及電源 C1TS2電源產(chǎn)生交變電流，從而在二次側(cè)產(chǎn)生交變的脈動(dòng)電流，經(jīng)過全波整流轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，再經(jīng) L、 C 濾波，送給負(fù)載。 C1 C2 L2 R Uo VD L1 S Ui S2 S1 L C R N1 N1 N2 N2 Ui Uo T 開關(guān)電源畢業(yè)論文 22 圖 39 半橋式變換電路 ③ 全橋型變換器 圖 310 全橋式變換電路 當(dāng) S S3 和 S S4 兩 兩輪流導(dǎo)通時(shí)，一次側(cè)將通過電源 S2TS4電源及電源S1TS3電源產(chǎn)生交變電流，從而在二次側(cè)產(chǎn)生交變的脈動(dòng)電流，經(jīng)過全波整流轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，再經(jīng) L、 C 濾波，送給負(fù)載。 ④ 正激型變換器 下圖為正激式變換器 圖 311 正激型變換器電路 當(dāng) S 導(dǎo)通時(shí)，原邊經(jīng)過輸入電源 N1S輸入電源，產(chǎn)生電流。 VD1 用于整流， VD2 用于 S 斷開期間續(xù)流。當(dāng) S 斷開時(shí)， Ui+EL1對(duì) C11 及變壓器原邊放電，同時(shí)給 C11 充電，電流方向從上向下。在 S 導(dǎo)通期間， C12 的反壓將使 VD 關(guān)斷，并通過 L C2 濾波后，對(duì)負(fù)載放電。 ⑥ 電流變換器 能量回饋型電流變換器電路如下圖所示。不同的是，在主通路上串聯(lián)了一個(gè)電感。 下面是升壓型變換器的電路圖： 圖 314 升壓型電流變換器電路 S2 S1 C R N1 N1 N2 N2 Ui Uo T L VD1 VD2 S2 S1 C R N1 N1 N2 N2 Ui Uo T N4 N3 VD1 VD2 VD3 N2 C12 T C2 L2 R Uo S N1 VD Ui L1 C11 開關(guān)電源畢業(yè)論文 24 該電路也與推挽電路類似，并在主通路上串聯(lián)了一個(gè)電感。當(dāng)一側(cè)開關(guān)斷開時(shí)，電感電動(dòng)勢(shì)和 Ui 疊加在一起，對(duì)另一側(cè)放電。 (3) 準(zhǔn)諧振型變換器 在脈沖調(diào)制電路中，加入 R、 L 諧振電路，使得流過開關(guān)的電流及管子兩端的壓降為準(zhǔn)正弦波。 利用一定的控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)管在電流或電壓波形過零時(shí)切換，這樣對(duì)縮小電源體積，增大電源控制能力，提高開關(guān)速度，改善紋波都有極大好處。又分為： ① ZCS—— 零電流開關(guān)。 ② ZVS—— 零電壓開關(guān)。 諧振式電源與軟開關(guān)技術(shù) 電路的諧振現(xiàn)象 為了更好地理解諧振式電源，這里回憶一下電路諧振的條件及其特點(diǎn)。 明顯地，串聯(lián)諧振的特點(diǎn)是： ① 阻抗角等于零，電路呈純電阻性，因而電路端電壓 U 和電流 I 同相。 ③ 諧振頻率： 0 1/ LC? ? ④ 諧振系數(shù)或品質(zhì)因素： 00/ 1 / / /Q L R CR L C R??? ? ? (37) 由于串聯(lián)諧振時(shí)， L、 C 電壓彼此抵消，因此也稱為電壓諧振。 而此時(shí) Uc、 UL 是輸入電壓 U 的 Q 倍。 這里的 0 /Z L C? ，我們稱為特性阻抗，它決定了諧振的強(qiáng)度。 (2) 并聯(lián)電路的諧振 一個(gè) R、 L、 C 并聯(lián)電路，在正弦電壓作用下，其復(fù)導(dǎo)納： 1 / (1 / )Y R j L C??? ? ? (38) 一定條件下，使得 LCYY? ，即 1/ LC??? ， Y=1/R，此時(shí)電路狀態(tài)稱為并聯(lián)諧振。 ② 此時(shí)的導(dǎo)納最小，電路電流有效值達(dá)到最小。 ④ 由于并聯(lián)諧振時(shí)， L、 C 電流彼此抵消，因此也稱為電流諧振。 ⑤ 諧振發(fā)生時(shí)， C、 L 中的能量不斷互相轉(zhuǎn)換，二者之間反復(fù)進(jìn)行充放電過程，形成正弦波振蕩 。它利用諧振電路產(chǎn)生正弦波，在正弦波過零時(shí)切換開關(guān)管，從而大大提高了開關(guān)管的控制能力，并減小了電源體積。另外，電源頻率得到大幅度提高。 普通傳統(tǒng)的開關(guān)電源功率因數(shù)在 ，諧振式電源結(jié)合功率因數(shù)校正技術(shù)，功率因數(shù)可以達(dá)到 以上，甚至接近于 1。 這種開關(guān)電源又分為： ① ZCS—— 零電流開關(guān)。 ② ZVS—— 零電壓開關(guān)。 在脈沖調(diào)制電路中，加入 L、 C 諧振電路，使得流過開關(guān)的電流及管子兩端的壓降為準(zhǔn)正弦波。 開關(guān)電源畢業(yè)論文 26 圖 315 電流諧振式開關(guān)電路和電壓諧振式開關(guān)電路 ZCS 電流諧振開關(guān)中， Lr、 Cr 構(gòu)成的諧振電路通過 Lr 的諧振電流通過 S，我們可以控制開關(guān)在電流過零時(shí)進(jìn)行切換。 ZVS 電壓諧振開關(guān)中， Lr、 Cr 構(gòu)成的諧振電路的 Cr 端諧振電壓并聯(lián)到 S，我們可以控制開關(guān)在電壓過零時(shí)進(jìn)行切換。以上兩種電路，由于開關(guān)切換時(shí)，電流、電壓重疊區(qū)很小，所以切換功率也很小。所以又有半波諧振開關(guān)和全波諧振開關(guān)的區(qū)分。下面，我們對(duì)這個(gè)過程做一些分析，以了解諧振開關(guān)的工作原理。如下面兩組圖形所示： 圖 316 L 型零電流諧振開關(guān)（中半波，右全波） S L1 C1 S L1 C1 VD1 S L1 C1 VD1 on off S Is Ts Ton Toff S Us Ts Ic Ui S Lr Cr VD Ic Ui S Lr Cr VD 開關(guān)電源畢業(yè)論文 27 圖 317 M 型零電流諧振開關(guān)（中半波，右全波） 這里的 L1 用于限制 di/dt， C1 用于傳輸能量，在開關(guān) 導(dǎo)通時(shí)，構(gòu)成串聯(lián)諧振。按照 Buck電路的 拓?fù)?結(jié)果，可以得到如下電路： 圖 318 Buck 型準(zhǔn)諧振 ZCS 變換器（ L 型） 圖 319 Buck 型準(zhǔn)諧振 ZCS 變換器（ M 型） 這里，我們分析一下 L 型電路的工作過程。 L2 遠(yuǎn)大于 L1，從 L2 左側(cè)看，可以認(rèn)為流過 L C RL 的輸出電流是一個(gè)恒流源，電流 I0。此時(shí) VD2 C1 0VV??。 由 L1 i 1 /V V L di dt?? ，且 L1 初始電流為 0，有： 1 i 0 1( ) /i V t t L?? (311) 到 t1 時(shí)刻，達(dá)到負(fù)載電流 I0，因此： 此階段持續(xù)時(shí)間： 1 1 0 1 0 i/T t t L I V? ? ? (312) 可以看出，此階段 1i 是時(shí)間的線性函數(shù)。當(dāng)10iI? 時(shí)，將以 10iI? 對(duì) C1 充電， VD2 開始承受正壓， VD2 電流下降并截止。 c 1 1 c 1 1 0/i C dV dt i I? ? ? (313) L 1 1 1 i C 1/V L di dt V V? ? ? (314) 因而： 1 0 c 1 0 1 0 0 1/ * sin * ( )i I i I V Z t t?? ? ? ? ? (315) 其中， c1i 為諧振電流。如為半波開關(guān)，則開關(guān)自行關(guān)斷；如果是全波開關(guān)，開關(guān)關(guān)斷后，將通過 VD1 進(jìn)行阻尼振蕩 ，將電容能量饋送回電源，到時(shí)刻 bt 電流第二次為 0。 VC1在 i1諧振半個(gè)周期， 10iI? 時(shí)，達(dá)最大值。如為半波開關(guān)，則諧振階段結(jié)束。 可以看出諧振階段 at 前， 1i 、 C1V 是時(shí)間的正弦函數(shù)；如為全波開關(guān)，還有一段時(shí)間的阻尼振蕩波。這階段，如考慮電流方向性： 0 1 C1 /I C dV dt?? (317) 故： C1 C1( t2) 0 2 1( ) /V V I t t C? ? ? (318) 因此，這個(gè)階段的 C1V 是時(shí)間的線性函數(shù)，電壓從 C1(t2)V 逐步下降到零。 ④ 續(xù)流階段（ 34tt? ）： 當(dāng)電容放電到零后， VD2 因反壓消失而導(dǎo)通，對(duì) L2 及負(fù)載進(jìn)行續(xù)流，以保持電流 I0連續(xù)。根據(jù)以上導(dǎo)出的各公式，可以得到如下的波形圖： 圖 320 半波 ZCS 開關(guān)波形與全波 ZCS 開關(guān)波形 t t t t t t t t S iL VS VC1 ON ON S iL VS VC1 t0 t1 t3 t4 t0 t1 t3 t4 t2 t2 I