开关电源原理与分析

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1、开关电源原理与分析第一部分稳压电源基础知识稳压电源有两种基本类型：线性稳压电源和开关稳压电源。优缺点：线性稳压电源优点：电路结构简单、工作可靠线性稳压电源缺点：效率低（只有40%－50%）、体积大、铜铁消耗量大，工作温度高及调整范围小等缺点开关稳压电源优点：体积小、效率高（可达85%以上）、稳压范围宽，稳压精度高、不使用电源变压器等特点开关稳压电源缺点：电路结构复杂、不易于维修天关稳压电源在实际应用中具有明显地优点，正为如此，开关式稳压电源已广泛应用于各种电子设备中。1.线性稳压电源原理图1-1：一台标准的线性电源的结构框图电源从市电

2、取得110V或220V交流电压，通过变压器将其转换为低压交流电（例如12V）。接着由一组二极管进行全桥整流，将低压交流电转换为脉动直流。下一步是滤波，由一组电解电容将这个脉动直流波形滤成近似平滑的直流电。经过电解电容滤波的直流波形仍然有小幅波动（这个波动称作纹波），所以还需要一级电压调节提供稳定的输出，使用齐纳二极管或者集成稳压器电路。图1-2：线性电源上各处的电压波形虽然线性电源对于一些低功率应用很适合——例如手机充电器、游戏主机电源就是两个能立刻想到的典型应用；但当需要更大功率时，线性电源的体会变得很大。功率变压器和滤波电容的容量

3、（体积）与输入交流电的频率成反比，也就是说，交流电频率越低，这些元件的尺寸就越大。因为线性电源使用的市电频率是50Hz——这是个非常低的频率，所以变压器和电容会非常大。同样地，使用电力的设备电流需求越高，供应它们的电源就需要越大尺寸的变压器。2.开关电源原理开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的道通与截止．将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压！转化为高频交流电的原因是高频交流在变压器变压电路中的效率要比50Hz高很多．所以开关变压器可以做的很小，而且工作时发热很小.简单地说,开关电源原理

4、是:ꎠꎠ1.交流电源输入经整流滤波成直流;ꎠꎠ2.通过高频PWM(脉冲宽度调制)信号控制开关管,将那个直流加到开关变压器初级上;ꎠꎠ3.开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载;ꎠꎠ4.输出部分通过一定的电路反馈给控制电路,控制PWM占空比,以达到稳定输出的目的.1ꎠꎠ交流电源输入时一般要经过厄流圈一类的东西,过滤掉电网上的干扰,同时也过滤掉电源对电网的干扰;ꎠꎠ在功率相同时,开关频率越高,开关变压器的体积就越小,但对开关管的要求就越高;ꎠꎠ开关变压器的次级可以有多个绕组或一个绕组有多个抽头,以得到需要的输出;ꎠꎠ一般还应该增

5、加一些保护电路,比如空载、短路等保护,否则可能会烧毁开关电源.第二部分开关电源原理第一节：开关电源的基本控制原理一．开关电源的控制结构：一般地，开关电源大致由输入电路、变换器、控制电路、输出电路四个主体组成。如果细致划分，它包括：输入滤波、输入整流、开关电路、采样、基准电源、比较放大、震荡器、V/F转换、基极驱动、输出整流、输出滤波电路等。实际的开关电源还要有保护电路、功率因素校正电路、同步整流驱动电路及其它一些辅助电路等。下面是一个典型的开关电源原理框图，掌握它对我们理解开关电源有重要意义。输入电路变换电路输出电路滤波浪涌抑制整流开

6、关器件变压器整流滤波功率因素校正保护电路基极驱动基准电源震荡器V/F转换比较放大采样电路控制电路图2-1：开关电源的基本结构框图根据控制类型不同，PM（脉冲调制）电路可能有多种形式。这里是典型的PFM结构。二．开关电源的构成原理：（一）输入电路：线性滤波电路、浪涌电流抑制电路、整流电路。作用：把输入电网交流电源转化为符合要求的开关电源直流输入电源。21．线性滤波电路：抑制谐波和噪声。2．浪涌滤波电路：抑制来自电网的浪涌电流。3．整流电路：把交流变为直流。有电容输入型、扼流圈输入型两种，开关电源多数为前者。（二）．变换电路：含开关电路、

7、输出隔离（变压器）电路等，是开关电源电源变换的主通道，完成对带有功率的电源波形进行斩波调制和输出。这一级的开关功率管是其核心器件。1．开关电路驱动方式：自激式、他激式。变换电路：隔离型、非隔离型、谐振型。功率器件：最常用的有GTR、MOSFET、IGBT。调制方式：PWM、PFM、混合型三种。PWM最常用。2．变压器输出分无抽头、带抽头。半波整流、倍流整流时，无须抽头，全波时必须有抽头。（三）．控制电路：向驱动电路提供调制后的矩形脉冲，达到调节输出电压的目的。基准电路：提供电压基准。如并联型基准LM358、AD589，串联型基准AD5

8、81、REF192等。采样电路：采取输出电压的全部或部分。比较放大：把采样信号和基准信号比较，产生误差信号，用于控制电源PM电路。V/F变换：把误差电压信号转换为频率信号。振荡器：产生高频振荡波。基极驱动电路：把调制后的