开关电源的拓扑结构

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时间:2018-11-02

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1、主回路—开关电源中,功率电流流经的通路。主回路一般包含了开关电源中的开关器件、储能器件、脉冲变压器、滤波器、输出整流器、等所有功率器件,以及供电输入端和负载端。  开关电源(直流变换器)的类型很多,在研究开发或者维修电源系统时,全面了解开关电源主回路的各种基本类型,以及工作原理,具有极其重要的意义。  开关电源主回路可以分为隔离式与非隔离式两大类型。  1.非隔离式电路的类型:  非隔离——输入端与输出端电气相通,没有隔离。  1.1.串联式结构  串联——在主回路中开关器件(下图中所示的开关三极管T)与输入端、输出端、

2、电感器L、负载RL四者成串联连接的关系。  开关管T交替工作于通/断两种状态,当开关管T导通时,输入端电源通过开关管T及电感器L对负载供电,并同时对电感器L充电,当开关管T关断时,电感器L中的反向电动势使续流二极管D自动导通,电感器L中储存的能量通过续流二极管D形成的回路,对负载R继续供电,从而保证了负载端获得连续的电流。    串联式结构,只能获得低于输入电压的输出电压,因此为降压式变换。例如buck拓扑型开关电源就是属于串联式的开关电源http://www.eetrend.com/blog/100019740  上图

3、是在图1-1-a电路的基础上,增加了一个整流二极管和一个LC滤波电路。其中L是储能滤波电感,它的作用是在控制开关K接通期间Ton限制大电流通过,防止输入电压Ui直接加到负载R上,对负载R进行电压冲击,同时对流过电感的电流iL转化成磁能进行能量存储,然后在控制开关T关断期间Toff把磁能转化成电流iL继续向负载R提供能量输出;C是储能滤波电容,它的作用是在控制开关K接通期间Ton把流过储能电感L的部分电流转化成电荷进行存储,然后在控制开关K关断期间Toff把电荷转化成电流继续向负载R提供能量输出;D是整流二极管,主要功能是

4、续流作用,故称它为续流二极管,其作用是在控制开关关断期间Toff,给储能滤波电感L释放能量提供电流通路。  在控制开关关断期间Toff,储能电感L将产生反电动势,流过储能电感L的电流iL由反电动势eL的正极流出,通过负载R,再经过续流二极管D的正极,然后从续流二极管D的负极流出,最后回到反电动势eL的负极。  对于图1-2,如果不看控制开关T和输入电压Ui,它是一个典型的反г型滤波电路,它的作用是把脉动直流电压通过平滑滤波输出其平均值。  串联式开关电源输出电压uo的平均值Ua为:   1.2.并联式结构  并联——在主

5、回路中,相对于输入端而言,开关器件(下图中所示的开关三极管T)与输出端负载成并联连接的关系。  开关管T交替工作于通/断两种状态,当开关管T导通时,输入端电源通过开关管T对电感器L充电,同时续流二极管D关断,负载R靠电容器存储的电能供电;当开关管T关断时,续流二极管D导通,输入端电源电压与电感器L中的自感电动势正向叠加后,通过续流二极管D对负载R供电,并同时对电容器C充电。    由此可见,并联式结构中,可以获得高于输入电压的输出电压,因此为升压式变换。并且为了获得连续的负载电流,并联结构比串联结果对输出滤波电容C的容量

6、有更高的要求。例如boots拓扑型的开关电源就是属于并联型式的开关电源。  并联开关电源输出电压Uo为:    boots拓扑输出电压Uo:Uo=Ui(1+D/1-D)=Ui(1/1-D)(D为占空比)  1.3.极性反转型变换器结构(inverting)  极性反转——输出电压与输入电压的极性相反。电路的基本结构特征是:在主回路中,相对于输入端而言,电感器L与负载成并联。(也是串联式开关电源的一种,一般又称为反转式串联开关电源)    开关管T交替工作于通/断两种状态,工作过程与并联式结构相似,当开关管T导通时,输入端

7、电源通过开关管T对电感器L充电,同时续流二极管D关断,负载RL靠电容器存储的电能供电;当开关管T关断时,续流二极管D导通,电感器L中的自感电动势通过续流二极管D对负载RL供电,并同时对电容器C充电;由于续流二极管D的反向极性,使输出端获得相反极性的电压输出。  反转式串联开关电源输出电压Uo为:    由(1-27)式可以看出,反转式串联开关电源输出电压与输入电压与开关接通的时间成正比,与开关关断的时间成反比。  2.隔离式电路的类型:  隔离——输入端与输出端电气不相通,通过脉冲变压器的磁偶合方式传递能量,输入输出完全

8、电气隔离。  2.1.单端正激式singleForwardConverter(又叫单端正激式变压器开关电源)  单端——通过一只开关器件单向驱动脉冲变压器;  正激式:就是只有在开关管导通的时候,能量才通过变压器或电感向负载释放,当开关关闭的时候,就停止向负载释放能量。目前属于这种模式的开关电源有:串联式开关电源,b

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