开关电源学习介绍

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1、引言电源有如人类的心脏，是所有电设备的动力，但电源却不象心脏那样形式单一。因为，标志电源特性的参数有电压、功率、频率、噪声及所带负载参数的变化等；在同一参数要求下，又有体积、重量、形态、功率、可靠性等指标。人们可按此去“塑造”和完美电源，因此电源的形式是极多的。在有些情况下，一般电力要经过转换才能符合使用的需要。例如，交流转换成直流，高电压转换成低电压等。这一过程有人形象地比喻为“粗电”炼成“精电”，“粗电”炼成“精电”才好使用。按照电力电子地习惯称谓，AC-DC（理解为AC转换成DC，其中AC表示交流电，DC表示直流电）称为整流（包括整流及离线式交换），DC-AC成为逆变，AC

2、-AC称为交流-交流变频（同时也变压），DC-DC称为直流-直流变换。为达到转换目的，手段是多样的。20世纪60年代前，研发了半导体器件，并以此器件为主实现这些变换。电力电子学科从此形成并有了30年的迅速发展。所以，广义地说，凡用半导体功率器件做开关，将一种电源形态转变为另一种形态的主电路都叫做开关变换器电路；转变时用自动控制闭环稳定输出并有保护环节则称开关稳压电源（简称开关电源）。开关电源主要组成部分时DC-DC变换器，因为它是转换的核心，涉及频率变换。目前DC-DC变换中所用的频率提高最快，它在提高频率中碰到的开关过程、损失机制，为提高效率而采用的方法，也可作为其它转换方法参

3、考。第一章开关电源的概述1.1开关电源的发展史1955年美国的科学家罗耶（G.H.Royer）首先研制成功了利用磁芯的饱和来进行自激振荡的晶体管直流变换器。此后，利用这一技术的各种形式的精益求精直流变换器不断地被研制和涌现出来，从而取代了早期采用的寿命短、可靠性差、转换效率低的旋转和机械振子示换流设备。由于晶体管直流变换器中的功率晶体管工作在开关状态，所以由此而制成的稳压电源输出的组数多、极性可变、效率高、体积小、重量轻，因而当时被广泛地应用于航天及军事电子设备。由于那时的微电子设备及技术十分落后，不能制作出耐压高、开关速度较高、功率较大的晶体管，所以这个时期的直流变换器只能采用

4、低电压输入，并且转换的速度也不能太高。60年代，由于微电子技术的快速发展，高反压的晶体管出现了，从此直流变换器就可以直接由市电经整流、滤波后输入，不再需要工频变压器降压了，从而极大地扩大了它的应用范围,并在此基础上诞生了无工频降压变压器的开关电源。省掉了工频变压器，又使开关电源的体积和重量大为减小，开关电源才真正做到了效率高、体积小、重量轻。70年代以后，与这种技术有关的高频，高反压的功率晶体管、高频电容、开关二极管、开关变压器的铁芯等元件也不断地研制和生产出来，使无工频变压器开关电源得到了飞速的发展，并且被广泛地应用于电子计算机、通信、航天、彩色电视机等领域，从而使无工频变压器

5、开关电源成为各种电源的佼佼者。1.2开关电源类型和原理现在，电子技术和应用迅速地发展，对电子仪器和设备的要求是：性能上，更加安全可靠，在功能上，不断地增加。在使用上自动化程度越来越高。在体积上，要日趋小型化。这使采用具有众多优点的开关电源就显得更加重要了。所以，开关电源在计算机、通信、航天、彩色电视等方面都得到了越来越广泛的应用，发挥了巨大的作用，这大大促进了开关电源的发展，从事这方面研究和生产的人员也在不断地增加，开关电源的品种和类型也越来越多。下面的组图给出了各种类型开关电源的原理图。(1)按储能电感与负载的连接方式划分 串联型储能电感串联在输入与输出电压之间，电路形式如图1

6、-1所示。 并联型  储能电感并联在输入与输出电压之间，电路形式如图1-2所示。(2)按开关晶体管的类型划分 晶体管型采用晶体管作为开关管，电路形式如图1-4所示。 可控硅型采用可控硅作为开关管，这种电路的特点是直接输入交流电，不需要一次整流部分，其电路形式如图1-3所示。(3)按激励方式划分 他激式电路中转设激励信号的振荡器，电路形式如图1-5所示。 自激式开关管兼作振荡器中的振荡管，电路形式如图1-6所示。(4)按开关管电流的工作方式划分 开关型用开关晶体管把直流变成高频标准方波，电路形式类似于他激式。 谐振型开关晶体管与LC谐振回路将直流变成标准正弦波，电路形式类似于自激式

7、。(5)按调制方式划分 脉宽调制型振荡频率保持不变，通过改变脉冲宽度来改变和调节输出电压的大小，有时通过取样电路、耦合电路等构成反馈闭环回路，来稳定输出电压的幅度。 频率调制型占空比保持不变，通过改变振荡器的振荡频率来调节和稳定输出电压的幅度。 混合调制型通过调节导通时间的振荡频率来完成调节和稳定输出电压幅度的目的。(6)按工作方式划分 可控整流型所谓可控整流型开关电源，是指采用可控硅整流元件作为调整开关管，可由交流市电电网直接供电，也可用变压器变压后供电。（这种供电方式在开关电