高频开关型电源

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1、.高频开关型电源一、高频开关型电源的基本原理调整管工作于开关状态，输入电源或负载变化时，改变控制信号的脉冲宽度或频率，即可改变调整管的导通时间，从而使输出电压稳定不变。调整管导通时，两端的电压接近于零，导通功耗小；关断时，流过的电流基本上为零，关断功耗非常小，因此效率很高，已达到90％以上。为了提高开关电源的工作频率，谐振型开关电源受到普遍重视。目前通信用谐振型开关稳压电源的工作频率已达400kHz。由于工作频率大大提高，直流变换器中的变压器、滤波电感和电容的体积和重量大大减小，功率密度可达0.37W/cm3。相控只能

2、达0.043W/cm3。相同条件下，开关电源的体积只有相控的20％。1、主器件1）功率开关器件：开关管主要采用MOSFET。M、O、S金属、氧化物、半导体(MetalOxideSemiconductoe)F、E、T场、效应、晶体管(FieldEffectTransistor)；是电压控制型，需要在G、S极间有一定的电压VGS或－VGS，产生相应的漏极电流ID或－ID。N管的导通条件：VG＞VS、VGS=0.45-3V，N管才导通。VGS越大，ID越大；P管的导通条件：VG＜VS、－VGS=0.45-3V，P管才导通。－

3、VGS越大－ID越大。它的优点是少数载流子导电，开关速度快，几百kHz均可应用；输入阻抗高，驱动功率小；漏-源间的通态电阻为正温度系数，可直接多管并联，无需加均流措施。它的缺点是饱和压降较高。现在已采用一种新型的开关组合方式——MOSFET和IGBT并联，可解决饱各压降较高的问题，同时满足容量大，损耗小的要求。2）高频变压器：磁心采用铁氧体或非晶态材料。3）整流二极管：采用快恢复软特性二极管。4）高频电容：要求等效串联电阻小，峰值电流要适当大，发热少，温升低，便于多个并联。对于电容量来讲，使用频率越高，表的容量越小，电

4、容器两端的直流电压与交流峰值电压之和需小于浪涌电压额定值。一般来讲应具有：耐高的纹波电压、耐高温、耐高的峰值电流、小型化、高频化。选择合适的高频电容器就能保证整流器的工作寿命长。2、高频开关型电源的组成相控型整流器，虽然效率较高，但是由于工作频率很低，所以变压器和滤波元件的体积和重量较大，随着通信技术的高速发展，传统的相控型整流电源逐渐被高频开关型电源所取代。高频开关型整流器通常由工频滤波电路、工频整流电路、功率因数校正电路、直流—直流变换器和输出滤波器等部分组成，如图2-16所示，众所周知，在输出功率一定的条件下，变

5、压器铁芯的截面积与频率成反比。当工作频率由相控型电源的50Hz提高到开关电源的50kHz时，频率升高了1000倍，因此铁芯的截面积将大大减小，重量也大大减轻。与传统的相控型整流电源相比，开关型电源不仅可省去笨重的工频变压器，而且滤波电感的体积和重量也因工作频率提高而大大减小，所需滤波电容的容量也可大大减小。例如48V/1200A开关型电源的重量为320kg，功率因数为0.99，效率为90％，同容量的相控型电源的重量为1752kg，功率因数小于0.7，效率也在70％以下。...图2-16开关型稳压电源的基本组成3、高频开

6、关型电源的分类高频开关型电源的主要组成部分是直流—直流变换器，根据直流—直流变换器的工作原理，开关型稳压电源可分为PWM(脉宽调制)型开关稳压电源和谐振型开关稳压电源。根据输入电路和输出电路的关系，直流变换器可分为不隔离式变换器和隔离式变换器。在不隔离式变换器中，根据输出电压与输入电压的关系，又可分为升压型变换器、降压型变换器和反相型变换器。在隔离式变换器中，根据变换器电路的结构，又可分为单端反激变换器、单端正激变换器、推挽式变换器、半桥式变换器和全桥变换器。二、功率变换电路PWM型开关电源功率转换电路有推挽、全桥、半

7、桥以及单端反激、单端正激等，下面分别介绍。1、推挽式功率转换电路推挽式功率转换电路如图2-2所示。高压开关管BG1、BG2由驱动电路控制基极，以PWM方式激励而交替通断，输入直流电压被变换成高频方波交流电压。当BG1导通时，输入电源电压E通过BG1施加到高频变压器B1的原边绕组N1，由于变压器具有二个匝数相等的主绕组N1，故在BG1导通时，在截止晶体管BG2上将施加两倍电源电压(即2E)。当基极激励消失时，一对高压开关管均截止，它们的集电极施加电压均为E。当下半个周期，BG2被激励导通，截止晶体管BG1上施加2E的电压

8、，接着又是两晶体管都截止的时期，VCE1和VCE2均为E。下一个周期重复上述过程。在晶体管导通过程中，集电极电流除负载电流成分外，还包含有输出电容器的充电电流和高频变压器的励磁电流，它们均随导通脉冲宽度的增加而线性地上升。这便是高压开关管稳态运行时集电极电压和电流的基本规律，其波形亦如图2-17所示。在开关的暂态过程中，由于高频变