电路与模拟电子技术原理 教学课件 作者 胡世昌 第11章2开关电源.ppt

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1、电路与模拟电子技术原理第十一章直流稳压电源03:51:241线性稳压电源优缺点总结线性稳压电源有着结构简单、元件少、纹波小的优点，也存在笨重、损耗大、稳压能力小的缺点。对输入的交流电源来说，线性稳压电源的典型转换效率为50%左右，典型的输入电压允许波动范围是±10%。03:51:242第11章直流稳压电源11.1整流-滤波电源11.2线性稳压电源11.3开关稳压电源11.4电容变压电路11.5无变压器直流变压电路的设计思路分析03:51:243解决之道线性稳压电源存在笨重、损耗大、稳压范围小等问题，要解决笨重的问题，就必须去掉工频变压器；要解决损耗大、稳压范围小的问题，就必须去

2、掉调整管，但是去掉了调整管，串联稳压电路也就不存在了。已经退回到直流稳压电源的起点——最基本的整流-滤波电源。03:51:244新问题不用工频变压器，如何降压？不用调整管，如何稳压？03:51:24511.3开关稳压电源11.3.1高频变压器和开关管：降压与逆变11.3.2电压负反馈调整占空比：稳压11.3.3非隔离型开关变换器03:51:246用高频变压器降压不用工频变压器，如何降压？采用高频变压器替代工频变压器。高频变压器可以减小甚至不用磁芯，原、副边绕组的匝数也大为减少，所以它的体积小、重量轻。但是高频变压器必须工作在高频，引发第二个问题：高频电从哪里来？03:51:247

3、高频电从哪里来利用晶体管作为电子开关，把直流电变为高频电。03:51:248直流-直流变换器高频方波电压u1经高频变压器降压后，成为低压高频方波电压u2，u2再经过进一步的整流滤波电路之后，就得到了降压后的直流电压Uo。这种能够实现不同等级直流电压之间变换的电路，叫做直流-直流变换器（DC-DCconverter）。03:51:249方波从何处来？答案是使用方波振荡器。构造方波振荡器比构造正弦波振荡器还要简单，因为它无需稳幅，只要选频和正反馈就足够了。由于正弦波振荡器的输出幅度受限于振荡电路的最大输出值，所以强烈正反馈将使波形的上下被削平，而被削平了上下限的正弦波实际上就是方波。

4、03:51:241011.3.2电压负反馈调整占空比：稳压不用工频变压器，如何降压？开关管产生高频高频变压器降压整流滤波成直流不用调整管，如何稳压？还是老办法——电压负反馈。03:51:2411怎样负反馈Uo既与u2的幅值成正比，也与u2的占空比成正比电网电压增加时，降低占空比；电网电压降低时，增加占空比，这就是稳定Uo所用的负反馈。改变u2的幅值或占空比，都能改变输出电压Uo的值。03:51:2412脉冲宽度调制改变u2的占空比，就是要改变晶体管T的饱和与截止时间；要改变T管的饱和与截止时间，又必须改变施加到T管基极上的方波电压信号uP的占空比。于是问题就变成了：能否找到一个方

5、案，把输出电压Uo的变化转变为方波电压信号uP占空比的变化。调整占空比也叫做脉冲宽度调制（PulseWidthModulation）。03:51:2413开关稳压电源的典型原理图03:51:2414开关稳压电源的优缺点理论上讲，脉冲宽度可以在整个周期内调整，即占空比可以从0调整到1，所以开关稳压电源的调整能力更大。开关稳压电源的结构比较复杂、纹波电压比线性稳压电源要大，但具有重量轻、效率高、稳压范围大的特点。它转换效率的典型值能达到70%~80%。03:51:2415隔离型变换器图11-19所示电路又称为隔离型变换器，它利用变压器或光电耦合器件实现高压电路与低压电路之间的隔离。变

6、压器前边的电路称为初级电路，后面的部分称为次级电路，改变变压器的匝数比，就可以改变初次、次级电压的比值，不仅可以实现直流降压，也可以实现直流升压。03:51:241611.3.3非隔离型开关变换器开关变压器的存在给电源的设计带来了很大方便，但是与整流器件相比，它的体积还是很大，功耗也不算小，价格还显得很高。如果更关心这些问题，而且高压电路与低压电路不必隔离的场合，就可以取消变压器。03:51:24171．直流降压开关变换器（BuckRegulator）Buck型变换器的直流输出电压总是低于直流输入电压。03:51:2418BuckRegulator开关管导通时，二极管D截止，直流

7、输入电压Ui经电感L输出到负载。因为电感电流不能跃变，所以电感电流将逐渐上升，根据法拉第定律可知，此时电感L本身的感应电压左正右负，电感分压的结果，使输出电压Uo要小于输入电压Ui。同时电容C被充电到与Uo相同的水平。03:51:2419BuckRegulator开关管截止时，电感电流从上升转为下降，导致感应电压反向，变为左负右正，二极管D导通，电感L、电容C都通过负载RL放电，从而维持输出电压基本不变。此时输出电压Uo依然小于输入电压Ui。03:51:24202．直流升压开关变