1、第1页共27页,开关电源设计培训,主讲人：张宝恒,第2页共27页,开关电源设计培训目录：,一、开关电源拓扑电路 二、运算放大器原理与应用 三、晶体管放大原理与电子开关 四、线性电源原理 五、磁性元件 六、高频变压器设计实例,第3页共27页,开关电源设计拓扑电路第一章,主讲人：张宝恒,第4页共27页,今天开始讲的第一章开关电源设计拓朴电路。里面所包括的10种电路模型和公式，都是在电路稳态下的基本公式。后八种电路是在图1图2两种电路的基础上变换的结果。这些公式和模型既有独立性又有连续性，这些是我们学习开关电源的基础。如果我们把这一章的内容看成售楼大厅的沙盘模型，以下几章内容就是构成楼房的砖、瓦、钢
2、筋、水泥和必要的设施。本章参考文献主要是清华大学蔡宣三所著开关电源的原理与设计和人民邮电出版社出版的无线电爱好者丛书集成开关电源的设计制作调试与维修，把这两本书的内容整理提炼的结果。不足之处希望大家提出宝贵建议。,第5页共27页,本章涉及名词解释： 1、周期“T”：人为的把进入开关电源中的直流电压按照时间“秒”平均分割成相同的等份。在1s中完成分割次数的千分之一（ms)KHz表示，如20K、60K、100K等。1次完成的时间叫周期。 2、占空比“D”：在一个周期中电子开关导通的时间占整个周期时间的百分比。如开关电源的周期T是10us(100KHz),电子开关导通的时间是5us,占空比就是5us
3、/10us,把整个周期看成1，占空比就是0.5。 3、电感”L“：在电路电子开关导通时随电源上升线圈中存储能量，在电路电子开关关闭时通过负载释放能量。理想电感本身不消耗能量，是储能元件。 4、变压器：变压器可瞬时地把获得的交变能量通过磁场由初级线圈传递到次级线圈，理想变压器不损耗能量。 5、负载：在电源输出端的电压连接的各类元件、器件、电路、电机等，由于它们的功率大小形成的电流（有效值或瞬时值），电压和电流的比值、阻抗（欧姆）称为负载。,第6页共27页,BUCK,降压电路,第7页共27页,BUCK,图一：降压电路 电感的充放电可以看成一个蓄电池 充放电的过程，因为电感中的电压1.当开关管Q导通
4、时， ,电感导通,电流等于输入电压减去输出电压被电感量相除乘以导通时间。2.当开关管Q断开时，电感释放电流等于输出电压被电感量相除.乘以关断时间,4.降压电路放大倍数等于输出电压比输入电压乘以占空比 由于占空比最大控制在0.8所以降压电路增益小于1.,3.因,在一个周期中电感中的上升电流等于下降电流。,第8页共27页,BOOST,升压电路,第9页共27页,当Q断开时，电感释放电流等于输出电压减去输入电压被电感量相除乘以关断时间,BOOST,当开关管Q导通时，电感电流等于输入电压被电感相除再乘以导通时间,图二：升压电路,升压电路的放大倍数等于1被1占空比除，增益大于1，最大为8倍。,因,在一个周
5、期中电感的上升电流等于下降电流。,第10页共27页,BUCK-BOOST,第11页共27页,BUCK-BOOST,图三：升降压混合电路，把图一、图二相结合图（a):左面降压电路，右面升压电路图（b):用双刀双掷开关代替二极管和开关管，C1实际可以被升压电路LC电路代替，C1可省略图（c):把L1.L2用同一个电感代替,第12页共27页,BUCK-BOOST-2,第13页共27页,BUCK-BOOST-2,图四：升降压电路进一步减化，看图三（C） S1和A接通时，S2接地；S2接B时，S1接地。把图三C电路进一步减化变为一个单刀开关把开关用开关管和二极管代替,第14页共27页,CUK,升降压电路
6、,第15页共27页,CUK,图五：升降压电路的实际应用电路电路中用C1电容器作为输入到输出的主要能量转换元件。,电力电子控制理论的奠基人：古卡,工作过程:一.Q1导通L1充电储能,电容C1向C2充电并向负载放电，并且对L2 充电，CR1二极管由于C1电压作用关断（C1导通两端全为地电位）。 二.Q1关断L1向C1转移能量，C1充电，L2续流导致CR1开通，L2向 C2和负载供电。三.电容C1上电压高于输出电压和输入电压。,第16页共27页,FORWARD,单端正激变换器,第17页共27页,FORWARD,图六：把降压型电路的P-P点加入变压器就成为了单端正激变换器,正激变换器的隔离变压器是纯粹
7、的变压器没有电感储能作用，因此在输出端要附加一个电感器L1做为能量储藏及传送元件，CR3是续流二极管，负责电感能量的反向释放，为防止Q1关断时高压出现，N3和CR1为能量再生回路。正激变换器功率可做到300W以内，并且输出电压调节范围大。,降压电路,加上变压器整流二极管,把开关管放在变压器下面,防止开关管关断时初级线圈产生反电势，高压击穿开关管加入放电电路L3,第18页共27页,TWO SWITCH FORWARD,双正激电路,第19页共27页,TWO SWITCH FORWARD,图七：双正激电路双正激电路只是在单管正激的基础上加了一只管子，Q1.Q2同时导通和关断，为N1提供电源电压，MO
8、S管耐压可以400V左右的。双正激不需要能量回馈线圈，N1在Q1.Q2关断时由CR1.CR2提供放电回路。,第20页共27页,FLYBACK,单端反激电路,第21页共27页,FLYBACK,图八：单端反激电路,由升降压电路变换成的单端反激电路，图4b 特点:电路简单能提供多路输出，缺点是纹波电压较大，这样就限制了功率输出，通常做到150W以下,只能在电压和负载调整率要求不高的场合使用。,图4b,把电感变为变压器,把次级二极管和次级线圈反向，同图b的原理一样,把开关管调到下面，次级变为多路输出,第22页共27页,PUSH-PULL,推挽变换器,第23页共27页,PUSH-PULL,图九：推挽电路
9、,如果把降压电路的O-O到P-P处变为S1、S2两只开关，把Q-Q到M-M变为变压器，使在一个周期中S1、S2各导通50%，在一个周期中二次把Vs变为变压器的磁通转换到次级。公式中 是两倍的,Q1导通时CR2导通，Q2导通时CR1导通使整个T周期除死区外得到全部能量。,同图1,第24页共27页,HALF BRIDGE,半桥变换器,第25页共27页,HALF BRIDGE,图十：半桥电路 公式仝降压电路只加上变压器的匝比半桥变换器：C1、C2将电源电压各分为二分之一，Q1、Q2在一个周期中轮流导通。C1、C2、Q1、Q2组成的桥式电路，对角线接变压器初级半桥变压器的原边开 关管承受的电压幅值是电源电压的一半，最大峰值电压不超过电源电压与推挽式变换器相比电流大两倍，最大功率可做到1000W左右，工作在磁滞回线的一.三相线。,第26页共27页,FULL BRIDGE,全桥变换器,第27页共27页,FULL BRIDGE,图十一：全桥电路 公式仝推挽电路推挽变换器中所有原边开关承受的峰值关断电压是电源电压的2倍（瞬时值更大）全桥电路或半桥电路可使电压峰值减小1倍Q1、Q4同时导通N1初级线圈电流由同名端流向Q4Q3、Q2同时导通N1初级线圈电流由异名端流向Q2Q1、Q4导通时CR5导通，Q3、Q2导通时CR6导通，输出在整个T周期除死区外得到全部能量。,
