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          主回路-開關(guān)電源的分析

          作者: 時(shí)間:2013-07-15 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          隨著各種技術(shù)的發(fā)展,主回路-在各個(gè)產(chǎn)品中應(yīng)用。主回路-中,電流流經(jīng)的通路。主回路一般包含了中的開關(guān)器件、儲能器件、脈沖變壓器、濾波器、輸出整流器、等所有器件,以及供電輸入端和負(fù)載端。開關(guān)電源1是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù),控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率,維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源,開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制IC和MOSFET構(gòu)成。開關(guān)電源和線性電源相比,二者的成本都隨著輸出的增加而增長,但二者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上,反而高于開關(guān)電源,這一點(diǎn)稱為成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新,使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新,這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動(dòng),這為開關(guān)電源提供了廣闊的發(fā)展空間

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/174957.htm

          開關(guān)電源主回路可以分為隔離式與非隔離式兩大類型。

          1. 非隔離式電路的類型:

          非隔離--輸入端與輸出端電氣相通,沒有隔離。

          1.1. 串聯(lián)式結(jié)構(gòu)

          串聯(lián)--在主回路中開關(guān)器件(下圖中所示的開關(guān)三極管T)與輸入端、輸出端、電感器L、負(fù)載RL四者成串聯(lián)連接的關(guān)系。

          開關(guān)管T交替工作于通/斷兩種狀態(tài),當(dāng)開關(guān)管T導(dǎo)通時(shí),輸入端電源通過開關(guān)管T及電感器L對負(fù)載供電,并同時(shí)對電感器L充電,對負(fù)載R繼續(xù)供電,從而保證了負(fù)載端獲得連續(xù)的電流。

          上圖是在圖1-1-a電路的基礎(chǔ)上,增加了一個(gè)整流二極管和一個(gè)LC濾波電路。其中L是儲能濾波電感,它的作用是在控制開關(guān)K接通期間Ton限制大電流通過,C是儲能濾波電容,它的作用是在控制開關(guān)K接通期間Ton把流過儲能電感L的部分電流轉(zhuǎn)化成電荷進(jìn)行存儲,然后在控制開關(guān)K關(guān)斷期間Toff把電荷轉(zhuǎn)化成電流繼續(xù)向負(fù)載R提供能量輸出;D是整流二極管,主要功能是續(xù)流作用,故稱它為續(xù)流二極管,其作用是在控制開關(guān)關(guān)斷期間Toff,給儲能濾波電感L釋放能量提供電流通路。

          在控制開關(guān)關(guān)斷期間Toff,儲能電感L將產(chǎn)生反電動(dòng)勢,流過儲能電感L的電流iL由反電動(dòng)勢eL的正極流出,通過負(fù)載R,再經(jīng)過續(xù)流二極管D的正極,然后從續(xù)流二極管D的負(fù)極流出,最后回到反電動(dòng)勢eL的負(fù)極。

          對于圖1-2,如果不看控制開關(guān)T和輸入電壓Ui,它是一個(gè)典型的反г 型濾波電路,它的作用是把脈動(dòng)電壓通過平滑濾波輸出其平均值。

          串聯(lián)式開關(guān)電源輸出電壓uo的平均值Ua為:

          1.2. 并聯(lián)式結(jié)構(gòu)

          并聯(lián)--在主回路中,相對于輸入端而言,開關(guān)器件與輸出端負(fù)載成并聯(lián)連接的關(guān)系。

          開關(guān)管T交替工作于通/斷兩種狀態(tài),當(dāng)開關(guān)管T導(dǎo)通時(shí),輸入端電源通過開關(guān)管T對電感器L充電,同時(shí)續(xù)流二極管D關(guān)斷,負(fù)載R靠電容器存儲的電能供電;當(dāng)開關(guān)管T關(guān)斷時(shí),續(xù)流二極管D導(dǎo)通,輸入端電源電壓與電感器L中的自感電動(dòng)勢正向疊加后,通過續(xù)流二極管D對負(fù)載R供電,并同時(shí)對電容器C充電。

          由此可見,并聯(lián)式結(jié)構(gòu)中,可以獲得高于輸入電壓的輸出電壓,因此為升壓式變換。并且為了獲得連續(xù)的負(fù)載電流,并聯(lián)結(jié)構(gòu)比串聯(lián)結(jié)果對輸出濾波電容C的容量有更高的要求。例如boots拓?fù)湫偷拈_關(guān)電源就是屬于并聯(lián)型式的開關(guān)電源。

          并聯(lián)開關(guān)電源輸出電壓Uo為:

          boots拓?fù)漭敵鲭妷篣o:Uo=Ui(1+D/1-D)=Ui(1/1-D)(D 為占空比)

          1.3.極性反轉(zhuǎn)型變換器結(jié)構(gòu)(inverting)

          極性反轉(zhuǎn)--輸出電壓與輸入電壓的極性相反。電路的基本結(jié)構(gòu)特征是:在主回路中,相對于輸入端而言,電感器L與負(fù)載成并聯(lián)。(也是串聯(lián)式開關(guān)電源的一種,一般又稱為反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關(guān)電源)

          這種反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關(guān)電源與一般串聯(lián)式開關(guān)電源的區(qū)別是,這種反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關(guān)電源輸出的電壓是負(fù)電壓,正好與一般串聯(lián)式開關(guān)電源輸出的正電壓極性相反;并且由于儲能電感能產(chǎn)生電感作用的元件統(tǒng)稱為電感原件,常常直接簡稱為電感。電感器在電子制作中雖然使用得不是很多,但它們在電路中同樣重要。我們認(rèn)為電感器和電容器一樣,也是一種儲能元件,它能把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榇艌瞿埽⒃诖艌鲋袃Υ婺芰俊?/p>

          L只在開關(guān)K關(guān)斷時(shí)才向負(fù)載輸出電流,因此,在相同條件下,反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關(guān)電源輸出的電流比串聯(lián)式開關(guān)電源輸出的電流小一倍。

          開關(guān)管T交替工作于通/斷兩種狀態(tài),工作過程與并聯(lián)式結(jié)構(gòu)相似,當(dāng)開關(guān)管T導(dǎo)通時(shí),輸入端電源通過開關(guān)管T對電感器L充電,同時(shí)續(xù)流二極管D關(guān)斷,并同時(shí)對電容器C充電;由于續(xù)流二極管D的反向極性,使輸出端獲得相反極性的電壓輸出。

          反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關(guān)電源輸出電壓Uo為:

          由(1-27)式可以看出,反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關(guān)電源輸出電壓與輸入電壓與開關(guān)接通的時(shí)間成正比,與開關(guān)關(guān)斷的時(shí)間成反比。

          2. 隔離式電路的類型:

          隔離--輸入端與輸出端電氣不相通,通過脈沖變壓器的磁偶合方式傳遞能量,輸入輸出完全電氣隔離。

          2.1. 單端正激式 single Forward Converte

          r(又叫單端正激式變壓器開關(guān)電源 )

          單端--通過一只開關(guān)器件單向驅(qū)動(dòng)脈沖變壓器;

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