1、开关电源原理与设计说明1本文档有 better 在创新网上摘抄整理，学习word 使用，如涉及版权，请及时删除。供大家学习使用。网友整里，感谢整里者的努力。开关电源原理与设计目录1一、 (连载 01)开关电源的基本工作原 理 .1二、 (连载 02)串联式开关电源输出电压滤波电路 .4三、 (连载 03)串联式开关电源储能滤波电感的计算 .10四、 (连载 04)串联式开关电源储能滤波电容的计算 .12五、 (连载 05)反转式串联开关电源 .16六、 (连载 06)反转式串联开关电源储能电感的计算 .21七、 (连载 07)反转式串联开关电源储能滤波电容的计算 .23八、 (连载 08)并联
2、式开关电源的工作原理 .25九、 (连载 09)并联式开关电源输出电压滤波电路 .28十、 (连载 10)并联开关电源储能电感的计算 .33十一、 (连载 11)单激式变压器开关电源 .36十二、 (连载 12)单激式变压器开关电源工作原理 .四十十三、 (连载 13)正激式变压器开关电源 .46十四、 (连载 14)正激式变压器开关电源的优缺点 .51十五、 (连载 15)正激式变压器开关电源电路参数的计算 .55十六、 (连载 16)正激式开关电源变压器参数的计算 .57十七、 (连载 17)正激式开关电源变压器初、次级线圈匝数比的计算 .60十八、 (连载 18)反激式变压器开关电源 p
3、art1 .62十九、 (连载 19)反激式变压器开关电源 part2 .66二十、 (连载 20)开关电源电路的过渡过程 part1 .70二十一、 (连载 21)开关电源电路的过渡过程 part2 .74二十二、 (连载 22)反激式变压器开关电源电路参数计算 .78二十三、 (连载 23)反激式开关电源变压器参数的计算 .81二十四、 (连载 24)反激式开关电源变压器初级线圈电感量的计算 .83二十五、 (连载 25)反激式变压器开关电源的优缺点 .86二十六、 (连载 26)双激式变压器开关电源 part1 .88二十七、 (连载 27)双激式变压器开关电源 part2 .92二十八
4、、 (连载 28)整流输出推挽式变压器开关电源 .99二十九、 (连载 29)推挽式变压器开关电源储能滤波电感、电容参数的计算 .106三十、 (连载 30)推挽式变压器开关电源储能滤波电容参数的计算 .110三十一、 (连载 31)推挽式开关电源变压器参数的计算 .112三十二、 (连载 32)推挽式开关电源的优缺点 .116三十三、 (连载 33)半桥式变压器开关电源 .119三十四、 (连载 34)交流输出半桥式变压器开关电源 part1 .122三十五、 (连载 35)交流输出半桥式变压器开关电源 part2 .126三十六、 (连载 36)交流输出单电容半桥式变压器开关电源 part
5、1 .131三十七、 (连载 37)交流输出单电容半桥式变压器开关电源 part2 .134三十八、 (连载 38)单电容半桥式变压器开关电源输出电压 .137三十九、 (连载 39)整流输出半桥式变压器开关电源 .142开关电源不能没有负载，或输出负载太轻。开关电源输出电压或功 .144四十、 (连载 40)半桥式开关电源储能滤波电感、电容参数的计算 .146四十一、 (连载 41)半桥式开关电源变压器参数的计算 .149四十二、 (连载 42)半桥式变压器开关电源的优缺点 .152四十三、 (连载 43)全桥式变压器开关电源 .154开关电源原理与设计目录2四十四、 (连载 44)整流输出
6、全桥式变压器开关电源 .160四十五、 (连载 45)全桥式开关电源变压器参数的计算 .163四十六、 (连载 46)全桥式变压器开关电源的优缺点 .165四十七、 (连载 47)开关电源主要器件之开关电源变压器 .168四十八、 (连载 48)开关变压器的工作原理 .171四十九、 (连载 49)脉冲序列对单激式开关电源变压器铁芯的磁化 part1 .173五十、 (连载 50)脉冲序列对单激式开关电源变压器铁芯的磁化 part2 .176五十一、 (连载 51)变压器铁芯的初始磁化曲线 .180五十二、 (连载 52)单激式开关电源变压器的伏秒容量与初级线圈匝数的计算 .183五十三、 (
7、连载 53)单脉冲序列对双激式开关电源变压器铁心的磁化 .186五十四、 (连载 54)双激式开关电源变压器伏秒容量与初级线圈匝数的计算 .191五十五、 (连载 55)各种波形电源变压器初级线圈匝数的计算 .192五十六、 (连载 56)双激式开关电源变压器存在的风险 .195五十七、 (连载 57)开关电源变压器磁滞损耗分析-part1 .198五十八、 (连载 58)开关电源变压器磁滞损耗分析part2 .201五十九、 (连载 59)开关电源变压器铁芯磁滞回线测量 part1 .206六十、 (连载 60)开关电源变压器铁芯磁滞回线测量 part2 .207六十一、 (连载 61)开关
8、电源变压器涡流损耗分析part1 .212六十二、 (连载 62)开关电源变压器涡流损耗分析part2 .218六十三、 (连载 63)开关电源变压器铁芯气隙的选取 .223六十四、 (连载 64)单激式变压器铁芯磁滞损耗、涡流损耗的测量 part1 .226六十五、 (连载 65)单激式变压器铁芯磁滞损耗、涡流损耗的测量 part2 .230六十六、 (连载 66)双激式变压器铁芯磁滞损耗、涡流损耗的测量 .234六十七、 (连载 67)变压器铁芯脉冲导磁率与平均导磁率的测量 .238六十八、 (连载 68)开关变压器的有效导磁率 .240六十九、 (连载 69)开关电源变压器的漏感 .24
9、3七十、 (连载 70)线圈电感量的计算 part1 .248七十一、 (连载 71)线圈电感量的计算 part2 .251七十二、 (连载 72)开关电源变压器的分布电容 part1 .257七十三、 (连载 73)开关电源变压器的分布电容 part2 .260七十四、 (连载 74)漏感与分布电容对输出波形的影响 part1 .263七十五、 (连载 75)漏感与分布电容对输出波形的影响 part2 .265七十六、 (连载 76)漏感与分布电容对输出波形的影响 part3 .271七十七、 (连载 77)开关变压器伏秒容量的测量 part1 .276七十八、 (连载 78)开关变压器伏秒
10、容量的测量 part2 .279七十九、 (连载 79)开关变压器伏秒容量的测量 .285八十、 (连载 80)开关变压器伏秒容量的意义 .291八十一、 (连载 81)开关变压器伏秒容量测量举例 .294八十二、 (连载 82)开关变压器伏秒容量测量举例 part2 .298八十三、 (连载 83)开关变压器的消磁方法 .301开关电源原理与设计-开关电源的基本工作原理(01)1一、 (连载 01)开关电源的基本工作原理星期二, 04/14/2009 - 14:46 陶显芳 因为近日很多人在向我咨询有关开关电源设计知识，这里将我撰写的开关电源原理与设计一书在电子创新网上首发，希望给设计开关电
11、源的工程师朋友一点帮助，我会以连载的形式发布此书，欢迎提出改进建议！第一章 开关电源的基本工作原理1-1几种基本类型的开关电源顾名思义，开关电源就是利用电子开关器件(如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等)，通过控制电路，使电子开关器件不停地“接通”和“关断”，让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现DC/AC、DC/DC 电压变换，以及输出电压可调和自动稳压。开关电源一般有三种工作模式：频率、脉冲宽度固定模式，频率固定、脉冲宽度可变模式，频率、脉冲宽度可变模式。前一种工作模式多用于 DC/AC 逆变电源，或 DC/DC 电压变换；后两种工作模式多用于开关稳压电源。另外，开关电源输出电压也有
12、三种工作方式：直接输出电压方式、平均值输出电压方式、幅值输出电压方式。同样，前一种工作方式多用于 DC/AC 逆变电源，或 DC/DC 电压变换；后两种工作方式多用于开关稳压电源。根据开关器件在电路中连接的方式，目前比较广泛使用的开关电源，大体上可分为：串联式开关电源、并联式开关电源、变压器式开关电源等三大类。其中，变压器式开关电源(后面简称变压器开关电源)还可以进一步分成：推挽式、半桥式、全桥式等多种；根据变压器的激励和输出电压的相位，又可以分成：正激式、反激式、单激式和双激式等多种；如果从用途上来分，还可以分成更多种类。下面我们先对串联式、并联式、变压器式等三种最基本的开关电源工作原理进行
13、简单介绍，其它种类的开关电源也将逐步进行详细分析。开关电源原理与设计-开关电源的基本工作原理(01)21-2串联式开关电源1-2-1串联式开关电源的工作原理图 1-1-a 是串联式开关电源的最简单工作原理图，图 1-1-a 中 Ui 是开关电源的工作电压，即：直流输入电压；K 是控制开关，R 是负载。当控制开关 K 接通的时候，开关电源就向负载 R 输出一个脉冲宽度为 Ton，幅度为 Ui 的脉冲电压 Up；当控制开关 K 关断的时候，又相当于开关电源向负载R 输出一个脉冲宽度为 Toff，幅度为 0 的脉冲电压。这样，控制开关 K 不停地“接通”和“关断”，在负载两端就可以得到一个脉冲调制的
14、输出电压 uo 。图 1-1-b 是串联式开关电源输出电压的波形，由图中看出，控制开关 K 输出电压 uo 是一个脉冲调制方波，脉冲幅度 Up 等于输入电压 Ui，脉冲宽度等于控制开关 K 的接通时间 Ton，由此可求得串联式开关电源输出电压 uo 的平均值 Ua 为：开关电源原理与设计-开关电源的基本工作原理(01)3串联式开关电源输出电压 uo 的幅值 Up 等于输入电压 Ui，其输出电压 uo 的平均值 Ua 总是小于输入电压 Ui，因此，串联式开关电源一般都是以平均值 Ua 为变量输出电压。所以，串联式开关电源属于降压型开关电源。串联式开关电源也有人称它为斩波器，由于它工作原理简单，工
15、作效率很高，因此其在输出功率控制方面应用很广。例如，电动摩托车速度控制器以及灯光亮度控制器等，都是属于串联式开关电源的应用。如果串联式开关电源只单纯用于功率输出控制，电压输出可以不用接整流滤波电路，而直接给负载提供功率输出；但如果用于稳压输出，则必须要经过整流滤波。串联式开关电源的缺点是输入与输出共用一个地，因此，容易产生 EMI 干扰和底板带电，当输入电压为市电整流输出电压的时候，容易引起触电，对人身不安全。开关电源原理与设计-串联式开关电源输出电压滤波电路(02)4二、 (连载 02)串联式开关电源输出电压滤波电路星期三, 04/15/2009 - 10:36 陶显芳 1-2-2串联式开关
16、电源输出电压滤波电路大多数开关电源输出都是直流电压，因此，一般开关电源的输出电路都带有整流滤波电路。图 1-2是带有整流滤波功能的串联式开关电源工作原理图。图 1-2 是在图 1-1-a 电路的基础上，增加了一个整流二极管和一个 LC 滤波电路。其中 L 是储能滤波电感，它的作用是在控制开关 K 接通期间 Ton 限制大电流通过，防止输入电压 Ui 直接加到负载R 上，对负载 R 进行电压冲击，同时对流过电感的电流 iL 转化成磁能进行能量存储，然后在控制开关 K 关断期间 Toff 把磁能转化成电流 iL 继续向负载 R 提供能量输出；C 是储能滤波电容，它的作用是在控制开关 K 接通期间
17、Ton 把流过储能电感 L 的部分电流转化成电荷进行存储，然后在控制开关 K 关断期间 Toff 把电荷转化成电流继续向负载 R 提供能量输出；D 是整流二极管，主要功能是续流作用，故称它为续流二极管，其作用是在控制开关关断期间 Toff，给储能滤波电感 L 释放能量提供电流通路。在控制开关关断期间 Toff，储能电感 L 将产生反电动势，流过储能电感 L 的电流 iL 由反电动势 eL的正极流出，通过负载 R，再经过续流二极管 D 的正极，然后从续流二极管 D 的负极流出，最后回到反电动势 eL 的负极。对于图 1-2，如果不看控制开关 K 和输入电压 Ui，它是一个典型的反 型滤波电路，它
18、的作用是把脉动直流电压通过平滑滤波输出其平均值。开关电源原理与设计-串联式开关电源输出电压滤波电路(02)5图 1-3、图 1-4、图 1-5 分别是控制开关 K 的占空比 D 等于 0.5、 0.5 时，图 1-2 电路中几个关键点的电压和电流波形。图 1-3-a)、图 1-4-a)、图 1-5-a)分别为控制开关 K 输出电压 uo 的波形；图 1-3-b)、图 1-4-b)、图 1-5-b)分别为储能滤波电容两端电压 uc 的波形；图 1-3-c)、图 1-4-c)、图 1-5-c)分别为流过储能电感 L 电流 iL 的波形。开关电源原理与设计-串联式开关电源输出电压滤波电路(02)6开
19、关电源原理与设计-串联式开关电源输出电压滤波电路(02)7在 Ton 期间，控制开关 K 接通，输入电压 Ui 通过控制开关 K 输出电压 uo，然后加到储能滤波电感 L 和储能滤波电容 C 组成的滤波电路上，在此期间储能滤波电感 L 两端的电压 eL 为：eL = Ldi/dt = Ui Uo K 接通期间 (1-4)式中：Ui 输入电压，Uo 为直流输出电压，即：电容两端的电压 uc 的平均值。在此顺便说明：由于电容两端的电压变化量 U相对于输出电压 Uo 来说非常小，为了简单，我们这里把 Uo 当成常量来处理。在某种情况下，如需要对电容的初次充、放电过程进行分析时，必须需要建立微分方程，并求解。因为输出电压 Uo 的建立需要一定的时间，精确计算得出的结果中一般都含有指数函数项，当令时间变量等于无穷大时，即电路进入稳态时，再对相关参量取平均值，其结果就基本与(1-4)相等。对(1-4)式进行积分得：
