内容发布更新时间 : 2024/11/16 20:35:06星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

BOOST ,还有能升降压的BUCK-BOOST 或 SEPIC等,以及正压转成负压的 INVERTOR 等。其中品种最多 ,发展最快的还是降压的 STEP-DOWN。根据输出电流的大小 , 分为单相、两相及多相。控制方式上以 PWM 为主 ,少部分为 PFM。目前一套电子设备或电子系统由于负载不同 ,会要求电源系统提供多个电压挡级。如台式PC机就要求有+12V、+5V、+ 3.3V、- 12 V四种电压以及待机的 + 5 V 电压 ,主机板上则需要2.5 V、1.8 V、1.5 V甚至 1 V 等。一套 AC/DC 中不可能给出这样多的电压输出 ,而大多数低压供电电流都很大 , 因此开发了很多非隔离的DC/DC。 （3）数字化

高频开关电源的另一发展趋势是数字化。过去在传统功率电子技术中 , 控制部分是按模拟信号来设计和工作的。随着数字处理技术的发展成熟 , 其优点明显便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰 ,提高抗干扰能力、便于软件包的调试和遥感遥测遥调 , 也便于自诊断、容错等技术的植入等。这类电源大体上包括两个部分 ,即硬件和软件。其中,硬件部分包括 PWM 的逻辑部分、时钟、放大器环路的模数转换、数模转换以及数字处理、驱动、同步整流的检测和处理等。而在软件方面可以通过DSP或热待机状态; 有效调整系统工作点 ,使系统处于最佳效率工作点。比如艾默生网络能源公司的通信电源休眠节能技术 ,就是使电源系统根据系统的负载情况和系统当前模块的工作情况 ,通过合理的逻辑判断和控制,在保证系统冗余安全的条件下 ,有选择的打开或休眠部分模块 ,使系统工作在最佳效率点 ,节能效率显著。通过采用以上节能方案优化通信电源系统设计 ,可将目前业界在网应用的通信电源的实际工作效率低载时提高 7～8 个百分点 ,高载时提高 3～4 个百分点 ,从而使基站内通信电源达到直接节能与间接节能的目的。

1．1．2 PWM开关电源原理

开关电源的典型结构如图1-1 所示 ,其工作原理是: 市电进入电源首先经整流和滤波转为高压直流电 ,然后通过开关电路和高频开关变压器转为高频率低压脉冲 ,再经过整流和滤波电路 ,最终输出低电压的直流电源。同时在输出部分有一个电路反馈给控制电路 ,通过控制 PWM 占空比以达到输出电压稳定。

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图1-1 开关电源的典型结构

开关电源由以下 4 部分构成:

（1） 主电路:从交流电网输入 ,到直流输出的主要电路。主要包括输入电磁干扰滤波器、输入整流滤波器、高频变压器、功率开关管和输出整流滤波器。

（2）控制电路:包括输出端取样电路、反馈电路和脉宽调制器（或通∕断控制电路）。 （3）检测及保护电路:检测电路有过电流检测、过电压检测、欠电压检测、过热检测等;保护电路可分为过电流保护、过电压保护、欠电压保护、箝位保护、过热保护、自动重启动、软启动、缓启动等多种类型。

（4）其他电路:如锯齿波发生器、偏置电路、光耦合器等。

开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的道通与截止．将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压。开关电源按控制原理来分类 ,大致有脉冲宽度调制式简称脉宽调制（Pulse WidthModulation ,缩写为 PWM）式；脉冲频率调制方式简称脉频调制（Pulse Frequency Modulation ,缩写为 PFM）式；混合调制方式（它属于PWM 和PFM的混合方式）。

其中，脉冲宽度调制式 ,简称脉宽调制（Pulse WidthModulation ,缩写为 PWM）式。其主要特点是固定开关频率,通过改变脉冲宽度来调节占空比 ,实现稳压目的。其核心是脉宽调制器。开关周期的固定为设计滤波电路提供了方便。但是 ,它的缺点是受功率开关最小导通时间的限制,对输出电压不能作宽范围调节;此外 ,输出端一般要接假负载 亦称预负载 ,以防止空载时输出电压升高。目前 ,大多数的集成开关电源采用PWM 方式[1]。

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图1-2 两种控制方式的调制波形

1．2 反激式变换器

1．2．1 反激变换器的工作原理

反激变换器的工作原理见图1-3。从图1-3可以看出当高压开关管Q被PWM脉冲激励而导通时，输入电压便施加到高频变压器的原边绕组Np上，由于变压T1副边整流二极管D1反接，副边绕组Ns没有电流流过；当开关管关断时，副边绕组Ns上电压极性颠倒，整流二极管D1被正偏，开关管导通期间储存在变压器中的能量便通过整流二极管D1向负载释放。这种变换器在高压开关管导通期间只存储能量，在截止期间才向负载传递，高频变压器在工作过程中既是变压器又相当于一个储能用电感。输出端加由电感器Lo和两Co电容组成的一个低通滤波器,变压器初级需有Cr，Rr和Dr组成的RCD漏感尖峰吸收电路。

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图1-3 反激变换器的工作原理

1．2．2 反激变换器的工作模式

反激变换器有电流断续、电流临界连续以及电流连续3种工作模式。在电流断续模式下，导通期间储存在初级绕组中的能量，在下一个周期开始前完全传递到次级和负载上，当次级电流回零时与下一个周期的开始之间存在一个死区时间。 在电流临界连续模式下，次级电流回零时刚好是下一个周期的开始时刻，是一种无死区时间的临界状态。在电流连续模式下，下一个周期开始时，次级仍有剩余能量，次级电流没有回零，反激变换器可工作在不同模式下，但特性不同。

1）断续模式具有更高的电流峰值，在关断期间具有更高的输出电压尖峰。线圈的铜损要大一些，铁耗也大。连续模式下输出电压尖峰小，因变换器传递函数存在右半平面零点，只有大幅降低带宽才能使反馈环稳定。

2）断续模式下的负载瞬态响应更快，在相同输出功率下，初级感抗比连续模式下初级感抗小，使得高频变压器体积较小。

3）断续模式下二极管的反向恢复时间不是十分重要，因为在施加反向电压之前正向电流为零，未出现由二极管反向恢复引起的振铃现象，传导EMI噪声比较小。 4）断续模式一般用于负载变化小的场合。负载变化大的场合让变换器在小电流时工作并保持断续模式，大电流时工作并保持连续模式，以减小电感体积。

1．3 单相二极管整流桥

如图1-4所示，VT1和VT4组成一对桥臂，在u2正半周承受电压u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。VT2和VT3组成另一对桥臂，在u2正半周承受电压-u2，得到触发脉冲即导通，当u2过零时关断。

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图1-4 单相桥式整流电路接电阻负载时的电路及波形

1．4 缓冲电路（吸收电路）

缓冲电路又称吸收电路，如图1-5所示。其作用是抑制电力电子器件的内因过

压、du/dt、或者过电流和di/dt，减小器件的开关损耗。

缓冲电路可分为关断缓冲电路和开通缓冲电路。关断缓冲电路又称为du/dt抑制电路，用于吸收器件的关断过电压和换相过电压，抑制du/dt，减小关断损耗。开通缓冲电路又称为di/dt抑制电路，用于抑制器件开通时的电流过冲和di/dt，减小开通损耗。

另一种分类方法：缓冲电路中储能元件能量如果消耗在其吸收电阻上，则称其为耗能式缓冲电路；如果缓冲电能将其储能元件的能量回馈给负载或电源，则称其为馈能式缓冲电路，或称为无损吸收电路[6]。

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