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主回路-开关电源的分析

发布时间:2016-01-29 11:20:56  来源:大电流电感厂家   查看:

随着各种技术的发展,主回路-开关电源在各个产品中应用。主回路-开关电源中,功率电流流经的通路。主回路一般包含了开关电源中的开关器件、储能器件、脉冲变压器、滤波器、输出整流器、等所有功率器件,以及供电输入端和负载端。开关电源1是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比,二者的成本都随着输出功率的增加而增长,但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上,反而高于开关电源,这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术也在不断地创新,这一成本反转点日益向低输出电力端移动,这为开关电源提供了广阔的节能灯电感器发展空间

开关电源主回路可以分为隔离式与非隔离式两大类型。

1. 非隔离式电路的类型:

非隔离--输入端与输出端电气相通,没有电感厂家隔离。

1.1. 串联式结构

串联--在主回路中开关器件(下图中所示的开关三极管T)与输入端、输出端、电感器L、负载RL四者成串联连接的关系。

开关管T交替工作于通/断两种状态,当开关管T导通时,输入端电源通过开关管T及电感器L对负载供电,并同时对电感器L充电,对负载R继续供电,从而保证了负载端获得连续的电流。

上图是在图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,C是储能滤波电容,它的作用是在控制开关K接通期间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T和输入电压Ui,它是一个典型的反г 型滤波电路,它的作用是把脉动直流电压通过平滑滤波输出其平均值。

串联式开关电源输塑封电感出电压uo的平均值Ua为:

1.2. 并联式结构

并联--在主回路中,相对于输入端而言,开关器件与输出端负载成并联连接的关系。

开关管T交替工作于通/断两种状态,当开关管T导通时,输入端电源通过开关管T对电感器L充电,同时续流二极管D关断,负载R靠电容器存储的电能供电;当开关管T关断时,续流二极管D导通,输入端电源电压与电感器L中的自感电动势正向叠加后,通过续流二极管D对负载R供电,并同时对电容器C充电。

由此可见,并联式结构中,可以获得高于输入电压的输出电压,因此为升压式变换。并且为了获得连续的负载电流,并联结构比串联结果对输出滤波电容C的容量有更高的要求。例如boots拓扑型的开关电源就是属于并联型式的开关电源。

并联开关电源输出电压Uo为:

boots拓扑输出电压Uo:Uo=Ui(1+D/1-D)=Ui(1/1-D)(D 为占空比)

1.3.极性反转型变换器结构(inverting)

极性反转--差模电感输出电压与输入电压的极性相反。电路的基本结构特征是:在主回路中,相对于输入端而言,电感器L与负载成并联。(也是串联式开关电源的一种,一般又称为反转式串联开关电源)

这种反转式串联开关电源与一般串联式开关电源的区别是,这种反转式串联开关电源输出的电压是负电压,正好与一般串联式开关电源输出的正电压极性相反;并且由于储能电感能产生电感作用的差模电感元件统称为电感原件,常常直接简称为电感。电感器在电子制作中虽然使用得不是很多,但它们在电路中同样重要。我们认为电感器和电容器一样,也是一种储能元件,它能把电能转变为磁场能,并在磁场中储存能量。

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