主回路-开关电源的分析
正激式:就是只有在开关管导通的时候,能量才通过变压器或电感向负载释放,当开关关闭的时候,就停止向负载释放能量。目前属于这种模式的开关电源有:串联式开关电源,buck拓扑结构开关电源,激式变压器开关电源、推免式、半桥式、全桥式都属于正激式模式。
反激式:就是在开关管导通的时候存储能量,只有在开关管关断的时候释放才向负载释放能量。属于这种模式的开关电源有:并联式开关电源、boots、极性反转型变换器、反激式变压器开关电源。
正激变压器--脉冲变压器的原/付边相位关系,确保在开关管导通,驱动脉冲变压器原边时,变压器付边同时对负载供电。
所谓正激式变压器开关电源,是指当变压器的初级线圈正在被直流电压激励时,变压器的次级线圈正好有功率输出。
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/fetch/20131009/174957_2_0.jpg)
U1是开关电源的输入电压,N是开关变压器,T是控制开关,L是储能滤波电感,C是储能滤波电容,D2是续流二极管,D3是削反峰二极管,RL是负载电阻。
在上图中,需要特别注意的是开关变压器初、次级线圈的同名端。如果把开关变压器初线圈或次级线圈的同名端弄反,上图就不再是正激式变压器开关电源了
该电路的最大问题是:开关管T交替工作于通/断两种状态,当开关管关断时,脉冲变压器处于空载状态,其中储存的磁能将被积累到下一个周期,直至电感器饱和,使开关器件烧毁。图中的D3与N3构成的磁通复位电路,提供了泄放多余磁能的渠道。
2.2. 单端反激式 Single F1yback Converter(单端反激式变压器开关电源)
所谓反激式变压器开关电源,是指当变压器的初级线圈正好被直流电压激励时,变压器的次级线圈没有向负载提供功率输出,而仅在变压器初级线圈的激励电压被关断后才向负载提供功率输出,这种变压器开关电源称为反激式开关电源。
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/fetch/20131009/174957_2_1.jpg)
反激式电路与正激式电路相反,脉冲变压器的原/付边相位关系,确保当开关管导通,驱动脉冲变压器原边时,变压器付边不对负载供电,即原/付边交错通断。从电路原理图上看,反激式与正激式很相象,表面上只是变压器同名端的区别,但电路的工作方式不同,D3、N3的作用也不同。
反激式变压器开关电源的输出电压为:
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/fetch/20131009/174957_2_2.jpg)
(1-110)式中,Uo为反激式变压器开关电源的输出电压,Ui变压器初级线圈输入电压,D为控制开关的占空比,n为变压器次级线圈与初级线圈的匝数比。
2.3. 推挽 Push pull (变压器中心抽头)式
这种电路结构的特点是:对称性结构,脉冲变压器原边是两个对称线圈,两只开关管接成对称关系,轮流通断,工作过程类似于线性放大电路中的乙类推挽功率放大器。
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/fetch/20131009/174957_2_3.jpg)
主要优点:高频变压器磁芯利用率高(与单端电路相比)、电源电压利用率高(与后面要叙述的半桥电路相比)、输出功率大、两管基极均为低电平,驱动电路简单。
主要缺点:变压器绕组利用率低、对开关管的耐压要求比较高(至少是电源电压的两倍)。
2.4. 全桥式 Full Bridge Converter
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/fetch/20131009/174957_2_4.jpg)
这种电路结构的特点是:由四只相同的开关管接成电桥结构驱动脉冲变压器原边。
图中T1、T4为一对,由同一组信号驱动,同时导通/关端;T2、T3为另一对,由另一组信号驱动,同时导通/关端。两对开关管轮流通/断,在变压器原边线圈中形成正/负交变的脉冲电流。
主要优点:与推挽结构相比,原边绕组减少了一半,开关管耐压降低一半。
主要缺点:使用的开关管数量多,且要求参数一致性好,驱动电路复杂,实现同步比较困难。这种电路结构通常使用在1KW以上超大功率开关电源电路中。
2.5. 半桥式 Half Bridge Converter
电路的结构类似于全桥式,只是把其中的两只开关管(T3、T4)换成了两只等值大电容C1、C2.
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/fetch/20131009/174957_2_5.jpg)
主要优点:具有一定的抗不平衡能力,对电路对称性要求不很严格;适应的功率范围较大,从几十瓦到千瓦都可以;开关管耐压要求较低。这种电路常常被用于各种非稳压输出的DC变换器,如电子荧光灯驱动电路中。
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