开关电源高频变换电路结构与分析new

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1、《装备制造技术》2007年第6期开关电源高频变换电路结构与分析赵德申，胡雪梅(河南工业职业技术学院电气工程系,河南南阳473009）摘要：介绍开关电源的特点，分析五种结构的高频变换电路的工作原理，并对其优劣进行了对比分析，为变换电路的选取提供了依据。关键词：开关电源；变换电路；结构；分析中图分类号：TM56文献标识码：A文章编号：1672-545X(2007)06-0059-03开关稳压电源简称开关电源（SwitchingPowerSupply），因流滤波器后转换获得；功率开关管V1为绝缘栅双极型晶体管在电源中起调整稳

2、压控制功能的器件始终以开关方式工作而IGBT或MOSFET；T为高频变压器；L和C1组成LC滤波器；二得名。是利用现代电力电子技术，通过控制开关管通断的时间极管VD1为半波整流元件，VD2为续流二极管；RL为负载电比率来维持输出电压稳定的一种电源，具体积小、重量轻、功耗阻；Uo为输出稳定的直流电压。V1的驱动信号ug1为PWM小、效率高、纹波小、噪音低、智能化程度高、易扩容等优良特控制电路输出的方波。各环节电压波形如图1（b）。性，广泛应用在诸如计算机、彩色电视机、程控交换机、摄像机、VCD、电子游戏机等电子设备上。随

3、着电力电子技术的发展，特当ug1为高电平使V1导通时，变压器获得输入电压为别是大功率MOS管技术的迅速发展，已将开关电源的工作频uT1=Ui，二极管VD1导通，VD2截止，此时电源经变压器耦合率提高到150～200kHz，使开关电源具有高的稳定性和高的性向负载传输能量，负载上获得电压，滤波电感L储能。当控制电价比，因此，将日益取代使用工频变压器的线性调整稳压电源。路使V1截止时，开关管V1所承受的电压与输入电压相等，即在开关电源电路中，最关键的部分是高频变换器和开关电uV1=Ui，变压器原、副边输出电压为零。此时，变压

4、器原边在源控制器。但由于集成开关电源控制器已普遍应用，其对开关V1导通时储存的能量经过线圈N3和二极管VD3反送回电源。元件的控制方式取决于高频变换器的电路结构，因此笔者认为而变压器的副边由于输出电压为零，所以二极管VD1截止，电开关电源电路的核心就是高频变换器，即DC/DC转换器。在感L通过二极管VD2续流并向负载释放能量，因为电容C1的输入输出隔离的开关电源中高频变换器的基本形式有五种：单滤波作用，此时负载上所获得的电压保持不变，其输出电压为端正激式、单端反激式、半桥式、推挽式和全桥式。下面分别分析这些高频变换电路

5、的结构和工作原理。U0=N2DUi=kDUi。N1式中k为变压器的变压比，D为方波的占空比，N1、N2为1正激式变换电路变压器原、副边绕组的匝数。由上式可看出，输出电压Uo仅由TVD1L电源电压Ui和占空比D决定。++ug1正激变换电路结构比较简单，易于实现。可适用于数瓦至N3VFC1RLVDN2UT2U0u数百瓦的开关电源。3VDT1U2UT1i-uT2!!2单端反激式变换电路V1!uo-0!!!图2所示为单端反激式变换电路，其高频变压器T既起隔（a）原理图(b)波形离作用又起电感L轭流的作用，因为储能元件L与负载R

6、L并图1正激变换电路联，所以又称为并联型变换电路。同时也可以判断出，同正激式正激式变换电路的结构如图1（a）所示。由于其储能元件变换电路不同，变压器的铁芯工作在磁滞回线的另一侧故称为与负载电阻RL串联又称串联型变换电路。反激式电路。该电路直流电压Ui由工频交流电源通过电源滤波器、整当控制电路使功率开关管V1导通时，此时由于同名端的收稿日期：2007-04-04作者简介：赵德申（1953—），男，河南社旗人，河南工业职业技术学院电气工程系高级讲师，副院长，研究方向为工业自动化。59EquipmentManufactrin

7、gTechnologyNO.6，2007关系二极管VD1不导通。当V1截止时由变压器的副边绕组产Ui的一半。开关管V1和V2的驱动信号ug1和ug2由控制电生的感生电动势反向，使VD1导通，给电容器充电，同时负载路产生，是互为反相的PWM信号。为了防止开关管V1、V2同RL上产生电压。在此电路中，基极的控制，副边绕组的设计，都时导通造成电源短路，驱动信号ug1、ug2之间必须具有一定要遵循反激的原则。的死区时间，即二者同时为零的时间。同样地，开关管V1的耐压和变压器的输入电压与电源输ug1入电压相等，因此反激变换电路同

8、正激变换电路一样，结构比VD3ug2++较简单，易于实现，可适用于数瓦至数百瓦的开关电源。V1uC3U0uC1uVD1T2-T1VDg1uT1T1UiA++V2uT2C2VD2VD4N3N2C1RU0-ug2uo1VD3LUUT1UT2uoi-0V(a)电路图(b)波形图1图4半桥变换电路-当ug1为高电平时，ug2为低电平，V1