直流电压500V档
2.3非隔离式开关电源工作过程
对于输入与输出电压之间不需隔离，只用一个工作开关管 VT和电感L、二极管D、电容C组成的变换器电路最基本的为 如下三种，其原理电路如图2.6所示。
（1）串联开关或降压 变换器（buck converter）
（2）并联开关或升压 变换器（boost converter）
（1）：第一大类：AC/DC开关电源； 开关电源
（2）：第二大类：DC/DC开关电源； （3）：第三大类：DC/AC开关电源；逆变器 （4）：第四大类：AC/AC开关电源。变频器
• 按开关管和输出之间是否有变压器隔离可分为下列 两大类：
（1）：第一大类：无变压器的非隔离式； （2）：第二大类：有变压器的隔离式。
• 可见负载电流由电感电流与电容放电电流两路同时 提供。
• 虽然开关管截止了，但是负载电流并没有中断。
2.3.1串联开关（降压）变换器设计计算
（一）在开关VT导通期间
iL1
U in
L
U0
t
I Lmin
I Lmax
Uin U0 L
ton
I Lmin
a） 电路拓扑 b）工作波形
图2.7 Buck converter
Half Brick
14
G：二次电源产品的图片（DC/DC）
15
彩电开关稳压电源
1.3 开关稳压电源的特点
1.3.1 优点
1.效率高。一般在70～90%以上。而相应的线性稳压电源的效 率仅有50%左右。 2.体积小、重量轻，随着频率的提高，收效更显著。 3.稳压范围广，一般交流输入80～265V，负载作大幅度变化时， 性能很好。 4.噪声低，声频在20kHz以上时，已是人耳听不到的超声波， 而开关电源的工作频率一般都大于此频率； 5.性能灵活，通过输出隔离变压器，可得到低压大电流、高压 小电流；一个开关控制的一路输入可得到多路输出以及同号、 反号等输出； 6.电压维持时间长，为了适应交流停电时，计算机、现代自动 化控制设备电源转换的需要，开关电源可在几十毫秒内保证仍 有电压输出。 7.可靠性大，当开关损坏时，也不会有危及负载的高电压出现。
中的2。反之，当ＲL很大，
图2.5 电容滤波的效果
即IL很小时，尽管C较小, RLC仍很大,电容滤波的效果也很好, 见滤波曲线中的3。所以电容滤波适合输出电流较小的场合。
问题：有Ｃ无ＲL即空载，此时VC=VO=？
6.电容滤波的计算
电容滤波的计算比较麻烦，因为决定输 出电压的因素较多。一般常采用以下近似 估算法：
A：一次电源产品的图片（AC/DC）
10
B：工业电源产品的图片—标准产品（AC/DC）
11
C：工业电源产品的图片（AC/DC）
12
E：工业电源产品的图片（AC/DC）
13
F：二次电源产品的图片（DC/DC）--标准转换类
Full Brick
Half Brick
1/4 Brick
1/8 Brick
青岛科技大学
总目录
第一章 概论(1课时) 第二章 开关电源的基本原理 (2课时) 第三章 开关电路的PWM控制原理(2课时) 第四章 电路拓扑的使用选择(2课时) 第五章 元器件的实用选择(2课时) 第六章 软开关新技术(2课时)
高频开关电源设计
自动化与电子工程学院 电子信息科学与技术教研室
一、 概论
当负半周时二极管D2、D4导通， 在负载电阻上得到正弦波的负半周。
在负载电阻上正负半周经过合成， 得到的是同一个方向的单向脉动电压。
3.负载上的直流电压和直流电流
输出电压是单相脉动电压。通 常用它的平均值与直流电压等效。
输出平均电压为
1 π
VO π 0
2V2
sin
td
t
22 π
V2
0.9V2
流过负载的平均电流为
IO
2 2V2 πRL
0.9V2 RL
VO RL
流过二极管的平均电流为
ID
IL 2
2V2 0.45V2
πRL
RL
二极管所承受的最大反向电压 VDmax 2V2
动画5-4
4.滤波电路
滤波的基本概念：
利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。
电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应 该并联在负载两端。
+290V VT
IQ D
L
+
IL
-
C
RL
IC IR
图2.5 （b)开关管饱和时的等效电路
• 开关管饱和导通时，290V电源通过开关管Q，电 感L和负载RL形成电流回路，同时向电容器C充电， 在电感L和电容C中同时储能。
• 二极管D处于反向截止状态。 • 由于电感L中突然出现电流，将在L两端产生左正
1.3.2 开关稳压电源的不足之处
1.输出纹波较大，约有10～100mV的峰峰值； 2.脉冲宽度调制式的电路中，电压、电流变化率大； 3.控制电路比较复杂，对元器件要求高； 4.动态响应时间至少要大于一个开关周期，不如串联
式晶体管线性稳压电源。
二、 开关电源的基本工作原理
功能：通过高频开关技术将输入较高的交流电压(AC) 转换为电子或电器设备工作所需要的直流电压(DC) 。
（3）串—并联开关 或降、升压变换器 （buck-boost converter）
图2.6 非隔离式的DC→DC变换电路
调整输出电压的方法：
Vi
Vk
Vo
t
t
t
ton T
Vi
K
电压
Vk 变换器
Vo
RL
占空比
VO =
ton T
·Vi =D·Vi
• 只要改变开关脉冲的“占空比”，就可以 改变输出电压的高低。
在当刚v2到过达909°0°时时，Байду номын сангаас正v弦2开曲始线下降 的下速降率。很先慢假。设所二以极刚管过关9断0，°时 二电极容管C就仍要然以导指通数。规在律超向过90°
后速负 始的率载点某越的Ｒ个来放L放点越电电，快速。，正率指二弦很数极曲大放管线。电关下起断降。的
所以，在t1到t2时刻，二极管
导电，Ｃ充电，vC=vL按正弦规律
变化；t2到t3时刻二极管关断， vC=vL按指数曲线下降，放电时间 常数为RLC。
图2.4电容滤波波形图
需要指出的是，当
放电时间常数RLC增加时， t1点要右移， t2点要左移， 二极管关断时间加长，
导通角减小，见曲线3；
反之，RLC减少时，导通
角增加。显然，当ＲL很
小，即IL很大时，电容滤
波的效果不好，见滤波曲线
电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L 应与负载串联。
经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤 掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减 小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。
电容滤波电路
单相桥式电容滤波整流电路。 在负载电阻上并联了一个滤波电容C。
5.滤波原理
若电路处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次 端电压v2给电容器C充电。此时C相当于并联在v2上，所以 输出波形同v2 ，是正弦形。
右负的自感电动势，负载两端电压等于290V电源 电压与L两端自感电动势之差。
L
+290V
VT
IL
ID
C
D
IC
RL
图2.5 （c)开关管截止时的等效电路
• 开关管截止时，由于电感线圈中电流的突然中断， 将在电感L两端产生左负右正的自感电动势，该自 感电动势使续流二极管D导通，形成电流回路。
• 同时，电容C也通过RL放电。
C2 0.1u
至整流滤 波电路
F1 T2.5A
对50Hz低频而言，电容呈开路，而电感则
呈短路。因此，50Hz市电可以顺利通过。
220V 市电
S1
L
C1 0.1u
C2 0.1u
至整流滤 波电路
F1 T2.5A
4.输入220V交流电压的检测
220V交流 输入
共轭滤波器
正常值: 220V±15%(187V~253V)
整流 滤波
开关调 整管
储能 元件
脉冲整 流滤波
比较 放大
取样 电路
功能：将220V交流电
压转换为电路所需要的
基准
各种稳定的直流电。
图2-1 高频变压器开关电源基本功能框图
2.2 输入共轭滤波及整流 2.2.1、进线抗电磁干扰电路（EMI）
• 1.电路组成：由一个线圈和两个电容组成
220V 市电
S1
一种是用锯齿波近似表示，即
VO
2V2
(1
T 4 RLC
)
另一种是在RLC=(35)T/ 2的条件下，近似 认为VO=1.2V2。（或者，电容滤波要获得较好
的效果，工程上也通常应满足RLC≥6~10。）
7. 220V交流电压整流滤波后直流电压的检测
来自共 轭滤波 器的
220V 交流电 压
正常值为290V左右
1.1 电源及开关电源
1.1.1 电源是什么？
将电网或电池的一次电能，转换为符合电子设备要 求的二次电能，这样的变换设备便是电源。
电源是一切电子设备的心脏，没有电源，电子设备 就不可能工作。
电源常 用的连 接方式
串联线性电源 高频开关电源
4
1.1.2 串联线性电源与开关电源的区分
• 串联线性电源：
中心思想：用提高工作频率等手段来提高电源的功率 密度，进而达到减少变压器的体积和重量的目的。采 用开关变换的显著优点是大大提高了电能的转换效率， 典型的开关电源效率为70%-80%，
稳定原理：依赖对脉冲宽度的改变来实现输出电压 的稳定，称做脉宽调制PWM。