第三章01-降压型直流变换器.

第二节降压型开关电源

第三章直流变换器

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第二节降压型开关电源

(&5祥Sfi开关电8电》图

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VT—高频晶体开关管，

工作在：导通饱和状态

?止状态

起开关作用，可用M OS管和IGBT管代

替;

开关管与负载RL侧电路相率联，VT的反复

周期性导通和《止，控制了U1是否加到负

?R L的时间比例，起到斩波作用?

VD—续流二极管?当开关管VT截止时? VD 提

供一个称为“续流辭电流的通路?使电感电流

不致迅变中断，避免电感感应出高压而将晶体

管击穿损坏-此续流通路也是电感能

量放出到负载的通路?

L—储能电感.有两个作用，能a转换和滤波

C—滤波电容，減小负《电压的脉动成分和?小

输出阻抗?

R L—等效负我电阻，用电设备.

lk?

+ vr __________

95 ttS生开关电源电路图

U—输入直流电压?该电压大小不穂定或者有纹波卩0?输出直流电压，纹波小，稳定?

将?个直流电压Ui转换成另

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I ?13

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U L

* 、丫〔二二+ 图S MSfi开*??鼻匕1?创6图?个宜流电压Uo, KUo

该电路工作在周期状态:

T=ton+tofl

一、工作原理

1 ?开关管的导通期ton

VT导通，VD而《止?电感L储能，流过电感的电沆增大.电感两瑞的感应电幼势UL的方

向，UL左（+ ）右（一）

电《—方面让电感储能，一方面向负裁供电?

UZUi

U L S UI一U O

%=L叫L dt

—常量

n直线上升ton期

间k的增量

i\T = h.

Zyr

电感L中磁场储能:

2 '?

U L 9）5 KUS齐養止

t"期间h的减小量U

2.开关管截止期toff:

VT截止，电感上的电流k不能发生夹变，

VD导通.VD导通成为续流二极管

U0*?UVDS=1V

电感放电，电感电流k下降感应电动势5的方向

S U L左（-）右（+ ）

大小:

电感L对负載供能

U, Uo （忽略了二极管VD导通饱和压降）

厂""=常量k直线下降ivD=iL

+ VT ■ ■- 二、输入输出电压的关系式

方法1:

(95 MSfi开鬓?a电MS

—Uo ——U

设A> =

增加-nTU」"。”

如=u.

77 G

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万L占空比Uo=DUi

方法2：输出电圧Uo等于氏滤波前Uo'的半均值

“ i t M +

稔压原理:

ms Kss开冀电;9电ffa

当输入电压变化时，可以通过闭合的反馈控制回路自动地调整占空比D 来使输出电压U0维持不变?为了维持输出电压U0稳定不变?反馈控制回路可以采用以下三种调制方式：

5 = = DUi

1?脉冲宽度调制(PuIse Width Modulation) PWM 方波的周期T保持不变，改变脉冲宽度ton来稳定输出电压?

2?脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation) PFM

保持方波的宽度ton不变，改变脉冲频率(即周期T)以稳定输出电压. 3?混合调制方式

靠同时改变方波的宽度ton和脉冲周期T (频率)来维持输出电压.

K先将直流电压Ui通过高频开关转变成斩波.通过L、C将斩波滤披成直流电压?当Ui 变化时，靠改变斩波的宽窄來实现输出不

变，并实现稳压的.

2、L. C将斩波滤波成直流电压?在低频时电感和电容体积和重量会很大，所以低频时不

用开关电源-

三.开关稳压电路的效率：

忽H8VT 和VD 的开关损耗

VT 导通饱和压降 UVTS = 1V

VD 导通饱和压降 UvDS=1v

BBS KSfi 畀姜电ff 电an

Pi Pi=PO+P VTS+ PVDS P"S 晶体管VT 的导通损耗 PVDS 皱流二极管的导通损耗

"u = "Mo

Pvns = 1 M'wst 刚 / T 得

P VTS 二人切”““/卩

=W （|/y + 厶｝（切 + t

研、［T = /。

（心 + I ）升="?= “?人 _ 宓仆

Pi + 丄） "o + ■

例 S uo=48v.则 n =48/49298% 杵考ifeVT 和VD 的开关损耗

及储能电感的耗，效率耍低些?

+ VT

亠 +

B5 ?S9开美《9电MI6

四、储能电感L 电感量的计算：

开关稳压电路有三种工作状态：（虫廉电液）连续工作状态（CCM ）（电感电流）临界工作状态（Critical ）（电感电流）不连续

工作状态（DCM ）

0* ----- J —- 1 ?和

心S ；

F=-*t Li

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流过備能电感的电流k 刚刚不出现间断时所需的储能电感量为最小电感&,即临界状态时的电感量?

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在调频（PFM ）式开关电源中，常按式②来选収 Lmin ? D 应取最小｛fl. T 应取^XillTmnx ?

在调宽（PWM ）式开关电源中.按式①选取Lmin. 式中toff 应取最大債?

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五、功率晶体管T 的选择:

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EDS ?圧S1弄关电S 电

U H *

1?晶体管的最犬集电极电流icp>iLp J

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#0 = --------------- 2 ---------- ，G-min = 2/（）

hr ='1皿》+宀；=2/。 2. = 21° +A/j /" = /(,+-Az ；

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U 2 ￡ 0 0 E

2?晶体管集一射极间所需承受的最大峰值电压ucep>ui （开关管的受压波形）

Ucep>=LJ i

ES5 Ka￡ffX

* VT

H > -LT-

■

【0

3?开关管的开关《率：与电路的工作《率相同. 4?晶体管导通时集一射极间的压降小，导通损耗小.提高电路效率.

总之；选功率晶体管时应选集电极《大允许电流icm>icp : ?止时.集一射极之间的最大耐压大于等于Ueep;晶体管的饱和压降要小：开关性能好-

* VT

六、续流二极管VD 的选择：

1>该电路流过二极管的最大电流应小于该二极管允许流过的最大电流?

t"期.VD 导通?流过的最大电流为:

(95 MSfi 开鬓电a 电MS 4.

2、在电路中二极管截止时所承受的反向电压应小于该二极管允许的最大反向电压?

ton 期，VD?止.受反向电压Uh 选择U RM >U I 3. 选VD 导通压降小的■减少导通?耗? 4. 二极管的响应速度应大于等于开关速度. 总之2选最高反向工作电压U R *>U C ; ivDP>iLp ,正向导通压降小和反向恢复时间tm 短的二极管作为续流二极管?