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詳解開關電源的拓撲結構

鉅大LARGE  |  點擊量:899次  |  2019年12月26日  

主回路—開關電源中,功率電流流經的通路。主回路一般包含了開關電源中的開關器件、儲能器件、脈沖變壓器、濾波器、輸出整流器、等所有功率器件,以及供電輸入端和負載端。


開關電源(直流變換器)的類型很多,在研究開發或者維修電源系統時,全面了解開關電源主回路的各種基本類型,以及工作原理,具有極其重要的意義。


開關電源主回路可以分為隔離式與非隔離式兩大類型。


1.非隔離式電路的類型:


非隔離——輸入端與輸出端電氣相通,沒有隔離。


1.1.串聯式結構


串聯——在主回路中開關器件(下圖中所示的開關三極管T)與輸入端、輸出端、電感器L、負載RL四者成串聯連接的關系。


開關管T交替工作于通/斷兩種狀態,當開關管T導通時,輸入端電源通過開關管T及電感器L對負載供電,并同時對電感器L充電,當開關管T關斷時,電感器L中的反向電動勢使續流二極管D自動導通,電感器L中儲存的能量通過續流二極管D形成的回路,對負載R繼續供電,從而保證了負載端獲得連續的電流。



串聯式結構,只能獲得低于輸入電壓的輸出電壓,因此為降壓式變換。例如buck拓撲型開關電源就是屬于串聯式的開關電源。上圖是在圖1-1-a電路的基礎上,增加了一個整流二極管和一個LC濾波電路。其中L是儲能濾波電感,它的作用是在控制開關K接通期間Ton限制大電流通過,防止輸入電壓Ui直接加到負載R上,對負載R進行電壓沖擊,同時對流過電感的電流iL轉化成磁能進行能量存儲,然后在控制開關T關斷期間Toff把磁能轉化成電流iL繼續向負載R提供能量輸出;C是儲能濾波電容,它的作用是在控制開關K接通期間Ton把流過儲能電感L的部分電流轉化成電荷進行存儲,然后在控制開關K關斷期間Toff把電荷轉化成電流繼續向負載R提供能量輸出;D是整流二極管,主要功能是續流作用,故稱它為續流二極管,其作用是在控制開關關斷期間Toff,給儲能濾波電感L釋放能量提供電流通路。


在控制開關關斷期間Toff,儲能電感L將產生反電動勢,流過儲能電感L的電流iL由反電動勢eL的正極流出,通過負載R,再經過續流二極管D的正極,然后從續流二極管D的負極流出,最后回到反電動勢eL的負極。


對于圖1-2,如果不看控制開關T和輸入電壓Ui,它是一個典型的反г型濾波電路,它的作用是把脈動直流電壓通過平滑濾波輸出其平均值。


串聯式開關電源輸出電壓uo的平均值Ua為:



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