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2017​开关电源常用的基本拓扑约有14种

信息来源:本站 日期:2017-06-12 

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开关电源简介—— 开关电源常用的基本拓扑约有14种。

开关电源常用的基本拓扑约有14种每种拓扑都有其自身的特点和适用场合。一些拓扑适用于离线式(电网供电的)AC/DC变换器。其中有些适合小功率输出(<200W),有些适合大功率输出:有些适合高压输入(≥220V AC),有些适合120V AC或者更低输入的场合:有些在高压直流输出(>~200V)或者多组(4-5组以上)输出场合有较大的优势;有些在相同输出功率下使用器件较少或是在器件数与可靠性之间有较好的折中。较小的输入/输出纹波和噪声也是选择拓扑经常考虑的因素。

一些拓扑更适用于DC/DC变换器。选择时还要看是大功率还是小功率,高压输出还是低压输出,以及是否要求器件尽量少等。另外,有些拓扑自身有缺陷,需要附加复杂且难以定量分析的电路才能工作。

因此,要恰当选择拓扑,熟悉各种不同拓扑的优缺点及适用范围是非常重要的。错误的选择会使电源设计一开始就注定失败。

本章将介绍几种早期的基本拓扑-buck、boost及反极性调整器并讨论其基本工作原理、典型波形、优缺点以及应用场合。不同输出功率、不同输入电压及其波动范围下晶体管的峰值电流电压应力,输入电流与输出功率和输入电压之间的关系,以及效率及DC导通损

耗和AC开关损耗,都将在本章介绍。

为说明开关型调整器的由来,下面先讨论其前身——线性调整器(或称串联型调整器)。

1.2  线性调整器——开关调整器的原型

1.2.1

开关电源 基本工作原理及优缺点

线性调整器的基本电路如图1.1(a)所示,它由一个工作在线性区的晶体管与负载串联构成。晶体管相当于一个可变电阻。首先,R1和R2组成的分压网络对输出电压采样:然后,采样电压输入到误差放大器同参考电压进行比较:最后,误差放大器输出电压经电流放大器驱动串联的功率晶体管。


调整原理如下:直流输出电压由于输入电压升高或输出负载电流减小而升高时,串接晶体管(设为NPN型)基极电压下降,其等效电阻阻值加大,使输出电压降低,从而保持采样电压等于参考电压。这种负反馈控制在输出电压由于输入电压下降或负载电流增加而下降时也同样起作用。此时,误差放大器输出会使串接晶体管基极电压上升,集射极电阻减小,直流输出电压升高,使采样电压等于参考电压。

实质上,输入电压的任何变化(不管是由于交流输入网压的纹波,还是由于输入电压规定范围内的稳态波动,或是由于负载瞬变造成的输入电压瞬态变化)都会被串联晶体管等效电阻所调整.使输出电压保持不变暗,其恒定程度与反馈放大器的的开环增益相关




图1.1(a)Ql与负载串联起可变电阻作用:负反馈环通过改变其阻值以保持输出电压Vo的稳定。(b)线性调整器的压差。若串联NPN型晶体管,则应保证交流输入电压Vac最低时对应的直流电压的纹波谷值与输出电压Vo之间有2.5V的压差反馈回路完全是直流耦合。由于整个回路没有开关器件,所以回路各点的直流电压都可预测和计算。电路中没有变压器并且不存在引起RFI噪声的瞬态尖峰电压或电流。由于晶体管不工作在开关状态,所以不存在晶体管的下降电流和上升电压瞬时重叠造成的交流开关损耗。所有功耗只是电路各元件的直流损耗,很容易计算。

1.2.2

线性调整器的缺点

直到20世纪60年代初期,这种简单的直流耦合串联型调整器一直是数十亿美元产值的电源工业的主要产品。但是,这种电源只能降压,而且它的输出与输入之间有公共端,通常需要另加电路实现输出与输入的隔离。此外,其初始直流输入电压,即图1.1(a)中的V,一般由工频变压器次级整流获得,而工频变压器的体积和重量限制了它的推广应用。



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