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开关电源原理与设计(一):开关电源的基本工作原理

2013-10-28 09:24
Hsiao Chen
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  因为近日很多人在向我咨询有关开关电源设计知识,这里将我撰写的《开关电源原理与设计》一书,希望给设计开关电源的工程师朋友一点帮助,我会以连载的形式发布此书,欢迎提出改进建议!

  第一章 开关电源的基本工作原理

  1-1.几种基本类型的开关电源

  顾名思义,开关电源就是利用电子开关器件(如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等),通过控制电路,使电子开关器件不停地“接通”和“关断”,让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制,从而实现DC/AC、DC/DC电压变换,以及输出电压可调和自动稳压。

  开关电源一般有三种工作模式:频率、脉冲宽度固定模式,频率固定、脉冲宽度可变模式,频率、脉冲宽度可变模式。前一种工作模式多用于DC/AC逆变电源,或DC/DC电压变换;后两种工作模式多用于开关稳压电源。另外,开关电源输出电压也有三种工作方式:直接输出电压方式、平均值输出电压方式、幅值输出电压方式。同样,前一种工作方式多用于DC/AC逆变电源,或DC/DC电压变换;后两种工作方式多用于开关稳压电源。

  根据开关器件在电路中连接的方式,目前比较广泛使用的开关电源,大体上可分为:串联式开关电源、并联式开关电源、变压器式开关电源等三大类。其中,变压器式开关电源(后面简称变压器开关电源)还可以进一步分成:推挽式、半桥式、全桥式等多种;根据变压器的激励和输出电压的相位,又可以分成:正激式、反激式、单激式和双激式等多种;如果从用途上来分,还可以分成更多种类。

  下面我们先对串联式、并联式、变压器式等三种最基本的开关电源工作原理进行简单介绍,其它种类的开关电源也将逐步进行详细分析。

  1-2.串联式开关电源

  1-2-1.串联式开关电源的工作原理

  图1-1-a是串联式开关电源的最简单工作原理图,图1-1-a中Ui是开关电源的工作电压,即:直流输入电压;K是控制开关,R是负载。当控制开关K接通的时候,开关电源就向负载R输出一个脉冲宽度为Ton,幅度为Ui的脉冲电压Up;当控制开关K关断的时候,又相当于开关电源向负载R输出一个脉冲宽度为Toff,幅度为0的脉冲电压。这样,控制开关K不停地“接通”和“关断”,在负载两端就可以得到一个脉冲调制的输出电压uo 。

开关电源原理与设计(一):开关电源的基本工作原理

开关电源原理与设计(一):开关电源的基本工作原理

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