162 基本的PWM变换器主回路

西北工业大学硕士学位论文 第二章 开关电源的结构与比较 第二章 开关电源的结构分析与比较 开关电源的核心是高频电源变换电路和控制逻辑电路。高频变换电路把直 流输入变换成高频脉冲输出。输出电压平均值Uo=T_ /(肠+T?) x U,?，控 制逻辑电路根据反馈电压控制高频开关管的导通时间(T-)与截止时间(场)， 达到控制输出电压目的。隔离电路采用高频变换元件和高频隔离变压器。图2- 1为隔离式开关电源方框图。 图2-1隔离式开关电源方框图 如图 2-1所示，隔离式开关电源的核心是高频电源变换电路和控制逻辑电 路。高频电源变换电路又包括由高频开关元件构成的基本的PWM变换器主回 路和高频变压器构成的高频变压隔离电路。控制电路按控制方式可以分为电压 控制和电流控制。本章将从开关电源的三个基本组成 (即:PWM变换器主回 路，高频变压隔离电路，控制电路)详细论述开关电源的结构，并对各种电路 结构加以分析和比较。 2.1基本的PWM变换器主回路 开关稳压电源的功率转换电路主要由开关管和高频变压器组成，它是实现 变压、变频以及完成输出电压调整的执行部件，是开关稳压电源的核心。它的 激励方式有自激和他激两种。自激式又分为振铃扼流式，洛埃耶式、井森式; 他激式又分为降压式，升压式，极性变换式、全桥式、推挽式、单端正激式、 单端反激式等等。 输入为直流电压，晶体管工作在开关状态，经脉宽调制再滤波，在输出 端得到一个稳定的直流电压，输入输出不隔离，这种电路在日本通常被称为斩 波电路(Chopper Circuit)。如果以开关工作时输入和输出不需要隔离而言，或 者按照开关、电感、负载在电路中的相对位置，开关稳压电源的基本组态有四 西北工业大学硕士学位论文 第二章 开关电源的结构分析与比较 种:(1) Buck型变换器;(2) Boost型变换器;(3) Buck-Boost型变换器;(4) CUK型变换器。下面就这几种主要的开关电源拓扑形式分别论述。 2. 1. 1 Buck型变换器 斩波型开关稳压电源是直流供电，经过开关电路得到单方向方波，再经过 滤波后又得到与输入电压不同的稳定的直流。所谓降压式是指无论输入电压U, 是正还是负，输出电压U。的幅度总低于输入电压U,。图2-3是降压式斩波型 开关稳压电源的原理图。 当开关元件VT被控制饱和导通时，电能储存于电感L之中，同时也馈向 负载。当开关元件 VT被控制为截止状态时，由于电感上的电流不能跳变，储 存于电感中的能量继续供给负载，此时续流二极管 VD正向导通，构成闭合回 路。电容C的存在起到平滑输出的作用。因为开关元件VT与负载电阻是串联 的，所以也称之为串联开关稳压电源，即Buck型。 Ui一U0 ILmax 一‘一 ’一泊、砚，‘一‘一’t 一‘一‘一‘一 U0 C-’一’一了一’一’一 ‘一‘一‘戈---一7- 11-in l 。 图2-2降压式开关稳压电源的重要波形图 在整个工作周期中，电感L、电容 C处于不同的状态，其上的电压、电流 波形如图2-2所示，具体过程如下: 当VT刚导通时，L上的电流处于最小值ILmm，此后虽然L上电流开始上 升，但i:仍低于负载电流to，于是C仍向负载放电，因此输出电压U。继续下 降。当i:上升到I。时，C停止放电，此时U。达到最低值。随着i:的继续上升， C开始充电，U。由最低值开始上升。 当VT刚截止时，L上电流处于最大值IL .ax，此后虽然L上电流开始下降，