2023年开关电源主回路拓扑结构概述_电源技术概要四8.21.doc

开关电源主回路拓扑结构概述_电源技术概要㈣ 2005-11-2  硬道理电子技术工作室 主回路——开关电源中，功率电流流经的通路。主回路一般包含了开关电源中的开关器件、储能器件、脉冲变压器、滤波器、输出整流器、等所有功率器件，以及供电输入端和负载端。 开关电源〔直流变换器〕的类型很多，在研究开发或者维修电源系统时，全面了解开关电源主回路的各种根本类型，以及工作原理，具有极其重要的意义。 开关电源主回路可以分为隔离史与非隔离式两大类型。 一、 非隔离式电路的类型： 非隔离——输入端与输出端电气相通，没有隔离。 1、串联式结构 串联——在主回路中开关器件〔以下列图中所示的开关三极管T〕与输入端、输出端、电感器L、负载RL四者成串联连接的关系。 开关管T交替工作于通/断两种状态，当开关管T导通时，输入端电源通过开关管T及电感器L对负载供电，并同时对电感器L充电，当开关管T关断时，电感器L中的反向电动势使续流二极管D自动导通，电感器L中储存的能量通过续流二极管D形成的回路，对负载R继续供电，从而保证了负载端获得连续的电流。 串联式结构，只能获得低于输入电压的输出电压，因此为降压式变换。 2、并联式结构 并联——在主回路中，相对于输入端而言，开关器件〔以下列图中所示的开关三极管T〕与输出端负载成并联连接的关系。 开关管T交替工作于通/断两种状态，当开关管T导通时，输入端电源通过开关管T对电感器L充电，同时续流二极管D关断，负载R靠电容器存储的电能供电；当开关管T关断时，续流二极管D导通，输入端电源电压与电感器L中的自感电动势正向叠加后，通过续流二极管D对负载R供电，并同时对电容器C充电。 由此可见，并联式结构中，可以获得高于输入电压的输出电压，因此为升压式变换。并且为了获得连续的负载电流，并联结构比串联结果对输出滤波电容C的容量有更高的要求。 3、极性反转型变换器结构 极性反转——输出电压与输入电压的极性相反。电路的根本结构特征是：在主回路中，相对于输入端而言，电感器L与负载成并联。 开关管T交替工作于通/断两种状态，工作过程与并联式结构相似，当开关管T导通时，输入端电源通过开关管T对电感器L充电，同时续流二极管D关断，负载RL靠电容器存储的电能供电；当开关管T关断时，续流二极管D导通，电感器L中的自感电动势通过续流二极管D对负载RL供电，并同时对电容器C充电；由于续流二极管D的反向极性，使输出端获得相反极性的电压输出。 二、隔离式电路的类型： 隔离——输入端与输出端电气不相通，通过脉冲变压器的磁偶合方式传递能量，输入输出完全电气隔离。 1、 单端正激式 单端——通过一只开关器件单向驱动脉冲变压器； 正激——脉冲变压器的原/付边相位关系，确保在开关管导通，驱动脉冲变压器原边时，变压器付边同时对负载供电。 该电路的最大问题是：开关管T交替工作于通/断两种状态，当开关管关断时，脉冲变压器处于“空载〞状态，其中储存的磁能将被积累到下一个周期，直至电感器饱和，使开关器件烧毁。图中的D3与N3构成的磁通复位电路，提供了泄放多余磁能的渠道。 2、 单端反激式 反激式电路与正激式电路相反，脉冲变压器的原/付边相位关系，确保当开关管导通，驱动脉冲变压器原边时，变压器付边不对负载供电，即原/付边交错通断。脉冲变压器磁能被积累的问题容易解决，但是，由于变压器存在漏感，将在原边形成电压尖峰，可能击穿开关器件，需要设置电压钳位电路予以保护D3、N3构成的回路。从电路原理图上看，反激式与正激式很相象，外表上只是变压器同名端的区别，但电路的工作方式不同，D3、N3的作用也不同。 3、 推挽〔变压器中心抽头〕式 这种电路结构的特点是：对称性结构，脉冲变压器原边是两个对称线圈，两只开关管接成对称关系，轮流通断，工作过程类似于线性放大电路中的乙类推挽功率放大器。 主要优点：高频变压器磁芯利用率高〔与单端电路相比〕、电源电压利用率高〔与后面要表达的半桥电路相比〕、输出功率大、两管基极均为低电平，驱动电路简单。 主要缺点：变压器绕组利用率低、对开关管的耐压要求比拟高〔至少是电源电压的两倍〕。 4、 全桥式 这种电路结构的特点是：由四只相同的开关管接成电桥结构驱动脉冲变压器原边。 图中T1、T4为一对，由同一组信号驱动，同时导通/关端；T2、T3为另一对，由另一组信号驱动，同时导通/关端。两对开关管轮流通/断，在变压器原边线圈中形成正/负交变的脉冲电流。 主要优点：与推挽结构相比，原边绕组减少了一半，开关管耐压降低一半。 主要缺点：使用的开关管数量多，且要求参数一致性好，驱动电路复杂，实现同步比拟困难。这种电路结构通常使用在1KW以上超大功率开关电源电路中。 5、 半桥式 电路的结构类似于全桥式，只是把其中的两只开关管〔T3、T4〕换成了两只等值大电容C1、C2。 主要优点：具有一定的抗不平衡能力，对电路对称性要求不很严格；适应的功率范围较大，从几十瓦到千瓦都可以；开关管耐压要求较低；电路本钱比全桥电路低等。这种电路常常被用于各种非稳压输出的DC变换器，如电子荧光灯驱动电路中。