开关电源基本原理与设计方法.doc

一. 简介
（一）.电源组成
1.全波整流
2.功率因数校正
3.变压器
4.降压型开关电路
（二）.各模块工能
　 1.全波整流：用4个二极管组成桥式整流器，将其变为大小变化的直流电波形图

正半周　电流　D1→R→D3
　　　　负半周　电流　D2→R→D4

　　2.功率因子较正：稳定的能源设备除了能供应系统维持正常的功能外并影响整个系统的特性，再者当今能源短缺急需节约能源潮流的驱使下，设计产生高效率的能源设备，减少能源浪费是为众所追求的目标。并且在电力品质与电力性能方面也必须有较严格的标准，例如：较大的额定功率,较小的杂讯干扰，较理想的能源使用率等，都是设计电路必须考虑的问题,采用升压型开关电源电路，使经整流后的电压升至一固定电压，从而使后续电
路设计简单，模块化.
优点：利用率高，在工作过程中不会出现向电网回馈能量现象，使得电网比较干净.如果电网中存在回馈能量现象则会降低能量的利用率，严重时会使得输电线路损坏
缺点：增加了成本，设计不良时会降低电源寿命.　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
3.变压器：将输入的高电压变为低电压并输出，由麦克斯韦方程，交变电场产生交变磁场，交变磁场产生交的电场

但在设计变压器时有一个需注意：泄磁环节

4.输出：采用forwand结构电路，将大小时刻在改变的直流电压稳定在所需的范转内
二. 工作原理
（一）PFC
1. PFC定义（功率因子校正）
功率因子：衡量对电网电能量利用率大小提出的一个指标，数学定义为（假设电流与电压为正弦量）Cosψ.电压相位与电流相位差值的余弦，它仅仅只从差值来定义，也就是说不论哪个相位在前，如电流相位落后电压相位60°（或领先60°）功率因子都是Cos60°=½.(说明，只有一半的电网能量被利用，另一半反回馈到了电网中)

例：　纯电容电路

电网释放的功率

结果说明：虽然有电流流经电容，但从整个过程来看电容并没有消耗能量，对电网能量利用率为0.
例：电感与电阻

计算电阻上得到的功率1).由电阻电压计算

　2). 由功率因子计算

2. PFC电路

1).工作过程：
导通时：B点与地接通，输入电压Ui直接加在电感L两端，这时流经电感电流直线上升，此时电容放电，提供输出流流经电阻R。
　　　　截止时：B点与地断开，由于流经电感的电流不能突变，所以电流会继续流经电感，但电流强度会逐渐减弱，在这一阶段电容充电，流经二极管电流提供输出电流。
2).理论分析：

3).理论波形：

（二）变压器
1.基本原理：交变的电场产生交变的磁场，交变的磁场产生交变的电场

　　　　　一次侧：由于变化的电压施加在变压器一次侧从而产生了随电压大小而变化的磁场
　　　 二次侧：二次侧感应到从一次侧产生的变化磁场而产生了频率相同的电压

2.实际电路

1).工作过程：
导通时：电压直接加在一次侧，一次侧电流直线上升，其中激磁电流是变压嚣工作时所必需提供的电流。一次侧的能量由电能转化为磁能，磁能再由经变压器来来是到二次侧，并转化为电能。

　　　　 截止时：由于电感电流不能突变，继续流动的电流会产生一个反电压迭加在C点上。因此M点产生一个很高的电压，此时电流经过泻磁回路，将剩余磁能泻放。
2) .理论分析

假若泻磁时间小于toff则由可知M点电压会更高，但不论泻磁时间长短总要符合式才表明剩磁泻放完毕.一般情况设计选取泻磁时间等于ton，则有Um最大为2Uc.
3).波形

(三)输出

1).工作过程：
导通时：（D点高电平）D1导通，D2截止.UE > UF，流经电感电流上升，此电流对电容充电，同时提供输出电流.
截止时:（D点低电平）D1截止，D2导通，由于电感电流不能突变，所以电感的电流会由继流二极管D2供给，维持电流的连续.此时电容放电，并对负载提供输出电流.
　　　2).理论分析：

　　　　3).波形:

　　　.纹波

　　　　　因为流经电阻的电流为定值，所以电容电流波形为电感电流减去输出电流

　　　　　电容电流大于零时，电容充电
　　　　　电容电流小于零时，电容放电　　　但充电电量等于放电电量