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开关电源主回路拓扑结构概述

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发表于 2008-7-15 09:23 | 显示全部楼层 |阅读模式
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基本类型,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(下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(下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。电路的基本结构特征是: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D3N3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D3N3构成的回路。从电路原理图上看,反激式与正激式很相象,表面上只是变压器同名端的区别,但电路的工作方式不同,D3N3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(与后面要叙述的半桥电路相比)、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较高(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T1T4为一对,由同一组信号驱动,同时导通/关端;T2T3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,实现同步比较困难。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(T3T4)换成了两只等值大电容C1C2

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;电路成本比全桥电路低等。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。

此帖出自电源技术论坛


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一粒金砂(初级)

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发表于 2008-7-15 09:48 | 显示全部楼层
没有图片 看不懂啊 楼主


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一粒金砂(初级)

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发表于 2008-7-15 09:55 | 显示全部楼层
先了解一下! :D


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一粒金砂(初级)

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发表于 2008-7-15 11:14 | 显示全部楼层
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基本类型,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(下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(下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。电路的基本结构特征是: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,表面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(与后面要叙述的半桥电路相比)、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较高(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,实现同步比较困难。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;电路成本比全桥电路低等。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。


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一粒金砂(初级)

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发表于 2008-7-15 11:14 | 显示全部楼层
这里图贴不上去:Q


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至上芯片

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发表于 2008-7-15 11:16 | 显示全部楼层

回复 5楼 的帖子

是不是因为是word版的原因所以图贴不上去啊?


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一粒金砂(初级)

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发表于 2008-7-17 22:37 | 显示全部楼层
楼主您好!看您发的帖子,想向您请教几个问题,我不懂开关电源,但是我公司产品上电源部分改型要我来做,由线性电源改为开关电源,不知道该怎么入手,选了几款国产的开关电源模块进行试验,试验结果不能令人满意,主要是模块输出端的滤波不知道怎么去处理,有没有什么好的滤波方法?如果请别人去设计,我又不知道提出什么样的技术指标,您能不能给点儿提示?谢谢了!


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一粒金砂(初级)

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发表于 2008-7-18 21:01 | 显示全部楼层
模块输出端的滤波?
阻容滤波满足不了要求吗?
你公司哪些产品?
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。对开关电源要求不一样吗?

[ 本帖最后由 zhjzh72_2004 于 2008-7-18 21:05 编辑 ]


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一粒金砂(初级)

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发表于 2008-7-20 00:55 | 显示全部楼层

回复 8楼 的帖子

我们是做仪表的,选的国产模块做的实验,纹波小于50mv,噪声小于100mv,但是做实验时发现对测量精度有影响,而用线性电源就没有问题,所以我也不知道该怎么提要求,输出端的滤波我不是特别熟悉,就是按照厂家的提示大的电路,不知道楼主有没有相关滤波的资料可以共享一下,或者介绍一点相关的滤波器设计资料我去看看。谢谢!


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一粒金砂(高级)

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发表于 2009-3-25 11:30 | 显示全部楼层

Re: [分享] 开关电源主回路拓扑结构概述

是不是因为是word版的原因


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纯净的硅(高级)

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发表于 2009-3-25 16:23 | 显示全部楼层

Re: [分享] 开关电源主回路拓扑结构概述

在这里没有传过图上来,但是在博客做好后直接粘来也可以
南京鹏图电源有限公司诚征各地区代理025-52235946陈先生


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一粒金砂(中级)

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发表于 2009-6-7 16:42 | 显示全部楼层
楼主 ,没有图纸啊,


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五彩晶圆(中级)

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发表于 2009-8-21 15:10 | 显示全部楼层
谢谢啊  好东西
我们这要研究这个


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五彩晶圆(中级)

Rank: 8Rank: 8

发表于 2009-8-27 21:57 | 显示全部楼层
谢谢了
我正需要这方面的资料


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一粒金砂(初级)

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发表于 2010-7-13 04:19 | 显示全部楼层
 有圖說明更好!!


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一粒金砂(中级)

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发表于 2011-7-20 11:12 | 显示全部楼层


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