1.開關電源概述主要內容1.1線性穩壓電源與開關穩壓電源1.2降壓型開關電源1.3升壓型開關電源1.4極性反轉型開關電源1.5開關電源中的控制、驅動和保護電路1.6開關電源中的器件1.7開關電源中的材料1.1線性穩壓電源與開關穩壓電源1.1.1線性穩壓電源圖1-1線性穩壓電源原理圖1.1.2開關穩壓電源圖1-2開關穩壓電源原理圖1.1線性穩壓電源與開關穩壓電源①逆變器②直流變換器1.開關穩壓電源的結構1.1.2開關穩壓電源1.1線性穩壓電源與開關穩壓電源2.開關穩壓電源的優點(1)功耗小，轉換效率高(2)體積小，重量輕(3)穩壓范圍寬，線性調整率高(4)濾波電容小(5)電路形式靈活多樣3.開關穩壓電源的缺點(1)存在較嚴重的開關噪聲和干擾(2)電路復雜，不便于維修(3)成本高，可靠性低1.1.3開關穩壓電源的發展1.1線性穩壓電源與開關穩壓電源1.20世紀50年代：美國宇航局用于搭載火箭2.20世紀80年代：計算機全面實現開關電源化3.20世紀90年代：電子電器、家電廣泛應用發展史：1.1.3開關穩壓電源的發展1.1線性穩壓電源與開關穩壓電源1.小型化、薄型化、輕量化、高頻化發展趨勢：2.高可靠性、集成化3.低噪聲，采用諧振回路技術4.提高電磁兼容性(EMC)5.提高智能化程度1.1.4開關穩壓電源的種類1.1線性穩壓電源與開關穩壓電源1.按激勵方式分類(1)他激式開關電源(2)自激式開關電源圖1-3按激勵方式劃分(b)自激式開關穩壓電源電路1.1.4開關穩壓電源的種類1.1線性穩壓電源與開關穩壓電源2.按調制方式分類(1)脈寬調制型開關電源(2)脈頻調制型開關電源(3)混合型開關電源1.1.4開關穩壓電源的種類1.1線性穩壓電源與開關穩壓電源3.按功率開關管的類型分類(1)晶體管型開關電源(2)晶閘管型開關電源(3)MOSFET型開關電源(4)IGBT型開關電源圖1-4按功率開關管的類型分類(1)串聯型：儲能電感和負載相串聯①V飽和導通時，VD截止，UI經V在L中產生電流iL向電容C充電。②V截止時，L中的電流不能突變，產生左負

右正的自感電動勢，VD導通，續流電流iZ

向電容C充電，將L中的磁能轉換為電容C中的電能。◆總之，調整管V導通期間，L儲存磁能，并給電容C充電，同時向負載供電；調整管V截止期間，L釋放磁能，轉變為C的電能，同時向負載供電。1.1.4開關穩壓電源的種類1.1線性穩壓電源與開關穩壓電源4.按儲能電感的連接方式分類串聯型并聯型并聯獨立輸出型(2)、并聯型：儲能電感和負載相并聯①V飽和導通時，VD截止，UI經V在L中產生電流iL，L儲能。②V截止時，L中的電流不能突變，產生上負下正的自感電動勢，VD導通，續流電流iZ

向電容C充電，將L中的磁能轉換為電容C中的電能。◆總之，調整管V導通期間，L儲存磁能，負載由電容C供電；調整管V截止期間，L釋放磁能，轉變為C的電能，同時向負載供電。※并聯型電路中，調整管承受的反峰電壓為2UI，為串聯型的兩倍。1.1.4開關穩壓電源的種類1.1線性穩壓電源與開關穩壓電源4.按儲能電感的連接方式分類(3)并聯獨立輸出型：通過續流電感的電磁耦合，實現隔離輸出。

（電源輸入端不使用變壓器、實現多種電壓輸出）＊應用最多的一種電路形式＊三極管V可使用功率場效應管＊脈沖調寬、脈沖發生及誤差信號的產生等可集成化例如TOP221TOP2271.1.4開關穩壓電源的種類1.1線性穩壓電源與開關穩壓電源4.按儲能電感的連接方式分類1.1.4開關穩壓電源的種類1.1線性穩壓電源與開關穩壓電源3.按功率開關管的連接方式分類(1)單端正激式(2)單端反激式(3)推挽式(4)半橋式圖1-6按功率開關管的連接方式分類(a)(b)(5)全橋式(1)單端正激式(2)單端反激式1.1.4開關穩壓電源的種類1.1線性穩壓電源與開關穩壓電源3.按功率開關管的連接方式分類(1)單端正激式(2)單端正激式(3)推挽式(4)全橋式圖1-6按功率開關管的連接方式分類(c)(5)半橋式(3)推挽式1.1.4開關穩壓電源的種類1.1線性穩壓電源與開關穩壓電源3.按功率開關管的連接方式分類(1)單端正激式(2)單端正激式(3)推挽式(4)全橋式圖1-6按功率開關管的連接方式分類(e)(5)半橋式(4)全橋式1.1.4開關穩壓電源的種類1.1線性穩壓電源與開關穩壓電源3.按功率開關管的連接方式分類(1)單端正激式(2)單端正激式(3)推挽式(4)全橋式圖1-6按功率開關管的連接方式分類(d)(5)半橋式(5)半橋式1.1.4開關穩壓電源的種類1.1線性穩壓電源與開關穩壓電源＊6.按輸入和輸出電壓的大小分類(1)升壓式開關電源(2)降壓式開關電源(3)輸出極性反轉式開關電源圖1-7升壓式開關電源1.1.4開關穩壓電源的種類1.1線性穩壓電源與開關穩壓電源7.按工作方式分類(1)可控硅整流型開關電源(2)斬波型開關電源(3)隔離型開關電源8.按電路結構分類(1)分立式開關電源(2)集成式開關電源1.2.1降壓型開關穩壓電源的電路結構1.2降壓型開關穩壓電源圖1-8降壓式開關電源1.2.2降壓型開關穩壓電源的工作原理1.2降壓型開關穩壓電源圖1-8降壓式開關電源(1).開關管V的導通期內，儲能電感中電流的最大變化量為(2).開關管V的截止期內，儲能電感中電流的最大變化量為(3).開關管V導通期與截止期能量轉換的條件：1.2.3降壓型開關穩壓電源重要參數的計算1.2降壓型開關穩壓電源1.輸出紋波△UO

的計算△UO1：開關管V導通時間內濾波電容C上電壓的變化量△UO2：開關管V截止時間內濾波電容C上電壓的變化量圖1-21.2.3降壓型開關穩壓電源重要參數的計算1.2降壓型開關穩壓電源1.輸出紋波△UO

的計算實際輸出的紋波還包括電網工頻紋波電壓和高頻功率轉換產生的寄生紋波電壓減少紋波電壓的方法：(1).采用肖特基二極管或快恢復二極管(2).采用阻容吸收網絡圖1-10采用阻容吸收網絡(3).串接小容量電感1.2.3降壓型開關穩壓電源重要參數的計算1.2降壓型開關穩壓電源2.功率開關管V功率損耗P的計算(四段計算)3.功率開關管V功率損耗P的計算(四段計算)①.轉換效率η與開關管V的功率損耗PZ成反比②.轉換效率η與儲能電感L上的功率損耗成反比③.轉換效率η與輸入電流Ii和輸入電壓Ui成正比1.2.4降壓型開關穩壓電源的設計(P.22)1.2降壓型開關穩壓電源1.功率開關管V的選擇2.續流二極管VD的選擇3.儲能電感L的選擇4輸出濾波電容C的選擇IGBT或MOSFET或GTR1.3.1升壓型開關穩壓電源的電路結構1.3升壓型開關穩壓電源圖1-14升壓型開關電源1.3.2升壓型開關穩壓電源的工作原理1.3升壓型開關穩壓電源圖1-14升壓型開關電源(1).開關管V的導通期內，儲能電感中電流的變化量為(2).開關管V的截止期內，儲能電感中電流的變化量為(3).開關管V導通期與截止期能量轉換的條件：1.3.3升壓型開關穩壓電源的設計(P.28)1.3升壓型開關穩壓電源1.功率開關管V的選擇2.續流二極管VD的選擇4.儲能電感L的選擇3.輸出濾波電容C的選擇Uceo、Ic、Pc1.4.1極性反轉型開關穩壓電源的電路結構1.4極性反轉型開關穩壓電源圖1-15極性反轉型開關電源(1).開關管V的導通期內，電感儲存的能量：(2).開關管V的截止期內，電感中的能量傳給負載：圖1-15極性反轉型開關電源1.4.2極性反轉型開關穩壓電源的工作原理1.4極性反轉型開關穩壓電源結論：①.UO與Ui極性相反②.改變D可改變UO，穩定D可穩定UO③.D＞1-D時，即D＞0.5時，UO＞Ui

D＜1-D時，即D＜0.5時，UO＜Ui1.4.3極性反轉型開關穩壓電源的設計(P.33)1.4極性反轉型開關穩壓電源圖1-14升壓型開關電源(a)圖1-15極性反轉型開關電源(a)

有關極性反轉型開關穩壓電源的設計與升壓型開關穩壓電源除極性相反外，其它基本相同。1.5.1控制電路1.5開關電源中的控制、驅動與保護電路p.33-p.341.組成2.作用3.要求1.5.2驅動電路1.5開關電源中的控制、驅動與保護電路1.對驅動信號波形的要求P.351.5.2驅動電路1.5開關電源中的控制、驅動與保護電路2.驅動電路的種類(2).抗飽和圖1-21抗飽和(1).單端式圖1-20單端式1.5.2驅動電路1.5開關電源中的控制、驅動與保護電路2.驅動電路的種類(3).固定反偏圖1-22固定反偏(4).比例驅動圖1-23比例驅動1.5.2驅動電路1.5開關電源中的控制、驅動與保護電路2.驅動電路的種類(5).互補驅動圖1-24互補驅動(6).射極開路圖1-25射極開路1.5.2驅動電路1.5開關電源中的控制、驅動與保護電路3.驅動電路的設計P.371.5.3保護電路(P.37)1.5開關電源中的控制、驅動與保護電路1.對保護電路的要求2.保護電路的種類(1).過流保護電路(2).過壓保護電路(3).欠壓保護電路(4).過熱保護電路(5).開機軟啟動保護電路1.5.3保護電路1.5開關電源中的控制、驅動與保護電路3.實際應用中的保護電路(1).實際應用中的過流保護電路圖1-26MT230SE計算機開關電源中的過流保護電路1.5.3保護電路1.5開關電源中的控制、驅動與保護電路3.實際應用中的保護電路(2).實際應用中的過壓保護電路圖1-27彩電開關電源中的過壓保護電路1.5.3保護電路1.5開關電源中的控制、驅動與保護電路3.實際應用中的保護電路(3).實際應用中的欠壓保護電路圖1-28MT230SE計算機開關電源中的欠壓保護電路(4).實際應用中的過熱保護電路89141.5.3保護電路1.5開關電源中的控制、驅動與保護電路3.實際應用中的保護電路(5).實際應用中的開機軟啟動保護電路圖1-29MT230SE計算機開關電源中的開機軟啟動保護電路圖1-30投影儀溴鎢燈開關電源中的開機軟啟動保護電路1.6.1功率開關管的二次擊穿問題(P.42)1.6開關電源中的幾個重要問題圖1-31功率開關管的擊穿特性曲線1.6.2開關穩壓電源中的整流和濾波問題(P.45)1.一次整流和濾波問題(1).一次整流電路圖1-35(a)一次整流和一次濾波電路1.6開關電源中的幾個重要問題1.6.2開關穩壓電源中的整流和濾波問題(P.45)1.一次整流和濾波問題(2).一次濾波電路圖1-35(b)一次整流和一次濾波電路2.二次整流和濾波問題2.二次整流和濾波問題(P.55)1.6開關電源中的幾個重要問題1.6.2開關穩壓電源中的整流和濾波問題圖1-39(a)(b)二次整流和二次濾波電路2.二次整流和濾波問題(P.55)1.6開關電源中的幾個重要問題1.6.2開關穩壓電源中的整流和濾波問題圖1-39(c)(d)(e)(f)二次整流電路2.二次整流和濾波問題(P.56)1.6開關電源中的幾個重要問題1.6.2開關穩壓電源中的整流和濾波問題圖1-40各種各樣的二次整流電路2.二次整流和濾波問題(P.58)1.6開關電源中的幾個重要問題1.6.2開關穩壓電源中的整流和濾波問題圖1-41有源濾波器電路1.接地問題(P.58)1.6開關電源中的幾個重要問題1.6.3開關穩壓電源中的接地、隔離和屏蔽問題2.隔離與耦合技術(P.60)(1).光電耦合技術圖1-44具有一路光耦合器的開關穩壓電源電路1.6開關電源中的幾個重要問題1.6.3開關穩壓電源中的接地、隔離和屏蔽問題2.隔離與耦合技術(P.60)(1).光電耦合技術圖1-45具有兩路光耦合器的開關穩壓電源電路1.6開關電源中的幾個重要問題1.6.3開關穩壓電源中的接地、隔離和屏蔽問題2.隔離與耦合技術(P.60)(2).變壓器磁耦合技術圖1-46使用一個單獨變壓器進行耦合的開關穩壓電源電路1.6開關電源中的幾個重要問題1.6.3開關穩壓電源中的接地、隔離和屏蔽問題2.隔離與耦合技術(P.60)(2).變壓器磁耦合技術圖1-47具有耦合變壓器，又具有副激勵繞組的開關穩壓電源電路1.6開關電源中的幾個重要問題1.6.3開關穩壓電源中的接地、隔離和屏蔽問題2.隔離與耦合技術(P.65)(3).光電與磁混合耦合技術圖1-50具有光電和磁混合耦合技術的開關穩壓電源電路1.6開關電源中的幾個重要問題1.6.3開關穩壓電源中的接地、隔離和屏蔽問題2.隔離與耦合技術(P.65)(4).直接耦合技術圖1-51采用直接耦合技術的DC/DC變換器電路1.6開關電源中的幾個重要問題1.6.3開關穩壓電源中的接地、隔離和屏蔽問題2.隔離與耦合技術(P.65)(4).直接耦合技術圖1-52采用直接耦合技術構成的多路輸出的開關穩壓電源1.6開關電源中的幾個重要問題1.6.3開關穩壓電源中的接地、隔離和屏蔽問題3.屏蔽技術(P.67)(1).軟屏蔽技術

設計時，采取有效的電路技術(如共模濾波技術、差模濾波技術、雙向濾波技術、低通濾波技術等)圖1-53單級雙向濾波器(2).硬屏蔽技術(P.72)

設計一個屏蔽罩實現較完善的屏蔽。1.6開關電源中的幾個重要問題1.6.4開關穩壓電源中的PCB布線問題(P.75)1.PCB布線的設計流程術2.參數設置3.無器件布局4.PCB設計原則5.散熱問題的解決6.接地極的設計7.PCB漏電流的考慮8.開關穩壓電源中幾種基本電路的布線方法(P.80)1.7.1功率開關變壓器的工作狀態(P.83)1.7磁性材料、磁性結構、漆包線、功率開關變壓器1.7.2磁性材料與磁性結構的選擇(P.84)1.7.3漏感和分布電容的計算(P.91)1.7.4趨膚效應(P.96)1.7.5磁性的材料的磁特性(P.98)1.7.6功率開關變壓器繞組導線規格的確定(P.83)1.7.7絕緣材料以及功率開關變壓器所選骨架材料(P.117)1.7.8功率開關變壓器的裝配與絕緣處理(P.121)※1.8開關電源中的主要元器件1.8.1二極管※開關電源中的主要元器件1.8.2功率晶體管※開關電源中的主要元器件1.8.3功率MOS場效應管※開關電源中的主要元器件1.8.4絕緣柵雙極型晶體管※開關電源中的主要元器件1.8.4絕緣柵雙極型晶體管※開關電源中的主要元器件1.8.5光電耦合器※開關電源中的主要元器件1.8.5光電耦合器※開關電源中的主要元器件1.8.6精密可調基準電源TL431※開關電源中的主要元器件1.8.6精密可調基準電源TL431※開關電源中的主要元器件1.8.7厚膜電路※開關電源中的主要元器件1.8.7厚膜電路※開關電源中的主要元器件1.8.8開關電源中的電容器推挽式開關電源的實際電路主要內容自激型推挽式開關電源電路他激型推挽式開關電源電路3.1自激型推挽式開關電源電路3.1.1自激型推挽式開關電源的構成與原理(P.178)圖3-1自激型推挽式開關穩壓電源的基本電路1-2.基本電路與基本工作原理：×●3.1自激型推挽式開關電源電路3.1.1自激型推挽式開關電源的構成與原理(P.180)3、轉換效率：分析表明：①.轉換效率與輸出電壓的關系如圖3-4②.不宜采用橋式整流技術③.合理設計功率開關變壓器④.選擇開關特性好、上升時間和下降時間都較小的開關管3.1自激型推挽式開關電源電路3.1.1自激型推挽式開關電源的構成與原理4、輸入電壓與輸出電壓之間的關系：(P.181)5、輸出阻抗：(P.182)6、工作頻率：(P.183)0.1~0.01Ω3.1自激型推挽式開關電源電路3.1.2自激型推挽式開關電源中開關變壓器的設計(P.183)1.初級繞組匝數的計算2.基極繞組匝數的計算3.次級繞組匝數的計算4.功率變壓器磁芯材料的選擇3.1自激型推挽式開關電源電路3.1.3自激型推挽式開關電源中功率開關管的選擇(P.185)1.最大集-射極電壓Uce的確定2.最大集極電流Icm的確定3.最小電流放大倍數和輸入驅動電流的計算4.功率開關管的損耗和結點溫度計算5.開關速度的確定6.功率開關管二次擊穿額定值的確定3.1自激型推挽式開關電源電路3.1.4自激型推挽式雙變壓器開關電源電路(P.189)3.1自激型推挽式開關電源電路3.1.4自激型推挽式雙變壓器開關電源電路3.1自激型推挽式開關電源電路3.1.5自激型推挽式開關電源應用電路舉例3.2他激型推挽式開關電源電路(P.193)基本電路：3.2他激型推挽式開關電源電路(P.193)3.2.1他激型推挽式開關電源電路中的功率開關變壓器(P.195)3.2.2他激型推挽式開關電源電路中的功率開關管(P.195)3.2.3他激型推挽式開關電源電路中的雙管共態導通問題(P.196)3.2他激型推挽式開關電源電路(P.193)3.2.3他激型推挽式開關電源電路中的雙管共態導通問題1.采用RC電路延遲導通來避免雙管共態導通現象(1).縮短關斷功率開關管的存儲時間(P.197)3.2他激型推挽式開關電源電路3.2.3他激型推挽式開關電源電路中的雙管共態導通問題1.采用RC電路延遲導通來避免雙管共態導通現象(2).延遲功率開關管導通(P.197-198)2.采用延遲導通脈沖來避免雙管共態導通現象(P.198-199)3.減小功率開關管存儲時間的有效方法(P.200-202)3.2他激型推挽式開關電源電路3.2.4他激型推挽式開關電源電路中的PWM/PFM電路應用最為廣泛的雙端他激型推挽式開關電源PWM集成驅動器：

UC3525A/UC3527A(P.202-207)

(1).主要性能p.203(2).技術參數p.203(3).引腳與外形p.204-206(4).內部原理方框圖p.206(5).應注意的問題p.20-2063.2他激型推挽式開關電源電路3.2.4他激型推挽式開關電源電路中的PWM/PFM電路UC3525A/UC3527A應用電路1磁耦合推挽隔離式開關穩壓電源(GTR)(P.208)(6).UC3525A/UC3527A應用電路p.207UC3525A/UC3527A應用電路1磁耦合推挽隔離式開關穩壓電源(GTR)(P.208)誤差放大+誤差放大-定時電容定時電阻放電電阻軟啟動電容比較器輸入外部控制驅動輸出A-公共地芯片內部輸出級C極驅動輸出B電源+內部基準電壓輸出3.2他激型推挽式開關電源電路3.2.4他激型推挽式開關電源電路中的PWM/PFM電路UC3525A/UC3527A應用電路2磁耦合推挽隔離式開關穩壓電源(MOSFET)(P.209)×3.2他激型推挽式開關電源電路3.2.4他激型推挽式開關電源電路中的PWM/PFM電路UC3525A/UC3527A應用電路3光耦合推挽隔離式開關穩壓電源(GTR)(P.210)3.2他激型推挽式開關電源電路3.2.4他激型推挽式開關電源電路中的PWM/PFM電路UC3525A/UC3527A應用電路4光耦合推挽隔離式開關穩壓電源(MOSFET)(P.211)×開關電源

1.1直流穩壓電源的發展

直流穩壓電源是電子、電器、自動化設備中最基本的部分。傳統的轉換方法設計制作的電源，其效率低，損耗大，溫升高。加上多路電壓輸出，而各個電壓的等級、質量要求又不相同時，使之傳統的串聯穩壓式電源越來越難于得到解決。如圖8-1所示的串聯式線性穩壓電源，就屬此類。

當今計算機及自動化設備上大多數控制電源都向低壓大電流，高效率，重量輕、體積小的方向發展。在這種要求面前首先得到發展的是晶體管串聯式開關穩壓電源，如圖8-2所示。圖1-1晶體管串聯式線性穩壓電源

圖1-2晶體管串聯式開關穩壓電源

隨著電力電子技術的發展，大功率開關晶體管、快恢復二極管及其它元器件的電壓得到很大的提高，這為取消穩壓電源中的工頻變壓器，發展高頻開關電源創造了條件。由于它不需要工頻變壓器，故稱無工頻變壓器開關式直流穩壓電源。它使電源在小型化、輕量化、高效率等方面又邁進了一步。圖8-3是無工頻變壓器的開關電源的方框圖。圖1-3無工頻變壓器的開關電源原理框圖

無工頻變壓器開關穩壓電源，有如下的優點：1.效率高。一般在70～80%以上。2.體積小、重量輕，隨著頻率的提高，收效更顯著。3.穩壓范圍廣，一般交流輸入80～265V，負載作大幅度變化時，性能很好。4.噪聲低，聲頻在20kHz以上時，已是人耳聽不到的超聲波，而開關電源的工作頻率一般都大于此頻率；5.性能靈活，通過輸出隔離變壓器，可得到低壓大電流、高壓小電流；一個開關控制的一路輸入可得到多路輸出以及同號、反號等輸出；6.電壓維持時間長，為了適應交流停電時，計算機、現代自動化控制設備電源轉換的需要，開關電源可在幾十毫秒內保證仍有電壓輸出。7.可靠性大，當開關損壞時，也不會有危及負載的高電壓出現。

無工頻變壓器開關穩壓電源的不足之處：1.輸出紋波較大，約有10～100mV的峰峰值；2.脈沖寬度調制式的電路中，電壓、電流變化率大；3.控制電路比較復雜，對元器件要求高；

4.動態響應時間至少要大于一個開關周期，不如串聯式晶體管線性穩壓電源。

1.2

用高頻變壓器的開關電源結構概述

圖1-5高頻變壓器開關電源基本功能框圖這類電源的共同特點是具有高頻變壓器、直流穩壓是從變壓器次級繞組的高頻脈沖電壓整流濾波而來。變壓器原副方是隔離的，或是部分隔離的，而輸入電壓是直接從交流市電整流得到的高壓直流。

目前，用高頻變壓器的變換電路按其工作方式可分為五類，每類傳輸的功率也不相同，應用環境也稍有不同，如下所示：電路類型傳輸功率應用環境單端反激式變換器20～100W小型儀器、儀表，家用電器等電源，自動化設備中的控制電源單端正激式變換器50～200W小型儀器、儀表，家用電器等電源，自動化設備中的控制電源推換式變換器100～500Ｗ控制設備，計算機等電源半橋式變換器100～5000W焊機，超聲電源，計算機電源等全橋式變換器500W～30kW焊機、高頻感應加熱，交換機等1.3DC/DC變換的開關電源

對于輸入與輸出電壓不需隔離只用一個工作開關和L、D、C組成的變換器電路最基本的為如下三種：（1）降壓變換器（buckconverter）；（2）升壓變換器（boostconverter）；（3）降、升壓變換器（buck-boostconverter）。其原理電路如圖8-6所示。圖1-6無隔離的DC→DC變換電路

1.3.1Buckconverter

a）電路拓撲b）工作波形圖1-7Buckconverter（一）在開關VT導通期間

（二）在開關VT截止期間

1.臨界連續工作狀態2.電流斷續的工作狀態3.電流連續的工作狀態

(三)電感電流的平均值計算

（四）輸出電壓紋波值的計算1.3.2Boostconverter

a）電路拓撲b）工作波形圖1-8Boostconverter1.在期間

2.在期間

3.負載電流的平均值

4.輸入電流的平均值

5.輸出電壓的紋波計算

1.3.3Buck—Boostconverter

圖1-9Buck—Boostconverter=圖1-10Buck-Boostconverter工作波形圖

1.4單端功率輸出的直流變換器

1.4.1CW34063的工作原理

圖1-11CW34063的原理框圖1.4.2CW34063的應用電路

(一)降壓式電路

a）直接用于降壓b）外接NPN晶體管擴流電路圖1-12CW34063的降壓應用電路（二）升壓式電路

（a） （b）a）直接升壓式b）外接NPN管擴流式圖1-13CW34063的Boostconverter

（三）反轉電路

(a) (b)a）直接變換式b）外接PNP管擴流式圖1-14CW34063的Buck—Boostconverter1.5單端反激式開關電源

1.5.1

工作原理分析（一）在開關VT導通期間：

（二）在開關VT截止期間

圖1-15單端反激式變換器單端反激式變換器也有三種工作狀態：

1磁通臨界連續的工作情況：

圖1-16臨界連續狀態時的電壓電流波形2磁通不連續的工作狀態

圖1-17磁通不連續時的工作波形3磁通連續的工作狀況圖1-18磁通連續時的工作波形

（3）輸入電壓Uin與導通比αt的對應關系

即是輸入電壓最高時，相應的導通比是最小，輸入電壓最低時，相應的導通比是最大。因此，輸入電壓與導通比是一一對應，相互制約的。運行中由于閉環調節，這種相互適應是自動的。但必須指出的是，由控制電路振蕩器和PWM門閂電路本身固有的最大最小導通比，一定要與運行條件所需的最大最小導通比不矛盾，否則就會失調。(4)磁通復位問題

為了不致于出現磁路飽和每個開關周期工作磁通都能復位，因此：1.單端反激式變換器開關變壓器的鐵芯都帶有氣隙。2.原方繞組電流實現脈沖限流控制。（5）間歇振蕩問題

當電網電壓升到一定值而又很大的情況下，欲維持輸出電壓恒定，則脈寬調制器會使脈寬減少到某一極限值時，不能再減小了，只能以最小導通比運行，但由于導通時所儲存的能量沒有釋放回路，就有可能出現：有的振蕩周期沒有PWM脈沖輸出，開關管不導通，有的振蕩周期就很寬，變成了作周期性或非周期性的間歇振蕩器，這時輸出電壓不穩，紋波大，變壓器發出刺耳的哨叫聲。克服這一問題的辦法之一，也是最安全和可靠的辦法是在付繞組中加一固定負載電阻（假負載），以防負載開路，這樣電網電壓最高，負載開路了，由于有固定的假負載，脈寬保證有一最小的寬度而不致于出現間歇振蕩現象。最小的脈寬是由控制電路振蕩器的最小導通比決定的。8.6單端正激式變換器圖1-19正激式變換器的原理電路圖圖1-20正激式變壓器等效電路圖1-21單端正激式變換器的電壓電流波形

1.7半橋式變換器

1.7.1

工作原理

圖1-22半橋式變換器原理電路圖1-23半橋式變換器的工作波形

圖1-24串聯電容半橋式變換器原理電路

（a）串聯電容前交流電壓，斜格面積表示A1、A2的伏秒值不平衡波形（b）串聯電容、變壓器原邊的伏秒值得到了平衡圖1-25變壓器原邊串聯電容后的工作波形

1.7.2串聯耦合電容C3的選擇

1.8全橋式變換器的開關電源

圖126全橋式變換器主電路1.8.1

全橋式變換器的工作原理

圖1-27全橋式變換器的工作波形第一部分

常用器件介紹一、整流二極管二極管是功率電子系統中不可或缺的器件，用于整流、續流等。目前比較多地使用如下三種選擇：高效快速恢復二極管。壓降0.8-1.2V，適合小功率，12V左右電源。高效超快速二極管。0.8-1.2V，適合小功率，12V左右電源。肖特基勢壘整流二極管SBD。0.4V，適合5V等低壓電源。缺點是其電阻和耐壓的平方成正比，所以耐壓低（200V以下），反向漏電流較大，易熱擊穿。但速度比較快，通態壓降低。雙二極管二、場效應管基礎知識1）、場效應管的分類按溝道半導體材料的不同，結型和絕緣柵型各分溝道和P溝道兩種。若按導電方式來劃分，場效應管又可分成耗盡型與增強型。結型場效應管均為耗盡型，絕緣柵型場效應管既有耗盡型的，也有增強型的。

場效應晶體管可分為結場效應晶體管和MOS場效應晶體管。而MOS場效應晶體管又分為N溝耗盡型和增強型；P溝耗盡型和增強型四大類。見下圖。2）場效應管的作用1、場效應管很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換。

2、常用于多級放大器的輸入級作阻抗變換。

3、場效應管可以用作可變電阻。

4、場效應管可以方便地用作恒流源。

5、場效應管可以用作電子開關。3）、場效應管的測試:

a、結型場效應管的管腳識別：

場效應管的柵極相當于晶體管的基極，源極和漏極分別對應于晶體管的發射極和集電極。將萬用表置于R×1k檔，用兩表筆分別測量每兩個管腳間的正、反向電阻。當某兩個管腳間的正、反向電阻相等，均為數KΩ時，則這兩個管腳為漏極D和源極S（可互換），余下的一個管腳即為柵極G。對于有4個管腳的結型場效應管，另外一極是屏蔽極（使用中接地）。

b、判定柵極

用萬用表黑表筆碰觸管子的一個電極，紅表筆分別碰觸另外兩個電極。若兩次測出的阻值都很小，說明均是正向電阻，該管屬于N溝道場效應管，黑表筆接的也是柵極。

制造工藝決定了場效應管的源極和漏極是對稱的，可以互換使用，并不影響電路的正常工作，所以不必加以區分。源極與漏極間的電阻約為幾千歐。

注意不能用此法判定絕緣柵型場效應管的柵極。因為這種管子的輸入電阻極高，柵源間的極間電容又很小，測量時只要有少量的電荷，就可在極間電容上形成很高的電壓，容易將管子損壞。

功率場效應管MOSFET功率場效應管又叫功率場控晶體管。電力場效應晶體管有3個端子：漏極D、源極S和柵極G。當漏極接電源正，源極接電源負時，柵極和源極之間電壓為0，溝道不導電，管子處于截止。如果在柵極和源極之間加一正向電壓UGS，并且使UGS大于或等于管子的開啟電壓UT，則管子開通，在漏、源極間流過電流ID。UGS超過UT越大，導電能力越強，漏極電流越大。三、電阻器碳膜電阻器（RT）

材料：高溫下將有機化合物（烷，苯等碳氫化合物）熱分解產生的碳積在陶瓷肌體表面。碳膜電阻器阻值范圍寬，由良好的穩定性，溫度系數不大且是負值，是目前應用最廣泛的電阻器。金屬膜電阻（RJ）

材料：通過真空蒸發或陰極濺射，沉積在陶瓷肌體表面上一層很薄的金屬或合金膜。特點：金屬膜電阻比碳膜電阻的精度高，穩定性好，噪聲，溫度系數小，金屬膜電阻由于結構不均勻，因此使他的脈沖負載能力差。SMT電阻：（RI）

材料：片狀電阻是金屬玻璃鈾電阻的一種形式，他的電阻體是高可靠的釕系列玻璃鈾材料經過高溫燒結而成，電極采用銀鈀合金漿料。

特點：體積小，精度高，穩定性好，由于其為片狀元件，所以高頻性能好繞線電阻:RX

材料：用高阻合金線繞在絕緣骨架上制造。特點：繞線電阻具有較低的溫度系數，阻值精度高，穩定性好，耐熱耐腐蝕，主要做精密大功率電阻使用，缺點是高頻性能差，時間常數大。

壓敏電阻根據使用目的的不同，可將壓敏電阻區分為兩大類：①保護用壓敏電阻②電路功能用壓敏電阻。

保護用壓敏電阻

（1）區分電源保護用，還是信號線，數據線保護用壓敏電阻器，它們要滿足不同的技術標準的要求。

（2）根據施加在壓敏電阻上的連續工作電壓的不同，可將跨電源線用壓敏電阻器可區分為交流用或直流用兩種類型，壓敏電阻在這兩種電壓應力下的老化特性表現不同。

（3）根據壓敏電阻承受的異常過電壓特性的不同，可將壓敏電阻區分為浪涌抑制型，高功率型和高能型這三種類型。

★浪涌抑制型：是指用于抑制雷電過電壓和操作過電壓等瞬態過電壓的壓敏電阻器，這種瞬態過電壓的出現是隨機的，非周期的，電流電壓的峰值可能很大。絕大多數壓敏電阻器都屬于這一類。★高能型：指用于吸收發電機勵磁線圈，起重電磁鐵線圈等大型電感線圈中的磁能的壓敏電壓器，對這類應用，主要技術指標是能量吸收能力。

壓敏電阻器的保護功能，絕大多數應用場合下，是可以多次反復作用的，但有時也將它做成電流保險絲那樣的"一次性"保護器件。例如并接在某些電流互感器負載上的帶短路接點壓敏電阻。

★高功率型：是指用于吸收周期出現的連續脈沖群的壓敏電阻器，例如并接在開關電源變換器上的壓敏電阻，這里沖擊電壓周期出現，且周期可知，能量值一般可以計算出來，電壓的峰值并不大，但因出現頻率高，其平均功率相當大。

電路功能用壓敏電阻

壓敏電阻主要應用于瞬態過電壓保護，但是它的類似于半導體穩壓管的伏安特性，還使它具有多種電路元件功能，例如可用作：

（1）直流高壓小電流穩壓元件，其穩定電壓可高達數千伏以上，這是硅穩壓管無法達到的。

（2）電壓波動檢測元件。

（3）直流電瓶移位元件。

（4）均壓元件。

（5）熒光啟動元件

水泥電阻水泥電阻通常用做功率大，電流大的場合，有2W，3W，5W，10W甚至更大的功率，象空調，電視機，等功率在百瓦級以上的電器中，基本上都會用到水泥電阻，主要作用就是限流……PTC熱敏電阻

PTC是PositiveTemperatureCoefficient的縮寫，意思是正的溫度系數，泛指正溫度系數很大的半導體材料或元器件。通常我們提到的PTC是指正溫度系數熱敏電阻，簡稱PTC熱敏電阻。PTC熱敏電阻是一種典型具有溫度敏感性的半導體電阻，超過一定的溫度(居里溫度)時，它的電阻值隨著溫度的升高呈階躍性的增高。

PTC熱敏電阻組織結構和功能原理

陶瓷材料通常用作高電阻的優良絕緣體，而陶瓷PTC熱敏電阻是以鈦酸鋇為基，摻雜其它的多晶陶瓷材料制造的，具有較低的電阻及半導特性。通過有目的的摻雜一種化學價較高的材料作為晶體的點陣元來達到的：在晶格中鋇離子或鈦酸鹽離子的一部分被較高價的離子所替代，因而得到了一定數量產生導電性的自由電子。對于PTC熱敏電阻效應，也就是電阻值階躍增高的原因，在于材料組織是由許多小的微晶構成的，在晶粒的界面上，即所謂的晶粒邊界(晶界)上形成勢壘，阻礙電子越界進入到相鄰區域中去，因此而產生高的電阻，這種效應在溫度低時被抵消：在晶界上高的介電常數和自發的極化強度在低溫時阻礙了勢壘的形成并使電子可以自由地流動。而這種效應在高溫時，介電常數和極化強度大幅度地降低，導致勢壘及電阻大幅度地增高，呈現出強烈的PTC效應。PTC熱敏電阻：有下面幾個性能！燈絲預熱用PTC熱敏電阻器1.應用范圍：用于各種熒光燈電子鎮流器、電子節能燈中，不必改動線路，將適當的熱敏電阻器直接中跨接在燈管的諧振電容器兩端，可以變電子鎮流器、電子節能燈的硬啟動為預熱啟動，使燈絲的預熱時間達0.4～2秒可延長燈管壽命三倍以上。2.特點：利用材料PTC特性制作而成，產品體積小、耐電壓高、壽命長、正常工作時功耗小。3.應用原理：應用PTC熱敏電阻器實現預熱啟動原理如右圖所示：剛接通開關時，Rt處于常溫態，其阻值遠遠低于C2阻值，電流通過C1，Rt自熱溫度超過居里點溫度Tc躍入高阻態，其阻值遠遠高于C2阻值，電流通過C1、C2形成回路導致LC諧振，產生高壓點亮燈管。保險絲型PTC熱敏電阻器PTC熱敏電阻和NTC熱敏電阻技術1.應用范圍：

MZ12A型PTC熱敏電阻器主要用于電子鎮流器（節能燈、電子變壓器、萬用表、智能電度表）等的過流過熱保護，直接串聯在負載電路中，在線路出現異常狀況時，能夠自動限制過電流或阻斷電流，當故障排除后又恢復原態，俗稱“萬次保險絲”。2.特點：·無觸點的電路及元器件保護·自動限制過電流·故障排除后自動恢復·工作時無噪音無火花·工作可靠、使用方便3.應用原理：將PTC熱敏電阻器串聯在電源回路中，當電路處于正常狀態時，流過PTC的電流小于額定電流，PTC處于常態，阻值很小，不會影響電子鎮流器（節能燈、變壓器、萬用表）等被保護電路的正常工作。當電路電流大大超過額定電流時，PTC陡然發熱，阻值驟增至高阻態，從而限制或阻斷電流，保護電路不受損壞。電流電流回復正常后，PTC亦自動回復至低阻態，電路恢復正常工作。在電子鎮流器（節能燈、變壓器、萬用表）等過流保護應用領域，南京時恒憑借其科研和工藝等方面的優勢，率先推出了以高耐壓（V≥300VAC）為特色的MZ12型產品。

三．TL431基準電源器件這個器件在電源中使用率最高，這里簡單介紹該器件。（1）TL431簡介

圖5-2：TL431結構及原理德州儀器公司（TI）生產的TL431是一是一個有良好的熱穩定性能的三端可調分流基準源。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設置到從Vref（2.5V）到36V范圍內的任何值（如圖2）。該器件的典型動態阻抗為0.2Ω。圖5-2左圖是該器件的符號。3個引腳分別為：陰極（CATHODE）、陽極（ANODE）和參考端（REF）。由圖可以看到，VI是一個內部的2.5V基準源，接在運放的反相輸入端。由運放的特性可知，只有當REF端（同相端）的電壓非常接

近VI（2.5V）時，三極管中才會有一個穩定的非飽和電流通過，而且隨著REF端電壓的微小變化，通過三極管的電流將從1到100mA變化。當然，該圖絕不是TL431的實際內部結構，所以不能簡單地用這種組合來代替它。但如果在設計、分析應用TL431的電路時，這個模塊圖對開啟思路，理解電路都是很有幫助的。（2）TL431的應用前面提到TL431的內部含有一個2.5V的基準電壓，所以當在REF端引入輸出反饋時，器件可以通過從陰極到陽極很寬范圍的分流，控制輸出電壓。如圖5-3所示的電路，當R1和R2的阻值確定時，兩者對Vo的分壓引入反饋，若Vo增大，反饋量增大，TL431的分流也就增加，從而又導致Vo下降。顯見，這個深度的負反饋電路必然在VI等于基準電壓處穩定，此時Vo=(1+R1/R2)Vref。選擇不同的R1和R2的值可以得到從2.5V到36V范圍內的任意電壓輸出，特別地，當R1=R2時，Vo=5V。需要注意的是，在選擇電阻時必須保證TL431工作的必要條件，就是通過陰極的電流要大于1mA。

當然，這個電路并不太實用，但它很清晰地展示了該器件在應用中的方法。將這個電路稍加改動，就可以得到在很多實用的電源電路，如圖5-4。一般地，在陰極和參考端之間，可以引進R、C串聯網絡，以做相位補償。圖5-3：推薦的應用電路及電壓輸出作為基準器件，TL431可以在恒壓源、恒流源等電路中廣泛采用。我們前面講到的開關電源，就廣泛地使用這個器件作為比較基準。四、光電耦合器原理及應用工作原理

在光電耦合器輸入端加電信號使發光源發光，光的強度取決于激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應而產生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實現了電一光一電的轉換。

常見的發光源為發光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。光電耦合器的種類較多，常見有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達林頓型、集成電路型等。光電耦合器的測試

1、用萬用表判斷好壞。斷開輸入端電源，用R×1k檔測1、2腳電阻，正向電阻為幾百歐，反向電阻幾十千歐，3、4腳間電阻應為無限大。1、2腳與3、4腳間任意一組，阻值為無限大，輸入端接通電源后，3、4腳的電阻很小。調節RP，3、4間腳電阻發生變化，說明該器件是好的。注：不能用R×10k檔，否則導致發射管擊穿。

2、簡易測試電路，當接通電源后，調節LED的發光強度會發生變化，說明被測光電耦合器是好的。下圖：光電耦合器及其典型用法第二部分

開關電源原理及各功能電路

一、開關電源的電路組成開關電源的主要電路是由輸入電磁干擾濾波器（EMI）、整流濾波電路、功率變換電路、PWM控制器電路、輸出整流濾波電路組成。輔助電路有輸入過欠壓保護電路、輸出過欠壓保護電路、輸出過流保護電路、輸出短路保護電路等。開關電源的電路組成方框圖如下：PWM（PulseWidthModulation）——脈寬調制，是一種開關式穩壓電源應用，是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術。什么是PFC電路

PFC就是“功功率因數校正”的意思，主要用來表征電子產品對電能的利用效率。功率因數越高，說明電能的利用效率越高

二、輸入電路的原理及常見電路

1、AC輸入整流濾波電路原理：2、DC輸入濾波電路原理：

①輸入濾波電路：C1、L1、C2組成的雙π型濾波網絡主要是對輸入電源的電磁噪聲及雜波信號進行抑制，防止對電源干擾，同時也防止電源本身產生的高頻雜波對電網干擾。C3、C4為安規電容，L2、L3為差模電感。②R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7組成抗浪涌電路。在起機的瞬間，由于C6的存在Q2不導通，電流經RT1構成回路。當C6上的電壓充至Z1的穩壓值時Q2導通。如果C8漏電或后級電路短路現象，在起機的瞬間電流在RT1上產生的壓降增大，