电源技术辅导资料四
电源技术辅导资料四主 题：第三章 第二节 第三节的第1小节 “开关稳压电源的分类”、“开关电源的基本电路 之 非隔离性电路”
学习时间：2010年11月8日－11月14日
内 容：
我们这周主要学习第三章第二节、第三节的第1小节“开关稳压电源的分类”、“开关电源的基本电路 之 非隔离性电路”的相关内容。希望通过下面的内容能使同学们加深对开关稳压电源分类的了解，并掌握几种主要的非隔离型电路。
一、学习要求
1．了解开关稳压电源的分类
2．掌握非隔离型电路的工作原理
3. 了解斩波电路的控制方式
二、主要内容
1．开关稳压电源的分类
（1）按驱动方式分有
自励式：开关管兼做振荡器中的振荡管
他励式：电路中设振荡器
（2）按DC/DC变换器的工作方式分；单端正励式、反励式、半桥式、全桥式、推挽式；降压式，升压式，升降压式。
（3）按电路组成分：谐振型和非谐振型
（4）按控制方式分：脉冲宽度调制式；脉冲频率调制式；PWM与PFM混合
（5）按隔离和耦合方式分：隔离式和非隔离式；变压器耦合和光电耦合式等。
2. 非隔离型电路
即各种直流斩波电路，根据电路形式的不同，可以分为降压（Buck）型电路、升压（Boost）型电路、升降压（Buck-Boost）型电路、Cuk型丘克电路、Sepic型电路和Zeta型电路。
首先介绍两个基本原理：
A. 稳态条件下电感两端电压在一个开关周期内的平均值为零。
B. 稳态条件下电容电流在一个开关周期内的平均值为零。
将直流电源的恒定直流电压，通过电子器件的开关作用，变换为可调直流电压的电路称为直流斩波电路。
占空比：k=t1/T （t1导通时间，T周期，0<k<1）
输出电压平均值：UO=kU
输出电压有效值：UO=（k）0.5U
斩波器（指开关部分）的工作方式：脉宽调制（PWM），脉频调制（PFM）。
（1） 降压斩波电路
负载一般为电感性负载；负载侧电容C一般较大，可维持输出电压在一个近似稳定值。
A. 周期中L中电流可连续情况下
分析过程：V导通时和V关断时
输出电压平均值：UO=kUd
B. 电流临界连续情况
i0min=0
平均电感电流：ILB=0.5（i0max- i0min）=0.5 i0max
C. 电流不连续导通的情况下
该情况可分为输入电压Ud不变和输出电压Uo不变两种情况。
以Ud不变情况为例，可以想象，当负载增加，电流会随之减小，当减小到适当值之后，电感电流便不再连续。
（2） 升压斩波电路
该电路输出电压永远高于输入电压。分析中假定滤波电容很大，可以使输出电压保持不变。
A. 电流连续情况下
分析过程：V导通和V关断
输出电压平均值：UO= U /(1-k)
升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的原因有两个：一是L储能之后具有使电压泵升的作用；二是电容C使输出电压保持稳定。
B. 电流不连续情况下
在Ud和k保持不变的条件下，逐步减小输出负载功率的，升压式变换电路从电流连续导通模式向不连续导通模式变化，波形如图所示。图a为连续导通时电感中的电压与电流波形；图b为电流不连续导通时电感中的电压与电流波形。这两种情况的电流峰值iLm是一样的，但是非连续导通模式的输出功率将减小。
（3） 升降压斩波电路
工作原理： V通时，电源E经V向L供电使其贮能，此时电流为i1。同时，C维持输出电压恒定并向负载R供电；V断时，L的能量向负载释放，电流为i2。负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，该电路也称作反极性斩波电路。
输出电压：UO=kUd/（1-k）
当0<k <1/2时为降压，当1/2<k <1时为升压，故称作升降压斩波电路。也有称之为buck-boost 变换器。
（4） Cuk电路
（b为等效电路）
V通时，E—L1—V回路和R—L2—C—V回路有电流。
V断时，E—L1—C—VD回路和R—L2—VD回路有电流。
输出电压的极性与电源电压极性相反。
电路相当于开关S在A、B两点之间交替切换。
输出电压：UO=kUd/（1-k）
优点（与升降压斩波电路相比）：输入电源电流和输出负载电流都是连续的，且脉动很 小，有利于对输入、输出进行滤波。
（5） 斩波电路小结
A．根据改变开关导通时间ton或开关导通周期T的不同，可以将斩波器的工作方式分为：脉冲调宽型、调频型和混合型。
B.直流／直流变换的基本形式有降压、升压和升降压三种。
降压斩波电路(Buck电路)的输出电压为Uo＝kUd，其特点是输出电压Uo总是低于输入电压Ud，且输出电压最大值不超过Ud。
升压斩波电路(Boost电路)的输出电压为Uo＝TUd/toff＝Ud/(1-k)，其特点是输出电压Uo总是高于输人电压Ud，且输出电压可以从Ud变到任意大。
Boost-Buck电路和Cuk电路都是升降压斩波电路，其输出均为Uo= - tonUd/toff=-kUd/(1-k) ，改变导通比k，输出电压既可以比输入电压Ud高，也可以比输入电压低。
3.斩波电路的控制方式
斩波电路的三种控制方式：
（1）时间比控制方式：
时间比控制方式可以分为定频调宽、定宽调频和调宽调频三种类型，并且定频调宽是这三种控制方式中应用最为广泛的一种。
定频调宽：
定宽调频：
（2）瞬时值控制方式：
分别预先给定电流或电压的上限值与下限值，将其与实际电流或电压的瞬时值进行比较，当实际电流或电压达到给定上限值或下限值时，关断或开通斩波器。这种控制方式就是瞬时值控制方式。
（3）时间比与瞬时值相结合的控制方式
三、重要考点
（一）选择题
1.降压型斩波电路中，已知电源电压为E，功率管导通时间t1，关断时间t2，开关周期T，则输出电压平均值U0等于（）。
A.(t1/T)E B.(t2/T)E C. (T/t1)E D. (T/t2)E
答案：A
2.上题中，如果电路是升压型斩波电路，则输出平均电压为（）。
A.(t1/T)E B.(t2/T)E C. (T/t1)E D. (T/t2)E
答案：D
3.下列几种直流斩波电路中，既可升压也可降压的是（）。
A. Buck电路
B. Boost电路
C. Buck-Boost电路
D. Cuk电路
答案：CD
（二）判断题
1.Boost变换器的输出电压平均值总小于输入电压值。 （错误）
2.降压式、升压式变换器均属于非隔离型变换器。（正确）
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