【專題】陶顯芳老師談開關(guān)電源與設(shè)計(jì)

顧名思義,開關(guān)電源就是利用電子開關(guān)器件(如晶體管、場效應(yīng)管、可控硅閘流管等),通過控制電路,使電子開關(guān)器件不停地“接通”和“關(guān)斷”,讓電子開關(guān)器件對輸入電壓進(jìn)行脈沖調(diào)制,從而實(shí)現(xiàn)DC/AC、DC/DC電壓變換,以及輸出電壓可調(diào)和自動(dòng)穩(wěn)壓。
開關(guān)電源一般有三種工作模式:頻率、脈沖寬度固定模式,頻率固定、脈沖寬度可變模式,頻率、脈沖寬度可變模式。根據(jù)開關(guān)器件在電路中連接的方式,大體上可分為:串聯(lián)式開關(guān)電源、并聯(lián)式開關(guān)電源、變壓器式開關(guān)電源等三大類。其中,變壓器式開關(guān)電源(后面簡稱變壓器開關(guān)電源)還可以進(jìn)一步分成:推挽式、半橋式、全橋式等多種;根據(jù)變壓器的激勵(lì)和輸出電壓的相位,又可以分成:正激式、反激式、單激式和雙激式等多種。
電子元件技術(shù)網(wǎng)之前已經(jīng)連載過陶顯芳老師的開關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)系列,此次在之前的基礎(chǔ)上增加了許多內(nèi)容,將繼續(xù)以連載形式分享給大家,希望能夠幫助大家更加了解開關(guān)電源的工作原理并做好開關(guān)電源設(shè)計(jì)。

開關(guān)電源電路的過渡過程——陶顯芳老師談開關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)

前面我們分析過的所有開關(guān)電源電路,很少提到電路過渡過程的概念,實(shí)際上,在開關(guān)電源電路中,工作開關(guān)的接通和關(guān)段,電路中電流和電壓的變化過程,都是屬于電路過渡過程,但我們?yōu)榱朔治龊唵危及央娐返倪^渡過程基本忽略掉了。如果認(rèn)真對開關(guān)電源電路進(jìn)行分析,輸出電路中的電流一般都不是線性的或鋸齒波;輸出電壓也不是一個(gè)矩形波或鋸齒波,我們把它們當(dāng)成矩形波或鋸齒波,只是在一個(gè)特定條件或范圍內(nèi),把它們的變化率或數(shù)值當(dāng)成了一個(gè)平均值來看待。

在具有電感、電容、電阻的電路中,發(fā)生電路過渡過程的電壓、電流一般都是按指數(shù)函數(shù)的曲線規(guī)律變化,正弦或者余弦函數(shù)是指數(shù)函數(shù)的特殊情況。在具有過渡過程的電路中,我們不能簡單地用正弦波電路的計(jì)算方法來分析,用付氏變換的方法也很難分析出精確結(jié)果,用微分方程對電路過渡過程進(jìn)行分析是最好的方法。在電路的過渡過程中,一定要考慮電壓或電流的初始值,只有當(dāng)初始值基本為0 或趨于某個(gè)固定值時(shí),才可認(rèn)為電路的過渡過程已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài),但嚴(yán)格來說,這種情況在開關(guān)電源電路中不存在...點(diǎn)擊閱讀>>

反激式變壓器開關(guān)電源電路參數(shù)計(jì)算 ——陶顯芳老師談開關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)

上一章電子元件技術(shù)網(wǎng)分享了陶老師的開關(guān)電源電路的過渡過程分析與計(jì)算,接下來電子元件技術(shù)網(wǎng)將繼續(xù)為大家介紹反激式變壓器開關(guān)電源電路參數(shù)計(jì)算,主要是對儲能濾波電感、儲能濾波電容,以及開關(guān)變壓器的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

前面已經(jīng)詳細(xì)分析,儲能濾波電容進(jìn)行充電時(shí),電容兩端的電壓是按正弦曲線的速率變化,而儲能濾波電容進(jìn)行放電時(shí),電容兩端的電壓是按指數(shù)曲線的速率變化,但由于電容充、放電的曲率都非常小,所以,把圖1-19 反激式變壓器開關(guān)電源儲能濾波電容兩端電壓的充、放電波形畫成了鋸齒波,這也相當(dāng)于用曲率的平均值來取代曲線的曲率,如圖1-26 所示。

圖1-26中,uo 是變壓器次級線圈輸出波形,Up 是變壓器次級線圈輸出電壓正半周波形的峰值,Up-是變壓器次級線圈輸出電壓負(fù)半周波形的峰值,Upa 是變壓器次級線圈輸出電壓波形的半波平均值,uc 是儲能濾波電容兩端的電壓波形,Uo 是反激式變壓器開關(guān)電源輸出電壓的平均值,i1 是流過變壓器初級線圈的電流...點(diǎn)擊閱讀>>

推挽式變壓器開關(guān)電源原理——陶顯芳老師談開關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)

在前兩期的“陶顯芳老師談開關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)”中介紹了開關(guān)電源電路的過渡過程以及反激式變壓器開關(guān)電源電路參數(shù)計(jì)算,本期將繼續(xù)為大家講解雙激式變壓器開關(guān)電源的相關(guān)參數(shù)計(jì)算,由于內(nèi)容較多,先就其中的推挽式變壓器開關(guān)電源進(jìn)行講解。

所謂雙激式變壓器開關(guān)電源,就是指在一個(gè)工作周期之內(nèi),變壓器的初級線圈分別被直流電壓正、反激勵(lì)兩次。與單激式變壓器開關(guān)電源不同,雙激式變壓器開關(guān)電源一般在整個(gè)工作周期之內(nèi),都向負(fù)載提供功率輸出。雙激式變壓器開關(guān)電源輸出功率一般都很大,因此,雙激式變壓器開關(guān)電源在一些中、大型電子設(shè)備中應(yīng)用很廣泛。這種大功率雙激式變壓器開關(guān)電源最大輸出功率可以達(dá)300 瓦以上,甚至可以超過1000 瓦。

推挽式、半橋式、全橋式等變壓器開關(guān)電源都屬于雙激式變壓器開關(guān)電源。本次先就其中的推挽式變壓器開關(guān)電源進(jìn)行講解...點(diǎn)擊閱讀>>

推挽式變壓器開關(guān)電源參數(shù)的計(jì)算——陶顯芳老師談開關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)

在上期「推挽式變壓器開關(guān)電源原理及參數(shù)計(jì)算」中,介紹了交流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源以及整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源原理,本期將接著上期內(nèi)容繼續(xù)講解推挽式變壓器開關(guān)電源參數(shù)的計(jì)算,其中包括儲能濾波電感參數(shù)、儲能濾波電容參數(shù)、初級線圈匝數(shù)以及初/次級線圈匝數(shù)比的計(jì)算,并對推挽式開關(guān)電源的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析。

圖 1-33 中,儲能濾波電感和儲能濾波電容參數(shù)的計(jì)算,與圖1-2 的串聯(lián)式開關(guān)電源中儲能濾波電感和儲能濾波電容參數(shù)的計(jì)算方法很相似。

根據(jù)圖1-33 和圖1-34,我們把整流輸出電壓uo 和LC 濾波電路的電壓uc、電流iL 畫出如圖1-35,以便用來計(jì)算推挽式變壓器開關(guān)電源儲能濾波電感、電容的參數(shù)。

圖 1-35-a)是整流輸出電壓uo 的波形圖。實(shí)線表示控制開關(guān)K1 接通時(shí),推挽式變壓器開關(guān)電源開關(guān)變壓器次級線圈N3 繞組輸出電壓經(jīng)整流后的波形...點(diǎn)擊閱讀>>

半橋式變壓器開關(guān)電源原理——陶顯芳老師談開關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)

在學(xué)習(xí)了推挽式變壓器開關(guān)電源原理與參數(shù)的計(jì)算之后,接下來要為大家講解的是半橋式變壓器開關(guān)電源。

從原理上來說,半橋式變壓器開關(guān)電源也屬于推挽式變壓器開關(guān)電源,它是多種推挽式變壓器開關(guān)電源家庭成員之一,更適用于工作電壓比較高的場合。來看看陶老師對半橋式變壓器開關(guān)電源又有什么獨(dú)到的見解吧!

在半橋式變壓器開關(guān)電源中,也是兩個(gè)控制開關(guān)K1和K2輪流交替工作,開關(guān)電源在整個(gè)工作周期之內(nèi)都向負(fù)載提供功率輸出,因此,其輸出電流瞬間響應(yīng)速度很高,電壓輸出特性也很好。

由于半橋式變壓器開關(guān)電源當(dāng)K1開通的時(shí)候,K2的電壓正好等于輸入電壓,相當(dāng)于K2的耐壓可比反激式電源或正激式電源的耐壓低一半(占空比等于二分之一時(shí)),因此,半橋式變壓器開關(guān)電源比較適用于工作電壓比較高的場合。

本期先為大家講解交流輸出半橋式變壓器開關(guān)電源。點(diǎn)擊閱讀>>

半橋式變壓器開關(guān)電源原理(二)——陶顯芳老師談開關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)

上期陶老師從理論角度深度分析了交流輸出半橋式變壓器開關(guān)電源原理,本期將繼續(xù)就半橋式變壓器開關(guān)電源進(jìn)行講解,目前電子元件技術(shù)網(wǎng)已連載五期陶老師的《開關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)》,相關(guān)文章可點(diǎn)擊電子元件技術(shù)網(wǎng)專題頁面進(jìn)行閱讀。

圖1-39是單電容半橋式變壓器開關(guān)電源的工作原理圖。這里的單電容是把圖1-36中的上分壓電容器C1或下分壓電容器省掉了的意思,因此,圖1-39的單電容半橋式變壓器開關(guān)電源是相對于圖1-36的雙電容半橋式變壓器開關(guān)電源而言的。

圖1-36的半橋式變壓器開關(guān)電源采用兩個(gè)電容進(jìn)行分壓的方式來對開關(guān)變壓器進(jìn)行供電,因此我們把它稱之為雙電容半橋式變壓器開關(guān)電源;圖1-39的半橋式變壓器開關(guān)電源采用一個(gè)電容對開關(guān)變壓器進(jìn)行供電,因此我們把它稱之為單電容半橋式變壓器開關(guān)電源。在沒有特別指明的情況下,我們把兩者都統(tǒng)稱半橋式變壓器開關(guān)電源。點(diǎn)擊閱讀>>

結(jié)語(conclusion)

作為留學(xué)德國的高材生,陶老師在射頻、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面積累了深厚的經(jīng)驗(yàn),而陶老師撰寫的技術(shù)文章也經(jīng)常創(chuàng)下文章點(diǎn)擊率新記錄,《開關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)》一書是陶老師準(zhǔn)備出版的圖書,此書從理論深度分析開關(guān)電源的原理,書中很多公式均由陶老師自己推導(dǎo)得出,且內(nèi)容由淺入深,非常適合工程師朋友學(xué)習(xí)。在國內(nèi)開關(guān)電源書籍中可算是位列第一的奇書!在此,衷心地感謝陶先生無私地奉獻(xiàn),也希望此書可以給本土工程師電源設(shè)計(jì)上更多幫助。

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