第五节 直流开关稳压器-反相型和CUK型1102

1、第五节 反相型开关电源一、工作原理：一、工作原理：1.晶体管的导通期晶体管的导通期ton： VT导通导通 VD截止截止 电源对电感供电，电容对负载供电电源对电感供电，电容对负载供电 。 电电感的感应电动势感的感应电动势uL：方向上方向上(+) 下下() 大小：大小：iLuu （忽略VuVTS1 ）dtdiLuLL LuLudtdiiLL 直线上升,LioniLtLuI增量增量ont 第二章第二章 直流稳压电路直流稳压电路2.晶体管的截止期晶体管的截止期toff： VT截止截止 VD导通（续流二极管）导通（续流二极管） 电感对电容和负载提供能量电感对电容和负载提供能量 感应电动势感应电动势uL：

2、方向上方向上() 下下() 大小：大小：0uuL （忽略vuVDS1 ）dtdiLuLL 常量常量 LuLudtdiLL0直线下降,LioffLtLuI0offt减少减少 二、输入输出电压之间的关系式：二、输入输出电压之间的关系式： 在稳态时，晶体管导通期，储能电感在稳态时，晶体管导通期，储能电感中的电流增加量和晶体管截止期，储能电中的电流增加量和晶体管截止期，储能电感中的电流减少量相等。即：感中的电流减少量相等。即：offonitLutLu0 TtTtuutTtuttuononiiononioffon 10iuDDu 10注，占空比TtDon 当D0.5时（即ton0.5时（即tontoff

3、），三、反相型开关稳压电路的效率：三、反相型开关稳压电路的效率：不考虑不考虑VT和和VD的开关损耗的开关损耗TtITtuIponLonVTSLVTS LoffonLVDSVTSiIIuTtTtIIupppp 00000)(VT在在ton期间的导通损耗功率为期间的导通损耗功率为I IL LU UVTSVTS，在一个，在一个周期内的平均导通损耗功率为：周期内的平均导通损耗功率为：VD在在toff期间的导通损耗功率为期间的导通损耗功率为I IL LU UVDSVDS，在，在一个周期内的平均导通损耗功率为：一个周期内的平均导通损耗功率为：TtITtuIponLoffVDSLVDS TItIoffL0

4、offLtTII0 从该式可以看出，始终是从该式可以看出，始终是0IIL )1()1()(000000000000ioffonoffoffLiuuuIttuItTuItTIIuIIup ioffonuttu 01000 iiouuuupp 稳态时，储能电感在晶体管截止期间所释放稳态时，储能电感在晶体管截止期间所释放的电荷总量等于负载在一个周期内所获得的电荷的电荷总量等于负载在一个周期内所获得的电荷总量。总量。四、储能电感电感量的计算：四、储能电感电感量的计算：平均电流平均电流：offLPLtLuiI min02121offLtTII0 根据电荷守恒定律：根据电荷守恒定律：offofftLutT

5、I min0021即)1(020min2 TItuLoffioffonuttu 0iLIII 0)2(00000 uuTuuuTutTuTuututiittttionionioffonononoff将（2）代入（1）式得：02002min2)(IuuTuuLii ton期：vuVTS1 左右toff期：iVTPuuu 0五、功率晶体管五、功率晶体管VT的选择：的选择：电路中，流过晶体管的最大电流：电路中，流过晶体管的最大电流：offoffLLLPVTPtLutTIiIii22100 iioffuuTut 0)(2)(0000iiiiVTPuuLuTuuuuIi 功率晶体管应选集电极最大允许电流

6、功率晶体管应选集电极最大允许电流VTPi 基极开路时，集基极开路时，集-射极间允许施加的最大电压射极间允许施加的最大电压VTPu 以及饱和压降小，开关性能好的晶体管以及饱和压降小，开关性能好的晶体管。六、续流二极管六、续流二极管VD的选择的选择：在在ton期，期，VD承受的反向电压峰值为承受的反向电压峰值为iuu 0在在toff期，流过期，流过VD的最大电流的最大电流：)(2)(2000000iiiioffoffLPVDPuuLuTuuuuItLutTIii 七、反相型开关电源优缺点：七、反相型开关电源优缺点：1.占空比过大的过电压危害：当占空比占空比过大的过电压危害：当占空比D增大到接近增大

7、到接近1时，升压的倍数就很时，升压的倍数就很大；大；D越接近越接近1，D的理论调压作用越灵敏，过电压危险越大；开关管、二的理论调压作用越灵敏，过电压危险越大；开关管、二极管的耐压要求迅速增大。极管的耐压要求迅速增大。2.对控制电路控制灵敏度的要求比降压型开关电源低。对控制电路控制灵敏度的要求比降压型开关电源低。缺点缺点：1.反相型的反相型的VT和和VD所承受的峰值电压为所承受的峰值电压为UiUo，比降压型的，比降压型的VT和和VD所所承受的峰值电压承受的峰值电压Ui高。高。2.和降压型开关电源一样，反相型电路和交流电网之间为直接连接，没有和降压型开关电源一样，反相型电路和交流电网之间为直接连接

8、，没有电隔离。电隔离。iuDDu 10iVTPuuu 0反相型对控制电路控制灵敏度的要求比降压型开关电源低。反相型对控制电路控制灵敏度的要求比降压型开关电源低。例：当交流电有效值例：当交流电有效值Uac在在160V到到240V之间变化时，要求输出电压之间变化时，要求输出电压Uo维持维持在在48V恒定不变，试计算降压型与反相型两种开关电源的控制回路输出方波恒定不变，试计算降压型与反相型两种开关电源的控制回路输出方波脉冲的占空比各需在什么范围内变化时，才能满足此要求。脉冲的占空比各需在什么范围内变化时，才能满足此要求。Uac整流整流开关电源开关电源反馈控制回路反馈控制回路UiUo48V设设Ui1.

9、2Uac解：解：Uac经电容滤波态流电路态流后得到的直流电压经电容滤波态流电路态流后得到的直流电压Ui1.2Uac。当当Uac160V时，时，Ui1.2Uac192V ； 当当Uac240V时，时，Ui1.2Uac288V 降压型开关电源降压型开关电源：iionDuuTtu 0iuuD0 将将Uo48V，Ui192288V代入上式可得代入上式可得： D0.250.167D0.25-0.1670.083反相型开关电源反相型开关电源：iuDDu 10iuuuD 00将将Uo48V，Ui192288V代入上式可得：代入上式可得： D0.20.143占空比的变化量占空比的变化量D0.2-0.1430.

10、057VT导通，导通，VD截止，电源截止，电源Ui向电感向电感L1供能（供能（L1储能）；电容储能）；电容C1向电感向电感L2和和 容性负载供电（容性负载供电（L2储能）储能）1、晶体管导通时、晶体管导通时：2、晶体管截止时：、晶体管截止时：VD导通，电源导通，电源Ui和电感和电感L1同时向电容同时向电容C1供电供电电感电感L2向负载向负载RL和电容和电容C2供电。供电。可见：前面为升压型电路，可见：前面为升压型电路，后面为降压型电路。后面为降压型电路。第六节第六节 Cuk型开关电源型开关电源Cuk型电路中的升压型电路型电路中的升压型电路导通期，电源对电感充电。导通期，电源对电感充电。截止期，

11、电源和电感同时向负载电。截止期，电源和电感同时向负载电。对于该升压型电路：输入电压对于该升压型电路：输入电压Ui，输出电压输出电压UC1,其输入输出关系为：其输入输出关系为：)1(111 icUDUCuk型电路中的降压型电路型电路中的降压型电路导通期，电源导通期，电源Uc1向容性负载和电感向容性负载和电感L2供电。供电。截止期，电感截止期，电感L2向容性负载供电。向容性负载供电。对于后面的降压型电路：输入电压对于后面的降压型电路：输入电压UC1，输出电压，输出电压U0，其输入输出关系其输入输出关系为：为：)2(1 cUUDo将（将（1）式带入（）式带入（2）式得）式得icUDDUU 11Doi

12、UDDU 1o可见，当可见，当D0.5时，时，u00.5时时, u0ui 能升压能升压 输出范围宽输出范围宽 直流脉动电压的指标：直流脉动电压的指标： 脉动的直流电压脉动的直流电压Uc按迭加原理分解成为直流成分按迭加原理分解成为直流成分U0和交流成分，即电压脉动和交流成分，即电压脉动成分成分URi 。URi就是将横坐标上移至就是将横坐标上移至U0高度时的电压波形，它对电路和通信带来干扰，高度时的电压波形，它对电路和通信带来干扰，常用以下指标表示。常用以下指标表示。()0R ippuu (1)脉动（或纹波）电压的峰峰值。脉动（或纹波）电压的峰峰值。(2)脉动电压脉动电压URi(p) ，即，即URi的峰值的峰值(单峰值单峰值)。021u (3)电压脉动系数，脉动电压（峰值）与电流电压电压脉动系数，脉动电压（峰值）与电流电压（平均值）之比，即脉动电压的相对值。（平均值）之比，即脉动电压的相对值。()0R ipusU (4)纹波电压纹波电压URi，即脉动电压，即脉动电压URi(p)的有效值。的有效值。()3R ipR iuu (5)纹波系数，即纹波电压