开关电源的基本概念和分析方法

开关电源的基本概念和分析方法什么是PowerSupply?PowerSupply负载Vin,IinPowerSupply是一种提供电力能源的设备，它可以将一种电力能源形式转换成另外一种电力能源形式，并能对其进行控制和调节。上级电能形式Vo,Iof,phasef,phase根据转换的形式分类:AD/DC,DC/DC,DC/AC,AC/AC根据转换的方法分类:线性电源，相控电源，开关电源根据调控的效果分类:稳压，恒流，调频，调相根据调控的方法分类:传统反馈控制，矢量控制，数位控制什么是SwitchingModePowerSupply?有源开关(Switch)二极管(Diode)电感器(Inductor)电容器(Capacitor)电阻器(Resistor)开关电源(SwitchingPower)开关工作主动控制功率流向与流量单向导电被动控制功率流向以电流形式储能以电压形式储能不在功率回路中除出现线性电源

(LinearPower)线性工作控制功率流量单向导电被动控制滤波等辅助作用滤波等辅助作用消耗功率调节电压VinVoVinVoRRxVo=Vin*Rx/(R+Rx)Vo=?LCLCVo=Vin*DD基本电子元件在开关电源中所起的作用线性电源(LinearPower)开关电源(SwitchingPower)开关电源的基本元件：有源开关(Switch)二极管(Diode)电感(Inductor)电容器(Capacitor)变压器(Transformer)+u(t)-i(t)电容的基本方程1.当一电流流经电容,电容两端的电压逐渐增加,并且电容量越大电流增加越慢.CI+U-2.在稳态工作的开关电源中流经电容的电流对时间的积分为零。I+I-AB面积A=面积B+u(t)-i(t)电感的基本方程1.当一电感突然加上一个电压时,其中的电流逐渐增加,并且电感量越大电流增加越慢.2.当一电感上的电流突然中断,在其两端会产生一瞬时高压,并且电感量越大该电压越高ULI+U-LI电感的伏秒平衡原则：u(t)i(t)V+V-t1t2t0对稳定状态伏秒平衡原则:

在稳态工作的开关电源中电感两端的正伏秒值等于负伏秒值.V+V-ABV+V-AB面积A=面积B分析开关电源中电容和电感的几条原则：电容两端的电压不能突变(当电容足够大时,可认为其电压不变)。电感中的电流不能突变(当电感足够大时,可认为其电流恒定不变)。流经电容的电流平均值在一个开关周期内为零。电感两端的伏秒积在一个开关周期内必须平衡。恒流充电恒压储能两个有用的公式：C:L:Buck电路工作原理分析：VinVoDLIoSSULILVin-Vo-VoIoD1-DT根据L的伏秒平衡原则：(Vin-Vo)*DT=Vo*(1-D)TVo=Vin*DL*ΔIo=Vo*(1-D)TIs根据L在1-D时间的基本方程：ΔIo=Vo*(1-D)T/LBuck电路的输入输出关系：Vo/Vin=DBoost电路工作作原理分分析：VinVoLIoSSULILVinVo-VinD1-DT根据L的伏秒平平衡原则则：Vin*DT=(Vo-Vin)*(1-D)TVin*T=(1-D)TVoIsDVo=Vin/(1-D)IDIoVo/Vin=1/(1-D)Boost电路的输输入输出出关系：：理想变压压器的基基本方程程：理想变压压器模型型：变压器绕绕组完全全耦合变压器无无气隙且且磁芯的的导磁率率μ无穷大I1N1N2u1u2I2电压基本本方程:N2N1φ电流基本本方程:理想变压压器个绕绕组的电电压与匝匝数成正正比，且且同名端端具有相相同极性性；各绕绕组电流流与匝数数乘积之之和为零零，即电电流的变变比与匝匝比成反反比，且且极性相相反（点点进点出出原则））。实际变压压器的分分析方法法：变压器绕绕组不是是完全耦耦合I1I1N2N1φ1φ2LkLm2.变变压器器有气隙隙或磁芯芯的导磁磁率μ有限I2Im当副边开开路时I2=0Im即为原边边电感Lm（副边不存存在或开开路时的的电感））产生的的电流，，Lm称为激磁磁电感或或励磁电电感Φk可以认为为是由原原边串联联的电感感Lk产生,其其大小为为副边短短路时原原边所测测得的电电感量，，Lk称为变压压器的漏漏感。实际变压压器的等等效模型型：理想变压器漏感Lk激磁电感Lm变压器的的伏秒平平衡原则则:在稳态工工作过程程中变压压器绕组组两端的的正伏秒秒值等于于负伏秒秒值.V+V-ABV+V-AB面积A=面积B理想变压压器的电电路变换换关系：：u1u2I2n:1I1Ru1I1R’u2=I2Ru1=nu2I1=I2/nR’=u1/I1=(nu2)/(I2/n)=n2R电压电流电阻电容电感功率副边数值UIRCLP原边等校值nUI/nn2Rn2Cn2LPNs:Np=n:1正激变换换器（Forward）工作原理理分析：：Io(Vin/n-Vo)DT=Vo(1-D)Tn:n:1VinVoLGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVin2VinTr根据电感感的伏秒秒平衡：：Vo=VinD/n根据变压压器的伏伏秒平衡衡：VinDT=VinTrTr=DTTr<(1-D)TD<50%ΔIL根据电感感的储能能关系：：LΔIL=(1-D)T*VoΔIL=(1-D)T*Vo/LIpIL正激变换换器的输输入输出出关系:Vo=VinD/n反激变换换器（Flyback）工作原理理分析：：IoVinVoGDSVgsIDVdsD1-DTIpVLIoVin-nVoLmVinVin+nVo根据变压器器的伏秒平平衡：DImn:1反激变换器器的输入输输出关系：小结结开关电源功功率电路的的五个基本本元件：开开关,二二极管,电电容,电电感,变变压器开关电源功功率电路分分析要点电容的电压压不能突变变,电感感的电