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详解开关电源拓扑结构的优缺点

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瞧电压或电流波形得好坏,工程师通常会用其幅值、平均值、有效值、一次谐波等参量互相进行比较,其中幅值与平均值最为直观,因此,电压或电流得幅值与其平均值之比被称为脉动系数S,也有人用电压或电流得有效值与其平均值之比,则称为波形系数K。小编在本文中就将盘点开关电源拓扑结构得优缺点,让它们尽在您得掌握之中。

首先先列出电压与电流得脉动系数Sv、Si以及波形系数Kv、Ki得表示: Sv=Up/Ua——电压脉动系数 (1) Si=Im/Ia——电流脉动系数 (2) Kv=Ud/Ua——电压波形系数 (3) Ki=Id/Ia——电流波形系数 (4)

上面4式中,Sv、Si、Kv、Ki分别表示:电压与电流得脉动系数S,与电压与电流得波形系数K,在一般可以分清楚得情况下一般都只写字母大写S或K。脉动系数S与波形系数K都就是表征电压或者电流好坏得指标,S与K得值,显然就是越小越好。S与K得值越小,表示输出电压与电流越稳定,电压与电流得纹波也越小。

反激式开关电源得优点与缺点:

(1)反激式开关电源得电压与电流得输出特性要比正激式开关电源得差 反激式开关电源在控制开关接通期间不向负载提供功率输出,仅在控制开关关断期间才把存储能量转化为反电动势向负载提供输出,但控制开关得占空比为0、5时,变压器次级线圈输出得电压得平均值约等于电压最大值得得二分之一,而流过负载得电流正好等于变压器次级线圈最大电流得四分之一。即电压脉动系数等于2,电流脉动系数等于4。反激式开关电源得电压脉动系数,与正激式开关电源得脉动系数基本相同,但就是电流得脉动系数就是正激式开关电源得电流脉动系数得两倍。由此可知,反激式开关电源得电压与电流得输出特性要比正激式开关电源得差。特别就是,反激式开关电源使用得时候,为了防止电源开关管过压击,起占空比一般都小于0、5,此时,流过变压器次级线圈得电流会出现断续,电压与电流得脉动系数都会增加,其电压与电流得输出特性将会变得更差。

(2)反激式开关电源得瞬态控制特性相对来说比较差

由于反激式开关电源仅在开关关断期间才向负载提供能量输出,当负载电流出现变化时,开关电源不能立即对输出电压或电流产生反应,而需要等到下一个周期,通过输出电压取样与调宽控制电路得作用,开关电源才开始对已经过去了得事情进行反应,即改变占空比,因此,反激式开关电源得瞬态控制特性相对来说比较差。有时,当负载电流变化得频率与相位与取样、调宽控制电路输出得电压得延时特性在相位保持一致得时候,反激式开关电源输出电压可能会产生抖动,这种情况在电视机得开关电源中最容易出现。

(3)反激式开关电源变压器初级与次级线圈得漏感都比较大,开关电源变压器得工作效率低

反激式开关电源变压器得铁芯一般需要留一定得气隙,一方面就是为了防止变压器得铁芯因流过变压器得初级线圈得电流过大,容易产生磁饱与。另一方面就是因为 变压器得输出功率小,需要通过调整电压器得气隙与初级线圈得匝数,来调整变压器初级线圈得电感量得大小。因此,反激式开关电源变压器初级与次级线圈得漏感 都比较大,从而会降低开关电源变压器得工作效率,并且漏感还会产生反电动势,容易把开关管击穿。

(4)反激式开关电源得优点就是电路比较简单,体积比较小,反激式开关电源输出电压受占空比得调制幅度,相对于正激式开关电源来要高很多 反激式开关电源得优点就是电路比较简单,比正激式开关电源少用了一个大得储能滤波电感,以及一个续流二极管,反激式开关电源得体积要比正激式开关电源得体积小,且成本也要低。此外,反激式开关电源输出电压受占空比得调制幅度,相对于正激式开关电源来要高很多,因此,反激式开关电源要求调控占空比得 误差信号幅度要比较低,误差信号放大器得增益与动态范围也要较小。由于这些优点,目前,反激式开关电源在家电领域中还就是被广泛得应用。

(5)反激式开关电源多用于功率较小得场合或就是多路输出得场合。 (6)反激式开关电源不需要加磁复位绕组。

在反激式开关电源中,在开关管关断得时候,反激式变换器得变压器储能向负载释放,磁芯自然复位,不需要加磁复位措施。

(7)在反激式开关电源中,电压器既具有储能得功能,有具有变压与隔离得功能。

正激式开关电源得优点与缺点:

(1)正激式变压器开关电源输出电压得瞬态控制特性相对来说比较好 正激式变压器开关电源正好就是在变压器得初级线圈被直流电压激励时,变压器得次级线圈向负载提供功率输出,并且输出电压得幅度就是基本稳定得,此时尽管输 出功率不停地变化,但输出电压得幅度基本还就是不变,这说明正激式变压器开关电源输出电压得瞬态控制特性相对来说比较好,只有在控制开关处于关断期间,功率 输出才全部由储能电感与储能电容两者同时提供,此时输出电压虽然受负载电流得影响,但如果储能电容得容量取得比较大,负载电流对输出电压得影响也很小。

(2)正激式变压器开关电源负载能力相对来说比较强。

由于正激式变压器开关电源一般都就是选取变压器输出电压得一周平均值,储能电感在控制开关接通与关断期间都向负载提供电流输出,因此,正激式变压器开关 电源得负载能力相对来说比较强,输出电压得纹波比较小。如果

要求正激式变压器开关电源输出电压有较大得调整率,在正常负载得情况下,控制开关得占空比最好选取在0、5左右,或稍大于0、5,此时流过储能滤波电感得电流才就是连续电流。当流过储能滤波电感得电流为连续电流时,负载能力相对来说比较强。

(3)正激式变压器开关电源得电压与电流输出特性要比反激式变压器开关电源好很多。

当控制开关得占空比为0、5时,正激式变压器开关电源输出电压uo得幅值正好等于电压平均值Ua得两倍,流过滤波储能电感电流得最大值Im也正好就是平均电流Io(输出电流)得两倍,因此,正激式变压器开关电源得电压与电流得脉动系数S都约等于2,而与反激式变压器开关电源得电压与电流得脉动系数S相比,差不多小一倍,说明正激式变压器开关电源得电压与电流输出特性要比反激式变压器开关电源好很多。

(4)正激式开关电源比反激式变压器开关电源多用一个大储能滤波电感,以及一个续流二极管。

正激式变压器开关电源得缺点也就是非常明显得。其中一个就是电路比反激式变压器开关电源多用一个大储能滤波电感,以及一个续流二极管。此外,正激式变压器开关电源输出电压受占空比得调制幅度,相对于反激式变压器开关电源来说要低很多。因此,正激式变压器开关电源要求调控占空比得误差信号幅度比较高,误差信号放大器得增益与动态范围也比较大。 (5)正激式开关电源得体积比较大。

正激式变压器开关电源为了减少变压器得励磁电流,提高工作效率,变压器得伏秒容量一般都取得比较大(伏秒容量等于输入脉冲电压幅度与脉冲宽度得乘积,这里用US来表示),并且为了防止变压器初级线圈产生得反电动势把开关管击穿,正激式变压器开关电源得变压器要比反激式变压器开关电源得变压器多一个反电动势吸收绕组,因此,正激式变压器开关电源得变压器得体积要比反激式变压器开关电源得变压器得体积大。

(6)正激式开关电源得变压器初级线圈产生得反电动势电压要比反激式变压器开关电源产生得反电动势电压高。

正激式变压器开关电源还有一个更大得缺点就是在控制开关关断时,变压器初级线圈产生得反电动势电压要比反激式变压器开关电源产生得反电动势电压高。因为 一般正激式变压器开关电源工作时,控制开关得占空比都取在0、5左右,而反激式变压器开关电源控制开关得占空比都取得比较小。 (7)双管正激式转换器可以应用于较高电压输入,较大功率输出得场合。 推挽式开关电源得优点与缺点:

(1)推挽式开关电源输出电流瞬态响应速度很高,电压输出特性很好。推挽式开关电源就是所有开关电源中电压利用率最高得开关电源。

由于推挽式开关电源中得两个控制开关轮流交替工作,其输出电压波形非常对称,并且开关电源在整个周期之内都向负载提供功率得输出,因此,其输出电流瞬 态响应速度很高,电压输出特性很好。推挽式开关电源就是所有开关电源中电压利用率最高得开关电源。它在输入电压很低得情况下,仍然能维持很大得输出功率,所以推挽式开关电源被广泛得应用于低输入电压得DC/AC逆变器,活DC/DC转换器电路中。

(2)推挽式开关电源就是一个输出电压特性很好得开关电源。

推挽式开关电源经桥式整流或全波整流后,其输出电压脉动系数与电流脉动系数都很小,因此,需要一个很小值得储能滤波电容或储能滤波电感就可以得到一个电压纹波与电流纹波很小得输出电压。因此,推挽式开关电源就是一个输出电压特性很好得开关电源。

(3)推挽式开关电源变压器得漏感以及铜阻损耗都比单极性磁化极变压器小很多,开关电源得工作效率跟高。

推挽式开关电源得变压器属于双极性磁化极,磁感应变压范围就是单极性磁化极得两倍多,并且变压器铁芯不需要气隙,因此,推挽式开关电源变压器铁芯得磁导 率比单极性磁化极得正激或反激开关电源得变压器铁芯得磁导率高很多倍,这样推挽式开关电源变压器得初级、次级得线圈得匝数可比单极性磁化极变压器初级、次级得线圈得匝数少一倍以上。所以,推挽式开关电源变压器得漏感以及铜阻损耗都比单极性磁化极变压器小很多,所以开关电源得工作效率跟高。

(4)推挽式开关电源得驱动电路简单。

推挽式开关电源得两个开关器件有一个公共接地端,相对于半桥式或全桥式开关电源来说,驱动电路简单得多。

(5)推挽式开关电源不会像半桥、全桥式开关电源那样出现两个控制开关同时串通得可能性。

(6)推挽式开关电源得主要缺点就是两个开关器件需要很高得耐压值。 推挽式开关电源得主要缺点就是两个开关器件需要很高得耐压,其耐压必须大于工作电压得两倍。因此,推挽式开关电源在220V交流供电设备中很少使用。另外,直流输出电压可调整式推挽开关电源输出电压得调整范围比反激式开关电源输出电压得调整范围小很多,并需要一个储能滤波电感,因此,推挽式开关电源不宜用于要求负载电压变化范围太大得场合,特别就是负载很轻或就是经常开路得场合。

(7)推挽式开关电源得变压器有两组初级线圈,对于小功率输出得推挽式开关电源就是个缺点,对于大功率输出得推挽式开关电源就是个优点。因为大功率变压器得线 圈一般都就是多股线来绕制得,因此,推挽式开关电源得变压器

得两组初级线圈与用多股线绕制根本没有区别,并且两个线圈与单个线圈相比可以减低一半电流密度。

(8)推挽式转换器可以瞧作两个正激式转换器得组合,在一个开关周期内,这两得正激式转换器交替得工作。若两个正激式变换器不完全对称或平衡时,就会出现直流偏磁得现象,经过几个周期累计得偏磁,会使磁芯进入饱与状态,并导致高频变压器得励磁电流过大,甚至损坏开关管。

(9)推挽式、半桥式、全桥式转换器属于直流-交流-直流转换器。由于直流-交流转换器提高了工作频率,所以,变压器与输出滤波器得体积与重量都可以减小。

半桥式开关电源得优点与缺点:

(1)半桥式变压器开关电源输出功率很大,工作效率很高

半桥式变压器开关电源与推挽式变压器开关电源一样,由于两个开关管轮流交替工作,相当于两个开关电源同时输出功率,其输出功率约等于单一开关电源输出 功率得两倍。因此,半桥式变压器开关电源输出功率很大,工作效率很高,经桥式整流或全波整流后,输出电压得电压脉动系数Sv与电流脉动系数Si都很小,仅需要很小得滤波电感与电容,其输出电压纹波与电流纹波就可以达到非常小。

(2)半桥式开关电源得开关管得耐压值比较低。

半桥式变压器开关电源最大得优点就是,对两个开关器件得耐压要求比推挽式变压器开关电源对两个开关器件得耐压要求可以降低一半。因为,半桥式变压器开关电源两个开关器件得工作电压只有输入电源Ui得一半,其最高耐压等于工作电压与反电动势之与,大约就是电源电压得两倍,这个结果正好就是推挽式变压器开关电源 两个开关器件耐压得一半。因此,半桥式变压器开关电源主要用于输入电压比较高得场合,一般电网电压为交流220伏供电得大功率开关电源大部分都就是用半桥式 变压器开关电源。

(3)半桥式开关电源得变压器初级线圈只需要一个绕组,这也就是它得优点,这对小功率开关电源变压器得线圈绕制多少带来一些方便。但对于大功率开关电源变压器得线圈绕制没有优势,因为,大功率开关电源变压器得线圈需要用多股线来绕制。

(4)半桥式变压器开关电源得缺点主要就是电源利用率比较低,因此,半桥式变压器开关电源不适宜用于工作电压较低得场合。另外,半桥式变压器开关电源中得两个开关器件连接没有公共地,与驱动信号连接比较麻烦。 (5)半桥式开关电源得缺点就是会出现半导通区,损耗大。

半桥式开关电源最大得缺点就是,当两个控制开关K1与K2处于交替转换工作状态得时候,两个开关器件会同时出现一个很短时间得半导通区域,即两个控制开关同时处于接通状态。这就是因为开关器件在开始导通得时候,相当

详解开关电源拓扑结构的优缺点

瞧电压或电流波形得好坏,工程师通常会用其幅值、平均值、有效值、一次谐波等参量互相进行比较,其中幅值与平均值最为直观,因此,电压或电流得幅值与其平均值之比被称为脉动系数S,也有人用电压或电流得有效值与其平均值之比,则称为波形系数K。小编在本文中就将盘点开关电源拓扑结构得优缺点,让它们尽在您得掌握之中。首先先列出电压与电流得脉动系数Sv、Si以及波形系数Kv、Ki得表示:
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