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隔離式與非隔離式兩種開關(guān)電源
開關(guān)電源(直流變換器)的類型很多,,在研究開發(fā)或者維修電源系統(tǒng)時,,全面了解開關(guān)電源主回路的各種基本類型,,以及工作原理,,具有極其重要的意義,。
開關(guān)電源主回路可以分為隔離式與非隔離式兩大類型。
1. 非隔離式電路的類型:
非隔離——輸入端與輸出端電氣相通,,沒有隔離,。
1.1. 串聯(lián)式結(jié)構(gòu)
串聯(lián)——在主回路中開關(guān)器件(下圖中所示的開關(guān)三極管T)與輸入端、輸出端,、電感器L,、負(fù)載RL四者成串聯(lián)連接的關(guān)系。
開關(guān)管T交替工作于通/斷兩種狀態(tài),,當(dāng)開關(guān)管T導(dǎo)通時,,輸入端電源通過開關(guān)管T及電感器L對負(fù)載供電,,并同時對電感器L充電,當(dāng)開關(guān)管T關(guān)斷時,,電感器L中的反向電動勢使續(xù)流二極管D自動導(dǎo)通,,電感器L中儲存的能量通過續(xù)流二極管D形成的回路,對負(fù)載R繼續(xù)供電,,從而保證了負(fù)載端獲得連續(xù)的電流,。
![](http://www.cnledw.com/collection/20110712105201322.jpg)
串聯(lián)式結(jié)構(gòu),只能獲得低于輸入電壓的輸出電壓,,因此為降壓式變換,。
1.2. 并聯(lián)式結(jié)構(gòu)
并聯(lián)——在主回路中,相對于輸入端而言,,開關(guān)器件(下圖中所示的開關(guān)三極管T)與輸出端負(fù)載成并聯(lián)連接的關(guān)系,。
開關(guān)管T交替工作于通/斷兩種狀態(tài),當(dāng)開關(guān)管T導(dǎo)通時,,輸入端電源通過開關(guān)管T對電感器L充電,,同時續(xù)流二極管D關(guān)斷,負(fù)載R靠電容器存儲的電能供電;當(dāng)開關(guān)管T關(guān)斷時,,續(xù)流二極管D導(dǎo)通,,輸入端電源電壓與電感器L中的自感電動勢正向疊加后,通過續(xù)流二極管D對負(fù)載R供電,,并同時對電容器C充電,。
![](http://www.cnledw.com/collection/20110712105202997.jpg)
由此可見,并聯(lián)式結(jié)構(gòu)中,,可以獲得高于輸入電壓的輸出電壓,,因此為升壓式變換。并且為了獲得連續(xù)的負(fù)載電流,,并聯(lián)結(jié)構(gòu)比串聯(lián)結(jié)果對輸出濾波電容C的容量有更高的要求,。
1.3.極性反轉(zhuǎn)型變換器結(jié)構(gòu)
極性反轉(zhuǎn)——輸出電壓與輸入電壓的極性相反。電路的基本結(jié)構(gòu)特征是:在主回路中,,相對于輸入端而言,,電感器L與負(fù)載成并聯(lián)。
![](http://www.cnledw.com/collection/20110712105202177.jpg)
開關(guān)管T交替工作于通/斷兩種狀態(tài),,工作過程與并聯(lián)式結(jié)構(gòu)相似,,當(dāng)開關(guān)管T導(dǎo)通時,輸入端電源通過開關(guān)管T對電感器L充電,,同時續(xù)流二極管D關(guān)斷,,負(fù)載RL 靠電容器存儲的電能供電;當(dāng)開關(guān)管T關(guān)斷時,續(xù)流二極管D導(dǎo)通,電感器L中的自感電動勢通過續(xù)流二極管D對負(fù)載RL供電,,并同時對電容器C充電;由于續(xù)流二極管D的反向極性,,使輸出端獲得相反極性的電壓輸出。
2. 隔離式電路的類型:
隔離——輸入端與輸出端電氣不相通,,通過脈沖變壓器的磁偶合方式傳遞能量,,輸入輸出*電氣隔離。
2.1. 單端正激式
單端——通過一只開關(guān)器件單向驅(qū)動脈沖變壓器;
正激——脈沖變壓器的原/付邊相位關(guān)系,,確保在開關(guān)管導(dǎo)通,,驅(qū)動脈沖變壓器原邊時,變壓器付邊同時對負(fù)載供電,。
![](http://www.cnledw.com/collection/20110712105202308.jpg)
該電路的zui大問題是:開關(guān)管T交替工作于通/斷兩種狀態(tài),,當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時,脈沖變壓器處于“空載”狀態(tài),,其中儲存的磁能將被積累到下一個周期,,直至電感器飽和,使開關(guān)器件燒毀,。圖中的D3與N3構(gòu)成的磁通復(fù)位電路,,提供了泄放多余磁能的渠道。
2.2. 單端反激式
反激式電路與正激式電路相反,,脈沖變壓器的原/付邊相位關(guān)系,,確保當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通,驅(qū)動脈沖變壓器原邊時,,變壓器付邊不對負(fù)載供電,即原/付邊交錯通斷,。脈沖變壓器磁能被積累的問題容易解決,,但是,由于變壓器存在漏感,,將在原邊形成電壓尖峰,,可能擊穿開關(guān)器件,需要設(shè)置電壓鉗位電路予以保護D3,、N3構(gòu)成的回路,。從電路原理圖上看,反激式與正激式很相象,,表面上只是變壓器同名端的區(qū)別,,但電路的工作方式不同,D3,、N3的作用也不同,。
![](http://www.cnledw.com/collection/20110712105202758.jpg)
2.3. 推挽(變壓器中心抽頭)式
這種電路結(jié)構(gòu)的特點是:對稱性結(jié)構(gòu),脈沖變壓器原邊是兩個對稱線圈,,兩只開關(guān)管接成對稱關(guān)系,,輪流通斷,,工作過程類似于線性放大電路中的乙類推挽功率放大器。
![](http://www.cnledw.com/collection/20110712105202935.jpg)
主要優(yōu)點:高頻變壓器磁芯利用率高(與單端電路相比),、電源電壓利用率高(與后面要敘述的半橋電路相比),、輸出功率大、兩管基極均為低電平,,驅(qū)動電路簡單,。
主要缺點:變壓器繞組利用率低、對開關(guān)管的耐壓要求比較高(至少是電源電壓的兩倍),。
2.4. 全橋式
這種電路結(jié)構(gòu)的特點是:由四只相同的開關(guān)管接成電橋結(jié)構(gòu)驅(qū)動脈沖變壓器原邊,。
![](http://www.cnledw.com/collection/20110712105202948.jpg)
圖中T1,、T4為一對,,由同一組信號驅(qū)動,同時導(dǎo)通/關(guān)端;T2,、T3為另一對,,由另一組信號驅(qū)動,同時導(dǎo)通/關(guān)端,。兩對開關(guān)管輪流通/斷,,在變壓器原邊線圈中形成正/負(fù)交變的脈沖電流。
主要優(yōu)點:與推挽結(jié)構(gòu)相比,,原邊繞組減少了一半,,開關(guān)管耐壓降低一半。
主要缺點:使用的開關(guān)管數(shù)量多,,且要求參數(shù)一致性好,,驅(qū)動電路復(fù)雜,實現(xiàn)同步比較困難,。這種電路結(jié)構(gòu)通常使用在1KW以上超大功率開關(guān)電源電路中,。
2.5. 半橋式
電路的結(jié)構(gòu)類似于全橋式,只是把其中的兩只開關(guān)管(T3,、T4)換成了兩只等值大電容C1,、C2。
![](http://www.cnledw.com/collection/20110712105202620.jpg)