早期的电源是晶体管串联构成的稳压电源。传统的晶体管串联构成的是连续控制的线性稳压电源,当时已有大量集成化的线性稳压电源模块,并且具有稳定性能好、输出纹波小、使用可靠等优点。但是晶体管串联提供稳压电源通常都需要体积很大而且笨重的工频变压器,滤波器的体积和重量也都很大,这就使得传统的稳压电源需要占用很多的空间,质量也变得比较大。而调整管工作在线性放大状态,也需要稳定的输出电压,因此它集电极与发射极之间必须承受较大的电压差,这就导致调整管功率会很大,电源效率就变得较低,这样就造成了能源的浪费。另一方面,调整管上消耗很大的功率,会使得调整管的温升较高,而当需要采用大功率调整管时,调整管上必须装上体积很大的散热器来降低它的温度。因此随着电子设备的小型化,传统的晶体管串联构成的稳压电源已经不能满足现代电子设备的要求。
20世纪50年代,美国宇航局就以小型化、重量轻为目标,为搭载火箭设计了开关电源。在多年的发展过程中,开关电源因为小体积、重量轻、高效率、低发热量、性能稳定等优点逐渐取代传统技术制造的连续工作电源,并在电子整机与设备中被广泛的应用[1]。
1。2 开关电源的发展
初期的开关电源的频率仅为几千赫兹,但随着电力电子器件及磁性材料性能的不断提高,开关频率得到了显著的提高。20世纪60年代末,垂直导电的高耐压、大电流的双极型电力晶体管(亦称巨型晶体管、BJT、GTR)的出现,使得采用高工作频率的开关电源得以被设计出来。但当开关频率达到10KHZ左右时,变压器、电感等磁性元件产生了很刺耳的噪声,给工作和生产造成了很大噪声污染。为了减小噪声,并进一步减小电源体积,在20世纪70年代,新型电力电子器件的发展给开关电源的发展提供了物质条件。开关频率终于突破了人耳听觉极限的20KHZ。
随着电力电子技术的发展,工作在高频的开关电源被广泛应用于电气和电子设备的各个领域。[2]。开关电源整体开始朝着小型化、薄型化、轻量化、高频化,高可靠性,低噪声,采用计算机辅助设计和控制方向发展[3]。
1。3 开关电源的现状
伴随着科学技术的不断发展,电源逐渐向小型化、薄型化、轻量化、高频化方向发展,具有轻、薄、小以及高频开关电源产值在整个电源行业的产值不断增高。新型的开关电源技术不断被探索,开关电源产品也得到了长足的发展。开关电源产品开始朝着绿色化,小型化,集成化和数字化方向发展。
第二章 反激式开关电源的理论基础
2。1 正激电路
2。1。1 正激电路工作原理
正激电路包含多种不同的拓扑,典型的单开关正激电路原理如图2-1所示。
图 2-1 正激电路的原理图来自优I尔Q论T文D网WWw.YoueRw.com 加QQ7520~18766
电路的工作过程为:开关S开通后,变压器绕组 两端的电压为上正下负,与其耦合的绕组 两端的也是上正下负。因此 处于通态,电感L的电流逐渐增长;S关断后,电感L通过 续流, 关断,L的电流逐渐下降。S关断后变压器的励磁电流经绕组 和 流回电源,所以S关断后承受的电压为 ,N为绕组匝数。
开关S开通后,变压器的励磁电流由零开始,随着时间的增加而线性的增长,直到S关断。S关断后到下一次再开通的一段时间内,必须设法使励磁电流降回零,否则下一个开关周期中,励磁电流将在本周期结束时的剩余值基础上继续增加,并在以后的开关周期中依次累计起来,变得越来越大,从而导致变压器的励磁电感饱和。励磁电流饱和后,励磁电流会更加迅速地增长,最终损坏电路中的开关元件。因此在S关断后使励磁电流降回零是非常重要的,这一过程称为变压器的磁心复位[4]。