詳細解析開關電源拓撲結構優缺點

來源：互聯網  作者：佚名2014年09月02日 10:38

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[導讀] 為了表征各種電壓或電流波形的好壞，一般都是拿電壓或電流的幅值、平均值、有效值、一次諧波等參量互相進行比較。

關鍵詞：開關電源

　　為了表征各種電壓或電流波形的好壞，一般都是拿電壓或電流的幅值、平均值、有效值、一次諧波等參量互相進行比較。在開關電源之中，電壓或電流的幅值和 平均值最直觀，因此，我們用電壓或電流的幅值與其平均值之比，稱為脈動系數S;也有人用電壓或電流的有效值與其平均值之比，稱為波形系數K。

　　因此，電壓和電流的脈動系數Sv、Si以及波形系數Kv、Ki分別表示為：

　　Sv = Up/Ua —— 電壓脈動系數 （1-84）

　　Si = Im/Ia —— 電流脈動系數 （1-85）

　　Kv =Ud/Ua —— 電壓波形系數 （1-86）

　　Ki = Id/Ia —— 電流波形系數 （1-87）

　　上面4式中，Sv、Si、Kv、Ki分別表示：電壓和電流的脈動系數S，和電壓和電流的波形系數K，在一般可以分清楚的情況下一般都只寫字母大寫S或 K。脈動系數S和波形系數K都是表征電壓或者電流好壞的指標，S和K的值，顯然是越小越好。S和K的值越小，表示輸出電壓和電流越穩定，電壓和電流的紋波 也越小。

　　反激式開關電源的優點和缺點

　　1 反激式開關電源的電壓和電流的輸出特性要比正激式開關電源的差。

　　反激式開關電源在控制開關接通期間不向負載提供功率輸出，僅在控制開關關斷期間才把存儲能量轉化為反電動勢向負載提供輸出，但控制開關的占空比為 0.5時，變壓器次級線圈輸出的電壓的平均值約等于電壓最大值的的二分之一，而流過負載的電流正好等于變壓器次級線圈最大電流的四分之一。即電壓脈動系數 等于2，電流脈動系數等于4。反激式開關電源的電壓脈動系數，和正激式開關電源的脈動系數基本相同，但是電流的脈動系數是正激式開關電源的電流脈動系數的 兩倍。由此可知，反激式開關電源的電壓和電流的輸出特性要比正激式開關電源的差。特別是，反激式開關電源使用的時候，為了防止電源開關管過壓擊，起占空比 一般都小于0.5，此時，流過變壓器次級線圈的電流會出現斷續，電壓和電流的脈動系數都會增加，其電壓和電流的輸出特性將會變得更差。

　　2 反激式開關電源的瞬態控制特性相對來說比較差。

　　由于反激式開關電源僅在開關關斷期間才向負載提供能量輸出，當負載電流出現變化時，開關電源不能立即對輸出電壓或電流產生反應，而需要等到下一個周期 事，通過輸出電壓取樣和調寬控制電路的作用，開關電源才開始對已經過去了的事情進行反應，即改變占空比，因此，反激式開關電源的瞬態控制特性相對來說比較 差。有時，當負載電流變化的頻率和相位與取樣、調寬控制電路輸出的電壓的延時特性在相位保持一致的時候，反激式開關電源輸出電壓可能會產生抖動，這種情況 在電視機的開關電源中最容易出現。

　　3 反激式開關電源變壓器初級和次級線圈的漏感都比較大，開關電源變壓器的工作效率低。

　　反激式開關電源變壓器的鐵芯一般需要留一定的氣隙，一方面是為了防止變壓器的鐵芯因流過變壓器的初級線圈的電流過大，容易產生磁飽和。另一方面是因為 變壓器的輸出功率小，需要通過調整電壓器的氣隙和初級線圈的匝數，來調整變壓器初級線圈的電感量的大小。因此，反激式開關電源變壓器初級和次級線圈的漏感 都比較大，從而會降低開關電源變壓器的工作效率，并且漏感還會產生反電動勢，容易把開關管擊穿。

　　4 反激式開關電源的優點是電路比較簡單，體積比較小，反激式開關電源輸出電壓受占空比的調制幅度，相對于正激式開關電源來要高很多。

　　反激式開關電源的優點是電路比較簡單，比正激式開關電源少用了一個大的儲能濾波電感，以及一個續流二極管，一次，反激式開關電源的體積要比正激式開關 電源的體積小，且成本也要低。此外，反激式開關電源輸出電壓受占空比的調制幅度，相對于正激式開關電源來要高很多，因此，反激式開關電源要求調控占空比的 誤差信號幅度要比較低，誤差信號放大器的增益和動態范圍也要較小。由于這些優點，目前，反激式開關電源在家電領域中還是被廣泛的應用。

　　5 反激式開關電源多用于功率較小的場合或是多路輸出的場合。

　　6 反激式開關電源不需要加磁復位繞組。

　　在反激式開關電源中，在開關管關斷的時候，反激式變換器的變壓器儲能向負載釋放，磁芯自然復位，不需要加磁復位措施。

　　7.在反激式開關電源中，電壓器既具有儲能的功能，有具有變壓和隔離的功能。

　　正激式開關電源的優點和缺點

　　1 正激式變壓器開關電源輸出電壓的瞬態控制特性相對來說比較好。

　　正激式變壓器開關電源正好是在變壓器的初級線圈被直流電壓激勵時，變壓器的次級線圈向負載提供功率輸出，并且輸出電壓的幅度是基本穩定的，此時盡管輸 出功率不停地變化，但輸出電壓的幅度基本還是不變，這說明正激式變壓器開關電源輸出電壓的瞬態控制特性相對來說比較好;只有在控制開關處于關斷期間，功率 輸出才全部由儲能電感和儲能電容兩者同時提供，此時輸出電壓雖然受負載電流的影響，但如果儲能電容的容量取得比較大，負載電流對輸出電壓的影響也很小。

　　2 正激式變壓器開關電源負載能力相對來說比較強。

　　由于正激式變壓器開關電源一般都是選取變壓器輸出電壓的一周平均值，儲能電感在控制開關接通和關斷期間都向負載提供電流輸出，因此，正激式變壓器開關 電源的負載能力相對來說比較強，輸出電壓的紋波比較小。如果要求正激式變壓器開關電源輸出電壓有較大的調整率，在正常負載的情況下，控制開關的占空比最好 選取在0.5左右，或稍大于0.5，此時流過儲能濾波電感的電流才是連續電流。當流過儲能濾波電感的電流為連續電流時，負載能力相對來說比較強。

　　3正激式變壓器開關電源的電壓和電流輸出特性要比反激式變壓器開關電源好很多。

　　當控制開關的占空比為0.5時，正激式變壓器開關電源輸出電壓uo的幅值正好等于電壓平均值Ua的兩倍，流過濾波儲能電感電流的最大值Im也正好是平 均電流Io（輸出電流）的兩倍，因此，正激式變壓器開關電源的電壓和電流的脈動系數S都約等于2，而與反激式變壓器開關電源的電壓和電流的脈動系數S相 比，差不多小一倍，說明正激式變壓器開關電源的電壓和電流輸出特性要比反激式變壓器開關電源好很多。

　　4正激式開關電源比反激式變壓器開關電源多用一個大儲能濾波電感，以及一個續流二極管。

　　正激式變壓器開關電源的缺點也是非常明顯的。其中一個是電路比反激式變壓器開關電源多用一個大儲能濾波電感，以及一個續流二極管。此外，正激式變壓器 開關電源輸出電壓受占空比的調制幅度，相對于反激式變壓器開關電源來說要低很多，這個從（1-77）和（1-78）式的對比就很明顯可以看出來。因此，正 激式變壓器開關電源要求調控占空比的誤差信號幅度比較高，誤差信號放大器的增益和動態范圍也比較大。

　　5正激式開關電源的體積比較大。

　　正激式變壓器開關電源為了減少變壓器的勵磁電流，提高工作效率，變壓器的伏秒容量一般都取得比較大（伏秒容量等于輸入脈沖電壓幅度與脈沖寬度的乘積， 這里用US來表示），并且為了防止變壓器初級線圈產生的反電動勢把開關管擊穿，正激式變壓器開關電源的變壓器要比反激式變壓器開關電源的變壓器多一個反電 動勢吸收繞組，因此，正激式變壓器開關電源的變壓器的體積要比反激式變壓器開關電源的變壓器的體積大。

　　6正激式開關電源的變壓器初級線圈產生的反電動勢電壓要比反激式變壓器開關電源產生的反電動勢電壓高。

　　正激式變壓器開關電源還有一個更大的缺點是在控制開關關斷時，變壓器初級線圈產生的反電動勢電壓要比反激式變壓器開關電源產生的反電動勢電壓高。因為 一般正激式變壓器開關電源工作時，控制開關的占空比都取在0.5左右，而反激式變壓器開關電源控制開關的占空比都取得比較小。

　　7雙管正激式轉換器可以應用于較高電壓輸入，較大功率輸出的場合。

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