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DC/DC开关电源学习笔记(二)开关电源的分类

(二)开关电源的分类

  • 1.DC/DC类开关电源
  • 2.AC/DC变换器
  • 3.电路结构分类
  • 4.功率开关管分类
  • 5.电路拓扑分类

根据变换方式,电源产品有下列四大类;
(1):第一大类:AC/DC开关电源;
(2):第二大类:DC/DC开关电源;
(3):第三大类:DC/AC开关电源;
(4):第四大类:AC/AC开关电源。
鉴于传统,目前只将前两类称为开关电源,而将后两类分别称为逆变器和变频器。

在国内,还将这四类电源产品合称为电力电子产品。

实际上对上述四类产品,相对精确的称呼应该是电源产品或功率变换产品。

所以作为开关电源主要为 AC/DC和DC/DC两大类。 作为二次电源的DC/DC变换器现已实现模块化, 且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化,并已得到用户的认可。但一次电源AC/DC, 因其自身的特性使得在模块化的进程中,遇到了较为复杂的技术问题和工艺制造问题。
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1.DC/DC类开关电源

DC/DC 类开关电源是将固定的直流电压变换成可变的直流电压,也称为直流斩波器。斩波器的工作方式有两种:

一是脉宽调制方式 T 不变,改变频率调制方式 t(通用);
二是频率调制方式t不变而改变 T(易产生干扰)。其具体的电路有以下几类:

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①Buck 电路–降压斩波器,其输出平均电压 U。小于输入电压 Uo,极性输出相同;

②Boost 电路–升压斩波器,其输出平均电压 U。大于输入电压 Up,极性输出相同;

③Buck-Boost 电路–降压-升压斩波器,其输出平均电压 U。大于或小于输入电压 Uo,极性输出相反,电感传输;

④Cuk 电路–降压或升压斩波器,其输出平均电压 U。大于或小于输入电压 Up,极性输出相反,电容传输。

当今软开关技术使得 DC/DC 变换器发生了质的飞跃。美国 VICOR 开关电源公司设计制造的多种 ECI软开关 DC/DC 变换器,其最大输出功率有 300W、600W、800W 等,相应的功率密度为 6.2W/cm3、10W/cm3、17W/cm3,效率为 80% -90%。日本 Nemic Lambda公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块 RM 系列,其开关频率为 200~300kHz,功率密度已达到 27W/cm3,采用同步整流器(MOSFET 代替肖特基极管),使整个电路效率提高到 90%。

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2.AC/DC变换器

AC/DC变换器是将交流变换为直流, 其功率电流流向可以是双向的。 功率电流流向负载的变换称为“ 整流”, 功率电流由负载传输回电源的称为“ 有源逆变”。

AC/DC变换器按电路的结线方式可分为半波电路和全波电路; 按电路的控制特点可分为不可控、半控和全控三类;按电源相数可分为单相、三相和多相;按电路工作象限又可分为一象限、二象限、三象限和四象限。

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3.电路结构分类

开关电源按照电路结构主要分为以下几种:
①按驱动方式分,有自励式和他励式;

②按 DC/DC 变换器的工作方式分,有单端正励式和反励式、推挽式、半桥式、全桥式、降压式、升压式和升降压式等;

③按电路组成分,有谐振型和非谐振型;

④按控制方式分,有脉冲宽度调制(PWM)式:脉冲频率调制(PFM)式和 PWM 与PFM 混合式;

⑤按电源是否隔离和反馈控制信号耦合方式分,有隔离式、非隔离式和变压器耦合式、光电耦合式等。

以上这些方式的组合可构成多种方式的开关型稳压电源。因此,设计者需根据各种方式的特征进行有效地组合,制作出满足需要的高质量开关型稳压电源。

4.功率开关管分类

①晶体管;

②晶闸管;

③MOSFET 管;

④IGBT 型开关电源。

5.电路拓扑分类

①Buck 降压;

②Boost 升压;

③Buck-Boost 降压-升压;

④Flyback 反激;

⑤Forward 正激;

⑥Two-Transistor Forward 双晶体管正激;

⑦Push-Pull 推挽;

⑧Half Bridge 半桥;

⑨Full Bridge 全桥;

⑩SEPIC;

⑪C’uk。

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