1-1．幾種基本類(lèi)型的開(kāi)關(guān)電源
顧名思義，開(kāi)關(guān)電源就是利用電子開(kāi)關(guān)器件（如晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、可控硅閘流管等），通過(guò)控制電路，使電子開(kāi)關(guān)器件不停地“接通”和“關(guān)斷”，讓電子開(kāi)關(guān)器件對(duì)輸入電壓進(jìn)行脈沖調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)DC/AC、DC/DC電壓變換，以及輸出電壓可調(diào)和自動(dòng)穩(wěn)壓等功能。
開(kāi)關(guān)電源一般有三種工作模式：頻率、脈沖寬度固定模式，頻率固定、脈沖寬度可變模式，頻率、脈沖寬度可變模式。前一種工作模式多用于DC/AC逆變電源，或DC/DC電壓變換；后兩種工作模式多用于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。另外，開(kāi)關(guān)電源輸出電壓也有三種工作方式：直接輸出電壓方式、平均值輸出電壓方式、幅值（或半波平均值）輸出電壓方式。同樣，前一種工作方式多用于DC/AC逆變電源，或DC/DC電壓變換；后兩種工作方式多用于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。
根據(jù)開(kāi)關(guān)器件在電路中連接的方式，目前比較廣泛使用的開(kāi)關(guān)電源，大體上可分為：串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源、并聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源、變壓器式開(kāi)關(guān)電源等三大類(lèi)。其中，變壓器式開(kāi)關(guān)電源（后面簡(jiǎn)稱(chēng)變壓器開(kāi)關(guān)電源）還可以進(jìn)一步分成：?jiǎn)喂苁健⑼仆焓健霕蚴健⑷珮蚴降榷喾N；根據(jù)變壓器的激勵(lì)和輸出電壓的相位，又可以分成：正激式、反激式、單激式和雙激式等多種；如果從用途上來(lái)分，還可以分成更多種類(lèi)。
下面我們先對(duì)串聯(lián)式、并聯(lián)式、變壓器式等三種最基本的開(kāi)關(guān)電源工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，其它種類(lèi)的開(kāi)關(guān)電源也將逐步進(jìn)行詳細(xì)分析。
1-2．串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源
1-2-1．串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源的工作原理
圖1-1-a是串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源的最簡(jiǎn)單工作原理圖，圖1-1-a中Ui是開(kāi)關(guān)電源的工作電壓，即：直流輸入電壓；K是控制開(kāi)關(guān)，R是負(fù)載。當(dāng)控制開(kāi)關(guān)K接通的時(shí)候，開(kāi)關(guān)電源就向負(fù)載R輸出一個(gè)脈沖寬度為T(mén)on，幅度為Ui的脈沖電壓Up；當(dāng)控制開(kāi)關(guān)K關(guān)斷的時(shí)候，又相當(dāng)于開(kāi)關(guān)電源向負(fù)載R輸出一個(gè)脈沖寬度為T(mén)off，幅度為0的脈沖電壓。這樣，控制開(kāi)關(guān)K不停地“接通”和“關(guān)斷”，在負(fù)載兩端就可以得到一個(gè)脈沖調(diào)制的輸出電壓uo 。
圖1-1-b是串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的波形，由圖中看出，從控制開(kāi)關(guān)K輸出電壓uo是一個(gè)脈沖調(diào)制方波，脈沖幅度Up等于輸入電壓Ui，脈沖寬度等于控制開(kāi)關(guān)K的接通時(shí)間Ton，由此可求得串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓uo的平均值Ua為：
式中Ton為控制開(kāi)關(guān)K接通的時(shí)間，T為控制開(kāi)關(guān)K的工作周期。改變控制開(kāi)關(guān)K接通時(shí)間Ton與關(guān)斷時(shí)間Toff的比例，就可以改變輸出電壓uo的平均值Ua 。一般人們都把 稱(chēng)為占空比（Duty），用D來(lái)表示，即：
串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓uo的幅值Up等于輸入電壓Ui，其輸出電壓uo的平均值Ua總是小于輸入電壓Ui，因此，串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源一般都是以平均值Ua為變量輸出電壓。所以，串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源屬于降壓型開(kāi)關(guān)電源。
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串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源也有人稱(chēng)它為斬波器，由于它工作原理簡(jiǎn)單，工作效率很高，因此其在輸出功率控制方面應(yīng)用很廣。例如，電動(dòng)摩托車(chē)速度控制器以及燈光亮度控制器等，都是屬于串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用。如果串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源只單純用于功率輸出控制，電壓輸出可以不用接整流濾波電路，而直接給負(fù)載提供功率輸出即可；但如果用于穩(wěn)壓輸出，則必須要經(jīng)過(guò)整流濾波。
串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源的缺點(diǎn)是輸入與輸出共用一個(gè)地，因此，容易產(chǎn)生EMI干擾和底板帶電，當(dāng)輸入電壓為市電整流輸出電壓的時(shí)候，容易引起觸電，對(duì)人身不安全。
1-2-2．串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓濾波電路
大多數(shù)開(kāi)關(guān)電源輸出都是直流電壓，因此，一般開(kāi)關(guān)電源的輸出電路都帶有整流濾波電路。圖1-2是帶有整流濾波功能的串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源工作原理圖。
圖1-2是在圖1-1-a電路的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)整流二極管和一個(gè)LC濾波電路。其中L是儲(chǔ)能濾波電感，它的作用是在控制開(kāi)關(guān)K接通期間Ton限制大電流通過(guò)，防止輸入電壓Ui直接加到負(fù)載R上，對(duì)負(fù)載R產(chǎn)生電流沖擊；同時(shí)，流過(guò)電感的電流iL又會(huì)轉(zhuǎn)化成磁能，并存儲(chǔ)于電感之中，然后在控制開(kāi)關(guān)K關(guān)斷期間Toff電感又會(huì)把磁能轉(zhuǎn)化成電流iL繼續(xù)向負(fù)載R提供能量輸出。因此，圖1-2中的L是一個(gè)儲(chǔ)能濾波電感，它對(duì)流過(guò)電路中的電流起到平滑濾波的作用。
圖1-2中的C是儲(chǔ)能濾波電容，它的作用是在控制開(kāi)關(guān)K接通期間Ton把流過(guò)儲(chǔ)能電感L的部分電流轉(zhuǎn)化成電荷進(jìn)行存儲(chǔ)，然后在控制開(kāi)關(guān)K關(guān)斷期間Toff把電荷轉(zhuǎn)化成電流繼續(xù)向負(fù)載R提供能量輸出，它對(duì)電感L的輸出電壓起到平滑濾波的作用，使輸出到負(fù)載兩端電壓的紋波降低。
圖1-2中的D是整流二極管，它主要功能是續(xù)流作用，故稱(chēng)它為續(xù)流二極管，其作用是在控制開(kāi)關(guān)關(guān)斷期間Toff，給儲(chǔ)能濾波電感L釋放能量提供電流通路。在控制開(kāi)關(guān)關(guān)斷期間Toff，儲(chǔ)能電感L將產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流iL由反電動(dòng)勢(shì)eL的正極流出，通過(guò)負(fù)載R，再經(jīng)過(guò)續(xù)流二極管D的正極，然后從續(xù)流二極管D的負(fù)極流出，最后回到反電動(dòng)勢(shì)eL的負(fù)極。
對(duì)于圖1-2，如果不看控制開(kāi)關(guān)K和輸入電壓Ui，它是一個(gè)典型的反 型濾波電路，它的作用是把直流脈沖電壓通過(guò)平滑濾波輸出其平均值。
圖1-3、圖1-4、圖1-5分別是控制開(kāi)關(guān)K的占空比D等于0.5、< 0.5、> 0.5時(shí)，圖1-2電路中幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的電壓和電流波形。圖1-3-a）、圖1-4-a）、圖1-5-a）分別為控制開(kāi)關(guān)K輸出電壓uo的波形；圖1-3-b）、圖1-4-b）、圖1-5-b）分別為儲(chǔ)能濾波電容兩端電壓uc的波形；圖1-3-c）、圖1-4-c）、圖1-5-c）分別為流過(guò)儲(chǔ)能電感L電流iL的波形。
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在Ton期間，控制開(kāi)關(guān)K接通，輸入電壓Ui通過(guò)控制開(kāi)關(guān)K輸出電壓uo，然后加到儲(chǔ)能濾波電感L和儲(chǔ)能濾波電容C組成的濾波電路上，在此期間儲(chǔ)能濾波電感L兩端的電壓eL為：
式中：Ui輸入電壓，Uo為直流輸出電壓，即：電容兩端電壓uc的平均值。
在此順便說(shuō)明：由于電容兩端的電壓變化量ΔU相對(duì)于輸出電壓Uo來(lái)說(shuō)非常小，為了簡(jiǎn)單，我們這里把Uo當(dāng)成常量來(lái)處理。在某種情況下，當(dāng)我們需要對(duì)電容的初次充、放電過(guò)程進(jìn)行分析時(shí)，必須需要建立微分方程，并求解。當(dāng)開(kāi)關(guān)電源剛開(kāi)始工作時(shí)，由于輸出電壓Uo的建立需要一定的時(shí)間，因此，輸出電壓Uo的建立也需要一個(gè)過(guò)渡過(guò)程，如對(duì)此過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行精確計(jì)算，得出的結(jié)果中一般都含有一指數(shù)函數(shù)項(xiàng)，當(dāng)令時(shí)間變量等于無(wú)窮大時(shí)，即電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)，再對(duì)相關(guān)參量取平均值，其結(jié)果就基本與（1-4）相等。
對(duì)（1-4）式進(jìn)行積分得：
式中i（0）為控制開(kāi)關(guān)K轉(zhuǎn)換瞬間（t = 0時(shí)刻），即：控制開(kāi)關(guān)K剛接通瞬間流過(guò)電感L的電流，或稱(chēng)流過(guò)電感L的初始電流。
當(dāng)控制開(kāi)關(guān)K由接通期間Ton突然轉(zhuǎn)換到關(guān)斷期間Toff的瞬間，流過(guò)電感L的電流iL達(dá)到最大值：
在Toff期間，控制開(kāi)關(guān)K關(guān)斷，儲(chǔ)能電感L產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，并把磁能轉(zhuǎn)化成電流iL進(jìn)行釋放，通過(guò)續(xù)流二極管D繼續(xù)向負(fù)載R提供能量，在此期間儲(chǔ)能濾波電感L兩端的電壓eL為：
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因此，（1-9）式可以改寫(xiě)為：
上面計(jì)算過(guò)程都是假設(shè)輸出電壓Uo基本不變的情況下得到的結(jié)果，在實(shí)際應(yīng)用電路中也正好是這樣，輸出電壓Uo的電壓紋波非常小，只有輸出電壓的百分之幾，工程計(jì)算中完全可以忽略不計(jì)。不過(guò)，上面假設(shè)只適用于開(kāi)關(guān)電源的工作已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，對(duì)于開(kāi)關(guān)電源開(kāi)機(jī)瞬態(tài)，上面假設(shè)條件不成立，對(duì)于開(kāi)關(guān)電源開(kāi)機(jī)瞬態(tài)的工作過(guò)程，后面《1-7-2．開(kāi)關(guān)電源電路的過(guò)渡過(guò)程》章節(jié)中還會(huì)進(jìn)行比較詳細(xì)的分析。
從（1-4）式到（1-11）和圖1-3、圖1-4、圖1-5中可以看出：
當(dāng)開(kāi)關(guān)電源工作于臨界連續(xù)電流或連續(xù)電流狀態(tài)時(shí)，在K接通和關(guān)斷的整個(gè)周期內(nèi)，儲(chǔ)能電感L都有電流流出，但在K接通期間與K關(guān)斷期間，流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流的上升率（絕對(duì)值）一般是不一樣的。在K接通期間，流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流上升率為：
；在K關(guān)斷期間，流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流上升率為：
。因此：
（1）當(dāng)Ui = 2Uo時(shí)，即濾波輸出電壓Uo等于電源輸入電壓Ui的一半時(shí)，或控制開(kāi)關(guān)K的占空比D為二分之一時(shí)，流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流上升率，在K接通期間與K關(guān)斷期間絕對(duì)值完全相等，即，電感存儲(chǔ)能量的速度與釋放能量的速度完全相等。此時(shí)，（1-5）式中i（0）和（1-11）式中iLX均等于0。在這種情況下，流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流iL為臨界連續(xù)電流，且濾波輸出電壓Uo等于濾波輸入電壓uo的平均值Ua。參看圖1-3。
（2）當(dāng)Ui > 2Uo時(shí)，即：濾波輸出電壓Uo小于電源輸入電壓Ui的一半時(shí)，或控制開(kāi)關(guān)K的占空比D小于二分之一時(shí)，雖然在K接通期間，流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流上升率（絕對(duì)值），大于在K關(guān)斷期間流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流上升率（絕對(duì)值），但由于（1-5）式中i（0）等于0，以及Ton小于Toff，此時(shí)，（1-11）式中的iLX會(huì)出現(xiàn)負(fù)值，即輸出電壓反過(guò)來(lái)要對(duì)電感充電，但由于續(xù)流二極管D的存在，這是不可能的，這表示流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流提前過(guò)0，即有斷流。在這種情況下，流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流iL不是連續(xù)電流，開(kāi)關(guān)電源工作于電流不連續(xù)狀態(tài)，因此，輸出電壓Uo的紋波比較大，且濾波輸出電壓Uo小于濾波輸入電壓uo的平均值Ua。參看圖1-4。
（3）當(dāng)Ui < 2Uo時(shí)，即：濾波輸出電壓Uo大于電源輸入電壓Ui的一半時(shí)，或控制開(kāi)關(guān)K的占空比大于二分之一時(shí)，在K接通期間，雖然流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流上升率（絕對(duì)值），小于在K關(guān)斷期間，流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流上升率（絕對(duì)值）。但由于Ton大于Toff，（1-5）式中i（0）和（1-11）式中iLX均大于0，即：電感存儲(chǔ)能量每次均釋放不完。在這種情況下，流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流iL是連續(xù)電流，開(kāi)關(guān)電源工作于連續(xù)電流狀態(tài)，輸出電壓Uo的紋波比較小，且濾波輸出電壓Uo大于濾波輸入電壓uo的平均值Ua。參看圖1-5。
1-2-3．串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源儲(chǔ)能濾波電感的計(jì)算
從上面分析可知，串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓Uo與控制開(kāi)關(guān)的占空比D有關(guān)，還與儲(chǔ)能電感L的大小有關(guān)，因?yàn)閮?chǔ)能電感L決定電流的上升率（di/dt），即輸出電流的大小。因此，正確選擇儲(chǔ)能電感的參數(shù)相當(dāng)重要。
串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源最好工作于電流臨界連續(xù)狀態(tài)，或連續(xù)電流狀態(tài)。此時(shí)，開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的調(diào)整率為最好，且輸出電壓Uo的紋波也不大。因此，我們可以從電流臨界連續(xù)狀態(tài)著手進(jìn)行分析。我們先看（1-6）式：
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（1-13）和（1-14）式，就是計(jì)算串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源儲(chǔ)能濾波電感L的公式。由于輸出電流的不確定性，計(jì)算時(shí)，可以先計(jì)算出串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源儲(chǔ)能濾波電感L的一個(gè)中間值，或平均值，并以此為限，對(duì)于極端情況可以在平均值的計(jì)算結(jié)果上再乘以一個(gè)大于1的系數(shù)。
如果增大儲(chǔ)能濾波電感L的電感量，濾波輸出電壓Uo將小于濾波輸入電壓uo的平均值Ua，因此，在保證濾波輸出電壓Uo為一定值的情況下，勢(shì)必要增大控制開(kāi)關(guān)K的占空比D，以保持輸出電壓Uo的穩(wěn)定；而控制開(kāi)關(guān)K的占空比D增大，又將會(huì)使流過(guò)儲(chǔ)能濾波電感L的電流iL不連續(xù)的時(shí)間縮短，或由電流不連續(xù)變成電流連續(xù)，從而使輸出電壓Uo的電壓紋波ΔUP-P進(jìn)一步會(huì)減小，輸出電壓更穩(wěn)定。
如果儲(chǔ)能濾波電感L的值小于（1-13）式的值，串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源濾波輸出的電壓Uo將大于濾波輸入電壓uo的平均值Ua，在保證濾波輸出電壓Uo為一定值的情況下，勢(shì)必要減小控制開(kāi)關(guān)K的占空比D，以保持輸出電壓Uo的值不變；控制開(kāi)關(guān)K的占空比D減小，將會(huì)使流過(guò)濾波電感L的電流iL出現(xiàn)不連續(xù)，從而使輸出電壓Uo的電壓紋波ΔUP-P增大，造成輸出電壓不穩(wěn)定。
由此可知，調(diào)整串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源濾波輸出電壓Uo的大小，實(shí)際上就是同時(shí)調(diào)整流過(guò)濾波電感L和控制開(kāi)關(guān)K占空比D的大小。
由圖1-4可以看出：當(dāng)控制開(kāi)關(guān)K的占空比D小于0.5時(shí)，流過(guò)濾波電感L的電流iL出現(xiàn)不連續(xù)，輸出電流Io小于流過(guò)濾波電感L最大電流iLm的二分之一，濾波輸出電壓Uo的電壓紋波ΔUP-P將顯著增大。因此，串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源最好不要工作于圖1-4的電流不連續(xù)狀態(tài)，而最好工作于圖1-3和圖1-5表示的臨界連續(xù)電流和連續(xù)電流狀態(tài)。
當(dāng)串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源工作于電流臨界連續(xù)狀態(tài)時(shí)，輸出電壓Uo等于輸入電壓Ui的二分之一，等于濾波輸入電壓uo的平均值Ua；且輸出電流Io也等于流過(guò)濾波電感L最大電流iLm的二分之一。
串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源工作于連續(xù)電流狀態(tài)，輸出電壓Uo大于輸入電壓Ui的二分之一，大于濾波輸入電壓uo的平均值Ua；且輸出電流Io也大于流過(guò)濾波電感L最大電流iLm的二分之一。
1-2-4．串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源儲(chǔ)能濾波電容的計(jì)算
我們同樣從流過(guò)儲(chǔ)能電感的電流為電流臨界連續(xù)狀態(tài)著手，對(duì)儲(chǔ)能濾波電容C的充、放電過(guò)程進(jìn)行分析，然后再對(duì)儲(chǔ)能濾波電容C的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。
圖1-6是串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源工作于電流臨界連續(xù)狀態(tài)時(shí)，串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源電路中各點(diǎn)電壓和電流的波形。圖1-6中，Ui為電源的輸入電壓，uo為控制開(kāi)關(guān)K的輸出電壓，Uo為電源濾波輸出電壓，iL為流過(guò)儲(chǔ)能濾波電感電流，Io為流過(guò)負(fù)載的電流。圖1-6-a）是控制開(kāi)關(guān)K輸出電壓的波形；圖1-6-b）是儲(chǔ)能濾波電容C的充、放電波形；圖1-6-c）是流過(guò)儲(chǔ)能濾波電感電流iL的波形。當(dāng)串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源工作于電流臨界連續(xù)狀態(tài)時(shí)，控制開(kāi)關(guān)K的占空比D等于0.5，流過(guò)負(fù)載的電流Io等于流過(guò)儲(chǔ)能濾波電感最大電流iLm的二分之一。
在Ton期間，控制開(kāi)關(guān)K接通，輸入電壓Ui通過(guò)控制開(kāi)關(guān)K輸出電壓uo ，在輸出電壓uo的作用下，流過(guò)儲(chǔ)能濾波電感L的電流開(kāi)始增大。當(dāng)時(shí)間t大于二分之一Ton的時(shí)候，流過(guò)儲(chǔ)能濾波電感L的電流iL開(kāi)始大于流過(guò)負(fù)載的電流Io ，所以流過(guò)儲(chǔ)能濾波電感L的電流iL有一部分開(kāi)始對(duì)儲(chǔ)能濾波電容C進(jìn)行充電，儲(chǔ)能濾波電容C的兩端電壓開(kāi)始上升。
當(dāng)時(shí)間t等于Ton的時(shí)候，流過(guò)儲(chǔ)能濾波電感L的電流iL為最大值iLm，但儲(chǔ)能濾波電容C的兩端電壓并沒(méi)有達(dá)到最大值，此時(shí)，儲(chǔ)能濾波電容C的兩端電壓還在繼續(xù)上升，因?yàn)椋鬟^(guò)儲(chǔ)能濾波電感L的電流iL還大于流過(guò)負(fù)載的電流Io ；當(dāng)作用時(shí)間t等于二分之一Toff的時(shí)候，流過(guò)儲(chǔ)能濾波電感L的電流iL正好與負(fù)載電流Io相等，儲(chǔ)能濾波電容C的兩端電壓達(dá)到最大值ucm，電容停止充電，并開(kāi)始從充電轉(zhuǎn)為放電。
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可以證明，當(dāng)儲(chǔ)能濾波電容進(jìn)行充電時(shí)，電容兩端的電壓是按正弦曲線的速率變化的，而當(dāng)儲(chǔ)能濾波電容進(jìn)行放電時(shí)，電容兩端的電壓是按指數(shù)曲線的速率變化的，這一點(diǎn)后面還要詳細(xì)說(shuō)明，請(qǐng)參考后面圖1-23、圖1-24、圖1-25的詳細(xì)分析。
圖1-6中，電容兩端的充放電曲線是有意把它的曲率放大了的，實(shí)際上它們的變化曲率并沒(méi)有那么大。因?yàn)閮?chǔ)能濾波電感L和儲(chǔ)能濾波電容構(gòu)成的時(shí)間常數(shù)相對(duì)于控制開(kāi)關(guān)的接通或關(guān)斷時(shí)間來(lái)說(shuō)非常大（正弦曲線的周期：T = 
），即：由儲(chǔ)能濾波電感L和儲(chǔ)能濾波電容組成諧振回路的諧振頻率，相對(duì)于開(kāi)關(guān)電源的工作頻率來(lái)說(shuō)，非常低，而電容兩端的充放電曲線變化范圍只相當(dāng)于正弦曲線零點(diǎn)幾度的變化范圍。因此，在大多數(shù)情況下，可以把電容兩端的充、放電曲線看成是直線。同理，圖1-3、圖1-4、圖1-5中儲(chǔ)能濾波電容C的兩端電壓都可以看成是按直線變化的電壓，或稱(chēng)為電壓或電流鋸齒波。
實(shí)際應(yīng)用中，一般都是利用平均值的概念來(lái)計(jì)算儲(chǔ)能濾波電容C的數(shù)值。值得注意的是：濾波電容C進(jìn)行充、放電的電流ic的平均值Ia正好等于流過(guò)負(fù)載的電流Io，因?yàn)椋贒等于0.5的情況下，電容充、放電的時(shí)間相等，只要電容兩端電壓的平均值不變，其充、放電的電流必然相等，并等于流過(guò)負(fù)載的電流Io。
濾波電容C的計(jì)算方法如下：
由圖1-6可以看出，在控制開(kāi)關(guān)的占空比D等于0.5的情況下，電容器充、放電的電荷和充、放電的時(shí)間，以及正、負(fù)電壓紋波值均應(yīng)該相等，并且電容器充電電流的平均值也正好等于流過(guò)負(fù)載的電流。因此，電容器充時(shí)，電容器存儲(chǔ)的電荷ΔQ為：
（1-17）和（1-18）式，就是計(jì)算串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源儲(chǔ)能濾波電容的公式（D = 0.5時(shí)）。式中：Io是流過(guò)負(fù)載的電流，T為控制開(kāi)關(guān)K的工作周期，ΔUP-P為輸出電壓的波紋。電壓波紋ΔUP-P一般都取峰-峰值，所以電壓波紋正好等于電容器充電或放電時(shí)的電壓增量，即：ΔUP-P = ΔUc 。
順便說(shuō)明，由于人們習(xí)慣上都是以輸出電壓的平均值為水平線，把電壓紋波分成正負(fù)兩部分，所以這里遵照習(xí)慣，把電容器充電或放電時(shí)的電壓增量ΔUc分成兩部分，即：ΔUc = 2ΔU。
同理，（1-17）和（1-18）式的計(jì)算結(jié)果，只給出了計(jì)算串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源儲(chǔ)能濾波電容C的中間值，或平均值，由于輸出電流的不確定性，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可以以此為極限，在此平均值的計(jì)算結(jié)果上再乘以一個(gè)大于1的系數(shù)。
當(dāng)儲(chǔ)能濾波電容的值小于（1-17）式的值時(shí)，串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源濾波輸出電壓Uo的電壓紋波ΔUP-P會(huì)增大，并且當(dāng)開(kāi)關(guān)K工作的占空比D小于0.5時(shí)，由于流過(guò)儲(chǔ)能濾波電感L的電流iL出現(xiàn)不連續(xù)，電容器放電的時(shí)間大于電容器充電的時(shí)間，開(kāi)關(guān)電源濾波輸出電壓Uo的電壓紋波ΔUP-P將顯著增大。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，要對(duì)（1-17）式或（1-18）式的計(jì)算結(jié)果預(yù)留足夠的余量。
未完待續(xù)：下次為大家介紹并聯(lián)式、變壓器式兩種最基本的開(kāi)關(guān)電源工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹及電路參數(shù)計(jì)算。
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