開(kāi)關(guān)電源交流電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
開(kāi)關(guān)量可以分為交流開(kāi)關(guān)電源和交流交流開(kāi)關(guān)電源兩種，它們是按輸出量區(qū)分的，交流交流開(kāi)關(guān)電源輸出交流電流，交流開(kāi)關(guān)電源輸出直流電源，這里詳細(xì)介紹交流開(kāi)關(guān)電源。隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展，交流電開(kāi)關(guān)電源由于其高效性，在很多場(chǎng)合取代線(xiàn)性穩(wěn)壓電源而被廣泛采用。
與一般的線(xiàn)性穩(wěn)壓電源相比，交流電開(kāi)關(guān)電源的成本要高得多，但是在一些特殊的場(chǎng)所卻比較簡(jiǎn)單，甚至基本只用開(kāi)關(guān)電源，比如變壓和極性反轉(zhuǎn)等。開(kāi)關(guān)電源還可以分為保護(hù)型和非保護(hù)型兩種，保護(hù)型的選擇是通過(guò)改變輸入輸出之間的電氣隔離來(lái)實(shí)現(xiàn)，而保護(hù)型的開(kāi)關(guān)電源還可以幫助實(shí)現(xiàn)多通道工作電壓不同或多通道工作電壓相同的輸出。
AC開(kāi)關(guān)電源結(jié)構(gòu)繁瑣，設(shè)計(jì)方案和剖析都有比較特別的一套基本原理和方法，這里重點(diǎn)詳細(xì)介紹6種基本的無(wú)保護(hù)交流電開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)形式及其特點(diǎn)，以便于選擇適用場(chǎng)合。
理想假設(shè)：為了幫助分析，通常假定下面的理想情況都存在。
一、理想的電子元件：開(kāi)關(guān)元件管Q和D的導(dǎo)通和閉合時(shí)間為零，通態(tài)工作電壓為零，斷路電流為零。
電感器和電容器都是理想的無(wú)損耗儲(chǔ)能技術(shù)元件，并且電源開(kāi)關(guān)頻率高于LC的串聯(lián)諧振。
在一個(gè)電源開(kāi)關(guān)周期的時(shí)間內(nèi)，輸入的工作電壓保持不變。
四、在一個(gè)電源開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，輸出電壓有較小的諧波畸變，但可感覺(jué)到基本保持不變，數(shù)值Vo。
5.路線(xiàn)特性阻抗不包括在內(nèi)。
6.SPWM100%的高效性
BuckSPWM：也稱(chēng)為降壓型SPWM，是一種多管無(wú)保護(hù)交流電SPWM，其輸出電壓低于輸入工作電壓。
在圖中，Q是開(kāi)關(guān)管，它的驅(qū)動(dòng)工作電壓通常是PWM(PulsewidthmodulaTIon脈寬調(diào)制)數(shù)據(jù)信號(hào)，它的數(shù)據(jù)信號(hào)周期時(shí)間是Ts，數(shù)據(jù)信號(hào)頻率是f=1/Ts，通斷時(shí)間是Ton，閉合時(shí)間是Toff，它的周期Ts=Ton+Toff,pwm占空率是Dy=Ton/Ts。
桶SPWM有兩種基本工作方式：
ConTInuouscurrentmode)：電感器電流連續(xù)方式，輸出濾波電感Lf的電流連續(xù)大于零。
電感元件：電感元件以時(shí)斷時(shí)續(xù)的方式工作，在開(kāi)關(guān)管路閉合期間有一段時(shí)間電流為零。
1.1基本關(guān)聯(lián)與CCM：
1.3DCM時(shí)的基本關(guān)聯(lián)：
該模型可分為兩種典型狀態(tài)：
輸入工作電壓Vin不變，輸出電壓Vo變位，常用于馬達(dá)調(diào)速，或?yàn)殡娖康暮懔麟姵爻潆姟?/p>
輸入工作電壓Vin轉(zhuǎn)換，輸出電壓Vo穩(wěn)定，即普通電源開(kāi)關(guān)，可調(diào)穩(wěn)壓電源。
1.3感應(yīng)器電流臨界值的延續(xù)界限：
1.3.1當(dāng)輸入工作電壓穩(wěn)定不變時(shí)：Vin=const。
當(dāng)Vin=const時(shí)可以繪制BuckSPWM外部特性曲線(xiàn)圖：
圖上虛線(xiàn)是感應(yīng)器電流持續(xù)性臨界值的邊界，內(nèi)虛線(xiàn)是電流間歇區(qū)，外虛線(xiàn)是電流連續(xù)性區(qū)。
理想情況下，只有pwm占空比Dy才能確定電流時(shí)斷時(shí)區(qū)輸出電壓。在具體的供電電路中，由于電子器件的非理性化，BuckSPWM的外部特性在電感器電流的連續(xù)區(qū)域內(nèi)也會(huì)減小，即Io增大，Vo減小。為了保持Vo不變，在Io提升過(guò)程中適當(dāng)增加pwm占空比Dy。
1.3.2當(dāng)輸出電壓穩(wěn)定不變時(shí)：Vo=const。
可以在Vo=const中繪制BuckSPWM的標(biāo)幺特征曲線(xiàn)圖：
圖上虛線(xiàn)是電感器電流延續(xù)臨界值的邊界，右上方是電流延續(xù)區(qū)，左下方是電流中斷區(qū)。
當(dāng)感應(yīng)器的電流量處于臨界值時(shí)，若負(fù)荷增加，則進(jìn)入電流持續(xù)工作的區(qū)域；若負(fù)荷減少，則進(jìn)入電流中斷的區(qū)域。
如果負(fù)載不變，降低了輸入工作電壓Vin，為了使Vo不變，應(yīng)該增加Dy，同時(shí)進(jìn)入電流連續(xù)區(qū)。
BoostSPWM：也稱(chēng)為變壓型SPWM，是一種多管無(wú)保護(hù)交流電的SPWM，其輸出電壓高于輸入工作電壓。
Switch管道Q也是一種PWM操作方法，但是較大的 pwm占空率Dy一定是受限制的，不允許在Dy=1的情況下工作。感應(yīng)器Lf在輸入端，稱(chēng)為變壓感應(yīng)器。另外，BoostSPWM還有CCM和DCM兩種工作方式。
2.1基本關(guān)聯(lián)與CCM：
Q通斷為電感器Lf儲(chǔ)存能量的技術(shù)環(huán)節(jié)，此時(shí)開(kāi)關(guān)電源不向負(fù)荷提供動(dòng)能，負(fù)荷靠?jī)?chǔ)存在電容器Cf的動(dòng)能來(lái)維持工作；Q閉合時(shí)，開(kāi)關(guān)電源和電感器互相向負(fù)荷供電系統(tǒng)供電，此時(shí)電容器Cf電池充電。SPWM必須接負(fù)荷，否則會(huì)被持續(xù)的動(dòng)能送到負(fù)荷端，然后Vo繼續(xù)上升，從而破壞。
2.3DCM時(shí)的基本關(guān)聯(lián)：
即使當(dāng)電流量時(shí)斷時(shí)續(xù)時(shí)， 輸入工作電壓Vin不會(huì)發(fā)生變化，為了更好地保持輸出電壓Vo穩(wěn)定，也要根據(jù)負(fù)荷電流量的不同，調(diào)整pwm占空率。
2.3感應(yīng)器電流臨界值的延續(xù)界限：
2.3.1當(dāng)輸入工作電壓穩(wěn)定不變時(shí)：Vin=const。
2.3.2當(dāng)輸出電壓穩(wěn)定不變時(shí)：Vo=const
2.3.3電感器電流量臨界持續(xù)時(shí)間界限圖：上側(cè)為電感器電流量連續(xù)區(qū)，下側(cè)為時(shí)間中斷區(qū)。
在開(kāi)關(guān)管Q通斷期間，存儲(chǔ)在電感器Lf中的電磁能量，在Q截止期內(nèi)全部基于二極管D遷移到輸出端，假設(shè)SPWM不接輸入電阻，或電阻過(guò)大，必使Vo繼續(xù)上升，因此如果沒(méi)有工作電壓閉環(huán)控制調(diào)整，BoostSPWM就不能在輸出端工作。
Buck/BoostSPWM：也稱(chēng)為升降壓壓型SPWM，是一種多管不保護(hù)交流電SPWM，輸出電壓可小于或高過(guò)輸入工作電壓，但其輸出電壓的旋光性與輸入工作電壓相反?？梢哉J(rèn)為，Buck/BoostSPWM是BuckSPWM與BoostSPWM之間的串聯(lián)，合拼了開(kāi)關(guān)管。
同時(shí)，Buck/BoostSPWM有CCM和DCM兩種工作方式，開(kāi)關(guān)管Q也可用于PWM的操作。
3.1CCM時(shí)的基本關(guān)聯(lián)：
Q通斷電時(shí)，負(fù)荷由電容Cf供電，Q通斷電時(shí)，Q通斷電時(shí)，L通斷電時(shí)，L通斷時(shí)，L通斷時(shí)，L通斷。
3.3DCM時(shí)的基本關(guān)聯(lián)：
3.3感應(yīng)器電流臨界值的延續(xù)界限：
3.3.1當(dāng)輸入工作電壓穩(wěn)定不變時(shí)：Vin=const。
3.3.2當(dāng)輸出電壓穩(wěn)定不變時(shí)：Vo=const
3.3.電感器電流臨界持續(xù)時(shí)間界限圖：上側(cè)為電感器電流量連續(xù)區(qū)，下側(cè)為時(shí)間中斷區(qū)。
由于這種SPWM的輸出和電感器的電流量不同，因此兩者的界限也不同，輸出電流量Io的邊界線(xiàn)在電感器電流量的正下方，因?yàn)镮o只是電感器電流量的一部分。
CukSPWM：美國(guó)加州理工學(xué)院SlobodanCuk明確提出要改進(jìn)Buck/Boost改進(jìn)的多管無(wú)保護(hù)交流電SPWM，在I/O端有電感器，能明顯地減少輸入和輸出電流的波動(dòng)，同樣地，與輸入工作電壓相反地，與輸出電壓相反地，與輸出電壓相反地，與輸出電壓相反地，可小于或高于輸入工作電壓?？梢哉J(rèn)為，CukSPWM是BoostSPWM與BuckSPWM之間的串聯(lián)，合拼了開(kāi)關(guān)管。
切換管Q也用于PWM操作。另外，CukSPWM還具有CCM和DCM兩種工作方式，但并非指電感器的電流量，而是指通過(guò)二極管的電流持續(xù)或斷斷續(xù)續(xù)地持續(xù)。如果二極管電流量在一個(gè)電源開(kāi)關(guān)周期內(nèi)持續(xù)超過(guò)零，則在開(kāi)關(guān)管Q的截止時(shí)間(1-Dy)Ts期間，二極管電流量將持續(xù)超過(guò)零；如果二極管電流量在一段時(shí)間內(nèi)為零，則在電流量持續(xù)超過(guò)零時(shí)，二極管電流量將持續(xù)超過(guò)零；如果t=Ts期間，二極管電流量剛剛下降到零，則在電流臨界值將持續(xù)超過(guò)零。
在CukSPWM中有兩個(gè)電感器，既能無(wú)藕合，也能有藕合，藕合電感器能進(jìn)一步降低喝水的電流脈動(dòng)。
解析時(shí)提升假設(shè)：耦合電容C1容量很大，SPWM恒定工作時(shí)，C1的工作電壓基礎(chǔ)保持穩(wěn)定。
4.1CCM時(shí)的基本關(guān)聯(lián)：
在CukSPWM中，開(kāi)關(guān)電源的動(dòng)能要經(jīng)過(guò)3次轉(zhuǎn)換才能達(dá)到負(fù)載。首先是Q截止器，L1型電感器的儲(chǔ)能技術(shù)得到改進(jìn)，電磁能量轉(zhuǎn)換為磁截止器；其次是Q截止器，L1型電感器的電磁能量轉(zhuǎn)換為C1型；第三是Q截止器，C1型電感器的電磁能量轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)2型電感器和電容器Cf。實(shí)際上，前兩個(gè)和前三個(gè)轉(zhuǎn)換都是額外進(jìn)行的。
兩個(gè)電感器在CukSPWM中每年的電流增長(zhǎng)和下降速度只與電壓、電壓和自身電感器大小有關(guān)。確定了感應(yīng)器的兩個(gè)電流大小，分別為Vin/L1和Vin/L2，而兩個(gè)電流的年增長(zhǎng)率僅與Vo有關(guān)，分別為Vo/L1和Vo/L2。
4.3二種感應(yīng)器具有藕合感應(yīng)器：
假設(shè)L1、L2兩個(gè)電感器繞在同一個(gè)變壓器鐵芯上，
那么2個(gè)感應(yīng)器彼此間的藕合，除了自感之外還有互感M，一般用耦合系數(shù)k來(lái)表示藕合程度：
藕合體可以進(jìn)一步減少輸入電流的脈動(dòng)量和輸出電流的脈動(dòng)量。
ZetaSPWM：具有兩個(gè)電感器和耦合電容的多管不保護(hù)交流電SPWM，其輸出電壓與輸入工作電壓相同?？梢詫etaSPWM視為Buck/BoostSPWM與BuckSPWM的串聯(lián)，并將開(kāi)關(guān)管合二為一。
開(kāi)關(guān)管Q是感應(yīng)器的輸出，所以 輸出的電流量脈動(dòng)飲料不大，開(kāi)關(guān)管Q也采用PWM控制的方法。
分析時(shí)假定耦合電容C1容量很大，當(dāng)SPWM恒定工作時(shí)，C1工作電壓基礎(chǔ)保持穩(wěn)定。
SepicSPWM：具有兩個(gè)電感器和耦合電容的多管不保護(hù)交流電SPWM，其輸出電壓與輸入工作電壓相同?？梢哉J(rèn)為，SepicSPWM是BoostSPWM與Buck/BoostSPWM之間的串聯(lián)，并將開(kāi)關(guān)管合在一起。
電感器輸入的SepicSPWM，因此 輸入的電流量脈動(dòng)飲料不大，開(kāi)關(guān)管Q也可用于PWM操作。
分析時(shí)假定耦合電容C1容量很大，當(dāng)SPWM恒定工作時(shí)，C1工作電壓基礎(chǔ)保持穩(wěn)定。