1.5 需要掌握的基本概念

为方便读者学习，现在对开关电源技术中所涉及的重要概念进行归纳，使读者能快速掌握相关知识。当然这些概念在后续介绍中均有详细的介绍。

1.脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）

脉宽调制是开关电源中常用的一种调制控制方式。其特点是保持开关频率恒定（即开关周期不变），改变脉冲宽度，使电网电压和负载变化时，开关电源的输出电压变化最少。

2.占空比（Duty Cycle Ratio）

占空比D指一个周期T内，晶体管导通时间tON所占的比例，D=tON/T。

3.硬开关（Hard Switching）

当晶体管上的电压（或电流）尚未到零时，强迫开关管开通（或关断），这时开关管的电压下降（或上升）和电流上升（或下降）有一个交叠过程，使得在开关过程中管子上有损耗，这种开关方式便称为硬开关。

4.软开关（Soft Switching）

使晶体管开关在电压为零时开通，或电流为零时关断，从而在开关过程中使管子的损耗接近于零，这种开关方式称为软开关。

5.谐振（Resonance）

谐振是交流电路中的一种物理现象。在理想的（无寄生电阻）电感和电容串联电路输入端加正弦电压源，当电源的频率为某一频率时，容抗与感抗相等，电路阻抗为零，电流可达无穷大，这一现象称为串联谐振。同理，在理想的LC并联电路上加正弦电流源时，电路的总导纳为零，元件上的电压为无穷大，这一现象称为并联谐振。电路谐振时有以下两个重要参数。（1）谐振频率：谐振时的电路频率，ω0=1/，称为谐振频率。

（2）特征阻抗：谐振时，感抗等于容抗，其值为Z0=，称为特征阻抗。当LC串联电路上突加直流电压时，电路中的电流按正弦规律无阻尼振荡，其频率即为电路的谐振频率，也称为振荡频率。

6.准谐振（Quasi-Resonance）

对于有开关的LC串联电路，当电流按谐振频率振荡时，如果开关动作，使电流正弦振荡只在一个周期的部分时间内发生，则电流会呈准正弦，这一现象称为准谐振。同样，在LC并联电路中，借助开关动作，也可获得准谐振。

7.零电压开通（Zero-Voltage-Switching，ZVS）

利用谐振现象，当开关变换器中的器件电压按正弦规律振荡到零时，使器件开通，称为ZVS。

8.零电流关断（Zero-Current-Switching，ZCS）

同理，当开关变换器中的器件电流按正弦规律振荡到零时，使器件关断，称为ZCS。

9.PWM开关变换器（PWM Switching Converler）

PWM开关变换器是指用脉宽调制方式控制晶体管开关通、断的开关变换器。它属于恒频控制的硬开关类型。

10.离线式开关变换器（Off-LineS witching Converter）

离线式开关变换器是一种AC/DC变换器，其输入端整流器和平波电容直接接在交流电网上。

11.谐振变换器（Resonant Converter）

利用谐振现象，使开关变换器中器件上的电压或电流按正弦规律变化，从而创造了ZVS或ZCS的条件，这样的变换器称为谐振变换器。谐振变换器分为串联和并联谐振变换器两种。在桥式变换器的输出端串联LC网络，再连接变压器和整流器，可得到串联谐振DC/DC变换器；在桥式变换器串联LC网络的电容两端并联负载（包括变压器及整流器），可得到并联谐振DC/DC变换器。

12.准谐振变换器（Quasi-Resonant Converter）

利用准谐振现象，使开关变换器中器件上的电压或电流按准正弦规律变化，从而创造了ZVS或ZCS的条件，称为准谐振变换器。在单端、半桥或全桥变换器中，利用寄生电感和电容（如变压器漏感、晶体开关管或整流管的结电容）或外加谐振电感和电容，可得到相应的准谐振变换器。谐振参数可以超过两个，如三个或更多，这时又称为多谐振变换器。为保持输出电压基本恒定，谐振和准谐振变换器均必须有变频控制。

13.高频开关变换器

20世纪60年代，PWM开关变换器的开关频率为20kHz，所用开关器件为功率双极晶体管。提高开关频率，可以减小变换器的体积、质量，提高功率密度，控制音频噪声，改善动态响应。但为了提高开关频率，先决条件是必须有高频功率晶体管。此外，频率越高， PWM开关（一种硬开关）的开关过程损耗也越大，不能保证高频、高效率运行。高频功率MOSFET的广泛应用，使开关变换器的高频化有了可能，如PWM开关变换器的开关频率可提高到30kHz以上。20世纪80年代，软开关变换技术的开发，使高频、高效率开关变换器有可能商品化。例如，准谐振开关电源，其开关频率达到1～10MHz，功率密度达到80W/in3（PWM开关变换器受频率限制，功率密度最高为0.5～3W/in3）；移相式全桥ZVS-PWM变换器，功率为250W以上，开关频率可达0.5～1MHz。但是当IGBT用做开关器件时，开关频率一般只限于20～40kHz。但有些高频IGBT，如1RGBC30U，可工作到300kHz。

14.DC/DC开关变换器

DC/DC开关变换器是指由直流电源供电时，输送直流功率的开关变换器。它是开关电源的功率电路，包括功率变换及整流滤波两部分。其输出电压可低于或高于输入电压。它按输入、输出有无变压器分，有隔离、无隔离两类。无隔离变压器的DC/DC开关变换器的典型拓扑结构有Buck，Boost，Buck-Boost，Cuk，Sepic和 Zeta6种。其中，Buck，Boost和Buck-Boost是基本的拓扑结构。它们的核心部分是T形（或Y形）开关网络。

15.连续导电模式（Continueous Conducting Mode，CCM）

连续导电模式指一周期内电感电流（或传送能量的电容电压）始终大于零。

16.不连续导电模式（Discontinueous Conducting Mode，DCM）

不连续导电模式指一周期内电感电流波形不连续或电容电压不是始终大于零。

17.Buck变换器

Buck变换器又称降压变换器，由简单的电压斩波加LC滤波电路组成。CCM时，理论上，其稳态电压比Uo/Ui=D＜1（D为占空比），因此输出电压Uo小于输入电压Ui，但输入端电流不连续，而输出端电流连续。

18.Boost变换器

Boost变换器又称升压变换器，是斩波和滤波的组合电路，滤波电感接在输入端。理论上，其稳态电压比Uo/Ui=1/（1-D），因此输出电压高于输入电压，输入电流连续，适合用做有源功率因数校正电路，但输出电流不连续。Boost变换器与Buck变换器对偶。

19.Buck-Boost变换器

Buck-Boost变换器由电压斩波器和滤波器组成。其特点是依靠电感储能，将功率由电源传送到负载。其稳态电压比Uo/Ui=D/（1-D），输出电压可高于或低于输入电压，取决于D大于或小于0.5。其输入和输出电流均不连续。

20.单端变换器（Single-Ended Converter）

单端变换器的最简单的电路形式为有隔离变压器的DC/DC变换器。其主要特征是高频变压器的磁心被单向脉动电流激磁，一周期内磁心中的磁通只在磁滞回线（即B-H回线的第一象限）上变化，因此磁心的磁性能得不到充分利用。按一周期内激磁方向不同，它可分为正激、反激变换器；还有带隔离的Cuk变换器等。它可以有多路输出。

21.（单管）正激变换器（Forward Converter）

（单管）正激变换器是结构简单的一种单端变换器，本质上是有隔离变压器的Buck变换器，在变压器副边输出端除了串联一个二极管外，还并联一个续流二极管。其特点是开关管导通时，能量由原边传送到副边；开关管关断时，副边依靠电感续流。但两种情况下磁心所受激磁方向相同，因此必须采取“复位”措施（如变压器加去磁绕组），使一周期结束时，磁通恢复到周期开始时的原位置。（单管）正激变换器适用于小功率（几十到几百瓦）场合，且开关管的承受电压按2Ui（Ui为输入电压）计算。

22.双管正激变换器（Two-Transistor Forward Converter）

双管正激变换器中有两个开关管与变压器原边绕组串联，它们同时开通或关断。变压器原边的接法像一个电桥，桥臂对角分别为两个开关管和两个二极管。桥的输出接变压器原边，其副边电路形式和单管正激变换器一样。其运行模式和桥式变换器完全不同。由于tOFF时有去磁电流经过二极管及原边绕组，故无须另设去磁绕组。双管正激变换器可用于中等功率（1～2kW以下），每管承受电压约为Ui。两套相同的双管正激变换器副边并联，输入串联或并联，接于AC/DC整流器后，可用于大功率（5～10kW）输出、输入端接AC400W或220V电网的整流输出端。

23.反激变换器（Flyback Converter）

反激变换器是一种最简单的单端变换器。它与正激电路不同的是：电压器副边接反向（Flyback）二极管；在tof时变压器副边绕组中流过去磁电流，无须另设去磁绕组。反激变换器实质上是有隔离的Buck-Boost变换器，其变压器起了传送能量元件（电感）的作用，因此变压器磁心应有较大气隙，以增大电感量，从而增加传输能量。它适用于小功率（100W）场合。其开关管的承受电压和单管正激变换器一样。

24.推挽变换器（PushPull Converter）

两个对称正激电路接成推挽形式，构成方波逆变器。方波逆变器的功率变压器副边接推挽整流及LC滤波电路，形成Buck型推挽变换器，但输出无须另加续流二极管。其主要优点是设计简单，变换器磁心利用充分，无须另加去磁绕组，每管承受电压大于2Ui；缺点是两管可能同时导电。它可用于中等功率及需要多路输出时。当电感接在输入端时，称为Boost型推挽变换器。

25.半桥变换器（Half-Bridge Converter）

由两个功率晶体管和两个电容组成半桥变换器。两个功率晶体管轮流交替导通，两个电容串联接输入电压，变压器次级接推挽或桥式整流滤波电路，变换器在整个工作周期之内都向负载提供功率输出。半桥变换器适用于中等功率场合。

26.全桥变换器（Full-Bridge Converter）

全桥变换器由四个功率晶体管组成，适用于大功率场合。相对于半桥变换器而言，全桥变换器的优点是每个管子的承受电压均为Ui，且变压器磁性能可得到充分利用。其缺点是要考虑对称问题，并且在一个支路中，当两个桥臂的晶体管都导通时，是很危险的。滤波电感可接在电源输入端或整流输出端，分别称为Boost或Buck型桥式变换器。

27.差模噪声（Defferential Mode Noise）

差模噪声指排除共模噪声后，在两条电源线之间测出的电源线对公共基准点的噪声。在电压系统中，通常在直流输出端和直流返回端测试噪声。

28.漂移（Drift）

在电源电压、负载和工作温度等参数保持不变的情况下，在预热过程后，输出电压随时间的变化称为漂移。

29.保持时间（Holdup Time）

保持时间指交流输入电源发生故障后，电源能保持输出电压不变的时间。

30.带电插拔（Hot Swap）

带电插拔指在通电的系统中将电源插入或拔出。

31.输入浪涌电流（Inrush Current）

输入浪涌电流指电源接通瞬间，流入电源设备的峰值电流。由于输入滤波电容迅速充电，所以该峰值电流远远大于稳态输入电流。开关电源应该限制AC开关、整流桥、熔断器、EMI滤波器件能承受的输入浪涌电流值。反复开、关环路时，AC输入电压不应损坏电源或导致熔断器烧断。

32.拓扑结构（Topology）

拓扑结构指变换器的电路结构类型。常用变换器的电路结构有反激式、正激式、半桥式、全桥式、谐振式和软开关式等。