中心議題：

• 並聯式開關電源的工作原理
• 並聯式開關電源輸出電壓濾波電路
• 並聯開關電源儲能電感的計算
• 並聯式開關電源儲能濾波電容的計算

並聯式開關電源
並聯式開關電源的工作原理比較簡單，工作效率很高，因此應用很廣泛
，特別是在一些小電子產品中，並聯式開關電源作為DC/DC升壓電源應用最廣。例如
，很多使用幹電池的手提式電器
，由於幹電池的電壓一般隻有1.5V或3V，為wei了le提ti高gao工gong作zuo電dian壓ya
，都dou是shi使shi用yong並bing聯lian式shi開kai關guan電dian源yuan把ba工gong作zuo電dian壓ya提ti高gao一yi倍bei。並bing聯lian式shi開kai關guan電dian源yuan的de缺que點dian是shi輸shu入ru與yu輸shu出chu共gong用yong一yi個ge地di，因yin此ci
，容rong易yi產chan生shengEMI幹擾。

並聯式開關電源的工作原理


圖1-11-a是並聯式開關電源的最簡單工作原理圖
，圖1-11-b是並聯式開關電源輸出電壓的波形。圖1-11-a中Ui是開關電源的工作電壓，L是儲能電感
，K是控製開關
，R是負載。圖1-11-b中Ui是開關電源的輸入電壓
，Uo是開關電源輸出的電壓，Up是開關電源輸出的峰值電壓，Ua是開關電源輸出的平均電壓。

當控製開關K接通時，輸入電源Ui開始對儲能電感L加電
，流過儲能電感L的電流開始增加，同時電流在儲能電感中也要產生磁場；當控製開關K由(you)接(jie)通(tong)轉(zhuan)為(wei)關(guan)斷(duan)的(de)時(shi)候(hou)

，儲(chu)能(neng)電(dian)感(gan)會(hui)產(chan)生(sheng)反(fan)電(dian)動(dong)勢(shi)，反(fan)電(dian)動(dong)勢(shi)產(chan)生(sheng)電(dian)流(liu)的(de)方(fang)向(xiang)與(yu)原(yuan)來(lai)電(dian)流(liu)的(de)方(fang)向(xiang)相(xiang)同(tong)，因(yin)此(ci)
，在(zai)負(fu)載(zai)上(shang)會(hui)產(chan)生(sheng)很(hen)高(gao)的(de)電(dian)壓(ya)。

在Ton期間，控製開關K接通，儲能濾波電感L兩端的電壓eL正好與輸入電壓Ui相等，即：



對上式進行積分
，可求得流過儲能電感L的電流為：



式中iL為流過儲能電感L電流的瞬時值
，t為時間變量，i（0）為流過儲能電感的初始電流，即：開關K接通前瞬間流過儲能電感的電流。一般當占空比D小於或等於0.5時
，i（0）= 0，由此可以求得流過儲能電感L的最大電流ILm為：


式中Ton為控製開關K接通的時間。當圖1-11-a中的控製開關K由接通狀態突然轉為關斷時，儲能電感L會把其存儲的能量（磁能）通過反電動勢進行釋放，儲能電感L產生的反電動勢為：


式中負號表示反電動勢eL的極性與（1-35）式中的符號相反，即：K接通與關斷時電感的反電動勢的極性正好相反。對（1-38）式階微分方程求解得：



式中C為常數


，把初始條件代入上式

，就很容易求出C，由於控製開關K由接通狀態突然轉為關斷時
，流過儲能電感L中的電流iL不能突變，因此，i(Ton+)正好等於流過儲能電感L的最大電流ILm ，所以（1-39）式可以寫為：


圖1-11-a並聯式開關電源輸出電壓uo等於：



由（1-41）式可以看出

，當t = 0時，即：K關斷瞬間
，輸出電壓有最大值：


當t等於很大時
，並聯式開關電源輸出電壓的值將接近輸入電壓Ui，但這種情況一般不會發生，因為控製開關K的關斷時間等不了那麼長。

從（1-42）式可以看出
，當並聯式開關電源的負載R很大或開路時
，輸出脈衝電壓的幅度將非常高。因此，並聯式開關電源經常用於高壓脈衝發生電路。[page]

並聯式開關電源輸出電壓濾波電路
上(shang)麵(mian)已(yi)經(jing)知(zhi)道(dao)，當(dang)並(bing)聯(lian)式(shi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)不(bu)帶(dai)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)濾(lv)波(bo)電(dian)路(lu)時(shi)，輸(shu)出(chu)脈(mai)衝(chong)電(dian)壓(ya)的(de)幅(fu)度(du)將(jiang)非(fei)常(chang)高(gao)。但(dan)在(zai)應(ying)用(yong)中(zhong)
，大(da)多(duo)數(shu)並(bing)聯(lian)式(shi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)還(hai)是(shi)經(jing)過(guo)整(zheng)流(liu)濾(lv)波(bo)後(hou)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)，因(yin)此(ci)，一(yi)般(ban)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)路(lu)都(dou)帶(dai)有(you)整(zheng)流(liu)濾(lv)波(bo)電(dian)路(lu)。

圖1-12是帶有整流濾波功能的並聯式開關電源工作原理圖。圖1-12中
，Ui是開關電源的工作電壓，L是儲能電感，eL為電流iL在儲能電感兩端產生的反電動勢
，K是控製開關，R是負載。而圖1-13

、圖1-14
、圖1-15分別是並聯式開關電源控製開關K工作於占空比為0.5、< 0.5
、> 0.5時
，圖1-12電路中各點的電壓、電流波形。圖圖1-13、圖1-14、圖1-15中Ui是開關電源的輸入電壓
，uo是控製開關K兩端的輸出電壓，uc是濾波電容兩端的輸出電壓，Up是開關電源輸出的峰值電壓，Uo是開關電源輸出電壓（平均值），Ua是開關電源輸出的平均電壓，iL是流過儲能電感L的電流，iLm是流過儲能電感L電流的最大值，Io是流過負載R的電流（平均值）。

當控製開關K接通時
，輸入電源Ui開始對儲能電感L加電，流過儲能電感L的電流iL開始增加
，同時電流在儲能電感中也要產生反電動勢eL；當控製開關K由接通轉為關斷的時候，儲能電感也會產生反電動勢eL。eL反電動勢的方向與開關K關斷前的方向相反，但與電流的方向相同，因此，在控製開關K兩端的輸出電壓uo等於輸入電壓Ui與反電動勢eL之和。
因此

，在Ton期間：





對上式進行積分，可求得流過儲能電感L的電流為：


（1-44）式中iL為流過儲能電感L電流的瞬時值

，t為時間變量；i(0)為的初始電流，即：控製開關K接通瞬間之前
，流過儲能電感L中的電流。當開關電源工作於臨界連續電流狀態時，i(0) = 0 ，由此可以求得流過儲能電感L的最大電流為：


在開關關斷Toff期間，控製開關K關斷，儲能電感L把電流iLm轉化成反電動勢，與輸入電壓Ui串聯迭加

，通過整流二極管D繼續向負載R提供能量，在此期間儲能電感L兩端的電壓eL為：



式中負號表示反電動勢eL的極性與（1-43）式相反
，即：K接通與關斷時電感的反電動勢的極性正好相反。對（1-46）式進行積分得：


式中i（Ton+）為控製開關K從Ton轉換到Toff的瞬間之前流過電感的電流，i（Ton+）也可以寫為i（Toff-），即：控製開關K關斷或接通瞬間，之前和之後流過電感L的電流相等。實際上（1-47）式中的i（Ton+）就是（1-45）式中的iLm，因此，（1-9）式可以改寫為：



當t = Toff時iL達到最小值。其最小值為：


當開關電源工作於臨界連續電流狀態時，流過儲能電感的初始電流i(0)等於0（參看圖1-13）
，即：（1-49）式中流過儲能電感電流的最小值iLX等於0。因此，由（1-45）和（1-49）式，可求得反轉式串聯開關電源輸出電壓Uo為：



一般，並聯式開關電源的輸出電壓Uo都是取自輸出電壓uo脈衝電壓的幅值Up ，經整流濾波以後儲能濾波電容C兩端的輸出電壓基本就是Up ，即：


這裏特別指出：（1-50）和（1-51）式shi的de結jie果guo
，雖sui然ran是shi以yi開kai關guan電dian源yuan工gong作zuo於yu臨lin界jie連lian續xu電dian流liu狀zhuang態tai的de條tiao件jian求qiu得de，但dan對dui於yu開kai關guan電dian源yuan工gong作zuo於yu連lian續xu電dian流liu狀zhuang態tai或huo斷duan流liu狀zhuang態tai同tong樣yang成cheng立li，因yin為wei
，輸shu出chu電dian壓yaUo隻取其峰值電壓Up，而不是取其平均值。
另外，並聯式開關電源輸出電壓uo的平均值Ua與輸入電壓的大小相等
，即：



由於其輸出電壓uo的幅值等於輸入電壓Ui與儲能電感L產生反電動勢eL之和，因此
，並聯式開關電源一般都是取其輸出電壓uo的幅值Up作為輸出（電壓幅值的提取方法留待後麵詳細討論）。所以
，並聯式開關電源屬於升壓型開關電源。雖然並聯式開關電源輸出電壓的幅度比輸入電壓可以提高，但其輸出電壓的平均值Ua與控製開關K的占空比D的大小無關，即：並聯式開關電源輸出電壓的平均值Ua永遠等於輸入電壓Ui 。[page]

並聯開關電源儲能電感的計算
與yu前qian麵mian計ji算suan反fan轉zhuan式shi串chuan聯lian開kai關guan電dian源yuan中zhong儲chu能neng電dian感gan的de數shu值zhi方fang法fa基ji本ben相xiang同tong，計ji算suan並bing聯lian式shi開kai關guan電dian源yuan儲chu能neng電dian感gan也ye是shi從cong流liu過guo儲chu能neng電dian感gan的de電dian流liu為wei臨lin界jie連lian續xu電dian流liu狀zhuang態tai著zhe手shou進jin行xing分fen析xi。並bing聯lian式shi開kai關guan電dian源yuan中zhong的de儲chu能neng電dian感gan與yu反fan轉zhuan式shi串chuan聯lian開kai關guan電dian源yuan中zhong的de儲chu能neng電dian感gan工gong作zuo原yuan理li基ji本ben一yi樣yang
，都dou是shi在zai控kong製zhi開kai關guanK關斷期間才產生反電動勢向負載提供能量，因此
，流過負載的電流隻有流過儲能電感電流的四分之一。
根據（1-45）式：



（1-45）式可以改寫為：



式中Io為流過負載的電流，當D = 0.5時
，其大小等於最大電流iLm的四分之一；T為開關電源的工作周期
，T正好等於2倍Ton。
由此求得：

或：

（1-54）和（1-55）式

，就是計算並聯式開關電源儲能電感的公式。同理
，（1-54）和（1-55）式的計算結果，隻給出了計算並聯開關電源儲能濾波電感L的中間值，或平均值，對於極端情況可以在平均值的計算結果上再乘以一個大於1的係數。
對於電感取不同數值和在不同的占空比狀態下工作的情況分析
，請參考前麵關於“反轉式串聯開關電源儲能電感的計算”內容的論述。

並聯式開關電源儲能濾波電容的計算
binglianshikaiguandianyuanchunenglvbodianrongdejisuan，keyicankaoqianmianchuanlianshikaiguandianyuanhuofanzhuanshichuanliankaiguandianyuanzhongchunenglvbodianrongdejisuanfangfa，tongshihaikeyicankaotu1-6中儲能濾波電容C的充

、放電過程。

這裏要特別注意的是
，並聯式開關電源與反轉式串聯開關電源中的儲能電感一樣

，僅在控製開關K關斷期間才產生反電動勢向負載提供能量，因此，即使是在占空比D等於0.5的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，儲(chu)能(neng)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)器(qi)充(chong)電(dian)的(de)時(shi)間(jian)與(yu)放(fang)電(dian)的(de)時(shi)間(jian)也(ye)不(bu)相(xiang)等(deng)，電(dian)容(rong)器(qi)充(chong)電(dian)的(de)時(shi)間(jian)小(xiao)於(yu)半(ban)個(ge)工(gong)作(zuo)周(zhou)期(qi)，而(er)電(dian)容(rong)器(qi)放(fang)電(dian)的(de)時(shi)間(jian)則(ze)大(da)於(yu)半(ban)個(ge)工(gong)作(zuo)周(zhou)期(qi)，但(dan)電(dian)容(rong)器(qi)充(chong)
、放電的電荷是相等的，即電容器充電時的電流大於放電時的電流。

從圖1-13可以看出，並聯式開關電源，流過負載的電流比串聯式開關電源流過負載的電流小一倍，流過負載的電流Io隻有流過儲能電感最大電流iLm的四分之一。在占空比D等於0.5的情況下，電容器充電的時間為 ，電容充電電流的平均值為 ，或 ；而電容器放電的時間為 ，電容放電電流的平均值為0.9 Io。因此有：



式中ΔQ為電容器充電的電荷
，Io流過負載的平均電流，T為工作周期。電容充電時
，電容兩端的電壓由最小值充到最大值（絕對值），相應的電壓增量為2ΔUc，由此求得電容器兩端的波紋電壓ΔUP-P為：



由此求得：

或：


（1-58）和（1-59）式，就是計算並聯開關電源儲能濾波電容的公式（D = 0.5時）。式中：Io是流過負載電流的平均值
，T為開關工作周期，ΔUP-P為濾波輸出電壓的波紋
，或電壓紋波。一般波紋電壓都是取電壓增量的峰-峰值，因此
，當D = 0.5時，波紋電壓等於電容器充電的電壓增量，即：ΔUP-P = 2ΔUc 。

同理，（1-58）和（1-59）式的計算結果，隻給出了計算並聯式開關電源儲能濾波電容C的中間值，或平均值，對於極端情況可以在平均值的計算結果上再乘以一個大於1的係數。

當開關K工作占空比D小於0.5時，由於流過儲能濾波電感Ldedianliuhuibulianxu，dianrongqifangdiandeshijianjiangyuanyuandayudianrongqichongdiandeshijian，yinci，kaiguandianyuanlvboshuchudianyadewenbojiangxianzhuzengda。lingwai，kaiguandianyuandefuzaiyibanyebushigudingde，dangfuzaidianliuzengdadeshihou，kaiguandianyuanlvboshuchudianyadewenboyejianghuizengda。yinci，shejikaiguandianyuandeshihouyaoliuyouchongfendeyuliang，shijiyingyongzhongzuihaoan（1-58）式計算結果的2倍以上來計算儲能濾波電容的參數。