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）shidejieguo，suiranshiyikaiguandianyuangongzuoyulinjielianxudianliuzhuangtaidetiaojianqiude
，danduiyukaiguandianyuangongzuoyulianxudianliuzhuangtaihuoduanliuzhuangtaitongyangchengli，yinwei，shuchudianyaUo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
並(bing)聯(lian)式(shi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)儲(chu)能(neng)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)的(de)計(ji)算(suan)，可(ke)以(yi)參(can)考(kao)前(qian)麵(mian)串(chuan)聯(lian)式(shi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)或(huo)反(fan)轉(zhuan)式(shi)串(chuan)聯(lian)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)中(zhong)儲(chu)能(neng)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)的(de)計(ji)算(suan)方(fang)法(fa)，同(tong)時(shi)還(hai)可(ke)以(yi)參(can)考(kao)圖(tu)1-6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0.5deqingkuangxia，chunenglvbodianrongqichongdiandeshijianyufangdiandeshijianyebuxiangdeng
，dianrongqichongdiandeshijianxiaoyubangegongzuozhouqi，erdianrongqifangdiandeshijianzedayubangegongzuozhouqi
，dandianrongqichong、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L的de電dian流liu會hui不bu連lian續xu，電dian容rong器qi放fang電dian的de時shi間jian將jiang遠yuan遠yuan大da於yu電dian容rong器qi充chong電dian的de時shi間jian，因yin此ci，開kai關guan電dian源yuan濾lv波bo輸shu出chu電dian壓ya的de紋wen波bo將jiang顯xian著zhu增zeng大da。另ling外wai，開kai關guan電dian源yuan的de負fu載zai一yi般ban也ye不bu是shi固gu定ding的de，當dang負fu載zai電dian流liu增zeng大da的de時shi候hou，開kai關guan電dian源yuan濾lv波bo輸shu出chu電dian壓ya的de紋wen波bo也ye將jiang會hui增zeng大da。因yin此ci，設she計ji開kai關guan電dian源yuan的de時shi候hou要yao留liu有you充chong分fen的de餘yu量liang，實shi際ji應ying用yong中zhong最zui好hao按an（1-58）式計算結果的2倍以上來計算儲能濾波電容的參數。