无电解电容开关电源的研究和开发+文献综述(9)
（2）电解电容导致开关电源的低功率因数。
从中可以发现，开关电源去除电解电容后可以无需功率因数校正（PFC），有利于简化电路设计；有利于开关电源小型、轻便化、集成化；有利于开关电源延长使用寿命（尤其是在作为LED驱动电源时，其长使用寿命显得更为重要了）。
3一种无电解电容开关电源
3.1引言
第二章分析了开关电源的工作原理和电解电容对开关电源的影响。电解电容导致了开关电源功率因数低，低功率密度和使用寿命短。为此，有必要去除开关电源中电解电容。本章给出了一种替代电解电容的电路或方法，提出了一种无电解电容开关电源的设计。要求其输出功率波形如图3.1所示。
图3.1 输入电压、输入电流、输入功率、输出功率波形
3.2无电解电容开关电源的工作原理及其构成
3.2.1 无电解电容开关电源的基本原理
在开关电源中，由于开关电源具有输入功率是脉动的，而输出电压是直流的特点，因此电解电容作用是平衡脉动的输入功率和恒定的输出功率。无电解电容开关电源使用无损耗电阻技术来替代电解电容，实现输出电压的平滑性。同时，无损耗电阻技术也用于DC/DC变换。
图3.2 无损耗电阻示意图
设无损耗电阻Rw,电压u(t)、电流i(t)如图3.2所示。无损耗电阻Rw满足下列条件：
u(t)=R(t)i(t) （3-1）
由式（3-1）可知，无损耗电阻Rw具有电阻性质，其伏安特性满足欧姆定律。
P=∫_0^T▒〖u(t)i(t)dt=0〗 （3-2）
由式（3-2）可知，无损耗电阻Rw在理想状态下的功率损耗P为零（无损耗），周期为T。
图3.3 整流后接入无损耗电阻电路示意图
图3.4 输入整流器后电压波形和无损耗电阻阻值波形
由图3.3和图3.4可知，假设负载为阻性，那么流过整流桥的电压vg将是如图3.2所示的正弦全波。如果无损耗电阻阻值Rw波形的相位与流过整流桥的电压vin相位相同。换言之，电压vin的变化量与无损耗电阻Rw的化量是一个固定比例。那么，负载上所分到的电压将是恒定不变的。因此，无损耗电阻可以用来替代电解电容，实现输出电压的平滑性。
此外，无损耗电阻的起始值是可调的。由式（3-2）可知，无损耗电阻具有电阻性质，其伏安特性满足欧姆定律。所以，当它串接入电网时具有分压作用，可以改变输出端电压的大小。同时，由式（3-2）可知，无损耗电阻Rw在理想状态下的功率损耗P为零（无损耗）。即使在实际状况下，在无损耗电阻中的电感元件和组成开关阵的半导体元件都会有一些损耗，但这些损耗也是非常小的，不会对无电解电容开电源的效率造成很大的影响。因此，无损耗电阻技术也用于DC/DC变换。
3.2.2 无电解电容开关电源的构成
无电解电容开关电源如图3.5所示，其工作原理是：市电进入电源后首先经桥式整流转为正弦全波，然后经过无损耗可变电阻后成为直流输出电压。同时，控制电路通过采样整流桥后的正弦全波来控制无损耗电阻的阻值变化，保证无损耗电阻阻值波形的相位与流过整流桥的电压相位相同。
图3.5 无电解电容开关电源基本结构图
无电解电容开关电源由以下四部分构成:
主电路：输入电磁干扰（EMI）滤波器，用于抑制交流电网中的高频干扰对无电解电容开关电源的影响和抑制无电解电容开关电源对交流电网干扰；输入整流器，它是由四个二极管构成的整流桥电路；无损耗可变电阻器，它是由四个高频功率开关管组成开关阵和电感器所组成，具体工作原理和设计方法将在下一章展开讨论，用于代替电解电容和DC/DC的功能；输出滤波器，用于消除输出电压中波纹电压。