Simulink新型三电平功率因数校正器的分析与设计(2)
全性和可靠性的高低。开关电源，即电路中的功率器件工作在开关状态这一类电源的
总称。开关电源以其损耗低、效率高和电路简单等显著优点，成为应用最广泛的一种
电源装置。
1.1.1 开关电源的特点
在开关电源出现以前，线性稳压电源（简称线性电源）已经应用了很长一段时间。
开关电源就是为了克服线性电源的缺点而出现的，其电路如图1-1 所示。它将交流输
入电压us先经二极管VD整流和电容 滤波后得到直流电压ui
，经由逆变器输出为高频交
流方波脉冲电压。此电压再经高频变压器 隔离并变换成适当的交流电压后，再经过
整流和滤波即可达到所需的直流输出电压uo。
图 1-1 开关电源电路
当交流输入电压us变化时，可调节高频交流方波脉冲电压的宽度，使直流输出电
压uo保持稳定。上述电路结构虽然复杂，但是比起图 1-1 的线性电源来，却有几个显
著的优点：第一，逆变电路中的功率器件均工作于开关状态。开关状态下器件损耗较
小、电源效率较高。第二，隔离电路中的高频变压器 T 体积较小、重量较轻。同时，
较高的工作频率可使得滤波器的体积也大为减小。
除去上述所说的线性电源和开关电源，还有一种晶闸管相位控制电源（简称相控
电源）。相控整流电路中，功率器件（晶闸管）的开关频率都是以工频为基础，故它
的主要缺点和线性电源类似，也是电路中要使用较为笨重的工频变压器T。 一般地，开关电源实际是高频直流开关电源的简称，其中“高频”排除了相控电
源，“直流”排除了交流电源（例如 UPS），“开关”排除了线性电源。换而言之，只
有同时具备“开关”“高频”和“直流”这三个条件的电源才可称之为开关电源。
线性电源、开关电源和相控电源三种直流电源的主要特点和适用范围见表1-1。
表 1-1 三种直流电源的比较 线性电源 线性放大 零 大 低 快 极小 纹波和电磁干扰要求极严
开关电源 开关状态 高 小 高 快 小 中小功率
相控电源 开关状态 低 大 高 慢 大 大功率
1.1.2 开关电源的发展
在开关电源应用前，各种电子装置的工作电源长期被线性电源所占据。但由于各
类电子装置的集成程度不断提高，功能增强的同时体积却不断减小，由此便更加需要
一类重量轻、性能好、体积小、效率高的新型电源的出现。
新型功率器件的研发给开关电源技术的发展带来了客观动力。 20 世纪 60年代末，
高耐压、大电流的双极型电力晶体管[Bipolar Junction Transistor，简称 BJT；又名巨型
晶体管（Giant Transistor，简称 GTR）]的问世，使得高频开关电源得以开始应用于各
类工作电源。而 20 世纪70 年代起，金属氧化物场效应管（Metal -Oxide-Semiconductor
Field-Effect Transistor，简称 MOSFET）的应用，则使得开关电源进一步向小体积、轻
重量，高功率密度的方向发展。现阶段，开关电源在纹波电压要求极高的场合以外已
经全面取代了线性电源。
20 世纪80 年代以前，开关电源作为线性电源的替代产品主要应用于小功率场合，
而中大功率直流电源仍以晶闸管相控电源为主。但是从 80 年代起，绝缘栅双极性晶
体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，简称 IGBT） 的出现逐渐打破了这一格局。 IGBT
可以看成是MOSFET和BJT复合而成的一种功率器件。和 BJT相同，他们都主要应
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