《开关电源详解》PPT课件.ppt

开关电源,1.1 直流稳压电源的发展,直流稳压电源是电子、电器、自动化设备中最基本的部分。传统的转换方法设计制作的电源，其效率低，损耗大，温升高。加上多路电压输出，而各个电压的等级、质量要求又不相同时，使之传统的串联稳压式电源越来越难于得到解决。如图8-1所示的串联式线性稳压电源，就属此类。,当今计算机及自动化设备上大多数控制电源都向低压大电流，高效率，重量轻、体积小的方向发展。在这种要求面前首先得到发展的是晶体管串联式开关稳压电源，如图8-2所示。,图1-1 晶体管串联式线性稳压电源,图1-2 晶体管串联式开关稳压电源,随着电力电子技术的发展，大功率开关晶体管、快恢复二极管及其它元器件的电压得到很大的提高，这为取消稳压电源中的工频变压器，发展高频开关电源创造了条件。由于它不需要工频变压器，故称无工频变压器开关式直流稳压电源。它使电源在小型化、轻量化、高效率等方面又迈进了一步。图8-3是无工频变压器的开关电源的方框图。,图1-3 无工频变压器的开关电源原理框图,无工频变压器开关稳压电源，有如下的优点： 1.效率高。一般在7080%以上。 2.体积小、重量轻，随着频率的提高，收效更显著。 3.稳压范围广，一般交流输入80265V，负载作大幅度变化时，性能很好。 4.噪声低，声频在20kHz以上时，已是人耳听不到的超声波，而开关电源的工作频率一般都大于此频率； 5.性能灵活，通过输出隔离变压器，可得到低压大电流、高压小电流；一个开关控制的一路输入可得到多路输出以及同号、反号等输出； 6.电压维持时间长，为了适应交流停电时，计算机、现代自动化控制设备电源转换的需要，开关电源可在几十毫秒内保证仍有电压输出。 7.可靠性大，当开关损坏时，也不会有危及负载的高电压出现。,无工频变压器开关稳压电源的不足之处： 1.输出纹波较大，约有10100mV的峰峰值； 2.脉冲宽度调制式的电路中，电压、电流变化率大； 3.控制电路比较复杂，对元器件要求高； 4.动态响应时间至少要大于一个开关周期，不如串联式晶体管线性稳压电源。,1.2 用高频变压器的开关电源结构概述,图1-5 高频变压器开关电源基本功能框图,这类电源的共同特点是具有高频变压器、直流稳压是从变压器次级绕组的高频脉冲电压整流滤波而来。变压器原副方是隔离的，或是部分隔离的，而输入电压是直接从交流市电整流得到的高压直流。,目前，用高频变压器的变换电路按其工作方式可分为五类，每类传输的功率也不相同，应用环境也稍有不同，如下所示：,1.3 DC/DC变换的开关电源,对于输入与输出电压不需隔离只用一个工作开关和L、D、C组成的变换器电路最基本的为如下三种：（1）降压变换器（buck converter）；（2）升压变换器（boost converter）；（3）降、升压变换器（buck-boost converter）。其原理电路如图8-6所示。,图1-6 无隔离的DCDC变换电路,1.3.1 Buck converter,a） 电路拓扑 b）工作波形 图1-7 Buck converter,（一）在开关VT导通期间,（二）在开关VT截止期间,1.临界连续工作状态 2.电流断续的工作状态 3.电流连续的工作状态,(三)电感电流的平均值计算,（四）输出电压纹波值的计算,1.3.2 Boost converter,a）电路拓扑 b）工作波形 图1-8 Boost converter,1.在 期间,2.在 期间,3.负载电流的平均值,4.输入电流的平均值,5.输出电压 的纹波计算,1.3.3 BuckBoost converter,图1-9 BuckBoost converter,=,图1-10 Buck-Boost converter工作波形图,1.4 单端功率输出的直流变换器,1.4.1 CW34063的工作原理,图1-11 CW34063的原理框图,1.4.2 CW34063的应用电路,(一)降压式电路,a）直接用于降压b） 外接NPN晶体管扩流电路 图1-12 CW34063的降压应用电路,（二）升压式电路,（a） （b） a） 直接升压式 b）外接NPN管扩流式 图1-13 CW34063的Boost converter,（三）反转电路,(a) (b) a） 直接变换式 b）外接PNP管扩流式 图1-14 CW34063的BuckBoost converter,1.5单端反激式开关电源,1.5.1 工作原理分析,（一）在开关VT导通期间：,（二）在开关VT截止期间,图1-15 单端反激式变换器,单端反激式变换器也有三种工作状态：,1 磁通临界连续的工作情况：,图1-16 临界连续状态时的电压电流波形,2 磁通不连续的工作状态,图1-17 磁通不连续时的工作波形,3 磁通连续的工作状况,图1-18 磁通连续时的工作波形,（3）输入电压Uin与导通比t的对应关系,即是输入电压最高时，相应的导通比是最小，输入电压最低时，相应的导通比是最大。因此，输入电压与导通比是一一对应，相互制约的。运行中由于闭环调节，这种相互适应是自动的。但必须指出的是，由控制电路振荡器和PWM门闩电路本身固有的最大最小导通比，一定要与运行条件所需的最大最小导通比不矛盾，否则就会失调。,(4)磁通复位问题,为了不致于出现磁路饱和每个开关周期工作磁通都能复位，因此： 1.单端反激式变换器开关变压器的铁芯都带有气隙 。 2.原方绕组电流实现脉冲限流控制。,（5）间歇振荡问题,当电网电压升到一定值而又很大的情况下，欲维持输出电压恒定，则脉宽调制器会使脉宽减少到某一极限值时，不能再减小了，只能以最小导通比运行，但由于导通时所储存的能量没有释放回路，就有可能出现：有的振荡周期没有PWM脉冲输出，开关管不导通，有的振荡周期就很宽，变成了作周期性或非周期性的间歇振荡器，这时输出电压不稳，纹波大，变压器发出刺耳的哨叫声。克服这一问题的办法之一，也是最安全和可靠的办法是在付绕组中加一固定负载电阻（假负载），以防负载开路，这样电网电压最高，负载开路了，由于有固定的假负载，脉宽保证有一最小的宽度而不致于出现间歇振荡现象。最小的脉宽是由控制电路振荡器的最小导通比决定的。,8.6 单端正激式变换器,图1-19 正激式变换器的原理电路图,图1-20 正激式变压器等效电路,图1-21 单端正激式变换器的电压电流波形,1.7 半桥式变换器,1.7.1 工作原理,图1-22 半桥式变换器原理电路,图1-23 半桥式变换器的工作波形,图1-24 串联电容半桥式变换器原理电路,（a）串联电容前交流电压，斜格面积表示A