电源输入级电路PPT.ppt

2019 12 20 做实验不是简简单单的加输入 有输出就算成功了 这样的话 学不到真正的知识 遇到问题 要分析问题的原因 寻找到原因 才能找到解决的办法 这样才能学到真正的知识 对实践的能力有很大提高 对电路的工作原理理解很深入 学会分析电路的方法 学会排除故障的能力 这种能力在社会工作上才能应用上 2019 12 20 2 做完电路板之后 在调试和测试之前 用万用表测量一下电路是否有短路和没有连接上的情况 在测试之前必须要调试电路 1 控制电路的调试 2 功率电路的调试 2019 12 20 3 第4部分电源输入级 1 离线运行 两种整流滤波方式和输入储能电容特性 2 射频干扰抑制 emi滤波器和安规事项 3 功率因数校正 为什么要用功率因数校正及其方法 4 浪涌电流 产生及其抑制的方法 5 保持时间 定义及其增加保持时间的方法 2019 12 20 4 1 离线运行 两种整流滤波方式和输入储能电容特性 高频开关电源大致分为离线式开关电源和dc dc模块电源 通常在线性电源中使用低频 50 60hz 隔离变压器 工频变压器 而高频开关电源直接从交流输入获得能量 没有使用工频变压器 所以称高频开关电源为离线式开关电源 比如 pc电源 输入220v经过emi滤波器 再经过桥式整流 电容储能 给dc dc变换器提供直流电压 2019 12 20 5 输入交流电压的类型主要有以下几种 1 117v 60hz 美国 2 240v 50hz 欧洲 3 220 50hz 中国 4 100v 60hz 日本 通用电源必须能够在90 270v范围内工作 如 pc电源和笔记本的适配器上都标有输入电压的范围和频率 2019 12 20 6 1 220v输入全波桥式整流电容滤波电路如下图 dc dc变换器 隔离降压式变换器 输出电压波形如右图 2019 12 20 7 如输入电压在117v 15 时 经过整流滤波之后如何得到300v 20 的直流电压 因为直流变换器是根据正常输入直流电压为300v设计的 2 117v输入全波整流倍压电容滤波电路如下图 2019 12 20 8 全波倍压整流滤波电路图及两种整流方法的输出波形 电阻的作用是使电压在两个电容上平均分配 全波倍压整流滤波电路也可以应用到辅助电源vcc中 如下电路 2019 12 20 9 3 输入储能电容特性 输入储能电容就是指整流桥输出的滤波电容 铝电解电容是唯一能够提供足够高的耐压值和电容值的元件 耐压值为400 450v的电容对于240v的工作场合已经足够 对于母线电压为117v的倍压器 两个耐压值为200 250v的电容比较适合 为保证足够的裕量 选择耐压值为300v或者更高的电容比较适合 电容上有esr 等效串联电阻 电容进行充电和放电时 等效串联电阻引起功率损耗 将会导致电容升温 如果长时间工作 超过它的最高工作温度 电容就会损坏 电容的 屁股 往上翘 表明已经损坏 2019 12 20 10 2 射频干扰抑制 emi滤波器和安规事项 产生干扰信号的原因 开关电源在工作过程中会产生很多噪声及谐波 比如整流桥 大电容滤波储能时 输入电流是很窄的矩形脉冲 这种波形的谐波含量非常大 另外 pcb以及隔离变压器的匝间电容或者寄生的电感等引起的干扰信号 抑制干扰信号 采用emi滤波器来抑制干扰信号 使设备正常工作 使谐波含量满足欧洲的en61000 3 2标准 常用的emi滤波器结构如下图 2019 12 20 11 emi滤波电路 c1 c2 c3通常是x2电容 滤除差模信号 c4和c5通常是y2电容 滤除共模信号 l1和l2是差模电感 l3是共模电感 2019 12 20 12 concernsharmoniccurrentemissionlimitsforequipmenthavinganinputcurrent 16aperphaseequipmentisdividedupin4classes a balancedthree phaseequipmentandthatnotincludedintheotherclassesb portableequipmentc lightingequipmentd equipmentwithspecialinputcurrentwaveshapeandinputactivepower 600w nolimitationisimposedonequipmentwithinputactivepower 75w en61000 3 2regulation en61000 3 2谐波标准 输入功率大于75w的设备分成四个等级 来设定谐波的标准 a类为平衡三相设备 b类为便携式设备 c类为照明装置 d类为输入功率大于600w的设备 输入功率小于75w的设备 对谐波含量没有要求 en61000 3 2limitsforclassa b cequipment en61000 3 2limitsforclassdequipment 2019 12 20 15 3 功率因数校正 为什么要用功率因数校正及其方法 从220v交流电网经整流供给直流是电力电子及电子仪器中应用极为广泛的一种基本变流方案 例如离线式开关电源的输入端 ac电源经全波整流后 一般接一个大电容 如图下图所示 2019 12 20 16 输入电流和电压波形如下图所示 输入交流电压vi是正弦的 但是交流电流ii波形却严重畸变 呈脉冲状 由此可见 大量应用整流电路 要求电网供给严重畸变的非正弦电流 造成严重的后果 谐波电流对电网有危害作用 并且输入端功率因数下降 2019 12 20 17 谐波电流对电网的危害 脉冲状的输入电流 含有大量谐波 右图给出了输入电流波形及电流谐波频谱分析 其中电流的三次谐波分量达77 5 五次谐波分量达50 3 总的谐波分量 或称总谐波畸变totalharmonicdistortion 用thd表示 为95 6 输入端功率因数仅有0 683 非常的低 输入电流波形及其谐波分量频谱分析 2019 12 20 18 欧盟已经通过iec555 en61000 3 2等标准 这些标准实际上限制了各类电源系统的谐波含量 综上所述 功率因数校正则是满足这些要求的手段 功率因数校正 采用适当的电路 减小输入电流的谐波含量 使输入电流接近于正弦波 提高输入端的功率因数 提高ac dc电路输入端功率因数和减小输入电流谐波的主要方法有以下两种 2019 12 20 19 1 无源功率因数校正 在整流器和电容之间串联一个滤波电感 如课本图3 6 或者交流侧接入谐振滤波器 lc谐振整流滤波电路如下图所示 主要优点 简单 成本低 可靠性高 主要缺点 尺寸 重量大 难以得到高的功率因数工作性能与频率 负载变化及输入电压变化有关 电感和电容之间有较大的充放电电流等 2019 12 20 20 2 有源功率因数校正 在整流器和负载之间接入一个dc dc变换器 应用电流反馈技术 使输入端电流i波形跟踪交流输入正弦电压波形 可以使i接近正弦 从而使输入端thd小于5 而功率因数可提高到0 99或更高 由于这个方案中 应用了有源器件 故称为有源功率因数校正 active power factorcorrection 简称apfc 优点 较高的功率因数 如0 97 0 99 甚至接近1 thd小 可在较宽的输入电压范围 如90 264vac 和宽频带下工作 体积小 重量轻 输出电压保持恒定 缺点 电路复杂 mtbf下降 成本高 bcm 零界连续 电流大 p i 2 r通态损耗大 只能用在150w以下ccm 连续 固定的开通时间 电流小 vi ldi tout 开关损耗大 只能用在250w以上 2019 12 20 21 带有源功率因数校正的电源系统输入电流电压的波形如下左图 相应的谐波含量的成分如下右图 从上图可以看出 电流和电压的相位及形状都极为相似 各次谐波含量都非常的小 2019 12 20 22 用控制芯片mc33260 安森美 的pfc电路如下图 用两个boost升压电路代替整流桥 2019 12 20 23 4 浪涌电流 产生及其抑制的方法 输入交流电压的任意时刻通过开关管的控制传递能量给负载 电路刚开始启动工作时 大的储能电容相当于短路 如果在输入电压的峰值给电容充电 就会产生一个很大的电流 该浪