直流电源工作原理.doc

直流电源工作原理1 高频开关电源的组成高频开关电源由以下几个部分组成，如下图所示：图1：（高频开关电源原理图）一、主电路从交流电网输入直流输出的全过程，包括；1输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤。同时也阻碍本机产生的杂音反馈到公共电网。2 整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。3 逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。当然并不是频率越高越好，这里还涉及到元器件，成本，干扰，功耗等多种因素。4 输出整流与滤波：是根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。二、控制电路一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率与脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。三、驱动电路 将控制电路传输过来的控制信号进行分相、隔离和放大，控制驱动逆变器。并提供辅助电源和各种保护信号。四、显示设定电路 对输出电压、电流进行检测显示。同时操作者可以通过此电路对输出电压进行调整。2. 基本工作原理图2：（开关型稳压电源示意图）开关型稳压电源的示意图如图2所示。开关k接通时，输入电源vdc通过开关k和滤波电路提供给负载rl，在整个开关接通期间，电源vdc向负载提供能量；当开关k断开时，输入电源e便中断了能量的提供。可见，输入电源向负载提供能量不像串联线性调整型稳压电源那样连续，而是断续的，为使负载能得到连续的能量供给，开关型稳压电源必须要有一套储能装置，在开关接通时将一部分能量储存起来，在开关断开时，向负载释放。图2中，由电感l、电容c2和二极管d组成的电路，就具有这种功能。电感l用以储存能量，在开关断开时，储存在电感l中的能量通过二极管d释放给负载，使负载得到连续而稳定的能量，因二极管d使负载电流连续不断，所以称为续流二极管。在滤波电路输入端ab间得到的电压平均值eab可用下式表示： eab = （2-1）式中ton为开关每次接通的时间，t为开关通断的工作周期（即开关接通时间ton和关断时间toff之和）。由式（2-1）可知，改变开关接通时间和工作周期的比例，ab间电压的平均值也随之改变。因此，随着负载及输入电源电压的变化自动调整ton和t的比例便能使输出电压vab 维持不变。改变接通时间ton和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比，这种方式称为“时间比率控制”（time ratio control,缩写为trc）。按trc控制原理，有三种方式，即脉冲宽度调制方式、脉冲频率调制方式和混合调制方式。本电源采用的是脉冲宽度调制（plulse width modulation,缩写为pwm）方式。脉冲宽度调制方式指开关周期恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。因为周期恒定，滤波电器的设计容易。但在实际情况下，受开关器件和控制电路的限制，在晶体管的开通时间内，有很小的ton时间连续可调，将使输出电压不稳定，故在输出端必须要有一定数量的假负载。3工作原理说明一、 主回路本电源的主回路如图所示图3：（主回路原理图）工频电网交流电压直接经输入滤波器和输入整流滤波电路，得到最大值约300v左右的高压直流脉动电源（指电网允许变动范围10%，标称相电压为220v），输入滤波器的作用是防止工频电网上的高频干扰进入稳压电源，同时阻止稳压电源本身产生的高频干扰反串入共频电网。该直流电压施加到由高压开关晶体管bg1bg4和高频变压器t组成的功率转换回路上，通过控制电路，使高压开关bg1、bg4和bg2、bg3交替开通和关断，从而将直流电源变换成高频交变的矩形脉冲波电源，由高频变压器将该电压（升）降成所需的电压，然后再由副边开关整流二极管d1、d2进行全波整流，得到两倍于原边开关频率的断续矩形波，经输出滤波器将其平滑成连续的低纹波直流电源。二、控制回路控制回路的任务是提供高压开关晶体管基极驱动脉冲，完成稳定的输出电压控制和对电源或负载提供保护并发出告警讯号，它通常由检测比较放大电路、电压脉冲宽度转换电路（或电压频率转换电路）、时钟振荡器（或恒脉宽发生器）、基极驱动电路、过压过流保护电路保护电路以及辅助电源等基本电路构成。pwm方式必须要有产生恒定频率的振荡源以作为比较的基准，这种振荡器我们称为“时钟振荡器”，此外，还必须要有脉冲宽度调制电路，也就是说，检测比较放大电路将误差电压信号放大后，必须将该电压信号变换成脉冲宽度信号，完成这种功能的电路，我们称为“电压脉宽转换”电路（用v/w电路表示）；然后由基极驱动电路激励高压开关晶体管，调节导通脉冲宽度以实现稳压。比如，由于某种原因（负载电流减小或电网电压上升）使高频变压器副边输出电压的平均值增大，电源输出电压也将随之提高，反馈检测电路将这一提高了的输出电压和基准电压进行比较，放大，然后将这一电压变化量由电压脉宽转换电路转换成脉冲宽度的变化，使脉冲宽度变窄，亦即使脉冲的占空比减小，高频变压器输出电压的平均值下降，从而使输出电压达到稳定；反之，若电源输出电压由某种原因下降时，控制回路的输出脉宽将增大，高频变压器输出电压的平均值提高，使电源输出电压又回升到原来的数值，这便是pwm控制变换器型开关电源的基本稳压原理。本电源使用的是电流控制型pwm产生集成芯片uc3846为控制核心。另外还采用截流技术，当负载电流大于额定电流1.1倍时，控制器立即将输出电压减小至零。4、pwm型稳压电源的优点1、体积小、重量轻：因为用高频变压器取代笨重的工频变压器，所以体积、重量大大减小。2、效率高：由于采用开关来控制稳定输出电压，高压开关晶体管的功率损耗比串联线性调整型稳压电源小，再者，从电网直接整流获得高压，在同样输出功率条件下，流过开关晶体管回路的电流小，因此，效率一般可高达80%以上。效率的提高不仅为电源和电子设备的散热设计带来了方便，更主要是能源的节约，在今天“效率”已被视作为电源设备的一个十分重要