开关电源及其软开关技术复习提纲-2012(全).doc

第一章1. 高频开关电源由哪几部分组成？（画出原理方框图加以说明）P3答：（1）主电路1.输入滤波电器：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。4.输出整流滤波:根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。（2）控制电路1.从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到稳定输出。2.根据测试提供的数据，经保护电路鉴别，控制电路提供对整机进行各种保护措施。（3）检测电路1.提供保护电路中正在运行中的各种参数2.提供各种显示仪表数据给值班人员观察，记录。（4）辅助电源提供所有单一电路所谓不同要求电源。第二章 1. 串联型线性调整型稳压电源的工作原理、开关型稳压电源的工作原理（包括原理图、电压方程等），以及两种电源的特点（优缺点）比较。P5、P8 P10答：（1）串联型线性调整型稳压电源工作原理：输入电压E和输出电压Vo之间串联着一个可变电阻RW，在稳态条件下，输入电源E和输出电压之间，有下述关系： 。当E或RL变化时，可以调整RW的电阻，使输出电压Vo保持不变。优点：输入电源向负载连续地提供能量。（稳定性好，输出纹波电压小，使用可靠。）缺点：E和Vo之间的差值越大，流过晶体管的电流越大，晶体管上的功率损耗也越大，稳压电源的效率就越低。（功耗大，效率低，需要大功率调整管。）（2）开关型稳压电源工作原理：开关K以一定时间间隔重复地接通和断开，当K接通时，电源E向负载提供能量；当 K断开时，电源E中断对负载提供能。所以电源E向负载提供能量是断续的。开关电源要有一套储能装置，K接通时，储存能量。K断开时，向负载释放。在电路AB间的电压平均值EAB：EAB=ton/T*E （其中，ton为开关每次接通时间，T为开关通断的周期）。改变ton/T，使输出电压EAB保持不变。优点：功耗小，效率高，可靠性、稳定性高，重量轻，体积小，适应性强。2TRC控制的方式和特点。P6答：TRC控制有脉冲宽度调制方式、脉冲频率调制方式、混合调制方式3种方式。脉冲宽度调制方式：开关周期恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。优点：周期恒定，滤波电路容易设计。缺点：连续可调的导通时间很小，会导致电压不稳定，要接一定数量的假负载。脉冲频率调制方式：导通脉冲宽度恒定，通过改变工作频率改变占空比。优点：因为ton/T可以在很宽范围内变化，输出电压可调范围较PWM大；只需要极小假负载。缺点：滤波电路要适应较宽的频段。混合调制方式：导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定，彼此都能改变的方式。ton和T相对地变化,在频率变化不大的情况下，输出电压的可调范围非常大。3PWM和PFM型开关电源的基本稳压原理，两种控制方式在控制回路中的区别。P8答：（1）PWM型开关电源的基本稳压原理：当电源输出电压增大时，反馈检测电路将该值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，亦即使占空比变小，输出电压的平均值下降，从而使输出电压达到稳定。反之，当电源输出电压减小时，控制回路的输出脉宽增大，输出电压的平均值增大，使输出电压稳定。（2）PFM型开关电源的基本稳压原理：电源输出电压上升时，控制回路输出脉冲的工作周期增大（即频率下降）；电源输出电压下降时，控制回路输出脉冲的工作周期缩短。（3）PFM控制方式与PWM控制方式的区别是以恒脉宽发生电路代替PWM时钟振荡器，用电压-频率转换电路（V/F电路）取代电压-脉宽转换电路。4PWM型稳压电源的优缺点。P8 P10答：（1）优点：体积小，重量轻；效率高；适应性强；可防止过电压的危害；输入交流突然停电时，输出电压保持时间长；输出电压越低，输出电流越大。（2）缺点：电路复杂，元器件数量多；输出纹波大；动态响应差。 第三章 1. 推挽、全桥、半桥功率转换电路的结构，工作过程，各自的特点（比较三种功率转换电路的主要优缺点）。P11P14图3-1 推挽式功率转换电路（1）工作过程：优点：管子数目少；基极驱动电路无需彼此隔离，驱动电路和过流保护电路简化、可供选择余地增大。缺点：高压开关管承受两倍以上的输入电压，开关器件选择困难；原边绕组只有一半工作时间，高频变压器的利用率太低。图3-2 全桥式功率转换电路（2）工作过程：当BG1与BG4导通时，截止晶体管(BG2、BG3）上的电压为输入电压E。当4个开关都关断时，同桥臂上的每个开关承受电压为E/2。由于高频变压器漏感引起尖峰电压，当其超过输入电压时，管子集电极电压被管子反向并联续流二极管箝位，管子集电极电压为E。优点：管子选择方便；适用于大功率输出。 缺点：电路复杂，元器件多。图3-3 半桥式功率转换电路（3）工作过程：当两个开关管BG1和BG2都截止时，电容C01，C02中点A的电压为E/2。当BG1导通时，C02充电，C01放电，中点A电位在BG1导通终了，将下降E/2-E。当BG2导通，C01 充电，C02放电，中点A电位在BG2导通终了增至 E/2+E。中点A 点位在开关过程中，将在的E/2电位上以E的幅度做指数变化。优点：高压开关管上承受的最高电压亦不超过电源电压，而且，晶体管的数量只有全桥式的一半；它还具有抗不平衡能力。缺点：高频变压器上施加的电压幅值只有输入电源电压的一半，欲得到和全桥，推挽式电路相同的输出功率，高压开关管需要流过两倍的电流；此外，它必须要有两个输入电容，而且流过跟电路工作频率相同的充放电电流，电压脉冲的顶部有倾斜。2单端反激变换器的电路结构，工作过程，电路波形。P14P163-10 单端反激式变换器工作过程波形 3-9 单端反激式变换器电路原理图工作过程：（1）第一阶段(t0 , t1 ) 开关管导通变压器T的初级线圈NP电流iP线性增加在NP上产生感应电动势(上正下负)在NS上产生感应电动势(上负下正)二极管D反向截止，变压器初级线圈电感储存能量。（2）第二阶段(t1 , t2 ) 开关管截止 iP减小 NP磁通量变小 NS上产生感应电动势(上正下负)二极管D导通，给输出电容充电和负载供电。3单端正激变换器的电路结构，工作过程，电路波形。P16P173-11 单端正激式变换器电路原理图3-12 单端正激变换器工作过程波形工作过程：（1）第一阶段(t0 , t1 )开关Q导通后， NP线圈流过电流iP 。NP线圈的产生感应电动势为上正下负，次级线圈NS感应电动势也是上正下负。D2导通，D3截止，电感L的电流逐渐增长。（2）第二阶段(t1 , t2 )开关Q截止，iP 趋于零，感应电动势反向。D2截止，D3导通，电感L通过D3续流。去磁线圈Nt感应电动势上负下正D1导通续流，使Nt上储存的能量通过D1回送到直流输入回路，起到去磁作用。4合闸浪涌电流的起因，危害，限制合闸浪涌电流的方法。P28答：起因：电容输入式整流滤波电路在接通交流电压时，合闸时往往引起较大的浪涌电流：（1）滤波电压纹波越小，输入滤波电容越大。（2）直流从电网输入，电压高。危害：（1）使开关接点溶接或使输入熔断器熔断。（2）浪涌电流干扰相邻用电设备。（3）多次反复的大电流冲击，导致整流器、电容性能劣化。措施：在输入整流回路内串入限流电阻R。第四章 1输入滤波电路的作用，三种电容输入滤波电路的工作原理，画出能够抑制常态干扰和共模干扰的电容组合型输入滤波电路。P36答：输入滤波电路的作用是抑制开关电源本身对交流电网的反干扰，同时也抑制交流电源中的高频干扰串入开关电源。三种电容输入滤波电路的工作原理： 图a，滤波电容C接在两根电源线之间，选取合适的电容值（0.010.1uF)，可抑制高频干扰。该电容对高频干扰阻抗很低，可将两线之间的干扰通过电容C消除，对工频信号阻抗很高，没有影响。 图b，两个电容组成滤波设备，每根线上相同干扰可通过电容入地，滤除共模干扰。 图c，其中C1，C2滤除共模干扰（纵向），C3滤去常态干扰。常态干扰和共模干扰往往同时存在、互相影响，将图a和图b结合，使滤波措施全面有效。 图4-1 电容组成的输入滤波电路能够抑制常态干扰和共模干扰的电容组合型输入滤波电路如图（c）所示。2共模扼流线圈的工作原理，画出能够抑制常态干扰和共模干扰的电感电容组合型输入滤波电路。P37答：（1）L1，L2是绕在同一闭路磁环中的匝数相同，在同名端输入同向电流，产生相同磁通的线圈。当流入方向相同的纵向噪声电流，两线圈产生的磁通是同方向的，电感呈现高阻抗，阻止共态噪声进入开关电源。同时也阻止开关电源内产生的噪声向公共电网扩散。当差模信号流入线圈，即干扰源产生电流i，在磁心中产生方向相反的磁通，磁心中等于没有磁通，线圈电感几乎为零，没有影响。 （2）能够抑制常态干扰和共模干扰的电感电容组合型输入滤波电路如下图所示：图4-2，电容C和共模扼流圈组成输入滤波电路3. 工频滤波电路的工作原理。P37P38答：工频滤波器又称为平滑滤波器，接在工频整流器和逆变电路之间。能将工频整流器输出的脉动电流变成平滑直流和抑制高频干扰。在工频滤波电路中，L1,C5,C6为共模滤波，其余电容和L2都为常态滤波元件，C3为大容量电解电容，C4为无感电容。4. 噪声干扰的种类，产生的原理。P39答：种类：开关电源的噪声是以静电和磁场的形式向外传播的。 原理：静电干扰来自开关电源中的高压切换；磁的或电磁的噪声来自大的脉冲电流。5. 各种防止辐射干扰的方法、措施。P4042答：（1）防止静电干扰的措施：a.适当控制管子驱动信号的上升时间和下降时间。b.在管子两端并联RCD网络，减缓开关管集射极电压上升速率。 （2）针对“共态导通”的具体措施：a控制输入开关管的驱动功率，限制管子的过饱和，减小存储电荷，缩短其存储时间。b在开关管输入端并接小容量电容，延迟管子导通时间。c设置死区时间限制驱动脉冲的控制脉宽。（3）解决“形成噪声干扰源”的措施：a.采用肖特基二极管或快恢复二极管,减小反向恢复时间。b.在输出端加多级滤波器，使流过二极管中的电流减少，减小恢复时间。c.在每个二极管两端并接RC网络改善其恢复特性。d.在二极管回路中串联电感L抑制二极管的反向恢复电流尖峰。（4）针对“高频变压器引起的噪声”的措施：a.加入RC网络，限制电压变化率，减少电压过冲，抑制噪声。b.高频变压器采取低漏磁磁心。第五章 1控制电路的主要功能。P43答：a.要有足够的电路增益。 b.获得规定的输出电压值以及调节范围。c.实现输出电压的软启动。 d.实现输入电压的软启动。e.对负载和稳压电源提供保护。 f.稳压电源输出过电压，能对负载提供保护。g.控制电路实现输入和反馈输入之间的绝缘。2脉宽调制集成芯片的基本功能电路以及各功能电路的原理：PWM信号产生的原理以及波形，功率电路的故障保护等。P45 P47答：（1）PWM信号产生的原理：误差放大器的同相输入端接反馈电压Vf。反馈电压是被控信号VO经过检测得到的，Vf=KVO。误差放大器的反相输入端接给定参考电压Vg。放大器输出直流误差电压VC。放大器输出直流误差电压VC加到比较器的反相输入端。固定频率振荡器产生的锯齿波加到比较器的同相输入端比较器输出一方波信号。此方波信号的占空比随误差信号VC变化而变化。实现脉宽调制。分相电路由触发器Q及两个与门组成，将PWM信号分成两组信号。触发器的时钟信号对应锯齿波的下降沿。产生PWM信号是集成PWM控制器的基本功能。（2）功率电路的故障保护：3 SG1525/ SG1527集成PWM控制器的主要构成以及各部分的功能。P47 P49答：电路由如下几部分组成：基准电压源、振荡器、误差放大器、PWM比较器及锁存器、分相器、欠压锁定、输出级、软起动及关断电路。4电压控制型和电流控制型PWM芯片的区别。P50答：一般脉宽调制器是按反馈电压来调节脉宽的。电流控制型脉宽调制器是按反馈电流来调节脉宽的。5由UC3842构成的反激电源各部分的原理。P52 P55答：电压型控制器原理：要经过输出电压Vo反馈误差放大器的的调节。当电网电压VN1 VN2 VCC V2 V1 V0 VCC 稳压当负载 VN3 VN2 VCC V2 V1 V0 VCC 稳压。6软启动电路的分类以及工作原理。P597过流保护电路的形式、工作原理，特点。P618过压保护电路的工作原理。P62P63第六章 1驱动电路的主要作用。 P66答：驱动电路的作用是将控制电路的驱动脉冲放大到足以激励高压开关管。由于它所提供的脉冲幅度以及波形关系到晶体管的饱和压降、存储时间，开通和关断瞬间集电极电压电流上升、下降速率等运行特性，从而直接影响其损耗和发热。2恒流驱动电路的缺点以及该缺点在比例电流驱动电路如何改善。