•   开关电源的分类和结构形式_电子/电路_工程科技_专业资料。开关电源的分类和结构形式 ? 什么是开关电源? 所谓AC/DC就是交流变换为直流; AC/AC就是交流变交流,即为DC/AC称为 逆变,DC/DC就是直流变交流后又变为直 流; 凡是用半导体功率器件

      开关电源的分类和结构形式 ? 什么是开关电源? 所谓AC/DC就是交流变换为直流; AC/AC就是交流变交流,即为DC/AC称为 逆变,DC/DC就是直流变交流后又变为直 流; 凡是用半导体功率器件作为开关,将一 种电源形态的电路变换成另一种形态的电 路,叫开关变换,以自动控制稳定输出并 有各种保护环节电路的电源,叫开关电源 (Switching Power Supply)。 2018/10/5 开关电源设计参数 ? ? ? ? ? ? 开关电源的重要参数: Vinmin:电源运行时输入最低电压; 如:AC90~265V 这里Vinmin = 90V 。 Vinman:电源运行时输入最高电压; 如:AC90~265V 这里Vinman = 265V 。 噪声和纹波:附加在直流输出信号上的交流电压和 高频尖峰的峰值,通常为mv级。 占空比:在高频开关电源中,开关元件的导通时间 和变换器的工作之比。 ESR:等效串联电阻,它表示电解电容呈现的电阻 值的总合,ESR越小,性能越好。 2018/10/5 开关电源的术语 1、电压调整率:输入电压变化时,输出电压的变化率, 即 电压调整率 = ((最高输出电压Voutmax-最低输出 电Voutmin)/ 额定输出电压Vout) x 100% 2、负载调整率:负载电流从半载到额定负载时,输出 电压的变化率,即 负载调整率 = (V满 – V半)/ V额 × 100% 3、效率:电源的输出功率与输入功率的百分比,即 效率 = Pout / Pin × 100% 2018/10/5 模块化设计的方法 ? 选择合适的技术和拓扑形式 比较熟悉的原则(包括IC、拓扑方式、控制电路、变压器和骨架); ? ? ? ? ? ? ? 进行估算 功率的大小、变压器和骨架的大小、选择合理的功率元器件; 设计原理图 搭建简单模块电源中的单元电路: 试验: 确定物理机构 散热片、PCB板、风扇; 对EMI/RFI进行测试(改板和设计的可能) 产品加工生产 2018/10/5 从市场的角度设计电源 ? ? ? 电源方案的选择: 采用何种工作方式反激、正激、推挽、半桥、 全桥等; 产品的工作环境: 主要考虑温度、湿度和灰尘等(例如销往 海南的电源和销往黑龙江的就不一样,一个是 注意温度和湿度,另一个要注意温度和干燥防 尘); 产品的保护方面考虑。 2018/10/5 从设计的角度设计电源 ? ? ? ? 对噪声抑制的控制电路,采用共模(高频 150K以上,高导磁)还是差模(150K以下, 磁通密度大); 结构空间的选择: 主要考虑体积小、形状不同(怪异)、元 器件摆放位置的差异、散热的需求、耐压安 规的需求。 保护电路:过压、过流、欠压、提示等; 电源的拓扑形式。 2018/10/5 电源的基本概念问题 ? ? ? ? 什么是“离线”开关电源? 什么是差模噪声?什么是共模噪声? 我们在设计电源时,输入保险丝是怎样选择的? 浪涌限制一般采用哪些元器件? 2018/10/5 问题的解答1 ? ? “离线”开关电源: 直接由交流电源供电,不用体积庞大的 50-60Hz低频隔离变压器,而线形电源通常采 用这种变压器。 差模噪声: 涉及任何两个电源端和输出端之间的高频 电磁噪声的分量,如在火线与中线输入端之间 或在正极与负极输出端之间可以测得 。 2018/10/5 问题的解答2 ? ? ? 共模噪声: 两条共电线端一起与大地(参考地)公共端之间出现的电磁噪 声,对于某些医疗器械要求电源线与大地公共端之间地回路电流 是要严格控制的,一般不允许在火线uF的电 容,这在许多安全标准中都有规定。 保险丝: 为了最佳的保护,电源输入处使用的保险丝应取最小的额定 值,此值应该在最低电源输入电压时能可靠承受浪涌电流和电源 的最大工作电流 ,一般取额定功率0.6-0.7。 浪涌限制 一般用晶闸管、负温度系数的热敏电阻等。 2018/10/5 电源在产品中占重要角色 ? ? ? ? 电源是各种电子设备中不可或缺的一部分,它 是各种电压和电流的源泉。首先只有电源正常 工作,才能谈上其他设备正常工作。 优秀合格的电源,可以避免其他电子设备的干 扰(保护自己被干扰); 良好的电源在任何设备中都不会干扰其他设备 (保护干扰其它设备); 防止自身的干扰(相互)。 2018/10/5 从设计的角度设计电源 问题提出:你作为一名电源工程师设计一款手 机充电器(IN:90V,OUT:12V3A),你将 怎样考虑设计此电源呢? (大约思考15分钟的时间,可以讨论) ? 在能满足技术指标的情况下,选择自己熟悉的 元件(KA3844B、UC2845、TOP221~227 等); ? 输出负载(留有5%的余量、纹波控制在1%以 下); ? 2018/10/5 三种最长用的电源电路 ? 降压电路(Buck)其主要原件为:电压源、 压控开关、二极管、电感、电容和负载电阻。 2018/10/5 Buck电路原理的分析 ? ? ? 左边的Vin经S变成矩形波,并由DLC滤波器输 出; 当S导通时,电流经S、L到负载,输出平均直 流电压Vo; 当S截至时,D上负下正,是由L感应的电压所 至,由于没有能量补充,所以电感IL是下降的; 所以:Vo=(Ton/T)×Vin=D × Vin 2018/10/5 计算Buck电路L公式 ? Buck的公式很多常用的公式: L=(5(Vin-Vout)*Vout*T)/Vin*Iout 这里的Vin和Iout是输入电压和输出电流的额 定值。 L=((Vin-Vout)*Vout)/(ΔI*f*Vin),这里的ΔI 一般取输出电流的10~30%。 2018/10/5 Boost电路原理图 ? 升压电路(Boost)其主要元件:电压源、压 控开关、二极管、电感、电容和负载电阻。 2018/10/5 Boost电路原理说明 Q导通时,输入电压Vin全部加在电感上,这时IL=IC,IC是线性增 长的,同时在L上储存能量,R全靠C放电; ? Q截止时,L磁能转换为自感电压,电压的极性与原来电流方向相 同,这时L上的电压为左负右正,L上的自感电压和Vin相加为输出 电压Vo,所以Vo高于Vin,这个高电压经D一部分为R供电,另一 部分为C充电,当在导通时再补给L,这里的D是阻碍C的输出电压 给Q短路烧坏Q,这里的C在设计时要求大点,用CLC滤波,纹波 更小。 ? 这里的:Vo=((Ton+Toff)/Toff)*Vin 又因Ton+Toff=T, 所以:Vo/Vin=1/(1-D) ? 2018/10/5 计算Boost电路L公式 ? 计算L的公式很多,我们列出一个: L=Vin2*Ton/0.2Po=Vin2*Ton/0.2Io*Vo 也有人用: L=Vin*Ton/0.2Ii; 这里也有人取: L=Vin*(Vout-Vin)/(ΔI*f*Vout) 2018/10/5 反转式变换器图 2018/10/5 反转式变换器原理说明 定义: 所谓反转式,就是输入电压的正负极性颠倒后输出。 ? 原理是怎样的? 1、当开关管Q导通Ton时,输入的直流电压Vi全部加在电感 L两端,电感上的电压是上正下负,电感中的电流方向是由 上向下流的,在原来的基础上线性增加,此时的电感储存 能量; 2、当开关管Q截止Toff时,电感中的磁能变成电能,电感L两 端相当于一个电源变压器的绕组两端一样向外供电,电感 中的电流方向与原来方向相同,仍由上向下流动,但电压 极性是上负下正,这个负电压,通过二极管D整流和电容 器C2滤波后,输出负的直流电压加在负载RL上。 这里的二极管起到阻碍作用。 ? 2018/10/5 ? ? 输出电压为: Vo/Vi = -d/1-d 这里给出电感的计算公式: L=(Vin-Vout)/((ΔI*f)*(Vout-Vin)) 2018/10/5 电源的技术指标 ? ? 线形电源: 工作在线形放大区内;纹波小;电路比较简单; 效率低,35~60%; 形式比较简单,只能用在降压环境下; 开关电源: 效率高。70~95%; 形式多种多样,升压、降压、升降压等; 适用范围广,40V~480V; 小巧轻便。 2018/10/5 上述两种电源的重要参数 ? ? ? 提供能量的范围: U 输出电压、I 输出电流、P 输出功率。 稳定度: 变化量 / 输出量 = 调整率 纹波的大小: (0.5~1)% 综合功能的要求: 保护、过压、过流等; 2018/10/5 开关电源的组成1 ? 输入部分(滤波、整流、稳压): 2018/10/5 开关电源的组成2 ? PWM控制部分 主要包括:取样、供电、辅助供电、开关 2018/10/5 开关电源的组成3 ? 输出(滤波、整流、稳压): 2018/10/5

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    输配电产品
    输配电产品
    2019-10-18 04:02
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