开关电源类型ppt课件

1、 开关电源开关电源 1.1 直流稳压电源的开展 直流稳压电源是电子、电器、自动化设备中最根本的部分。传统的转换方法设计制直流稳压电源是电子、电器、自动化设备中最根本的部分。传统的转换方法设计制造的电源，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、质量造的电源，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、质量要求又不一样时，使之传统的串联稳压式电源越来越难于得到处理。如图要求又不一样时，使之传统的串联稳压式电源越来越难于得到处理。如图8-18-1所示的串联所示的串联式线性稳压电源，就属此类。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

2、低压大电流，高效率，分量轻、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，分量轻、体积小的方向开展。在这种要求面前首先得到开展的是晶体管串联式开关稳压电源，体积小的方向开展。在这种要求面前首先得到开展的是晶体管串联式开关稳压电源，如图如图8-28-2所示。所示。 图1 晶体管串联式线性稳压电源 图2 晶体管串联式开关稳压电源 随着电力电子技术的开展，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，开展高频开关电源发明了条件。由于它不需求工频变压器，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

3、步。图8-3是无工频变压器的开关电源的方框图。 图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：无工频变压器开关稳压电源，有如下的优点：1.1.效率高。普通在效率高。普通在707080%80%以上。以上。 2.2.体积小、分量轻，随着频率的提高，收效更显著。体积小、分量轻，随着频率的提高，收效更显著。 3.3.稳压范围广，普通交流输入稳压范围广，普通交流输入8080265V265V，负载作大幅，负载作大幅度变化时，性能很好。度变化时，性能很好。 4.4.噪声低，声频在噪声低，声频在20kHz20kHz以上时，已是人耳听不到的以上时，已是人耳听不到的超声波，而开关电

4、源的任务频率普通都大于此频率；超声波，而开关电源的任务频率普通都大于此频率； 5.5.性能灵敏，经过输出隔离变压器，可得到低压大电性能灵敏，经过输出隔离变压器，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；路输出以及同号、反号等输出； 6.6.电压维持时间长，为了顺应交流停电时，计算机、电压维持时间长，为了顺应交流停电时，计算机、现代自动化控制设备电源转换的需求，开关电源可在现代自动化控制设备电源转换的需求，开关电源可在几十毫秒内保证仍有电压输出。几十毫秒内保证仍有电压输出。 7.7.可靠性大，当开关损坏时

5、，也不会有危及负载的高可靠性大，当开关损坏时，也不会有危及负载的高电压出现。电压出现。 无工频变压器开关稳压电源的缺乏之处：无工频变压器开关稳压电源的缺乏之处：1.1.输出纹波较大，约有输出纹波较大，约有1010100mV100mV的峰的峰峰值；峰值； 2.2.脉冲宽度调制式的电路中，电压、电脉冲宽度调制式的电路中，电压、电流变化率大；流变化率大；3.3.控制电路比较复杂，对元器件要求高；控制电路比较复杂，对元器件要求高； 4.4.动态呼应时间至少要大于一个开关周动态呼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。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

6、构造概述 图5 高频变压器开关电源根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，用高频目前，用高频变压器的变换变压器的变换电路按其任务电路按其任务方式可分为五方式可分为五类，每类传输类，每类传输的功率也不一的功率也不一样，运用环境样，运用环境也稍有不同，也稍有不同，如下所示：如下所示：电路类型传输功率运用环境单端反激式变换器20100W小型仪器、仪表，家用电器等电源，自动化设备中的控制电源单端正激式变换器50200W小型仪器、仪表，家用电器等电源，

7、自动化设备中的控制电源推换式变换器100500控制设备，计算机等电源半桥式变换器1005000W焊机，超声电源，计算机电源等全桥式变换器500W30kW焊机、高频感应加热，交换机等2 DC/DC变换的开关电源 对于输入与输出电压不需隔离对于输入与输出电压不需隔离只用一个任务开关和只用一个任务开关和L L、D D、C C组成的变换器电路最根本的为组成的变换器电路最根本的为如下三种：如下三种：1 1降压变换器降压变换器buck converterbuck converter；2 2升压变换器升压变换器boost boost converterconverter；3 3降、升压降、升压变换器变换器b

8、uck-boost buck-boost converterconverter。其原理电路如。其原理电路如图图6 6所示。所示。 图6 无隔离的DCDC变换电路 2.1 Buck converter a 电路拓扑 b任务波形图7 Buck converter 一在开关一在开关VTVT导通期间导通期间 min01LinLItLUUimin0maxLoninLItLUUI二在开关二在开关VTVT截止期间截止期间 max02)(LonLIttLUi1.1.临界延续任务形状临界延续任务形状2.2.电流断续的任务形状电流断续的任务形状3.3.电流延续的任务形状电流延续的任务形状 ( (三三) )电感电流

9、的平均值计电感电流的平均值计算算 0IILmin02LoffItLU四输出电压纹波值的计算四输出电压纹波值的计算 ononttoninindttLUUtLUUCU2/)2(1000120020)(88inSinoninUTULCUUtLCUU02U208offtCLU2.2 Boost converter 2.2 Boost converter a电路拓扑 b任务波形图8 Boost converter1.在 期间 ontmin1LinLItLUiminmaxLoninLItLUI2.在 期间 offtmax02)(LoninLIttLUUi3.负载电流的平均值 0ISoffninothTtL

10、tUI204.输入电流的平均值 1IonSontTtVDSLSLdtiTdtiTII0111121minmaxLLII5.输出电压 的纹波计算 0UCtIuUonC00SinTUUUCI0002.3 BuckBoost converter 图9 BuckBoost converterttininoffonUUUUtt10002202LITtUUSoninSoffoninthTtLtUI20offSoninPKtTILtUI02SoffoninPKoninTtItUItUL0min22000)(2ininSUUUITU=图10 Buck-Boost converter任务波形图 CtIuonc0

11、SinTUUUCI0003 单端功率输出的直流变换器 3.1 CW34063的任务原理的任务原理 图11 CW34063的原理框图8.3.2 CW34063的运用电路的运用电路 ( (一一) )降压式电路降压式电路 a直接用于降压b 外接NPN晶体管扩流电路图12 CW34063的降压运用电路二升压式电路二升压式电路 aba 直接升压式 b外接NPN管扩流式图13 CW34063的Boost converter 三反转电路三反转电路 (a)(b)a 直接变换式 b外接PNP管扩流式图14 CW34063的BuckBoost converter4单端反激式开关电源单端反激式开关电源 4.1 4.

12、1 任务原理分析任务原理分析 一在开关一在开关VTVT导通期间：导通期间： maxmin)(PPonPinonPIItLUti二在开关二在开关VTVT截止期间截止期间 offPPStLUINNTi2max22)(offPonPinPtLUItLUNN20min2图15 单端反激式变换器单端反激式变换器也有三种任务形状： 1 磁通临界延续的任务情况： 02UNNUuPinceoninPoninPPonPinPofftUUNNtUULLNNtULLNUNt020220220UinoffonPoffonPinPUttNNttLULNN222 图16 临界延续形状时的电压电流波形2 磁通不延续的任务形

13、状 图8-17 磁通不延续时的任务波形oninPofftUUNNt02)()(20max220max22onPPonttLUINNttLUIiontPinSdtiUTP011ontPSoninpinSLTtUtdtLUT022221ttSont diUTP2001PSoninttononPPSLTtUttdttLUINNTUon2)()(22)(020max20PSLoninLTRtUU203 磁通延续的任务情况图18 磁通延续时的任务波形 )(20max22onttLUIi)()(20min2onPonPinPttLUItLUNNnUUttNNUnUUUTtinttinoffonPtinSo

14、n1200002UNNUuPince)11(1tintintinUUUinttonSSPthoninPKUPnIntTITLtUI0002)1 (2)(22122minPoffLSoninPLtnRTtUI3输入电压Uin与导通比t的对应关系 inLttinHttUUnUmaxmaxminmin011即是输入电压最高时，相应的导通比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。运转中比是一一对应，相互制约的。运转中由于闭环调理，这种相互顺应是自动由于闭环调

15、理，这种相互顺应是自动的。但必需指出的是，由控制电路振的。但必需指出的是，由控制电路振荡器和荡器和PWMPWM门闩电路本身固有的最大门闩电路本身固有的最大最小导通比，一定要与运转条件所需最小导通比，一定要与运转条件所需的最大最小导通比不矛盾，否那么就的最大最小导通比不矛盾，否那么就会失调。会失调。(4)磁通复位问题 PoffoninNNttUU20为了不致于出现磁路饱和每个开关周期为了不致于出现磁路饱和每个开关周期任务磁通都能复位，因此：任务磁通都能复位，因此： 1.1.单端反激式变换器开关变压器的铁芯单端反激式变换器开关变压器的铁芯都带有气隙都带有气隙 。2.2.原方绕组电流实现脉冲限流控制

16、。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，那么脉宽调制器下，欲维持输出电压恒定，那么脉宽调制器会使脉宽减少到某一极限值时，不能再减小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转，但由于导通时了，只能以最小导通比运转，但由于导通时所储存的能量没有释放回路，就有能够出现：所储存的能量没有释放回路，就有能够出现：有的振荡周期没有有的振荡周期没有PWMPWM脉冲输出，开关管不脉冲输出，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

17、振荡器，这时输出电压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。不稳，纹波大，变压器发出刺耳的哨叫声。抑制这一问题的方法之一，也是最平安和可抑制这一问题的方法之一，也是最平安和可靠的方法是在付绕组中加一固定负载电阻靠的方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，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脉宽保证有一最小的宽度而不致于出现间歇振荡景象。最小的脉宽是由控制电路振荡器振荡景象。最小的脉宽是由控制电路振荡器的最小导通比决议的。的

18、最小导通比决议的。 8.5 单端正激式变换器 图19 正激式变换器的原理电路图图20 正激式变压器等效电路nUTtnUUUnUUttintSonininoffon000onontfinSintfinSLdttLUUITUdtiUTP00min00120min0onfinSonintLUUITtUmaxPPKPKIIIonpintintLUUP02PSmLoninLTKRtUU20图21 单端正激式变换器的电压电流波形 8.6 半桥式变换器 8.6.1 任务原理任务原理 图22 半桥式变换器原理电路002UnUUttinoffontinoffononinnUtttnUU)(20onontfinSintfinSLdttLUUITUdtiUTP00m