艾默生开关电源基础解析

1、HUAWEI汇报提纲汇报提纲1真诚地感谢您真诚地感谢您对艾默生支持对艾默生支持HUAWEI汇报提纲汇报提纲2主 讲 人：韩 波职 务：联系电话UAWEI汇报提纲汇报提纲3HUAWEI汇报提纲汇报提纲4开关电源发展里程开关电源发展里程HUAWEI汇报提纲汇报提纲5简单电源相控电源线性电源开关电源开关电源发展里程开关电源发展里程HUAWEI汇报提纲汇报提纲6 线性稳压电源原理线性稳压电源原理线 性 稳 压 电 源 是 指 完 成 电 压 调 整 功 能 的 器 件 始 终 工 作 在 于 线 性 放 大 区 的 一 种 直流 稳 压 电 源 ， 是 发 展 最 早 应 用

2、 最 广 的 一 种 电 源变压器整流滤波串联晶体管基准电压采样电压Vo误差放大器HUAWEI汇报提纲汇报提纲7idutrdudu2 相控稳压电源原理相控稳压电源原理u20wtHUAWEI汇报提纲汇报提纲8 误差 放大器电压/脉冲转换器 电网滤波整流滤波基准电压采样电压Vo 开关稳压电源是指电压调整功能的器件以开关方式进行工作的一种直流稳压电源，在此主要指利用高频开关功率器件通过变换技术而制成的高频开关直流稳压电源，简称开关电源 开关稳压电源原理开关稳压电源原理HUAWEI汇报提纲汇报提纲9 线性稳压电源线性稳压电源: 功率转换效率为 2040，发热损耗严重，体积大，重量重，功率体积系数为 2

3、030w/dm3，对电网电压及频率大范围变化的适应性较差，输出电压保持时间仅有 5ms，电压负载稳定度低，但线性稳压电源具有线路简单、动态响应快、干扰小、稳压性能好等优点。 开关稳压电源开关稳压电源: 与线性稳压电源相比，转换效率为6590，发热少，体积小，重量轻，功率体积系数为60100w/dm3，对电网电压及频率大范围变化具有较强的适应性，输出电压保持时间较长为20ms，电压负载稳定度高，但控制线路较复杂。 线性、开关稳压电源特点线性、开关稳压电源特点相控稳压电源：相控稳压电源：工频变压器体积庞大，晶闸管整流电路功率因数低， 噪音大。HUAWEI汇报提纲汇报提纲10HUAWEI汇报提纲汇报

4、提纲11基本变换器基本变换器-BUCK电路电路Buck 变换器R C D1L VsT HUAWEI汇报提纲汇报提纲12基本变换器基本变换器-BOOST电路电路Boost 变换器TC VsL R D1HUAWEI汇报提纲汇报提纲13单端正激型变换电路 单端正激型变换电路和电路中变压器初级与次级绕组极性如图所示。 为了有效地传递能量，在输出电路中，必须有储能元件电感 L单端正激型变换电路工作过程如下：当功率管 T 导通时，根据图中变压器所示极性，二极管 D2处于正向偏置，同时把能量储存在电感 L 中，此时二极管 D1处于反向偏置。T 管截止时，输出回路中储存在电感中的能量通过续流二极管 D3继续传

5、递给负载 R1。 带变压隔离器带变压隔离器DC-DC变换电路变换电路HUAWEI汇报提纲汇报提纲14双正激型变换电路当负载要求较大功率时，通常采用双正激型变换电路， 当功率管 T1、T2 导通时，根据图中变压器所示极性，二极管 D3处于正向偏置，同时把能量储存在电感 L 中，此时二极管 D1、处于反向偏置。T、管截止时，、管导通，将变压器中的剩磁反馈给电网，输出回路中储存在电感中的能量通过续流二极管 D继续传递给负载。 由于单端正激型开关稳压电源具有电压调整率低，带负载能力强，输出电压纹波小，电路结构简单，方便实现多路输出的优点。但单端正激型开关稳压电源的主要缺点是高频变压器铁芯仅工作于 BH

6、 曲线的一侧，因而利用率和效率都很低，D1T2T1U1D2TD3DCLUo 带变压隔离器带变压隔离器DC-DC变换电路变换电路HUAWEI汇报提纲汇报提纲15全桥式变换电路全桥式变换电路 带变压隔离器带变压隔离器DC-DC变换电路变换电路HUAWEI汇报提纲汇报提纲16HUAWEI汇报提纲汇报提纲17 开关稳压电源原理图开关稳压电源原理图电路主要包括两部分。一是功率变换电路，由功率开关管和输出变压器构成。二是控制电路，由基准振荡、检测放大、脉冲调制及分频驱动电路等组成。HUAWEI汇报提纲汇报提纲18基本概念基本概念PWMPWM-脉宽调制法（Pulse-Width Modulation)这一技

7、术主要是在主电路工作周期不变的情况下，通过改变功率管的导通截止时间，以控制输出电压稳定在预先确定的电压值上，PWM 方式提供了优越的性能如：良好的线性、负载调整率高以及温度变化过程具有较高的稳定性等。HUAWEI汇报提纲汇报提纲19常用术语常用术语占空比开关频率稳压精度均流EMC HUAWEI汇报提纲汇报提纲20HUAWEI汇报提纲汇报提纲21传统传统PWM控制（硬开关）控制（硬开关）硬开关模式硬开关模式U Ui iP = i P = i * * U = 0 U = 0U Ui iP = I P = I * * U = 0 U = 0开关过程损耗大，开关器件频率较低，开关过程损耗大，开关器件频

8、率较低，几几KHZ-KHZ-二十二十KHZKHZ，以避免较大的开关损耗。，以避免较大的开关损耗。HUAWEI汇报提纲汇报提纲22谐振技术谐振技术谐谐 振振 技技 术术( (ZCS,ZVS)ZCS,ZVS) 器件工作电流峰值大器件工作电流峰值大 变频控制变频控制国外电源多采用此技术国外电源多采用此技术L1C1S谐振电路谐振电路VIVVII P（开关损耗接近期望值）HUAWEI汇报提纲汇报提纲23软开关技术软开关技术U Ui iP P0 0 PS系列电源采用的开关技术软开关技术.定频.应力小.与器件结合 MOSFET ZVS ON IGBT ZCS OFFHUAWEI汇报提纲汇报提纲24功率因数校

9、正功率因数校正功率因数定义功率因数定义在正弦交流电路中，交流电压和交流电流均为同频率的正弦波，电路的功率因素定义为:功率因数 = 平均功率/视在功率 在单相电路中，平均功率 P=UICos，U相电压有效值，I相电流有效值，为相电流与相电压之差，视在功率 S=UI。在对称三相电路中，平均功率 P=3 UICos，视在功率 S=3UI。 功率因数电路原理图功率因数电路原理图HUAWEI汇报提纲汇报提纲25提高功率因数的意义提高功率因数的意义一般开关电源通常采用输入整流和滤波，不带任何功率因数校正措施，其功率因数约为 0.65，若大量采用开关电流，会使电网电压波形失真，使三相四线制低压电网失衡，主要

10、危害：(1)严重的谐波电流污染电，干扰其他设备；(2)输入电流有效值大，保险丝增大，扩大了昂贵的开关电源滤波器的规格；(3)三相四线制，三次谐波在中线上同相位，合成后中线电流很大，可能超过相电流，但中线无保护装置，可能过热起火发生安全危害。 功率因数对电源系统的影响功率因数对电源系统的影响HUAWEI汇报提纲汇报提纲26 功率因数对电源系统的影响功率因数对电源系统的影响Vii电路图 输入电压电流波形非线性元件和储能元件结合，电流波形严重畸形，呈脉冲状严重畸形的非正弦电流危害电网，输入端功率因数下降HUAWEI汇报提纲汇报提纲27通常有两种方法对电路进行功率因数校正：无源 PFC 电路和有源 P

11、FC 电路。无源 PFC 电路工作原理 体积、重量大，难以得到高功率因数 成本低、可靠性高、EMI 小LR无源滤波器 功率变换电路原理图功率变换电路原理图HUAWEI汇报提纲汇报提纲28 -E/A+Z=XY-+乘法器Q1iL,refLoadvo(sensed)vrefveCoVoLiL-E/A+vst瞬时反馈|vs|vs|/k 补偿器(a)tonTs开 关 调 制VcontrVs iLtiref (b) (c)方式(a)原理图(b)开关图 6-16 平均电流控制调制信号(c)电感电流波形 功率变换电路原理图功率变换电路原理图HUAWEI汇报提纲汇报提纲29有源有源 PFC 电路工作原理电路工作

12、原理(1) 峰值电流控制 峰值电流控制是早期发展出的一种 PFC 控制方式，是它工作于恒频开关方式。(2) 平均电流控制平均电流控制方式是在峰值电流控制方式的基础上，改进峰值电流控制方式的不足而发展起来的，现在已经成为应用最广泛的一种 PFC 控制方式。 功率变换电路原理图功率变换电路原理图1) 控制的准确性高。需要作控制的电量一电感电流平均值直接受控，电感电流波形质量好，校正后的功率因数高，一般可达 0.99 以上，逼近 1。2) 无须斜坡补偿。3) 较好的抗噪声能力。控制电路中阻容网络起到抑制干扰尖峰的作用。4) 大大减小了电流过零畸变。 平均电流检测法特点HUAWEI汇报提纲汇报提纲30

13、软件均流硬件均流均流原理均流原理集中式电源系统集中式电源系统分布式电源系统分布式电源系统降低单个功率模块的应力应用冗余技术提高系统可靠性原邮电部标准：均流度5%HUAWEI汇报提纲汇报提纲31均流原理均流原理监控模块整流模块整流模块整流模块12N+1监控软件均流控制响应速度慢稳定性、可靠性HUAWEI汇报提纲汇报提纲32硬件均流硬件均流整流模块整流模块整流模块12N+1均流速度快可靠度高均流原理均流原理HUAWEI汇报提纲汇报提纲33 先进的电力电子技术先进的电力电子技术 均流技术均流技术 硬件低差自主均流技术-利用系统本身硬件（均流控制芯片）实现均流功能。 特点：均流建立速度快； 可靠性高 均流不平衡度 3% HUAWEI汇报提纲汇报提纲34HUAWEI汇报提纲汇报提纲35SCRSCR开关电源常用元器件开关电源常用元器件GTRGTR开关器件开关器件GTOGTOHUAWEI汇报提纲汇报提纲36IGBTIGBT开关电源常用元器件开关电源常用元器件MOSFEMOSFET T开关器件开关器件MCTMCTHUAWEI汇报提纲汇报提纲37开关电源常用元器件开关电源常用元器件磁芯材料磁芯材料电解电容器电解电容器HUAWEI汇报提纲汇报提纲38开关电源常用元器件开关电源常用元器件控制电路芯片控制电路芯片UC3854 PFCPF