第六讲 开关电源

开关电源

一、概述二、整流电路三、滤波驱动电路四、功率变换（DC-DC)五、功率因数校正1一、开关电源的概念开关电源将交流输入转化成稳定的直流输出的整流器，是换流设备中的整流设备。SwichModeRectifierHigh-FrequencySwichingPowerSupply第一节概述2二、开关电源的发展过程开关电源

开关电源的出现是市场经济的产物，一方面石油危机发生，节能浪潮涌来，因此电源的高效率被提出来；另一方面功率器件和IC芯片的开发成功必须寻找市场，从而导致开关电源大发展，迅速取代相控、串联式及其它耗能电源。1.开关电源的出现

电源技术的发展是伴随半导体功率器件的进步而发展的，没有各种新型功率半导体功率器件的诞生，就没有现代电力电子学，也就没有现代电源技术。3开关电源2.功率器件的发展

①双极型晶体管②功率场效应管（MOSFET）导通压降低，损耗小，开关频率不高。开关速度快，驱动电路简单，驱动功率小；饱和压降较高，损耗较大，影响整机效率。4开关电源2.功率器件的发展④功率集成电路（PIC）功率器件与驱动电路、控制电路以及保护电路的集成，使强电与弱电相结合，成为机电一体化的基础部件。

③绝缘栅双极型晶体管（IGBT）MOSFET与双极型晶体管结合的产物，其输入电路与MOSFET相同，输出电路与双极型晶体管相同，具有导通电阻小、饱和压降低、开关损耗小和易于驱动、开关频率高的优点。5三、开关电源的特点4、稳压精度高，优于1%。

输入交流电压和负载电流两个因素变化时，在浮充和均充电压范围内输出电压偏差的百分数。5、开关频率高，噪声低（相控为工频，噪声较大）。开关电源6、维护方便，采用模块化设计，可在运行中更换，无需停机。67、实行N+1冗余式配置，可靠性高。8、扩容简便。9、对交流输入要求低。开关电源10、自动化程度高，与微机配合，组成智能化电源系统，便于集中监控，实现少人、无人值守（发展中）。7四、开关电源的组成开关电源监控模块AC输入DC输出控制器工频整流输入滤波功率因数校正DC/DC变换器输出滤波

输入滤波器：将电网存在的高频干扰过滤掉，同时也阻碍本机产生的干扰反馈到公共电网。

工频整流：将交流输入电压转换为直流电压，为了使电压较平稳，输出端还要加上滤波电路。功率因数校正：将电源的功率因数尽量提高。

DC/DC变换器：将功率因数校正电路提供的高压直流变为所需的直流电压。输出滤波：衰减直流变换器输出中的高频分量，采用LC低通滤波器。

控制器：对输出直流电压取样，来控制功率开关器件的驱动脉冲宽度，从而使输出电压可调且稳定。

监控模块：对开关电源各项参数进行监控，并提供相应的保护。8五、开关电源稳压原理开关电源1.线性稳压电源稳压原理输入电源向负载连续提供能量，电源效率低。EC1RWV0RLC2IL+_+_++9开关电源EABE0TttON1tON2tON3V0V01V02V03

改变开关K导通时间ton与工作周期比例，即可以改变AB间的平均电压值，从而可以达到稳定输出电压V0的目的。

改变开关导通时间ton与工作周期比例T的比例即改变控制脉冲的占空比，称为时间比率控制（TimeRatioControl）2.开关电源稳压原理BKLA+_RLC1C2++V0IL+_DE10

①脉冲宽度调制：开关工作周期恒定，改变控制脉冲宽度即改变导通时间ton,来改变占空比的方式。

②脉冲频率调制：脉冲宽度即ton恒定，改变开关的工作频率即改变周期T（T=1/f）来改变占空比的方式。开关电源3.时间比率控制（TRC）：

③混合调制：控制脉冲宽度和开关的工作频率均不固定，彼此都能改变的方式。11六、开关电源分类开关电源按控制方式分：①脉冲宽度调制（PulseWidthModulation）②脉冲频率调制（PulseFrequencyModulation）③混合调制12七、开关电源系统组成开关电源1.整流模块开关电源系统的核心单元，主要作用是进行AC/DC变换，采用高频开关变换技术，组合方法为“n+1”方式。2.交流输入分配模块电源系统的交流配电单元，通过它来控制交流电的输入与输出配电。3.浪涌吸收器吸收由于雷电等原因在交流电网中出现的浪涌电流和干扰，以保护电源系统的电路。13开关电源4.市电故障检测器检测市电是否停电或缺相，在故障出现时向监控单元提供故障信号。5.负载电压检测通过电阻R，将负载电压送入监控单元。6.负载、电池电流检测通过负载、电池电流传感器，检测负载或电池电流，送入监控单元。14开关电源7.蓄电池组市电正常时，电池处于浮充状态，在电网停电时，由电池向负载供电。当市电恢复后，系统将对电池进行充电，充电方式、充电电压和时间由监控单元自动控制，也可以由手动任意设定。8.温度传感器测取电池温度，把温度信号送入监控单元，由监控单元调整整流器输出浮充电压，使电池最佳工作状态。15七、开关电源系统组成开关电源9.低压隔离开关保护电池或对电压敏感的负载，当电池电压低至监控单元预定值时，监控单元发出信号，使低压隔离开关动作，切断电池回路，以保护电池不至于过放电而损坏。10.直流配电模块根据用户需要可安装多个分路断路器或熔断器，当过载时断路器断开电路，并把断路信号送入监控单元报警。11.系统监控单元对系统各参数、功能、工作状态及各种信息等内容进行监测、管理控制。16八、开关电源的发展方向开关电源①小型化②高频化③高效率④智能化1.开关电源发展方向：17开关电源①小型化与噪声②高频化与噪声③智能化中监控系统的发展2