《直流稳压电源》课件2

直流稳压电源课程目标理解直流稳压电源的工作原理掌握直流稳压电源的基本概念、结构组成、工作原理和应用等。掌握直流稳压电源的设计方法了解直流稳压电源的设计流程、关键参数、性能指标和测试方法。了解直流稳压电源的应用场景熟悉直流稳压电源在不同电子设备中的应用，如计算机、手机、医疗设备等。直流稳压电源的作用稳定电压提供稳定的直流电压，保证电子设备正常工作。保护电路防止过压、过流、短路等故障对设备造成损坏。提高效率降低能量损耗，提高设备的能量利用率。结构组成直流稳压电源通常由以下几个主要部分组成：输入电路整流电路滤波电路稳压电路输出电路输入电路1电源线提供交流电源2保险丝保护电路安全3开关控制电源通断输入电路主要负责接收来自交流电源的电能并进行初步处理。电源线将交流电源连接到稳压电源，保险丝用于保护电路在发生过流或短路时不被损坏，而开关则控制电源的通断。整流电路单相整流将交流电转换为脉动直流电。使用二极管或桥式整流器，将正弦波的正半周导通，负半周截止，从而实现整流。三相整流适用于功率较大的直流稳压电源。使用三相桥式整流器，将三相交流电转换为脉动直流电，输出直流电压更稳定。整流方式包括半波整流、全波整流、桥式整流、可控硅整流等，根据不同需求选择合适的整流方式。滤波电路1整流后的直流电压包含交流成分的脉动直流电压。2滤波电路作用滤除脉动直流电压中的交流成分，获得平滑的直流电压。3常用滤波电路电容滤波、电感滤波、LC滤波。稳压电路1线性稳压利用三极管或场效应管的放大特性，控制输出电压。2开关稳压利用开关器件，将直流电压转换为高频方波，再经过滤波输出稳定直流电压。3反馈控制通过负反馈调节，保证输出电压稳定。输出电路1滤波去除输出电压中的纹波2稳压保持输出电压稳定3保护防止过流、过压、短路输出电路是直流稳压电源的最后环节，其主要功能是提供稳定的直流电压给负载。输出电路通常包含滤波、稳压和保护等功能模块。负反馈稳压利用输出电压的变化来控制输入电压。通过反馈电路将输出电压与参考电压比较。误差放大器放大误差信号，控制调整管。正负反馈比较负反馈输出电压变化时，反馈信号会使控制电路减小输出，从而稳定输出电压。正反馈输出电压变化时，反馈信号会使控制电路增大输出，从而放大输出电压的变化。开关稳压电源结构开关稳压电源的核心是开关器件，通过开关器件的通断控制来调节输出电压。开关稳压电源通常包含以下几部分：-输入电路：滤除输入电压中的噪声和干扰，并提供所需的直流电压。-控制电路：控制开关器件的通断状态，以实现对输出电压的稳定调节。-输出电路：滤除输出电压中的纹波和噪声，并提供所需的负载电流。PWM控制原理脉冲宽度调制PWM是通过改变脉冲宽度来控制输出电压或电流的技术。占空比占空比是指脉冲宽度占整个周期时间的比例。平均值通过改变占空比，可以改变输出信号的平均值。功率拓扑结构BUCK降压变换器，将较高电压转换为较低电压。广泛应用于手机、笔记本电脑等设备。BOOST升压变换器，将较低电压转换为较高电压。应用于电动汽车、太阳能电池板等。BUCK-BOOST升降压变换器，既可以降压也可以升压。常用于电池供电系统，实现电压调节。变换器工作模式1连续导通模式(CCM)电流始终流过开关器件2临界导通模式(CrCM)电流在开关周期内间断地流过3断续导通模式(DCM)电流在开关周期内完全断开变压器设计变压器类型选择适合应用场景的变压器类型，例如：环形变压器、EI型变压器等。绕组设计确定绕组的匝数、线径和排列方式，以满足输出电压和电流要求。磁芯选择根据变压器的功率、频率和工作温度等因素选择合适的磁芯材料。磁芯选择1磁芯材料根据工作频率、功率、温度等因素选择合适的磁芯材料，例如铁氧体、铁粉芯、金属磁芯等。2磁芯尺寸根据变压器功率和工作电流确定磁芯的尺寸，以保证磁芯的磁通密度和散热性能。3磁芯结构根据变压器结构和绕线方式选择合适的磁芯结构，例如EE型、E型、EI型等。换流管选择MOSFET高频性能好，开关速度快，适用于高频开关电源IGBT功率容量大，开关损耗低，适用于大功率开关电源双极型晶体管价格低廉，但开关速度慢，适用于低频开关电源电感设计电感值选择根据电源输出电流和频率选择合适的电感值。电流容量电感需要承受的最大电流要大于电源输出电流。温度性能电感工作温度要满足电源工作环境要求。输出电容选择容量根据负载电流和纹波电压要求选择合适的电容容量。耐压电容的耐压值应高于电源的输出电压，一般建议选择1.5倍的输出电压。ESRESR越低越好，可以降低纹波电压和提高电源效率。保护电路设计过流保护防止过大的电流损坏电源器件。过压保护防止过高的电压损坏电源器件。短路保护防止电源短路，避免过大的电流产生。温度保护防止电源过热，保证正常工作温度。热管理设计1散热需求根据功率损耗，确定散热需求。2散热方案选择合适的散热器类型，如风冷、水冷等。3热量分布分析热量的分布，确保散热均匀。4温度监控设置温度传感器，监控工作温度。电源管理IC选型电压范围选择与应用电压范围相匹配的IC，确保稳定工作。电流能力根据负载电流需求选择足够电流能力的IC，避免过载。工作频率选择合适的频率以满足效率、噪声和尺寸要求。封装类型选择与电路板设计兼容的封装类型，方便焊接和安装。噪声抑制措施滤波器使用低通滤波器，以抑制高频噪声，提高输出信号质量。屏蔽对敏感电路进行屏蔽，防止外部电磁干扰的影响，例如使用金属屏蔽罩。接地良好的接地可以降低噪声的耦合，提高电源系统的抗干扰能力。电源效率分析直流稳压电源的效率是衡量其性能的重要指标之一。效率是指输出功率与输入功率的比值。电源设计实例以一个12V/5A的直流稳压电源为例，设计步骤如下：确定电源规格参数，包括输出电压、电流、效率、纹波等选择合适的拓扑结构和控制方式设计变压器、电感、电容等主要器件设计保护电路和热管理进行电路仿真和性能测试电源性能测试1负载测试验证电源在不同负载条件下的输出电压、电流稳定性。2效率测试测量电源的转换效率，评估其能量利用率。3纹波测试评估电源输出电压的纹波大小，确保稳定性。4噪声测试测量电源产生的电磁干扰，确保符合相关标准。电源测量仪器数字万用表测量电压、电流、电阻等参数，是基本的电源测试仪器。示波器观察电源输出波形，检测电压纹波、频率等参数。负载测试仪模拟不同负载情况，测试电源的输出能力和稳定性。电源性能指标指标描述输出电压电源输出的电压值，通常以直流电压表示。输出电流电源能够提供的最大电流，单位通常为安培（A）。效率电源转换效率，指输入功率与输出功率之比，通常以百分比表示。纹波输出电压中的交流成分，通常以峰峰值电压表示，单位通常为毫伏（mV）。负载调节率负载变化时，输出电压的变化率，通常以百分比表示。纹波抑制率电源对输入电压变化的抑制能力，通常以分贝（dB）表示。温度稳定性电源在温度变化时，输出电压的稳定性，通常以百分比表示。应用场景分析服务器机房为服务器提供稳定可靠的直流电源