开关电源的基本要求教学提纲.doc

Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。开关电源的基本要求-开关电源的基本要求A：开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的道通与截止将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压。B：开关电源就是用半导体功率器件作开关，把一种电源形态转换为另一种电源形态电源是一切电子设备的动力源,是保证电子设备的基础部件。据相关统计，电源故障约占电子设备整机故障率的40%-50%。为此，对电源必须提出一些基本要求，包括使用性能和电气性能。一、使用性能要求1、 高的可靠性。平均无故障工件时间MTBF是衡量电源可靠性的重要指标，在通用电源的标准中规定，可靠性指标MTBF大于等于3000h是最低要求。航空航天电源要求更高，现制造技术和工艺不断成熟，MTBF可达500000h以上。折算是78.6年。2、 高的安全性。设计出的开关电源，应该符合相关标准或规范中规定的安全性能指标要求，如绝缘要求。抗电强度要求，防人身触电要求等，以防止在极限状况或恶劣环境条件下，出现电源故障并危及人身或设备安全。3、 好的可维修性。平均故障维修时间MTTR是衡量电源可维修性的重要指标。电源出现故障时，应能用时诊断出故障现象用部位，无需使用专用工具或不需要熟练技式就能在较短时间内，排除故障、替换故障部件及模块。一般要求MTTR小于30min。这除了要求电源有故障自诊断功能外，必须采用先进的设计、制造技术和工艺，如标准化、模块化（如上板的驱动模块）、电力电子集成等设计制造工艺。4、 高的功率密度。提高电源单位体积的功率容量（W/立方cm）及单位质量的功率容量（W/g），c以减少电源的体积和质量，便于用户安装、集成、移动及使用。实现高功率密度的关键是提高开关频率、减少损耗，与此相应的要求应用低损耗功率器件、高导热、高绝缘性能的绝缘材料，应用软开关电路结构。5、 高性价比、低使用维修费用。6、 环境适宜性要求。环境适宜性要求包括工作温度、储存温度范围、环境温度、对源电压品质及周围环境净化程度等。这些要求应以符合相关标准或满足合同要求为前提。二、 电气性能参数。电源的电气性能参数通常包括电源输入特性参数、输出特性参数以及必要的附加功能。1、 源电压特性。（1） 源电压类型直流或交流。交流输入时是单相或是三相。（2） 源电压允许变化范围。源电压在此范围变化时电源给保证正常工作。通常在三相输入时取±15%的波动率。（3） 源电流。开关电源的源电流一般情况下不是正弦波，它的方均根值（有效值）是正弦波的2.12倍指出源电流是必要的，这样可以提供用户使用安装相应的配电盘。（4） 源功率因素。开关电源的源电流波形与源电压相位差的余弦与电流畸变因子的乘积即为功率因素。它反映出开关电源装置接入电网后对电网产生的影响程度，同时也影响开关电源的效率，一般功率因素PF大于等于0.82、 效率。电源的效率是指输入功率能传输到输出的程度，或且说输出功率与输入功率的比值。3、 源效应（电网电压调整率）是指在额定或规定的负载范围内，输入电压在规定的允许范围内变化时，引上起电压变化量与输出电压整定值之比的百分数。输入电压一般取波动下限。标称值和上限三点。测量输出电压的变化量，则源效应CV=|VoN-Vo|/VoN*100%。式中VoN为源电压在额定标称值时的输出电压，Vo为源电压波动时的输出电压。对恒流源而言，源效应是指输出电网电压在规定的允许范围内变化时，引起输出电流变化量与输出电流设计值之比的百分数。即CC=（Io/IoN）*100%。4、 负载效应（负载调整率）。是在规定的源电压（可以是标称源电压，也可以是源电压的允许下限或上限）下，负载电流从空载（也可以按产品标准规定的某一轻载）至满载变化时，引起输出的变化量与输入整定值之比的百分数。5、 输出电压额定值。输出电压额定值是指在规定的输入电压下，满载时整定的输出电压值。恒压性能好的电源在输出空载和满载条件下，应该保持输出电压不变。不允许输出电压在空载时有较大的上冲，以危害供电设备。对要求输出电压可调的电源产品，应该规定输出电压可调范围。6、 输出电流额定值。输出电流额定值是指电源产品在规定输入电压和整定输出电压条件下，可输出的最大负载电流值。该值不应该低于产品标准规定。对要求输出电流可调的电源产品，应该规定输出电流可调范围。例如（3%-100%）额定值，在调节范围内规定的各电流基准设置点上，应该具有恒流特性。7、输出纹波与噪声。开关电源的输出纹波噪声电压出除了输入整流脉动成分外，主要是开关频率基波纹波，呈锯齿波状，同时还有功率开关管在导通-截止过渡状态产生的尖峰开关噪声重叠在锯齿波上，如图1-3所示。用示波器观察输出纹波，当扫描频率低时，可能只观察到整流脉动的低频成分。，开关频率基波纹波低频所调制。观察基波纹波，扫描频率应该与开关频率相匹配。在产品标准中，纹波电压可用峰-峰值VP-P或有效值VRMS表示。尖峰噪声基波纹波8、 T2T2:开关周期图1-3开关电源的纹波电压波形(B)高频纹波输入过压保护.9、 输入欠压保护.10、 输出过电压保护.一般情况下输出不会出现过压的,只有当电源出现故障或失控时才会出现过压现象.过压会对设备造成危害,必须采取保护措施.通常当输出电压V0处于:105%<V0<115%标称值时,电源进入保护状态.11、 输出欠压保护.通常当输出电压<85%额定输出电压时,使电源进入保护.可调输出电压以及具有恒流限压的电源,不设欠压保护功能.12、 输出过流保护.输出过流保护是指当负载电流超过电源整定的最终大输出电流一定倍率或当输出短路时,电源自动进入保护状态,或是关机,或且是恒流在一个允许的安全值内,避免电源损坏.13、 功率器件过热保护.对IGBT而言,过热保护温度阀值设计在80±5是比较安全的.在电源产品设计定型试验时,在高温40±2的环境中,加满载测试.三、 其它性能要求。电磁兼容性应该符合相关标准规定要求；多个电源模块并联构成系统时应有均流偏差要求；当远距离操作时，用计算机可实现遥控、遥调、遥测、遥信功能等。名词：1、 硬开关：指功率开关管导通时，基上电压不为零；而在关断时，通过的电流不为零。这样，开关损耗大，效率低，并且限制开关频率的提高。而提高开关频率是逆变技术发展的重要方向。开关频率的提高，可以相应地减少变压器和滤波器的体积和重量，使逆变小型化，从而大提高了逆变器的功率密度。2、 软开关：这是相对硬开关而言的。它是指功率开关管导通时，基上电压为零，称为零电压开关（ZVS）；而在关断时，功率开关管的电流为零，称为零电流开关（ZCS）。理想情况下，可以实现开关损耗为零。利用软开关技术可以将开关频率提高到几个MHZ。开关电源中的功率开关BJTFET（MOS）IGBTGTOIGCTMCTSIT名称双极结型晶体管场效应晶体管绝缘栅双极型晶体管门极关断晶闸管集成门极换流晶闸管MOS门控晶闸管静电感应晶体管优点在高频(100KHZ)时比BJT有好处:无载流子复合的储存时间问题、动作速度快、工作频率高、不存在二次击穿、具有下温度系数、多管并联能自动匀流。缺点导通压降大、漏源击穿电压BVDS大的管子导通电阻RON大、电压电流容限等级不大。驱动类型电流型电压型用途小功率PWM变换器及自激开关电源用于高频中、小功率开关变换器的电子开关及同步整流。使用注意驱动脉冲就控制在10V左右，这是因为它的导通阀值勤-