《开关电源概述》课件.ppt
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1、1.开关电源概述主要内容主要内容n线性稳压电源与开关稳压电源线性稳压电源与开关稳压电源n降压型开关电源降压型开关电源n升压型开关电源升压型开关电源 n极性反转型开关电源极性反转型开关电源n开关电源中的控制、驱动和保护电路开关电源中的控制、驱动和保护电路n开关电源中的器件开关电源中的器件n开关电源中的材料开关电源中的材料线性稳压电源与开关稳压电源线性稳压电源与开关稳压电源1.1.1 线性稳压电源线性稳压电源图图1-1线性稳压电源原理图线性稳压电源原理图1.1.2 开关稳压电源开关稳压电源图图1-2开关稳压电源原理图开关稳压电源原理图线性稳压电源与开关稳压电源线性稳压电源与开关稳压电源逆变器逆变器
2、直流变换器直流变换器1.开关稳压电源的结构开关稳压电源的结构1.1.2 开关稳压电源开关稳压电源线性稳压电源与开关稳压电源线性稳压电源与开关稳压电源2.开关稳压电源的优点开关稳压电源的优点(1)功耗小,转换效率高功耗小,转换效率高(2)体积小,重量轻体积小,重量轻(3)稳压范围宽,线性调整率高稳压范围宽,线性调整率高(4)滤波电容小滤波电容小(5)电路形式灵活多样电路形式灵活多样3.开关稳压电源的缺点开关稳压电源的缺点(1)存在较严重的开关噪声和干扰存在较严重的开关噪声和干扰(2)电路复杂,不便于维修电路复杂,不便于维修(3)成本高,可靠性低成本高,可靠性低1.1.3 开关稳压电源的发展开关稳
3、压电源的发展线性稳压电源与开关稳压电源线性稳压电源与开关稳压电源世纪世纪50年代:美国宇航局用于搭载火箭年代:美国宇航局用于搭载火箭世纪世纪80年代:计算机全面实现开关电源化年代:计算机全面实现开关电源化世纪世纪90年代:电子电器、家电广泛应用年代:电子电器、家电广泛应用发展史:发展史:1.1.3 开关稳压电源的发展开关稳压电源的发展线性稳压电源与开关稳压电源线性稳压电源与开关稳压电源1.小型化、薄型化、轻量化、高频化小型化、薄型化、轻量化、高频化发展趋势:发展趋势:2.高可靠性、集成化高可靠性、集成化3.低噪声,采用谐振回路技术低噪声,采用谐振回路技术4.提高电磁兼容性提高电磁兼容性(EMC
4、)5.提高智能化程度提高智能化程度1.1.4 开关稳压电源的种类开关稳压电源的种类线性稳压电源与开关稳压电源线性稳压电源与开关稳压电源1.按激励方式分类按激励方式分类(1)他激式开关电源他激式开关电源(2)自激式开关电源自激式开关电源图图1-3 按激励方式划分按激励方式划分(b)(b)自激式开关稳压电源电路自激式开关稳压电源电路1.1.4 开关稳压电源的种类开关稳压电源的种类线性稳压电源与开关稳压电源线性稳压电源与开关稳压电源2.按调制方式分类按调制方式分类(1)脉宽调制型开关电源脉宽调制型开关电源(2)脉频调制型开关电源脉频调制型开关电源(3)混合型开关电源混合型开关电源1.1.4 开关稳压
5、电源的种类开关稳压电源的种类线性稳压电源与开关稳压电源线性稳压电源与开关稳压电源3.按功率开关管的类型分类按功率开关管的类型分类(1)晶体管型开关电源晶体管型开关电源(2)晶闸管型开关电源晶闸管型开关电源(3)MOSFET型开关电源型开关电源(4)IGBT型开关电源型开关电源图图1-4 按功率开关管的类型分类按功率开关管的类型分类(1)串联型:储能电感串联型:储能电感 和负载相串联和负载相串联 V V饱和导通时,饱和导通时,VDVD截止,截止,U UI I经经V V在在L L中产生电流中产生电流iL向电容向电容C充电。充电。V V截止截止时,时,L L中的电流不能突变,产生左负中的电流不能突变
6、,产生左负右正右正 的自感电动的自感电动势,势,VDVD导通,续流电流导通,续流电流 iZ 向电容向电容C充电充电,将,将L L中的磁能转换为电中的磁能转换为电 容容C C中的电能中的电能。总之,调整管总之,调整管V导通期间,导通期间,L储存磁能,并给电容储存磁能,并给电容C充电,同时向负载供电;充电,同时向负载供电;调整管调整管V截止期间,截止期间,L释放磁能,转变为释放磁能,转变为C的电能,同时向负载供电。的电能,同时向负载供电。1.1.4 开关稳压电源的种类开关稳压电源的种类线性稳压电源与开关稳压电源线性稳压电源与开关稳压电源4.按储能电感的连接方式分类按储能电感的连接方式分类串联型并联
7、型并联独立输出型串联型并联型并联独立输出型(2)、并、并联型:储能电感联型:储能电感 和负载相并联和负载相并联 V V饱和导通时,饱和导通时,VDVD截止,截止,U UI I经经V V在在L L中产生电流中产生电流iL,L储能。储能。V V截止截止时,时,L L中的电流不能突变,产生上负中的电流不能突变,产生上负下下正正 的自感电动的自感电动势,势,VDVD导通,续流电流导通,续流电流iZ 向电容向电容C充电充电,将,将L L中的磁能转换为电中的磁能转换为电 容容C C中的电能中的电能。总之,调整总之,调整管管V导通期间,导通期间,L储存磁能,负载由电容储存磁能,负载由电容C供电;供电;调整管
8、调整管V截止期间,截止期间,L释放磁能,转变为释放磁能,转变为C的电能,同时向负载供电。的电能,同时向负载供电。并联型电路中,调整管承受的反峰电压为并联型电路中,调整管承受的反峰电压为2UI,为串联型的两倍。,为串联型的两倍。1.1.4 开关稳压电源的种类开关稳压电源的种类线性稳压电源与开关稳压电源线性稳压电源与开关稳压电源4.按储能电感的连接方式分类按储能电感的连接方式分类(3)并并联独立输出型:通过续流电感的电磁耦合,实现隔离输出。联独立输出型:通过续流电感的电磁耦合,实现隔离输出。(电源输入端不使用变压器、实现多种电压输出)(电源输入端不使用变压器、实现多种电压输出)应用最多的一种电路形
9、式应用最多的一种电路形式三极管三极管V可使用功率场效应管可使用功率场效应管脉冲调宽、脉冲发生及误差信号的产生等可集成化例如脉冲调宽、脉冲发生及误差信号的产生等可集成化例如TOP221 TOP2271.1.4 开关稳压电源的种类开关稳压电源的种类线性稳压电源与开关稳压电源线性稳压电源与开关稳压电源4.按储能电感的连接方式分类按储能电感的连接方式分类1.1.4 开关稳压电源的种类开关稳压电源的种类线性稳压电源与开关稳压电源线性稳压电源与开关稳压电源3.按功率开关管的连接方式分类按功率开关管的连接方式分类(1)单端正激式单端正激式(2)单端反激式单端反激式(3)推挽式推挽式(4)半桥式半桥式图图1-
10、6 按功率开关管的连接方式分类按功率开关管的连接方式分类(a)(b)(5)全桥式全桥式(1)单端正激式单端正激式(2)单端反激式单端反激式1.1.4 开关稳压电源的种类开关稳压电源的种类线性稳压电源与开关稳压电源线性稳压电源与开关稳压电源3.按功率开关管的连接方式分类按功率开关管的连接方式分类(1)单端正激式单端正激式(2)单端正激式单端正激式(3)推挽式推挽式(4)全桥式全桥式图图1-6 按功率开关管的连接方式分类按功率开关管的连接方式分类(c)(5)半桥式半桥式(3)推挽式推挽式1.1.4 开关稳压电源的种类开关稳压电源的种类线性稳压电源与开关稳压电源线性稳压电源与开关稳压电源3.按功率开
11、关管的连接方式分类按功率开关管的连接方式分类(1)单端正激式单端正激式(2)单端正激式单端正激式(3)推挽式推挽式(4)全桥式全桥式图图1-6 按功率开关管的连接方式分类按功率开关管的连接方式分类(e)(5)半桥式半桥式(4)全桥式全桥式1.1.4 开关稳压电源的种类开关稳压电源的种类线性稳压电源与开关稳压电源线性稳压电源与开关稳压电源3.按功率开关管的连接方式分类按功率开关管的连接方式分类(1)单端正激式单端正激式(2)单端正激式单端正激式(3)推挽式推挽式(4)全桥式全桥式图图1-6 按功率开关管的连接方式分类按功率开关管的连接方式分类(d)(5)半桥式半桥式(5)半桥式半桥式1.1.4
12、开关稳压电源的种类开关稳压电源的种类线性稳压电源与开关稳压电源线性稳压电源与开关稳压电源6.按输入和输出电压的大小分类按输入和输出电压的大小分类(1)升压式开关电源升压式开关电源(2)降压式开关电源降压式开关电源(3)输出极性反转式开关电源输出极性反转式开关电源图图1-7升压式开关电源升压式开关电源1.1.4 开关稳压电源的种类开关稳压电源的种类线性稳压电源与开关稳压电源线性稳压电源与开关稳压电源7.按工作方式分类按工作方式分类(1)可控硅整流型开关电源可控硅整流型开关电源(2)斩波型开关电源斩波型开关电源(3)隔离型开关电源隔离型开关电源8.按电路结构分类按电路结构分类(1)分立式开关电源分
13、立式开关电源(2)集成式开关电源集成式开关电源降压型开关稳压电源的电路结构降压型开关稳压电源的电路结构降压型开关稳压电源降压型开关稳压电源图图1-8降压式开关电源降压式开关电源降压型开关稳压电源的工作原理降压型开关稳压电源的工作原理降压型开关稳压电源降压型开关稳压电源图图1-8降压式开关电源降压式开关电源(1).开关管开关管V的导通期内,储能电感中的导通期内,储能电感中 电流的最大变化量为电流的最大变化量为(2).开关管开关管V的截止期内,储能电感中的截止期内,储能电感中 电流的最大变化量为电流的最大变化量为(3).开关管开关管V导通期与截止期能量转换的条件:导通期与截止期能量转换的条件:降压
14、型开关稳压电源重要参数的计算降压型开关稳压电源重要参数的计算降压型开关稳压电源降压型开关稳压电源1.输出纹波输出纹波UO 的计算的计算UO1:开关管:开关管V导通时间内滤波电容导通时间内滤波电容C上电压的变化量上电压的变化量UO2:开关管:开关管V截止时间内滤波电容截止时间内滤波电容C上电压的变化量上电压的变化量图1-2降压型开关稳压电源重要参数的计算降压型开关稳压电源重要参数的计算降压型开关稳压电源降压型开关稳压电源1.输出纹波输出纹波UO 的计算的计算实际输出的纹波还包括电网工频纹波电压和高频功率转换产生的寄生纹波电压实际输出的纹波还包括电网工频纹波电压和高频功率转换产生的寄生纹波电压减少
15、纹波电压的方法:减少纹波电压的方法:(1).采用肖特基二极管或快恢复二极管采用肖特基二极管或快恢复二极管(2).采用阻容吸收网络采用阻容吸收网络图图1-10采用阻容吸收网络采用阻容吸收网络(3).串接小容量电感串接小容量电感降压型开关稳压电源重要参数的计算降压型开关稳压电源重要参数的计算降压型开关稳压电源降压型开关稳压电源2.功率开关管功率开关管V功率损耗功率损耗P的计算的计算(四段计算四段计算)3.功率开关管功率开关管V功率损耗功率损耗P的计算的计算(四段计算四段计算).转换效率转换效率与开关管与开关管V的功率损耗的功率损耗PZ成反比成反比.转换效率转换效率与储能电感与储能电感L上的功率损耗
16、成反比上的功率损耗成反比.转换效率转换效率与输入电流与输入电流Ii 和输入电压和输入电压Ui成正比成正比降压型开关稳压电源的设计降压型开关稳压电源的设计(P.22)降压型开关稳压电源降压型开关稳压电源1.功率开关管功率开关管V的选择的选择2.续流二极管续流二极管VD的选择的选择3.储能电感储能电感L的选择的选择4输出滤波电容输出滤波电容C的选择的选择IGBT或或MOSFET或或GTR升压型开关稳压电源的电路结构升压型开关稳压电源的电路结构升压型开关稳压电源升压型开关稳压电源图图1-14升压型开关电源升压型开关电源升压型开关稳压电源的工作原理升压型开关稳压电源的工作原理升压型开关稳压电源升压型开
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