开关电源技术复习.ppt

《开关电源技术复习.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《开关电源技术复习.ppt（101页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、2022/10/271复习：开关电源的内容复习：开关电源的内容一、一、电源的重要性：电源的重要性：一切设备需要电源；设备的更新，电源也跟随更新一切设备需要电源；设备的更新，电源也跟随更新。电源无法集成：电源无法集成：（1）电源的功率很大；）电源的功率很大；（2）不同的设备需要不同的电源，包括电压、电流、功率密度、）不同的设备需要不同的电源，包括电压、电流、功率密度、体积、效率、体积、效率、EMI等等。等等。（3）变压器、电感、大的电解电容也无法集成。）变压器、电感、大的电解电容也无法集成。（4）电源的功率大，损耗也很大，散热也是一个问题。）电源的功率大，损耗也很大，散热也是一个问题。2022/

2、10/272 1.1.了解开关电源的应用。了解开关电源的应用。2.2.开关电源的结构（组成部分）。开关电源的结构（组成部分）。3.3.元器件的选择元器件的选择MOSMOS管、二极管、电阻和电容管、二极管、电阻和电容 4.4.掌握拓扑结构的工作原理，能画出原理图。掌握拓扑结构的工作原理，能画出原理图。5.5.磁性元器件（变压器和电感）的特性。磁性元器件（变压器和电感）的特性。6.PWM6.PWM控制方法控制方法-UC3842-UC3842的应用。的应用。7.7.电源输入级电路的介绍。电源输入级电路的介绍。8.8.功率因数校正（功率因数校正（PFCPFC）。）。9.9.同步整流及其控制方法。同步整

3、流及其控制方法。10.10.用用UC3842UC3842控制的反激电路的工作原理，每个元器件在电路中的作用，控制的反激电路的工作原理，每个元器件在电路中的作用，每一部分电路的作用。每一部分电路的作用。11.11.规格说明书规格说明书-IPS和和Test Plan。二、二、开关电源的内容开关电源的内容 (知识点）知识点）2022/10/273二、二、开关电源的内容开关电源的内容 (技能和能力）技能和能力）1.1.学会分析电路工作原理。学会分析电路工作原理。2.2.掌握调试电路的方法，明白每一步调试的作用。掌握调试电路的方法，明白每一步调试的作用。3.3.掌握测试电路的方法。掌握测试电路的方法。4

4、.4.学会如何分析电路故障和排除电路故障。学会如何分析电路故障和排除电路故障。5.5.熟悉电路中元件布局的一些简单规则。熟悉电路中元件布局的一些简单规则。2022/10/274 2、电源电路的结构框图和完整的电路图、电源电路的结构框图和完整的电路图 a.a.离线式开关电源的结构框图：离线式开关电源的结构框图：direct-off-line switching power supply 功率因数功率因数校正校正EMIEMI滤波器滤波器隔离的隔离的降压电路降压电路 AC AC input input DC DC output output 隔离的隔离的降压电路降压电路或者或者BoostBoostB

5、uckBuck变换器变换器 DC DC input input DC DC output output b.b.模块开关电源的结构框图：模块开关电源的结构框图：module switching power supply 2022/10/275 离线式电源电路图离线式电源电路图模块电源电路图模块电源电路图1模块电源电路图模块电源电路图22022/10/276 3.3.功率器件之一：功率器件之一：MOSMOS管管 1.1.MOSMOS管的等效电路管的等效电路 （输入输出电容（输入输出电容 Cgs CdsCgs Cds，反并联二极管），反并联二极管）2.MOS2.MOS管的三个工作区域条件管的三个工

6、作区域条件2.2.MOSMOS管的参数：管的参数：RdsRds（onon），），Vds IdsVds Ids（与温度有关）（与温度有关）功率损耗功率损耗等等3.3.MOSMOS管的驱动：三种驱动方法（管的驱动：三种驱动方法（MOSMOS管属于电压型控制器件，管属于电压型控制器件，GSGS之之间的电压来控制间的电压来控制D D、S S之间的导通情况。）之间的导通情况。）4.MOS4.MOS管的封装以及生产的公司管的封装以及生产的公司 HAT2140HAT2140的的datasheet1datasheet1 STD5NM50T4STD5NM50T4的的datasheetdatasheet2022/

7、10/277B.MOSB.MOS管的门极驱动电路：管的门极驱动电路：1)1)直接驱动直接驱动V147 R1Q1IRF53020kR2D1D4D3电阻电阻R1R1的作用是限流和抑制的作用是限流和抑制寄生振荡，一般为寄生振荡，一般为10ohm10ohm到到100ohm100ohm，R2R2是为关断时提供放电是为关断时提供放电回路的；稳压二极管回路的；稳压二极管D1D1和和D2D2是保是保护护MOSMOS管的门极和源极；二极管管的门极和源极；二极管D3D3是加速是加速MOSMOS的关断。的关断。2022/10/278 2)2)互补三极管驱动互补三极管驱动 电阻电阻R1R1和和R3R3的作用是限流和抑

8、制寄生振荡，一般的作用是限流和抑制寄生振荡，一般为为10ohm10ohm到到100ohm100ohm，R2R2是为关断时提供放电回路的；二是为关断时提供放电回路的；二极管极管D1D1是加速是加速MOSMOS的关断。的关断。当当MOSMOS管的功率很大管的功率很大时，而时，而PWMPWM控制芯片输出控制芯片输出的的PWMPWM信号不足已驱动信号不足已驱动MOSMOS管时，加互补三极管来提管时，加互补三极管来提供较大的驱动电流来驱动供较大的驱动电流来驱动MOSMOS管。管。2022/10/279 3)3)耦合驱动（利用驱动变压器耦合驱动）耦合驱动（利用驱动变压器耦合驱动）当驱动信号和功率当驱动信号

9、和功率MOS管不共地或者管不共地或者MOS管的源极管的源极浮地的时候，比如浮地的时候，比如Buck变换器或者双管正激变换器中的变换器或者双管正激变换器中的MOS管，利用变压器进行耦合驱动。驱动变压器的作用：管，利用变压器进行耦合驱动。驱动变压器的作用：1.解决驱动解决驱动MOS管浮地的问题；管浮地的问题；2.减少干扰。减少干扰。2022/10/2710 4.4.拓扑结构拓扑结构1.1.拓扑结构的类型：非隔离：拓扑结构的类型：非隔离：Buck Buck、BoostBoost和和Buck-BoostBuck-Boost；隔离的：隔离的：flybackflyback、forwardforward、h

10、alf bridgehalf bridge、full bridgefull bridge、push-pullpush-pull2.2.分析拓扑的工作原理（稳态分析）（分析拓扑的工作原理（稳态分析）（CCMCCM和和DCMDCM）：）：BuckBuck、Boost Boost 和和double forward double forward 等。等。2022/10/2711 降压式变换器（降压式变换器（Buck Converter）的介绍）的介绍 MOS MOS管；续流二极管（管；续流二极管（freewheelfreewheel）D D；滤波电感；滤波电感L L；滤波电容滤波电容C C；负载；负载

11、R RL L。1.Buck变换器的结构变换器的结构 Buck Buck变换器的结变换器的结构如右图所示：构如右图所示：2022/10/2712 2.Buck变换器的工作原理分析变换器的工作原理分析 BuckBuck变换器存在两种导电模式，即连续导电模式变换器存在两种导电模式，即连续导电模式CCM CCM(Continuous Conduction Mode)(Continuous Conduction Mode)和不连续导电模式和不连续导电模式DCM DCM(Discontinuous Conduction Mode)(Discontinuous Conduction Mode)。连续导电模式

12、是指。连续导电模式是指在一个周期内电感电流是连续的（两种开关模态在一个周期内电感电流是连续的（两种开关模态a a和和b)b)；而不连续导电模式是指电感电流在一个周期内是断续的而不连续导电模式是指电感电流在一个周期内是断续的也就是有一段时间电感电流为零也就是有一段时间电感电流为零(三种开关模态三种开关模态a a、b b 和和c)c)。2022/10/2713 (a)(b)(c)Buck Buck变换器工作在不同模态的等效电路变换器工作在不同模态的等效电路 2022/10/2714 Buck Buck变换器在连续模式和不连续模式的主要波形变换器在连续模式和不连续模式的主要波形 2022/10/27

13、15讨论电感电流连续时变换器的讨论电感电流连续时变换器的工作原理工作原理(稳态稳态）：）：分析之前作如下假设：分析之前作如下假设：（1 1）所有有源器件所有有源器件Q Q和和D D导通和关断时间为零导通和关断时间为零。导通。导通时电压为零，关断时时电压为零，关断时漏电流漏电流为零。为零。（2 2）在一个开关周期中，滤波电容电压，即输出电在一个开关周期中，滤波电容电压，即输出电压压V Voutout，有，有很小纹波很小纹波(电压）电压），但可认为基本保持不变，但可认为基本保持不变,其值为其值为V Vo o。（3 3）电感和电容均为电感和电容均为无损耗无损耗的储能元件。的储能元件。2022/10/

14、2716(1)(1)模态模态1 01 0T Tonon 对应于图对应于图 (a)(a)在在t=0t=0时，时，Q1Q1导通，导通，V Vinin通过通过Q Q1 1 加到二极管加到二极管D D1 1 和输出滤和输出滤波电感波电感L Lf f 、输出滤波电容、输出滤波电容C Cf f上以及给负载供电，因此续流上以及给负载供电，因此续流二极管二极管D1D1截止，电源截止，电源V Vinin对电感对电感L Lf f充电，其电流充电，其电流i iLfLf线性上升，线性上升，上升斜率为上升斜率为 (V(Vinin-V-Vo o)/L)/Lf f。在在t=Tont=Ton时，时，i iLfLf达到最大值达

15、到最大值I ILfmaxLfmax。在。在Q Q导通期间，导通期间，i iLfLf的增长量的增长量i iLfLf（+）=2022/10/2717(2)(2)模态模态2 2 TonT Ts s 对应于图对应于图 (b)(b)在在t=t=Ton时，时，Q1Q1关断，关断，iLf 通过二极管通过二极管D D1 1 继续流通。加继续流通。加在在L Lf f 上的电压为上的电压为-V-V0 0，iLf线性减小。线性减小。下降斜率为下降斜率为-V-Vo o/L/Lf f。在在t=Tst=Ts时，时，i iLfLf达到最小值达到最小值I ILfminLfmin。在。在Q Q截止期间，截止期间，i iLfLf

16、的减小量的减小量i iLfLf（-）=在在t=t=Ts时，时，Q1Q1又导通，开始下一个开关周期。又导通，开始下一个开关周期。2022/10/2718 稳态工作时，电感电流稳态工作时，电感电流i iLfLf的波形为一个三角波，周的波形为一个三角波，周期性地在期性地在I ILfminLfmin到到I ILfmaxLfmax的范围内变化。的范围内变化。Q Q导通期间导通期间I ILfLf的增长的增长量等于它在量等于它在Q Q截止期间的减小量。即：截止期间的减小量。即：3.Buck3.Buck变换器的基本关系式变换器的基本关系式 由前面的分析可以得到：由前面的分析可以得到：化简得到：化简得到：202

17、2/10/2719 稳态时，一个开关周期内输出滤波电容稳态时，一个开关周期内输出滤波电容C Cf f的平均充电的平均充电与放电电流为零，故变换器输出电流与放电电流为零，故变换器输出电流I I0 0就是就是i iLfLf的平均值，的平均值，即即 假定变换器的损耗为零，那么输出功率假定变换器的损耗为零，那么输出功率P P0 0=V=V0 0*I*I0 0等于等于输入功率输入功率P Pinin=V=Vinin*I*Iinin ，即，即 推导推导 I ILfmaxLfmax 和和 I ILfminLfmin2022/10/2720 电感电流最大值和最小值分别为：电感电流最大值和最小值分别为：通过开关管

18、通过开关管Q Q和二极管和二极管D D的平均电流为：的平均电流为：2022/10/2721 实际电容有损耗，即具有等效串联电阻实际电容有损耗，即具有等效串联电阻ESRESR，这时输出电，这时输出电压脉动的计算公式为：压脉动的计算公式为：升压式变换器（升压式变换器（Boost Converter）的介绍）的介绍 MOS MOS管；升压二极管（管；升压二极管（step-upstep-up）D D；滤波电感；滤波电感L L；滤滤波电容波电容C C；负载；负载R RL L。1.Boost 变换器的结构变换器的结构 Boost Boost变换器的变换器的结构如右图所结构如右图所示：示：2.Boost变换

19、器的工作原理分析变换器的工作原理分析 BoostBoost变换器存在两种导电模式，即连续导电模式变换器存在两种导电模式，即连续导电模式CCM(Continuous Conduction Mode)CCM(Continuous Conduction Mode)和不连续导电模和不连续导电模式式DCM(Discontinuous Conduction Mode)DCM(Discontinuous Conduction Mode)。连续导电。连续导电模式是指在一个周期内电感电流是连续的（两种开关模式是指在一个周期内电感电流是连续的（两种开关模态模态a a和和b)b)；而不连续导电模式是指电感电流在一个

20、周；而不连续导电模式是指电感电流在一个周期内是断续的也就是有一段时间电感电流为零期内是断续的也就是有一段时间电感电流为零(三种开三种开关模态关模态a a、b b 和和c)c)。(a)(b)(c)Boost Boost变换器工作在不同模态的等效电路变换器工作在不同模态的等效电路 Boost Boost变换器在连续模式和不连续模式的主要波形变换器在连续模式和不连续模式的主要波形 讨论电感电流连续时变换器的讨论电感电流连续时变换器的工作原理工作原理(稳态稳态）：）：分析之前作如下假设：分析之前作如下假设：（1 1）所有有源器件所有有源器件Q Q和和D D导通和关断时间为零导通和关断时间为零。导通。导

21、通时电压为零，关断时时电压为零，关断时漏电流漏电流为零。为零。（2 2）在一个开关周期中，滤波电容电压，即输出电在一个开关周期中，滤波电容电压，即输出电压压V Voutout，有，有很小纹波很小纹波(电压）电压），但可认为基本保持不变，但可认为基本保持不变,其值为其值为V Vo o。（3 3）电感和电容均为电感和电容均为无损耗无损耗的储能元件。的储能元件。(1)(1)模态模态1 01 0T Tonon 对应于图对应于图 (a)(a)在在t=0t=0时，时，Q1Q1导通，导通，V Vinin通过通过Q Q1 1 升压电感升压电感L Lf f，其电流，其电流i iLfLf线性上升，上升斜率为线性上

22、升，上升斜率为 V Vinin/L/Lf f。负载由滤波电容。负载由滤波电容C Cf f供电。供电。在在t=Tont=Ton时，时，i iLfLf达到最大值达到最大值I ILfmaxLfmax。在。在Q Q导通期间，导通期间，i iLfLf的增长量的增长量i iLfLf（+）=(2)(2)模态模态2 2 TonT Ts s 对应于图对应于图 (b)(b)在在t=t=Ton时，时，Q1Q1关断，关断，iLf 通过二极管通过二极管D D向输出侧流动，向输出侧流动，继续流通。电源和电感继续流通。电源和电感L Lf f的储能向负载和电容的储能向负载和电容C Cf f转移，给转移，给C Cf f充电。此

23、时加在充电。此时加在L Lf f上的电压为上的电压为V Vinin-V-V0 0，因为，因为V VininV200W200W 固定的导通时间，可变的固定的导通时间，可变的开光频率。峰值电流模式开光频率。峰值电流模式控制，适用于小和中等功控制，适用于小和中等功率输出的场合率输出的场合 200W200W，工，工作在临界模式作在临界模式PFCPFC的控制方法的控制方法 控制方法主要有两种：控制方法主要有两种：1.1.平均电流模式平均电流模式 2.2.峰值电流模式峰值电流模式 PFC 预调整器预调整器 CCM 和和 TM 式，应该使用哪一种？式，应该使用哪一种？FF-CCMTMEMI 滤波器滤波器必必

24、须须对对通通常常占占线线路路电电流流20-40%的的纹波电流进行滤波处理。纹波电流进行滤波处理。必必须须对对高高达达线线路路电电流流2倍倍的的纹纹波波电电流流进进行行滤滤波波处理处理升压电感器升压电感器电电感感通通常常较较高高，饱饱和和电电流流较较低低，铁芯和铜线功耗较低。铁芯和铜线功耗较低。电电感感通通常常较较低低，饱饱和和电电流流较较高高，铁铁芯芯和和铜铜线线功耗较高，功耗较高，使用绞合线或多股导线使用绞合线或多股导线。MOSFET管管传传导导功功耗耗较较低低（电电流流形形状状因因数数较较好好），电电容容和和开开关关功功耗耗较较大大，升升压压二二极极管管反反向向恢恢复复还还产产生生额额外外

25、功功耗。耗。传传导导功功耗耗较较高高（电电流流形形状状因因数数较较差差），只只有有在在线线路路电电流流很很大大时时（在在导导通通时时失失去去ZVS时时）电容和开关功耗较大。电容和开关功耗较大。二极管二极管反反向向恢恢复复特特性性是是关关键键因因素素：二二极极管管本本身身和和MOSFET都都会会产产生生额额外外功功耗耗，EMI干干扰扰较较强强。VF电电压压和和传导功耗较高。传导功耗较高。无无需需反反向向恢恢复复：没没有有额额外外功功耗耗，EMI较较低低，VF电压和传导功耗较低。电压和传导功耗较低。控制控制平平均均电电流流模模式式:比比较较复复杂杂，组组件件数数量多，控制量多，控制IC成本高成本高

26、峰峰值值电电流流模模式式:比比较较简简单单，组组件件数数量量少少，控控制制IC成本低廉。成本低廉。F结结论论:如如果果Pout400-500W，肯肯定定选选择择FF-CCM;如如果果最最大大输输出出功功率率介介于于两两者者之之间间，那那就就需需要要你你认认真真权权衡衡（复复杂杂）找找出出最最佳佳的的解决方案。解决方案。2022/10/2789PFCPFC控制比较新的方法控制比较新的方法-逐周控制逐周控制（cycle by cyclecycle by cycle）ICE2PCS01GICE2PCS01G CCMCCM：平均电流模式控制，与：平均电流模式控制，与UCC3817UCC3817比较有如

27、下优点：比较有如下优点：1.1.芯片的引脚只有芯片的引脚只有8 8个，外围电路结构简单；个，外围电路结构简单；2.2.芯片内部结构中，没有乘法器，用一个电容就实现采芯片内部结构中，没有乘法器，用一个电容就实现采样电流的平均值。样电流的平均值。2022/10/2790ICE2PCS01G 的结构框图：的结构框图：ICE2PCS01GICE2PCS01G与与02G02G的区别：的区别：01G01G是可设置频率；是可设置频率；02G02G是固定频率的。是固定频率的。2022/10/2791典型应用：典型应用：DatasheetDatasheet PFCPFC模块电源实物模块电源实物PFCPFC实际工

28、程电路图实际工程电路图 PFCPFC模块测试项目模块测试项目l启机和关机电压启机和关机电压lPF_enable and Load_enable)PF_enable and Load_enable)l输出电压的设置输出电压的设置(300VDC(300VDC到到393VDC)393VDC)l负载负载-输入调整率输入调整率(1%Vout)1%Vout)l功率因数功率因数(PF)PF)l输入电流谐波输入电流谐波(THD)(THD)l效率效率l温度的监测温度的监测l浪涌电流浪涌电流(I(Inrush Current)nrush Current)2022/10/2794UCC3817UCC3817控制的控

29、制的PFCPFC电路分析电路分析 分析电路的工作原理：分析电路的工作原理：1、解读控制芯片的资料：、解读控制芯片的资料：UCC3817（引脚说明、功能（引脚说明、功能及每个引脚的参数）；及每个引脚的参数）；2、分析电路的工作原理，每个器件在电路中的作用；、分析电路的工作原理，每个器件在电路中的作用；3、熟悉功率器件和相关参数的设计；、熟悉功率器件和相关参数的设计；4、清楚哪些参数可以影响功率因数和谐波？、清楚哪些参数可以影响功率因数和谐波？PFC电路的作用主要是：提高功率因数和减小谐波含电路的作用主要是：提高功率因数和减小谐波含量。量。UCC3817 PFC.sch 2022/10/2795

30、UCC3817 的结构框图的结构框图 UCC3817 datasheet2022/10/2796UCC3817 PIN 的连接图的连接图 2022/10/2797UCC3817 的引脚功能的引脚功能 2022/10/2798 PFC PFC电路图电路图2022/10/2799L6561L6561控制的控制的PFCPFC电路分析电路分析 分析电路的工作原理：分析电路的工作原理：1 1、L6561L6561引脚说明、功能及每个引脚的参数）；引脚说明、功能及每个引脚的参数）；2 2、分析电路的工作原理，每个器件在电路中的作用；、分析电路的工作原理，每个器件在电路中的作用；3 3、熟悉功率器件和相关参数的设计；、熟悉功率器件和相关参数的设计；4 4、清楚哪些参数可以影响功率因数和谐波？、清楚哪些参数可以影响功率因数和谐波？L6561 PFC.sch 2022/10/27100L6561 的结构框图的结构框图 L6561 datasheet2022/10/27101在实际应用中的电路在实际应用中的电路1 1：在实际应用中的电路在实际应用中的电路2 2：在实际应用中的电路在实际应用中的电路3 3：