开关电源介绍(完整版)实用资料.doc

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1、开关电源介绍（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑 完整版实用资料，欢迎下载）开关电源介绍摘要：开关电源是非常通用的电源架构，设计人员常常面临DC-DC转换器的选型问题。不同电路在进行直流电源转换时具有较大的性能差异，需折中考虑。本文介绍了开关电源的优势和设计考虑，并介绍了它们的基本工作原理和相关理论。 种类繁多的电子产品对直流电压的需求也多种多样，这就需要一个行之有效的方法将标准电源转化成负载所需的电压，这种方法必须通用、高效、可靠。在现代电子产品中，开关电源(SMPS)被普遍用来提供各种不同的直流电源，而且，它对于提高DC-DC电源转换系统的效率和可靠性也是不可或缺的。为什么选择SMPS

2、?绝大部分的电气直流负载由标准电源供电。但是，标准电源的电压可能不符合微处理器、电机、LED或其他负载的电压要求，尤其当标准电源本身的输出电压并不稳定时。电池供电设备就是一个最好的例子：标准的Li+电池或镍氢电池的典型电压对于大多数应用而言，不是过高就是过低，或者随着放电过程电压下降的过多。通用性幸运的是，SMPS的通用性帮我们解决了这一难题，它将标准电源电压转换成合适的、符合规定的电源电压。SMPS拓扑结构有很多，但可以划分为几种基本的类型，不同类型的转换器可以对输入电压实现升压、降压、反转以及升/降压变换。与线性稳压器只能对输入电压进行降压不同的是，可以选择不同拓扑的SMPS来满足任何输出

3、电压的需求，这也正是SMPS极具吸引力的原因。可定制另外，先进的SMPS IC的设计提供了不同的集成度，将经过裁剪的标准SMPS电路集成到单片IC，允许设计人员在不同规模的拓扑中进行选择。由此减轻厂商对通用电源或特殊应用电源的设计负担，并可根据项目需要为工程师提供定制的SMPS IC，从而进一步提高了这类器件的灵活多用性。效率工程师经常面临的一个问题是：如何高效的转换DC电源。例如，如何将输入电压降压转换为一个更低的输出电压。比较简单的方案是使用线性稳压器，毕竟，这一方案仅需几个外部的电容和适当的热管理。但是，方案简单所带来的一个结果是效率低下当输入-输出压差较大时，效率往往低得让人无法接受。

4、线性稳压器的效率直接与其调整管所消耗的功率有关。调整管的功耗等于ILDO (VIN - VOUT图1所示的降压型SMPS代替线性稳压器，效率可达到90%。这相比线性稳压器，效率提高了40%。通过直观的比较，降压SMPS的优势便体现出来了，其他的SMPS拓扑结构同样具有相近或是更高的效率。图1. MAX8640Y采用简单的降压型SMPS电路SMPS设计不仅仅具有高效率这一主要优势，由于功耗的降低还带来许多直接的好处。例如，与低效率的竞争产品相比，SMPS的散热片面积大大减小。降低了对热管理的要求；而且更重要的是，由于器件不会工作在低效的高温环境中，大大提高了器件的可靠性，进而延长工作寿命。SMP

5、S拓扑及转换原理如上所述，根据电路拓扑的不同，SMPS可以将直流输入电压转换成不同的直流输出电压。实际应用中存在多种拓扑结构，比较常见有三种基本类型，按照功能划分为(参见图2)：降压(buck)、升压(boost)、升/降压(buck-boost或反转)。下面还将讨论图2中所画出的电感充电/放电通道。图2. 基本的SMPS拓扑：buck、boost和buck/boost三种拓扑都包括MOSFET开关、二极管、输出电容和电感。MOSFET是拓扑中的有源受控元件，与控制器(图中没给出)连接，控制器输出脉宽调制(PWM)方波信号驱动MOSFET栅极，控制器件的关断或导通。为使输出电压保持稳定，控制器

6、检测SMPS输出电压，并改变方波信号的占空比(D)，即MOSFET在每个开关周期(TS)导通时间。D是方波导通时间和周期的比值(TON/TS)，直接影响SMPS的输出电压。两者之间的关系在等式4和等式5给出。MOSFET的导通和关断状态将SMPS电路分为两个阶段：充电阶段和放电阶段，分别表示电感中的能量传递状态(参见图2的环路)。充电期间电感所储存的能量，在放电期间传递给输出负载和电容。电感充电期间，输出电容为负载供电，维持输出电压稳定。根据拓扑结构不同，能量在电路元件中循环传递，使输出电压维持在适当的值。在每个开关周期，电感是电源到负载能量传输的核心。如果没有电感，MOSFET切换时，SMP

7、S将无法正常工作。电感(L)中所储存的能量(E)取决于电感电流值(I)：因此，电感中能量的变化可通过电流的变化量(IL)来衡量，取决于规定的时间(T)内电感两端电压的变化量(VL)：在每个开关周期中(图3)，电感两端的电压恒定，因此电感中的电流变化(IL)是线性的。根据基尔霍夫电压环路定律，可以得到开关过程中电感两端电压，注意极性以及VIN/VOUT的关系。例如，升压转换器的放电期间，电感两端电压为-(VOUT - VIN)。因为VOUT VIN，所以电感两端电压为负。图3. 稳态时电感的电压、电流特性充电期间，MOSFET导通，二极管反向偏置，能量从电源传递给电感(图2)。由于电感两端电压(

8、VL)为正，电感电流将逐渐上升。同时，输出电容将前一个周期存储的能量传递给负载，以保持输出电压的恒定。放电期间，MOSFET关断，二极管正向偏置并导通。由于此时电源不再对电感充电，电感两端电压极性反转，并且将能量释放给负载，同时补充输出电容的储能(图2)。放电时，电感电流逐渐下降，放电电流如上述关系式所示。充电/放电周期循环，并保持一个稳定的开关状态。在电路建立稳态的过程中，电感电流逐渐达到其稳定值，该电流是直流电流和电路在两个阶段切换时所产生的交流电流(或电感纹波电流)之和(图3)。直流电流的大小与输出电流成正比，也取决于电感在SMPS拓扑中的位置。纹波电流需要经过SMPS滤波，以获得真正的

9、直流输出。滤波由输出电容完成，它对于交流信号呈现较低的阻抗。不需要的输出纹波电流通过输出电容旁路，并且当电流对地放电时保持电容电荷恒定。因此，输出电容还起到稳定输出电压的作用。实际应用中，输出电容的等效串联电阻(ESR)产生的输出电压纹波与电容的纹波电流成正比。由此可见，能量在电源、电感和输出电容间传递，保持输出电压恒定，为负载供电。那么，通过SMPS间的能量传递如何确定输出电压和输入/输出电压转换比? 如果能够理解电路作用一个周期性波形的稳态过程，便可以很容易的计算出这些数值。稳态期间，有一个变量在重复周期TS的开始阶段与结束阶段相等。对于电感而言，如上所述，其电流周期性的充电与放电，因此其

10、电流在PWM周期的开始阶段应该与结束阶段相等。这意味着，电感电流在充电过程的变化量(ICHARGE)应等于在放电过程的变化量(IDISCHARGE)。建立充电和放电期间电感电流变化的等式，可得到下面的表达式，也称作电压第二定律：简而言之，在不同的工作周期，电感电压和时间的乘积相等。因此，从图2的SMPS电路中，我们可以很容易的得到稳态时的电压和电流转换比。对于降压电路，根据充电电路的基尔霍夫电压环路可得到电感两端的电压为(VIN - VOUT)。同理，放电过程中电路电感两端的电压为-VOUT。根据等式3中的电压第二定律，可得出电压的转换比为：同时，在理想的情况下，输入功率(PIN)与输出功率(

11、POUT)相等。因此，可得出电流转换比为：从这一系列等式可以看出，降压转换器的输出相比VIN增大了D倍，而输入电流则比负载电流大D倍。表1列举了图2中所示拓扑结构的转换比。有些复杂的拓扑结构可能难以分析，但是利用这个方法解等式3和5可得到全部SMPS的转换比。表1. SMPS转换比 TopologyVoltage-Conversion RatioCurrent-Conversion RatioStep-downVOUT/VIN = DIIN/IOUT = DStep-upVOUT/VIN = 1/(1 - D)IIN/IOUT = 1/(1 - D)Step-up/downVOUT/VIN =

12、 D/(1 - D)IIN/IOUT = D/(1 - D)SMPS的缺点和折中当然， SMPS的高效率并不是没有任何代价的。开关模式转换器最常被提及的问题是其引入的电磁干扰(EMI)和传导噪声。电磁辐射的产生源于SMPS电路中电流、电压开关波形的快速瞬变。电感节点电压的快速变化将产生电场辐射，而充/放电环路电流的快速切换将产生磁场辐射。另一方面，当SMPS的输入/输出电容以及PCB寄生对开关电流呈高阻抗时，输入、输出电路间将产生传导噪声。值得庆幸的是，良好的器件布局和PCB布线可以大大降低EMI和传导噪声。SMPS可以非常复杂，并且需要额外的外部元件，这将提高电源的整体成本。幸运的是，很多S

13、MPS IC厂商提供了有关资料，不仅为用户介绍器件的工作原理，还给出了正确选择的外部元件的详细说明。同时，新一代的SMPS IC具有更高的集成度，大大减少了所需的外部元件数。即使存在着各种缺点，SMPS仍然大量应用于多种场合。因为可以通过设计克服SMPS的缺点，而采用SMPS所得到的高效率和灵活性是很多应用所迫切需要的。开关电源基础知识介绍 电源向负载R输出一个脉冲宽度为Toff,幅度为0的脉冲电压。这样,4 反激变换器 正激变换器 反激框图2021-3-14 PFC简介二合一电源板框图2021-3-14 思考与讨论？ 为什么一般情况下交流低压输入时器件温升更高？ 为什么交流高压输入时待机功耗

14、与漏电流更高？ 整机绝缘耐压测试NG，主要问题可能是？ 整机接地电阻测试NG，主要问题可能是？ 整机开机无24V输出，24V输出线材拔除后重启电 源，24V输出正常，能否说明电源板无异常？ 2021-3-14 21 谢谢 2021-3-14 22 Jack: No. Im going to Australia. I went to Japan two years ago.A. How long have you been here?B. When is your holiday?C. When are you leaving for Australia?D. How long do you p

15、lan to stay her e?66. Mary _ passing the entrance examination.A. succeededB. succeeded inC. succeeds inD. succeeds67. Tell the child not to drink _ water.A. boiledB. boilC. boilingD. boils68. i set _ tomorrow on my journey to America.A. onB. upC. toD. out69. The shop owner would _ his money every da

16、y.A. countB. count forC. count outD. counting70. The old lady devoted her lifetime _ the homeless children.A. to helpB. to helpingC. helpingD. for help答案:61-70 DAACB BCDAB71. Tom: Would you like me to water your plants while youre on your holiday?Joe: _A. No problem. I was more than glad to do it.B.

17、 I appreciate it, but Im already finished watering them.C. Thanks for offering your help, but my brothers going to do it.D. Certainly watering plants is my favorite pastime.72. -Dont you think its going to rain over the weekend?-_.A. I dont believeB. I dont believe itC. I believe not soD. I believe

18、not73. I knew I should not accept anything from such a person but I found it d ifficult to turn down his _.A. planB. offerC. suggestionD. request74. -Do you mind my taking this seat? -_.A. Yes, sit down pleaseB. No, of course notC. Yes, take it pleaseD. No, you cant take it75. How I envy you _ your

19、good luck!A. inB. ofC. toD. /76. This event was rather unusual, _?A. is itB. isnt itC. was itD. wasnt it77. We have _ books in our library.A. plenty ofB. great manyC. a great deal ofD. great number of78. The police saw the woman _ a bus and _ a taxi.A. get off get onB. get on get offC. get off get i

20、ntoD. ge t on get into79. Do you mind _ how you succeed?A. if I go and seeB. if I go seeingC. my going and seeD. my go to see80. The boy would have died, _ on him without delay.A. if the doctor didnt operateB. if the doctor wouldnt operateC. would the doctor not operateD. had the doctor not operated

21、答案:71-80 CDBBD DACAD81. Only when _ in 1918, _ happily back to work.A. the war was over he wentB. was the war over did he goC. the war was over did he goD. was the war over he went82. -Who telephoned just now?-Sorry. I couldnt _ the voice.A. recognizeB. realizeC. knowD. understand83. He had _ in fin

22、ding Mr. Greens house.A. many difficultiesB. many difficultyC. much difficultiesD. much difficulty84. I dont want to _ money on such books.A. costB. payC. spendD. take85. -Thank you for your help. -_.A. All rightB. Thats rightC. Youre rightD. Thats OK86. The man is standing _ his back _ the fire.A.

23、with toB. with againstC. on forD. at of87. I looked everywhere in the house _ a key that had been lost.A. in searching forB. in search ofC. to searchD. searching of88. I insisted that he_ at once.A. leaveB. leftC. leavesD. leaving89. When will you _ me the money that was borrowed?A. payB. repayC. pa

24、y forD. repay for90. Do you have any clothes to _, Tom? mother asked.A. washB. washingC. be washedD. washed答案:81-90 CADCD ABABC91. You may use the book as you like, _ you keep it clean.A. unlessB. so longC. as longD. so long as92. He _ the world record.A. failed to breakB. failed to breakingC. faile

25、d breakingD. failed br oken93. No _ what you say, _exists in three states.A. mattermattersB. mattermatterC. mattersmatterD. mattersmatters94. I wonder what time lunch is_ in your school.A. givenB. takenC. servedD. eaten95. The people in some countries _ freedom.A. longedB. long forC. longingD. longi

26、ng for96. I _ all the bookshops in our town for the book I needed but I coul dnt get one.A. huntedB. foundC. looked forD. searched for97. A piece of _ music will make you happy.A. fondB. pleasedC. merryD. glad98. -You seem to get lost. Need help?- _A. Yes, would you please help me with the bag?B. He

27、lp me find my key, please.C. Yes, give me a hand, please.D. Im looking for Zhongshan Road.99. -I must apologize for _ ahead of time.-Thats all right.A. letting you not knowB. not letting you know.C. letting you know notD. letting not you know100. The students are well _ the exam. They are sure to ge

28、t good mark s.A. prepared forB. ready forC. preparedD. preparing答案:91-100 DABCB ACDBA101. Yesterday the president spoke on TV to the _.A. countryB. nationC. landD. state102. The nurse gave _ the sweets to the children.A. upB. offC. outD. in103. Remember to_ a stamp on the envelope before you post it

29、.A. putB. placeC. strikeD. stick104 John: Do you happen to have twenty dollars with you?Jack: _John: I want to buy a notebook.A. How do you want it?B. How much?C. What for?D. When can you pay me back?105. After school was over the boys _ their books and went home.A. put inB. put asideC. put awayD. p

30、ut up106. _ went to see the film yesterday.A. Every of themB. Both theyC. Nobody of themD. Not all of them107. The higher the birds flew, _ we could see them.A. less clearlyB. the less clearlyC. more clearD. more clearly108. With her long beautiful hair gone _ would be no use for the comb s.A. sheB.

31、 theyC. thereD. it.109. Joe: Why dont you tell me a few things about your country?Ken: _A. Because I cant tell you many things at a timeB. Im afraid I cant.C. Sure. What in general are you interested in?D. I dont know anything a bout that.110. -You look so worn-out!-i lay _ all the night.A. wokeB. a

32、wakeC. sleptD. asleep答案:101-110 BCDCC DBCCB111. When you _ the book please return it to the library on time.A. get throughB. get alongC. look throughD. look up112. Both the man and his horse _ after the long ride.A. gave outB. worn outC. tired outD. run out113. You _ last night, but you went to the

33、concert.A. must have studiedB. might studyC. should have studiedD. would study114. Teacher: You cant finish the book in less than an hour, I suppose?Student: _.A. Yes, Im sure I canB. No, hardlyC. Sorry, I cantD. I dont think I can115. Tom: My brother will be surprised when he opens this package Im

34、sendi ng.Jack: Why are you sending him a package?Tom: _.A. Its a new radioB. Its his birthdayC. Its very expensiveD. Its too late116. Have a nice weekend! _.A. The same to youB. You do tooC. The same as youD. You have it too117. Joe: Are you taking some gifts with you when you return to America?Dan:

35、 Im planning to do so. Have you any suggestions?Joe: _.A. Im leaving tomorrowB. Im taking a planeC. Why dont you buy some bamboo works?D. I posted them to America yesterd ay118. What happened to the old mail carrier?He _ to a new neighborhood to work.A. has sentB. has been sentC. was sentD. sent119.

36、 Mary: This handbag isnt yours, is it?Joan: _.A. Yes, its not mineB. No, yours is biggerC. Yes, its my friendsD. No, mine is a red one120. Hi, havent seen you for ages! You look fine!A thesis submitted toin partial fulfillment 一、填空题1、自救就是当井下发生灾变时，在灾区或受灾变影响的每位工作人员进行避灾和保护自己的行动。2、目前煤矿使用的自救器，按其防护的特点可分边过

37、滤式和隔离式两大类。3、伤员的搬运方法有担架搬运法、单人徒手搬运法和双人徒手搬运法。4、瓦斯爆炸浓度界限为5%-16%。5、爆破落煤包括打眼、填炮眼、连线和爆破等工序。6、回柱必须按由里向外、自下而上的顺序进行。7、采煤机主要由电控部、牵引部、截割部三部分组成。8、违章作业就是违反煤矿安全规程、作业规程和操作规程。9、劳动合同是劳动者与用人单位之间确立劳动关系，明确双方权利和义务的协议。10、用工单位必须为劳动者提供符合国家规定的劳动安全卫生条件和必要的劳动防护用品。11、工人长期在有矿尘的环境中作业，吸入大量的矿尘，轻者会引起呼吸道炎症，重者会导致尘肺病。12、矿井通风是防止瓦斯积聚的基本措

38、施。13、瓦斯是一种无色、无味、无臭的气体。14、局部通风机必须安设在进风巷道中，距巷道回风口不得小于10米。15、矿井通风方式可分为中央式、对角式、混合式三种。16、矿井气候条件是井下温度、湿度和风速三者综合作用的结果。17、冒顶处理的特殊施工方法有撞楔法、探板法、木垛法、搭凉棚法。18、顶板事故是指在井下建设和生产过程中，因为顶板意外冒落造成的人员伤亡，设备损坏和生产中止的事故。19、井下爆破作业严禁在1个采煤工作面使用2台发爆器同时进行爆破。20、矿井供电系统必须有双回路供电。21、煤层顶板按照其与煤层距离自近至远可分为伪顶、直接顶基本顶三种。22、掘进工作面的炮眼按其用途和位置可分为掏

39、槽眼、辅助眼和周边眼三类。23、顶板事故的征兆有响声、掉碴、片帮、裂隙、漏顶、脱层现象。24、综采工作面是用采煤机破煤和装煤、刮板输送机运煤、自移式液压支架支护和放顶的工作面。25、刮板输送机严禁乘人，机头、机尾的压柱要打牢靠。26、生产矿井采掘工作面的空气温度不超过26，机电峒室的空气温度不得超过30。27、瓦斯爆炸必须具备瓦斯爆炸浓度、引爆温度、足够的氧气三个条件。28、当井下作业现场发生瓦斯突出预兆时，工作人员必须立即撤离现场，并佩戴好自救器迅速躲到安全地点。29、煤尘爆炸的危害表现在产生高温、产生高压，形成大量的有害气体三个方面。30、在井下发生火灾时，有可能引起瓦斯、爆尘爆炸事故。3

40、1、井下电钳工处理输送机故障时，必须停电停机，并挂上正在检修，不准送电的牌子。32、矿井透水预兆有挂红、挂汗、空气变冷、出现雾气、水叫、底板鼓起、水色发浑、出现臭味、顶水加大、片帮冒顶。33、井下供电的三大保护有漏电保护、保护接地、过流保护。34、井下爆破需要等15min以上，炮烟浓度符合安全要求时，才允许人员进入工作面。35、矿井必须坚持有掘必探、先探后掘的探放水原则。36、煤矿企业对新工人必须进行职业健康检查，并建立健康档案。37、在井下发现长期被困人员时，禁止用矿灯直接照其眼睛。38、在透水时水流急来不及躲避的情况下，现场作业人员应抓住棚子或其他固定物件，以防被水流冲入倒带跑。39、当发

41、现作业现场即将发生冒顶时，应迅速离开危险区，撤退到安全地点。40、现场急救常用技术包括人工呼吸、心脏复苏、止血、创伤包扎、骨折临时固定和伤工搬运等。41、“三违”是指违章指挥、违章作业，违反劳动纪律的行为。42、煤矿的三大规程是指煤矿安全规程、作业规程和煤矿工人技术操作规程。43、电气设备的隔爆外壳失去了耐爆性和隔爆性叫做失爆。44、主排水泵房必须有工作、备用和检修的水泵，工作水泵应具有20H内排出矿井一天的积水能力。45、劳动防护用品是用以保护煤矿井下从业人员作业，操作安全和健康泊一种预防性辅助装备。46、井下安全供电应做到的三无是指无鸡爪子、无羊尾巴、无明接头。47、在井拆卸矿灯会产生火花

42、，引起瓦斯和煤尘爆炸事故。48、掩护式支架一般由顶梁、掩护梁、底座、立柱、连杆、推移和操纵装置等组成。49、倾斜巷道中为防止车辆运输碰人，跑车撞人事故而设置了躲避硐。50、煤矿安全规程规定，矿井空气中一氧化碳的最高允许浓度为0.0024%.51、煤矿井下五大灾害为水、火、瓦斯、煤尘、顶板灾害。52、采掘工作面爆破地点附近20M以内风流中瓦斯浓度达到1%时严禁爆破.53、瓦斯防治体系包括通风可靠、抽采达标、监控可靠、管理到位。54、安全生产法规定，生产经营单位应当进行安全培训的从业人员包括主要负责人，安全生产管理人员，特种作业人员，其他从业人员。55、未经安全生产培训合格的从业人员，不得上岗作业

43、。56、高瓦斯矿井,矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/t，或矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3/t。57、我国煤矿安全法律体系主要有四部分组成，有法律、行政法规、地方性法规，部门规章和地方政府规章。58、安全生产法规定，生产经营单位从业人员有拒绝违章指挥和强令冒险作业的权利。59、我国煤矿安全生产三大支柱为管理、装备、培训三并重原则。60、瓦斯爆炸的引爆温度为650-750。61、瓦斯爆炸的氧气浓度必须达到12%。62、煤矿安全生产法律法规使煤矿生产建设有法可依，有章可循，以保障煤矿的安全生产和正常的工作秩序。63、安全生产法规定，生产经营单位从业人员有紧急情况下停止作业和紧急撤离的权利。64、煤矿

44、等生产经营单位新上岗的从业人员安全培训时间不得少于72学时，每年接受培训的时间不得少于20学时。65、安全培训的内容有生产经营单位人员应当接受安全培训；熟悉有关安全生产规章制度和安全操作规程，具备必要的安全生产知识，掌握本岗位的安全操作技能，增强预防事故，控制职业危害和应急处理的能力。66、安全生产法规定，从业人员享有工伤保险和获得伤亡赔偿的权利。67、安全生产法规定，从业人员在从业过程中，应当严格遵守本单位的安全生产规章制度和操作规程，服从管理的义务，正确佩戴和使用劳动防保用品的义务。68、劳动法明确规定，国家对女工和未成年工实行特殊保护。69、未成年工是指年满16周岁，未满18周岁的劳动者

45、。70、用人单位与从业人员订立劳动合同应当遵循合法、公平、平等自愿、协商一致，诚实信用的原则。71、煤矿安全规程规定井下每人每分钟供风量不得少于4m372、特种人员有井下电钳工、爆破工、瓦斯检查工、安全员、主提升司机、采煤机司机等。73、采掘工作面风流中二氧化碳浓度达到1.5%时,必须停止工作,撤出人员,查明原因,制定措施,进行处理.74、安全生产法规定从业人员有得知危险因素，防范措施和事故应急措施的权利。75、瓦斯治理十二字方针先抽后采，以风定产，监测监控。76、对窒息或心跳、呼吸刚停止不久的伤员，必须先复苏，后搬运；对出血的伤员，必须先止血，后搬运；对骨折的伤员必须先固定，后搬运。77、过滤式自救器是一种专门过滤一氧化碳的自救器。78、生产经营单位必须为从业人员按规