12. 开关电源原理介绍与应用

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,长沙职业技术学院机电工程系,开关电源原理及应用,电源,电源是提供电压的装置。 把其他形式的能转换成电能的装置叫做电源。,电源分为普通电源和特种电源，又可细分为：开关电源、 交流稳压电源、直流稳压电源、DC/DC电源、 通信电源、 模块电源、 变频电源、UPS电源 、 EPS应急电源 、净化电源 、 整流电源 、 定制电源、加热电源、 焊接电源/电弧电源 、电镀电源 、 网络电源、 电力操作电源 、适配器电源、 线性电源、 电源控制器/驱动器 、 功率电源、,各种电源及转换装置,开关电源,开关电源,形象理解,就是这里有一扇门，一开门电源就通过，一关门电源就停止通过，那么什么是门呢，开关电源里有的采用可控硅，有的采用开关管，这两个元器件性能差不多，都是靠基极、（开关管）控制极（可控硅）上加上脉冲信号来完成导通和截止的，脉冲信号正半周到来，控制极上电压升高，开关管或可控硅就导通，由220V整流、滤波后输出的300V电压就导通，通过开关变压器传到次级，再通过变压比将电压升高或降低，供各个电路工作。,各式各样的开关电源,开关电源特点,体积小，重量轻：由于没有工频变压器，所以体积是线性电源的20%30%,功耗小，效率高：功率晶体管工作在开关状态，所以功耗小，转化率高，能达到60%70%，而普通电源只有40%50%,开关电源的应用非常广泛,工业上，经常要用到24V直流电，用来给继电器，触摸屏，电磁阀供电，就会用到开关电源。,生活中， 充电器，电脑电源，笔记本适配器，电磁炉等等，都有开关电源的身影。,简单的 充电器电路,工作原理,输出波形,电容使得负载的电压由脉冲电压变成直流电压，电容一般都比较大，这样得到的电压线性效果更好,开关通断的瞬间，电流很大，加上Rx的作用就是保护电容不被击穿,电阻Rx耗能元件，降低效率，保护器件是选择电容还是电感？,电容是通交流，阻直流，只在开关的瞬间允许电流通过，不合适。电感能起到很好的保护作用，又不消耗额外的能量。,开关电源雏形,输出电压的调节,充电器电路,工作流程,1、输入滤波,2、整流,3、DC-DC高频变换,4、输出整流与滤波,复杂的开关电源,开关电源技术的发展动向,开关电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。,由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化，因此国外各大开关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件，特别是改善二次整流器件的损耗，开关电源的高频化就必然对传统的PWM开关技术进行创新，实现ZVS、ZCS的软开关技术已成为开关电源的主流技术,。,模块化是开关电源发展的总体趋势，可以采用模块化电源组成分布式电源系统，可以设计成N1冗余电源系统，并实现并联方式的容量扩展。,120W电子变压器电原理图,120W电子变压器PCB图,电子变压器电原理图,电子变压器PCB图,双荧光灯电子镇流器电原理图,双荧光灯电子镇流器PCB图,荧光灯电子镇流器电原理图,荧光灯电子镇流器PCB图,飞利蒲电子镇流器电路原理图,飞利蒲电子镇流器,PCB,图,飞利蒲电子镇流器,PCB,图,开关电源的,结构,和基本原理,开关电源工作原理,通过高频开关技术将输入的较高的交流电压,(AC),转换为,PC,电脑工作所需要的较低的直流电压,(DC),开关电源的中心思想：用提高工作频率等手段来提高电源的功率密度，进而达到减少变压器的体积和重量的目的。,采用开关变换的显著优点是大大提高了电能的转换效率，典型的,PC,电源效率为,70%-75%,，而相应的线性稳压电源的效率仅有,50%,左右。,输出电压的稳定则是依赖对脉冲宽度的改变来实现，这就叫做脉宽调制,PWM,。,开关电源工作流程,当市电进入电源后，先经过扼流线圈和电容滤波去除高频杂波和干扰信号，然后经过整流和滤波得到高压直流电。,接着通过开关电路把直流电转为高频脉动直流电，再送高频开关变压器降压。,然后滤除高频交流部分，这样最后输出供电脑使用相对纯净的低压直流电。,框图,-,一个典型的半桥式开关电源的结构流程图,EMI,器件,功率输出,PWM,主变压器,整流滤波,驱动变压器,开关管,AC,输入,SB,器件,辅助变压器,SB,输出,取样,供电,控制,VCC,常用元器件性能及主要参数介绍,电阻,电容,电感,二极管,三极管,变压器,比较器,PWM,控制器,开关电源原理示意图,电路图.一个典型的电路图,1.,经过了,EMI,滤波电路以及,PFC,电路的交流电波形,2.整流滤波电路后的波形输出,3.,从高压滤波电容出来的电压波形,4.经过开关管后的波形,5.经过变压后的波形,6.低压整流后的波形,7.终于得到了最终需要的电压,抗干扰电路（,EMI,）,由一个线圈和两个电容组成，通常有两级,EMI,。,功能：滤除由电网进来的各种干扰信号，防止电源开关电路形成的高频扰窜电网。,抗干扰电路（,EMI,）,整流滤波电路,开关电路,PFC,电路,保护电路,电路结构,PFC,电路,PFC,（,Power Factor Correction,）即“功率因数校正”，主要用来表征电子产品对电能的利用效率。功率因数越高，说明电能的利用效率越高。通过,CCC,认证的电脑电源，都必须增加,PFC,电路。,PC,电源采用传统的桥式整流、电容滤波电路会使,AC,输入电流产生严重的波形畸变，向电网注入大量的高次谐波，因此网侧的功率因数不高，仅有左右，并对电网和其它电气设备造成严重谐波污染与干扰。,PFC,有两种，一种是无源,PFC,（也称被动式,PFC,），一种是有源,PFC,（也称主动式,PFC,）。,无源,PFC,无源,PFC,一般采用电感补偿方法，通过使交流输入的基波电流与电压之间相位差减小来提高功率因数，但无源,PFC,的功率因数不是很高，只能达到。,位置在第二层滤波之后，全桥整流电路之前。,有源,PFC,输入电压可以从,90V,到,270V,；,高于的线路功率因数，并具有低损耗和高可靠等优点；,有源,PFC,电路可用作辅助电源，而不再需要辅助电源变压器；,输出不随输入电压波动变化，因此可获得高度稳定的输出电压；,有源,PFC,输出,DC,电压纹波很小，且呈,100Hz/120Hz,（工频,2,倍）的正弦波，因此采用有源,PFC,的电源不需要采用很大容量的滤波电容。,EMI电路,整流滤波电路,高压整流滤波电路由一个全桥（由四个二极管组成）和两个高压电解电容组成。把,220V,交流市电转换成,300V,直流电。,低压整流滤波电路由二极管和电解电容组成,(12V,使用快恢复管，,5V,和使用肖特基管,),，如图。,关键元件：辅助电源开关管、辅助电源变压器、,三端稳压器,300V,直流电通过辅助电源开关管成为脉冲电流，通过辅助电源变压器输出二组交流电压，,一路经整流,、,三端稳压器稳压，输出,+5VSB,，,加到主板上作为待机电压,；另一路经整流滤波，输出辅助,+12V,电源，供给,PWM,等芯片工作。,辅助电源电路,开关电路,核心部分,关键元件：,PS-ON,、精密稳压电路,、,PWM,控制芯片,、推动管（由两个三极管组成）、驱动变压器、主开关变压器,原理：由推动管和,PWM,（,Pulse Width Modulation,）控制芯片构成振荡电路，产生高频脉冲,待机时，主板启闭控制电路的电子开关断开，,PWM,控制芯片封锁调制脉宽输出，使,T2,推动变压器，,T1,主电源开关变压器停振，停止提供输出电压。,受控启动后，主板启闭电子开关接地。,PWM,控制芯片输出脉宽调制信号并控制,Q3,、,Q4,的,c,极所接,T2,推动变压器初级绕组的激励振荡，,T2,次级它激振荡产生的感应电势作用于,T1,主电源开关变压器的一次绕组，二次绕组的感应电势经整流形成,33V,，,5V,，,12V,的输出电压。,电压比较器,PWM,控制芯片,PW-OK,电路,重要元件：电压比较器。,待机时,PW-OK,向主机输出零电平的电源自检信号，主机停止工作处于待命状态。,受控启动后，,PW-OK,在开关电源输出电压稳定后再延迟几百毫秒由,0,电平起跳到,5V,，向主机输出高电平的信号。该信号相当于,AT,电源的,PG,信号。主机检测到,PW-OK,电源完好的信号后启动系统。,在主机运行过程中若遇市电掉电或关机时，,PW-OK,输出信号比,ATX,开,关电源,5V,输出电压提前几百毫秒消失，通知主机触发系统在电源断电前自动关闭，防止突然掉电时硬盘磁头来不及移至着陆区而划伤硬盘。,保护电路,七重保护,1,、输入端过压保护：耐压值为,270V,的压敏电阻,2,、输入端过流保护：保险丝,3,、输出端过流保护：通过导线反馈，驱动变压器就会相应动作，关断电源的输出。,4,、输出端过压保护：当比较器检测到的输出电压与基准电压偏差较大时，稳压管就会对电压进行调整。,5,、输出端过载保护：过载保护的机理与过流保护一样，也是由控制电路和驱动变压器进行的。,6,、输出端短路保护：输出端短路时，比较器会侦测到电流的变化，并通过驱动变压器、,PWM,关断开关管的输出。,7,、温度控制：通过温度探头检测电源内部温度，并智能调整风扇转速，对电源内部温度进行控制。,2。DC输出的几个概念,电压,电流,纹波、杂讯,一个规格书范例,HK400-42SP,的规格书,我们必须注意,PEAK,值与,MAX,值的差异,谢谢！,