开关电源的原理与设计课件

,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,开关电源的原理与设计,开关电源的原理与设计,一、线性稳压电源的特点,第一部分：开关稳压电源的基本原理,晶体管串联式线性稳压电源,一、线性稳压电源的特点 第一部分：开关稳压电源的基本原理 晶,线性调整式直流稳压电源的,优点：,稳定度高、输出电压连续可调、输出纹波小。,线性调整式直流稳压电源的最大,缺点：,功耗大、效率低，为了解决散热问题须加散热片，增加了电源体积和重量。另外抗干扰能力较差。,造成这些缺点的,原因,：,调整管工作在线性放大区，管子集电极电流,I,C,和管压降,U,CE,都很大，耗散功率,P,C,=,I,C,U,CE,很大。,开关电源的基本思想：,晶体管工作在饱和导通和截止状态时，管耗很小。开关电源指调整管工作在开关状态。,线性调整式直流稳压电源的优点：稳定度高、输出电压,二、开关电源的原理,晶体管串联式开关稳压电源结构,二、开关电源的原理 晶体管串联式开关稳压电源结构,+,-,+,-,D,T,u,B,调整管,续流二极管,滤波电路,储能电感,0,(a),(b),(c),0,0,u,B,为高电平时,T饱和导通,D截止，电感,L,储存能量,电容,C,充电,发射极电位,U,E,=,U,I,-,U,CES,=,U,I,u,B,为低电平时,T截止,电感,L,储存能量通过续流二极管D对负载释放能量。感生电动势使D导通，,C,通过,R,L,放电。,U,E,-,U,D,+-+-DTuB调整管续流二极管滤波电路储能电感0(a,+,-,+,-,D,T,如何稳压,输出电压,U,O,为,电路根据输出电压的变化情况自动调节,u,B,的脉冲占空系数,q,调节,U,O,的大小，达到稳定输出电压的目的。,电路缺点,输出电压,U,O,的脉动成分与负载电流的大小和滤波电路,L,、,C,的取值有关。,L,、,C,的取值越大，输出电压,U,O,越平滑。通常脉动成分比线性稳压电源要大一些。这就是开关稳压电路的缺点之一。,u,B,T,=,t,on,+,t,off,是开关的周期;,t,on,是导通时间;,t,off,是截止时间;,q,=,t,on,/,T,是脉冲占空系数。,+-+-DT如何稳压输出电压UO为电路根据输出电压的变,U,O,增大时减小,u,B,的占空比，而在,U,O,减小时增大,u,B,的占空比，那么输出电压就可稳定。,-,+,-,+,三角波,发生电路,基准电压电路,+,-,+,-,T,(一),电,路,结,构,比较放大器,比较器,采样电路,稳压原理,第三节,+,-,+,-,D,T,u,B,u,E,u,T,三、串联型开关稳压电路,UO增大时减小uB的占空比，而在UO减小时增大uB的,(二)工作原理,-,+,-,+,三角波,发生电路,基准电压电路,+,-,+,-,T,比较器,比较放大器,0,(a),0,(b),稳压调节过程就是在保持调整管周期,T,不变的情况下，通过改变调整管导通时间,t,on,来调节脉冲占空比，从而达到稳压的目的。这种电源又称之为脉宽调制型开关电源。,u,A,与,u,B,占空比之间关系如图。,u,A,越大，,u,B,的占空比越大。,u,E,u,T,(二)工作原理-+-+三角波基准电压电路+-+-T,对于输入与输出电压不需隔离时，用一个开关管和L、D、C组成的变换器电路，最基本的有如下三种：,（1）降压变换器（buck）；（2）升压变换器（boost）；（3）降、升压变换器（buck-boost）。,无隔离的,DC,DC,变换电路,四、DC/DC变换的开关电源,对于输入与输出电压不需隔离时，用一个开关管和L、D、C组成的,1、降压型DC/DC变换电路,1.临界连续工作状态,2.电流断续的工作状态,3.电流连续的工作状态,1、降压型DC/DC变换电路1.临界连续工作状态,2、升压型DC/DC变换电路,2、升压型DC/DC变换电路,3、反转型DC/DC变换电路,3、反转型DC/DC变换电路,五、由MC34036构成的DC/DC开关电源,CW34063的原理框图,五、由MC34036构成的DC/DC开关电源 CW34063,(一)降压式电路,a）直接用于降压b）外接NPN晶体管扩流电路,图8-12 CW34063的降压应用电路,(一)降压式电路 a）直接用于降压b）外接NPN晶体管扩流,（二）升压式电路,（a）（b）,a）直接升压式 b）外接NPN管扩流式,图8-13 CW34063的Boost converter,（二）升压式电路（a）（b）,（三）反转电路,(a)(b),a）直接变换式 b）外接PNP管扩流式,图8-14 CW34063的BuckBoost converter,（三）反转电路(a)(b),六、无工频变压器开关电源,图,8-3,无工频变压器的开关电源原理框图,六、无工频变压器开关电源 图8-3 无工频变压器的开关电源,无工频变压器开关稳压电源，有如下的,优点,：,1.效率高。一般在7080%以上。,2.体积小、重量轻，随着频率的提高，收效更显著。,3.稳压范围广，一般交流输入80265V，负载作大幅度变化时，性能很好。,4.噪声低，声频在20kHz以上时，已是人耳听不到的超声波，而开关电源的工作频率一般都大于此频率；,5.性能灵活，通过输出隔离变压器，可得到低压大电流、高压小电流；一个开关控制的一路输入可得到多路输出以及同号、反号等输出；,6.电压维持时间长，为了适应交流停电时，计算机、现代自动化控制设备电源转换的需要，开关电源可在几十毫秒内保证仍有电压输出。,7.,可靠性大，当开关损坏时，也不会有危及负载的高电压出现。,无工频变压器开关稳压电源，有如下的优点：,无工频变压器开关稳压电源的,不足之处,：,1.输出纹波较大，约有10100mV的峰峰值；,2.脉冲宽度调制式的电路中，电压、电流变化率大；,3.控制电路比较复杂，对元器件要求高；,4.动态响应时间至少要大于一个开关周期，不如串联式晶体管线性稳压电源。,无工频变压器开关稳压电源的不足之处：,图8-5 高频变压器开关电源基本功能框图,图8-5 高频变压器开关电源基本功能框图,这类电源的共同特点是具有高频变压器、直流稳压是从变压器次级绕组的高频脉冲电压整流滤波而来。变压器原副方是隔离的，或是部分隔离的，而输入电压是直接从交流市电整流得到的高压直流。,用高频变压器的变换电路按其工作方式可分为五类：,电路类型,传输功率,应用环境,单端反激式变换器,20100W,小型仪器、仪表，家用电器等电源，自动化设备中的控制电源,单端正激式变换器,50200W,小型仪器、仪表，家用电器等电源，自动化设备中的控制电源,推换式变换器,100500,控制设备，计算机等电源,半桥式变换器,1005000W,焊机，超声电源，计算机电源等,全桥式变换器,500W30kW,焊机、高频感应加热，交换机等,这类电源的共同特点是具有高频变压器、直流稳压是从变压,1、单端反激式,图8-15 单端反激式变换器,（1）磁通临界连续的工作情况：,临界连续状态时的电压电流波形,1、单端反激式图8-15 单端反激式变换器（1）磁通临界,（2）磁通不连续的工作状态,图8-17 磁通不连续时的工作波形,（2）磁通不连续的工作状态 图8-17 磁通不连续时的,（3）磁通连续的工作状况,图,8-18,磁通连续时的工作波形,（3）磁通连续的工作状况图8-18 磁通连续时的工作波形,2、半桥式变换器,图8-22 半桥式变换器原理电路,2、半桥式变换器 图8-22 半桥式变换器原理电路,图,8-23,半桥式变换器的工作波形,图8-23 半桥式变换器的工作波形,3、全桥式变换器,图8-26 全桥式变换器主电路,3、全桥式变换器 图8-26 全桥式变换器主电路,图8-27 全桥式变换器的工作波形,图8-27 全桥式变换器的工作波形,