直流电源工作原理

直流电源工作原理1 高频开关电源的组成高频开关电源由以下几个部分组成，如下图所示：图1：（高频开关电源原理图）一、主电路从交流电网输入直流输出的全过程，包括；1输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤。同时也阻碍本机产生的杂音反馈到公共电网。2 整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。3 逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。当然并不是频率越高越好，这里还涉及到元器件，成本，干扰，功耗等多种因素。4 输出整流与滤波：是根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。二、控制电路一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率与脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。三、驱动电路 将控制电路传输过来的控制信号进行分相、隔离和放大，控制驱动逆变器。并提供辅助电源和各种保护信号。四、显示设定电路 对输出电压、电流进行检测显示。同时操作者可以通过此电路对输出电压进行调整。2. 基本工作原理图2：（开关型稳压电源示意图）开关型稳压电源的示意图如图2所示。开关K接通时，输入电源VDC通过开关K和滤波电路提供给负载RL，在整个开关接通期间，电源VDC向负载提供能量；当开关K断开时，输入电源E便中断了能量的提供。可见，输入电源向负载提供能量不像串联线性调整型稳压电源那样连续，而是断续的，为使负载能得到连续的能量供给，开关型稳压电源必须要有一套储能装置，在开关接通时将一部分能量储存起来，在开关断开时，向负载释放。图2中，由电感L、电容C2和二极管D组成的电路，就具有这种功能。电感L用以储存能量，在开关断开时，储存在电感L中的能量通过二极管D释放给负载，使负载得到连续而稳定的能量，因二极管D使负载电流连续不断，所以称为续流二极管。在滤波电路输入端AB间得到的电压平均值EAB可用下式表示： EAB = （2-1）式中ton为开关每次接通的时间，T为开关通断的工作周期（即开关接通时间ton和关断时间toFF之和）。由式（2-1）可知，改变开关接通时间和工作周期的比例，AB间电压的平均值也随之改变。因此，随着负载及输入电源电压的变化自动调整ton和T的比例便能使输出电压VAB 维持不变。改变接通时间ton和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比，这种方式称为“时间比率控制”（Time Ratio Control,缩写为TRC）。按TRC控制原理，有三种方式，即脉冲宽度调制方式、脉冲频率调制方式和混合调制方式。本电源采用的是脉冲宽度调制（Plulse Width Modulation,缩写为PWM）方式。脉冲宽度调制方式指开关周期恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。因为周期恒定，滤波电器的设计容易。但在实际情况下，受开关器件和控制电路的限制，在晶体管的开通时间内，有很小的TON时间连续可调，将使输出电压不稳定，故在输出端必须要有一定数量的假负载。3工作原理说明一、 主回路本电源的主回路如图所示图3：（主回路原理图）工频电网交流电压直接经输入滤波器和输入整流滤波电路，得到最大值约300V左右的高压直流脉动电源（指电网允许变动范围10%，标称相电压为220V），输入滤波器的作用是防止工频电网上的高频干扰进入稳压电源，同时阻止稳压电源本身产生的高频干扰反串入共频电网。该直流电压施加到由高压开关晶体管BG1BG4和高频变压器T组成的功率转换回路上，通过控制电路，使高压开关BG1、BG4和BG2、BG3交替开通和关断，从而将直流电源变换成高频交变的矩形脉冲波电源，由高频变压器将该电压（升）降成所需的电压，然后再由副边开关整流二极管D1、D2进行全波整流，得到两倍于原边开关频率的断续矩形波，经输出滤波器将其平滑成连续的低纹波直流电源。二、控制回路控制回路的任务是提供高压开关晶体管基极驱动脉冲，完成稳定的输出电压控制和对电源或负载提供保护并发出告警讯号，它通常由检测比较放大电路、电压脉冲宽度转换电路（或电压频率转换电路）、时钟振荡器（或恒脉宽发生器）、基极驱动电路、过压过流保护电路保护电路以及辅助电源等基本电路构成。PWM方式必须要有产生恒定频率的振荡源以作为比较的基准，这种振荡器我们称为“时钟振荡器”，此外，还必须要有脉冲宽度调制电路，也就是说，检测比较放大电路将误差电压信号放大后，必须将该电压信号变换成脉冲宽度信号，完成这种功能的电路，我们称为“电压脉宽转换”电路（用V/W电路表示）；然后由基极驱动电路激励高压开关晶体管，调节导通脉冲宽度以实现稳压。比如，由于某种原因（负载电流减小或电网电压上升）使高频变压器副边输出电压的平均值增大，电源输出电压也将随之提高，反馈检测电路将这一提高了的输出电压和基准电压进行比较，放大，然后将这一电压变化量由电压脉宽转换电路转换成脉冲宽度的变化，使脉冲宽度变窄，亦即使脉冲的占空比减小，高频变压器输出电压的平均值下降，从而使输出电压达到稳定；反之，若电源输出电压由某种原因下降时，控制回路的输出脉宽将增大，高频变压器输出电压的平均值提高，使电源输出电压又回升到原来的数值，这便是PWM控制变换器型开关电源的基本稳压原理。本电源使用的是电流控制型PWM产生集成芯片UC3846为控制核心。另外还采用截流技术，当负载电流大于额定电流1.1倍时，控制器立即将输出电压减小至零。4、PWM型稳压电源的优点1、体积小、重量轻：因为用高频变压器取代笨重的工频变压器，所以体积、重量大大减小。2、效率高：由于采用开关来控制稳定输出电压，高压开关晶体管的功率损耗比串联线性调整型稳压电源小，再者，从电网直接整流获得高压，在同样输出功率条件下，流过开关晶体管回路的电流小，因此，效率一般可高达80%以上。效率的提高不仅为电源和电子设备的散热设计带来了方便，更主要是能源的节约，在今天“效率”已被视作为电源设备的一个十分重要的参数。3、适应性强：串联线性调整型稳压电源功率损耗将随输入电源电压和输出的电压之差增大而增大，因而不能适应输入电源和输出电压变动大的场合。PWM型稳压电源高压开关晶体管工作在开关状态，只要脉冲宽度调节范围许可，它可以工作在电网和输出电压变动幅度较大的场合。