《開關電源培訓》PPT課件.ppt

開關電源的基本原理,培訓教材,RCC變換器的工作原理,RCC變換器是一種利用間歇振蕩器構(gòu)成自激振蕩的回掃式變換器。 RCC：Ringing choke converter 回掃式變換器指變壓器在回掃期間傳遞能量 RCC廣泛用于50W以下的開關電源中,RCC的基本電路,RCC的工作流程,接通電源后，Rs為VT的基極提供電流 VT的集電極開始稍有電流 因變壓器的電感作用Ic從零開始上升 此時輸入電壓Vi加到繞組N11上 變壓器的初級繞組N11因有電流流過而產(chǎn)生感生電勢,RCC的工作流程,各繞組亦因此感應到與其匝數(shù)相應的電動勢 正反饋繞組N12開始為VT的基極供電 VT的基極電流增大 此時繞組N21上也感應到相應的電壓，其極性為上負下正，二極管VD反偏，次級無電流流過 因正反饋作用，N11繞組中的電流Ic以單調(diào)函數(shù)增大，即Ic=(Vi/L)t 式中Ic為集電極電流，L為N11的電感，t為時間,RCC工作流程,因正反饋繞組提供的電壓是有限的，故其提供的基極電流也是有限的 另外，集電極電流的放大倍數(shù)Ic/Ib也是有限的 電流上升到一定值時就停止增大了，變壓器中的磁通也就不再變化 此時通過繞組N11的電流要減小，從而感應出與電流同方向的電動勢阻止此電流的減小,RCC的工作流程,各繞組的同名端應到正極性的電壓 N11下正上負，N12下正上負，N21上正下負 VD正偏，負載中有電流流過 N12的下正上負的極性使VT反偏截止 VT上加有很高的電壓，為Vi和N11的回掃電壓之和,RCC的工作流程,當Ic減小到0，VD中無電流流過，所有繞組的電壓為0 N12的電壓也為0，VT脫離反偏狀態(tài) 接著，Vi再通過Rs為VT提供基極電流 電路重復上述工作過程，開始新一輪的振蕩,RCC的工作波形,Ic VCE iD,死區(qū)時間,TOFF,TON,RCC的工作波形,V2,磁通,RCC方式的回掃變換器主要作用是傳遞勵磁電流產(chǎn)生的能量 VT導通期間磁通增加，變壓器蓄積能量 截止期間，釋放出蓄積的能量，磁通恢復到初始值 磁通增加量B=(Vi/N11xS)TON 磁通減少量B=(V2/N21xS)TOFF V2=N21/N11xTON/TOFFxVi,磁通,由上式可知，當N21和N11和Vi恒定時，輸出電壓V2與TON及TOFF有關，控制其比值就可使輸出電壓輸出穩(wěn)定 TON及TOFF之比稱為占空比,振蕩頻率,ICP=(Vi/L1)TON 集電極電流上升到峰值時，變壓器蓄積能量，其能量也是振蕩期間Ts供給的輸入功率 P1Ts=1/2L1(ICP)2=1/2x(Vi2/L1)xTON2 f=1/2L1P1Vi/(1+N21Vi/N11V2)2 由上式可知，無論Vi是變化，還是P1變化，振蕩頻率都跟著改變 RCC的振蕩頻率一般選在20KHz以上,控制電路,開關電源的控制電路有間接控制電路和直接控制電路兩類 本公司的產(chǎn)品一般采用直接控制電路 控制電路的作用是當輸入電壓或負載電流改變時改變開關管的導通時間，從而使輸出電壓保持穩(wěn)定,控制電路原理圖,Rs,VD3,Q1,Q2,C1,C2,R1,R2,VD1,R3,R4,PC1,R5,R6,TL431,R7,R8,A,VD2,C3,C4,N11,N12,N21,控制電路的工作過程,繞組N12的交流電壓對電容C2反復進行充放電 Q1導通期間，C2上的電壓升高，若升高到0.8V，Q2導通，則Q1截止 也就是說，Q1的導通期間與C2上的電壓升高的0.8V的期間是一致的，這樣，Q1導通期間由C2的充電期間決定，也決定了Q1的集電極電流的峰值（充電時間常數(shù)C2R2）,控制電路的工作過程,當因某種原因輸出端的電壓發(fā)生變化時，精密電壓基準TL431通過采樣電阻R7，R8感知此一變化，并通過PC1把此一變化反饋回初級側(cè)的控制電路 具體的過程為當輸出電壓升高時，IR10增大，流過TL431 AK端的電流增大，PC1中的發(fā)光二極管發(fā)光強度增大，流過光敏三極管電流增大，A點電位升高，Q2基極電壓提前升到0.8V，Q2導通，Q1截止，TON減小，從面使電壓保持穩(wěn)定 當輸出電壓減小時，控制過程和電壓升高的過程相反,基極驅(qū)動電路,VT1,C1,R2,VT2,R1,C2,VD1,VT3,VT1,VT2,R2,VD1,C1,N12,一般的方法,寬輸入電壓相對應的方法,基極驅(qū)動電路,一般的方法中，接入二極管VD1和電容C1，這是因為若只接入電容，那只能用交流來驅(qū)動基極，而接二極管后，可有直流驅(qū)動基極，因此能獲得較長的導通時間 當輸入電壓的范圍較寬時，若采用一般的方法驅(qū)動基極，R2上消耗的功率過大，不實用，可考慮采用第二種方法，電路中VT3為恒壓驅(qū)動晶體管,柵極驅(qū)動電路,Q1,Q2,R1,C1,N12,DZ,Q1,Q2,R1,N12,DZ,圖1,圖2,VD1,柵極驅(qū)動電路圖1,Q1截止期間，C1以正反饋繞組N12感應的負電壓充電（下正上負），Q1導通期間，它與正反饋繞組的正電壓（上正下負）之和加到Q1的柵極 當Q1的漏極電流達到峰值時，柵極電壓可能超過10V 若柵極電壓達不到10V，RDON就會變大 柵極額定電壓一般為+/-30V,為防止柵極電壓超過額定值，電路中接入DZ（24V）。,柵極驅(qū)動電路圖2,圖2中去掉了電容，電阻R1和VD1并聯(lián)構(gòu)成柵極驅(qū)動電路 R1的作用是使ID上升時有一個斜率，從而減小Di/Dt VD1的作用是使MOSFET截止時其極間電容上的電荷能快速泄放，使其盡快截止,RCD電路,C1,R1,VD1,Q1,Vi,RCD電路,在正激式電路中的作用為使變壓器蓄積的能量釋放出來，即使磁通恢復到初始值 目前本公司的產(chǎn)品均為反激式開關電源 在反激式電路中的作用為保護開關管，使之免受開關管截止時的高壓（Vi+變壓器在開關管截止瞬間產(chǎn)生的感生電勢）的損害 電路中，C的取值越大，電壓尖峰越低,PWM回掃變換器電路原理圖,PWM控制器,VCC,GND,FB,CL,TL431,VOUT,PWM回掃變換器特點,PWM：Pulse-Width Modulation 脈寬調(diào)制 外圍元件較少 振蕩頻率固定 輔助繞組的極性和初級的極性相反 用PWM取代了控制電路中的部分DIP元件 其工作方式有電流連續(xù)和電流不連續(xù)兩種 輔助線圈的整流方式有前向式和后向式兩種,PWM控制器的功能,電源引腳VCC 驅(qū)動引腳Vout 反饋引腳FB 電流限制引腳CL 接地引腳GND 決定振蕩周期的引腳CT和RT 外接軟起動電容的引腳CS 過電壓保護引腳SD,PWM回掃變換器基本電路的電壓電流波形,TD,漏源電壓,二極管電流,漏極電流,柵極電壓,DCM,CCM,TON,TOFF,TON,DCM和CCM,DCM電流不連續(xù)模式 CCM電流連續(xù)模式 由上圖可知，在DCM下，除開關管有電流流通期間TON以及整二極管有電流流通期間TOFF外，還有不連續(xù)期間TD 在不連續(xù)模式下工作時其輸出電壓可參照RCC的公式計算，但式中的是TOFF次級二極管導通時間 負載較輕時會出現(xiàn)電流不連續(xù)期間,PWM電壓控制工作原理,PWM比較器-控制TON的電路,+,-,PWM輸出,A1,FB,比較器輸入,比較器輸出,逆變器輸出,FB電壓,三角波電壓,PWM電壓控制工作原理,當輸出電壓高于設定值時，光電耦合器發(fā)光元件二極管流經(jīng)的電流增大，發(fā)光強度增強，于是PC中受光元件光敏三極管集電極電壓降低，因PWM比較器A1的同相端加的是三角波電壓，從而輸出脈沖寬度變窄，TON導通時間變短，則輸出電壓降低。當輸出電壓降低時，與上述過程相反,PWM電壓控制工作原理,對于電流連續(xù)工作方式，負載電流變化時，TON不一定改變，因TON恒定可使電流增大這是直接控制峰值電流的方式，它比改變TON來控制峰值電流方式的響應速度更快,OCP,振蕩器,R,S,RS觸發(fā)器,PWM閉鎖脈沖輸出,Q1,R1,RS,+,-,A1,Q1的峰值電流=Vz/Rs,VZ,電流限制圖1,OCP,振蕩器,R,S,RS觸發(fā)器,PWM閉鎖脈沖輸出,Q1,Rs,+,-,A1,Q1的峰值電流=VR/Rs,VR,電流限制圖2,OCP,對于RCC變換器，開關管導通時流經(jīng)開關管中的電流必須從零開始升，若TON的最大時間已經(jīng)確定，就可防止發(fā)生過流 但是當輸入電壓下降較大時，繞組N12感應的正向電壓也下降，從而使開關管導通的時間變長而造成變壓器飽和 對于PWM回掃變換器，因周期TS是恒定的，不會發(fā)生RCC的上述現(xiàn)象，然而，雖然設計到額定負載時為DCM，若過負載，就變?yōu)镃CM,即使TON的最大時間已經(jīng)設定，電流還會增大，有時會使變壓器飽和，故仍需要設OCP電路,OCP,圖1中當Q1的電流增大時，IRS增大，若IRS大于VZ，則比較器輸出高電平，RS觸發(fā)器置位輸出PWM閉鎖脈沖，Vout輸出低電平，開關管截止，輸出電壓降低 下一個開關脈沖使RS觸發(fā)脈沖復位，僅這周期間開關管截止。此種限流作用稱為Pulse by pulse current limitation 圖2中電路的工作原理和圖1相似,PWM的啟振和停振電壓,N11,N12,Q2,Q3,VCC,VCC,C1,a.啟動電流較大時,b.啟動電流較小時,啟振電壓,停振電壓,t1,C1上的電壓,RS,PWM的啟振和停振電壓,圖a中，啟振前輸入電源通過Q2為VCC提供電壓。啟振后，由N12繞組感應的電壓經(jīng)整流濾波后提供，同時Q2截止 對于大多數(shù)PWM集成控制器，啟振電壓設定較高，停振電壓設定較低，還要設法使啟動電流較小，此時可使用圖b的電路 圖b中，接通電源時，輸入電壓經(jīng)電阻RS對C1充電，C1的電壓升高到啟振電壓時電路開始振蕩,PWM輔助繞組的整流方式,前向耦合式，感應電壓與輸入電壓成正比，若輸入電壓下降，VCC也跟著下降，降到停振電壓時，振蕩電路停止工作，這種輸入電壓低而使振蕩器停振的電路稱為低輸入禁止電路 后向耦合式，感應電壓與輸出電壓成正比，若過負載引起輸出電壓下降，VC