《開關(guān)電源培訓(xùn)》PPT課件.ppt

開關(guān)電源的基本原理,培訓(xùn)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(guān)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(shí)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(yīng)到與其匝數(shù)相應(yīng)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(shí)繞組N21上也感應(yīng)到相應(yīng)的電壓，其極性為上負(fù)下正，二極管VD反偏，次級無電流流過 因正反饋?zhàn)饔?，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(shí)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(shí)就停止增大了，變壓器中的磁通也就不再變化 此時(shí)通過繞組N11的電流要減小，從而感應(yīng)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(yīng)到正極性的電壓 N11下正上負(fù)，N12下正上負(fù)，N21上正下負(fù) VD正偏，負(fù)載中有電流流過 N12的下正上負(fù)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(dāng)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(fù)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(shí)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(lì)磁電流產(chǎn)生的能量 VT導(dǎo)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(fù)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(dāng)N21和N11和Vi恒定時(shí)，輸出電壓V2與TON及TOFF有關(guān)，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(shí)，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(guān)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(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流改變時(shí)改變開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)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(fù)進(jìn)行充放電 Q1導(dǎo)通期間，C2上的電壓升高，若升高到0.8V，Q2導(dǎo)通，則Q1截止 也就是說，Q1的導(dǎo)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(dǎo)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(shí)間常數(shù)C2R2）,控制電路的工作過程,當(dāng)因某種原因輸出端的電壓發(fā)生變化時(shí)，精密電壓基準(zhǔn)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(dāng)輸出電壓升高時(shí)，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(qiáng)度增大，流過光敏三極管電流增大，A點(diǎn)電位升高，Q2基極電壓提前升到0.8V，Q2導(dǎo)通，Q1截止，TON減小，從面使電壓保持穩(wěn)定 當(dāng)輸出電壓減小時(shí)，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(yīng)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?yàn)槿糁唤尤腚娙?，那只能用交流來?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(dǎo)通時(shí)間 當(dāng)輸入電壓的范圍較寬時(shí)，若采用一般的方法驅(qū)動基極，R2上消耗的功率過大，不實(shí)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(yīng)的負(fù)電壓充電（下正上負(fù)），Q1導(dǎo)通期間，它與正反饋繞組的正電壓（上正下負(fù)）之和加到Q1的柵極 當(dāng)Q1的漏極電流達(dá)到峰值時(shí)，柵極電壓可能超過10V 若柵極電壓達(dá)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(shí)有一個(gè)斜率，從而減小Di/Dt VD1的作用是使MOSFET截止時(shí)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(fù)到初始值 目前本公司的產(chǎn)品均為反激式開關(guān)電源 在反激式電路中的作用為保護(hù)開關(guān)管，使之免受開關(guān)管截止時(shí)的高壓（Vi+變壓器在開關(guān)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(diǎn),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(hù)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(guān)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(shí)其輸出電壓可參照RCC的公式計(jì)算，但式中的是TOFF次級二極管導(dǎo)通時(shí)間 負(fù)載較輕時(shí)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(dāng)輸出電壓高于設(shè)定值時(shí)，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(qiáng)度增強(qiáng)，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(dǎo)通時(shí)間變短，則輸出電壓降低。當(dāng)輸出電壓降低時(shí)，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(fù)載電流變化時(shí)，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(yīng)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(guān)管導(dǎo)通時(shí)流經(jīng)開關(guān)管中的電流必須從零開始升，若TON的最大時(shí)間已經(jīng)確定，就可防止發(fā)生過流 但是當(dāng)輸入電壓下降較大時(shí)，繞組N12感應(yīng)的正向電壓也下降，從而使開關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)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(shè)計(jì)到額定負(fù)載時(shí)為DCM，若過負(fù)載，就變?yōu)镃CM,即使TON的最大時(shí)間已經(jīng)設(shè)定，電流還會增大，有時(shí)會使變壓器飽和，故仍需要設(shè)OCP電路,OCP,圖1中當(dāng)Q1的電流增大時(shí)，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(guān)管截止，輸出電壓降低 下一個(gè)開關(guān)脈沖使RS觸發(fā)脈沖復(fù)位，僅這周期間開關(guān)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(shí),b.啟動電流較小時(shí),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(yīng)的電壓經(jīng)整流濾波后提供，同時(shí)Q2截止 對于大多數(shù)PWM集成控制器，啟振電壓設(shè)定較高，停振電壓設(shè)定較低，還要設(shè)法使啟動電流較小，此時(shí)可使用圖b的電路 圖b中，接通電源時(shí)，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(shí)電路開始振蕩,PWM輔助繞組的整流方式,前向耦合式，感應(yīng)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(shí)，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(yīng)電壓與輸出電壓成正比，若過負(fù)載引起輸出電壓下降，VC