開關(guān)電源的基本概念和分析方法.ppt

開關(guān)電源的基本概念和分析方法,什么是Power Supply?,Power Supply,負(fù)載,Vin, Iin,Power Supply是一種提供電力能源的設(shè)備，它可以將一種電力能源形式轉(zhuǎn)換成另外一種電力能源形式，并能對(duì)其進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。,上級(jí)電能形式,Vo, Io,f, phase,f, phase,根據(jù)轉(zhuǎn)換的形式分類: AD/DC, DC/DC, DC/AC, AC/AC,根據(jù)轉(zhuǎn)換的方法分類: 線性電源，相控電源，開關(guān)電源,根據(jù)調(diào)控的效果分類: 穩(wěn)壓， 恒流， 調(diào)頻，調(diào)相,根據(jù)調(diào)控的方法分類: 傳統(tǒng)反饋控制，矢量控制，數(shù)位控制,什么是Switching Mode Power Supply?,Vin,Vo,R,Rx,Vo=Vin*Rx/(R+Rx),Vo=?,L,C,L,C,Vo=Vin*D,D,基本電子元件在開關(guān)電源中所起的作用,線性電源(Linear Power),開關(guān)電源 (Switching Power),開關(guān)電源的基本元件：,有源開關(guān)(Switch),二極管(Diode),電感(Inductor),電容器(Capacitor),變壓器(Transformer),+ u(t) -,i(t),電容的基本方程,1. 當(dāng)一電流流經(jīng)電容, 電容兩端的電壓逐漸增加, 并且電容量越大電流增加越慢.,C,I,+ U -,2. 在穩(wěn)態(tài)工作的開關(guān)電源中流經(jīng)電容的電流對(duì)時(shí)間的積分為零。,I+,I-,A,B,面積A=面積B,電感的基本方程,1. 當(dāng)一電感突然加上一個(gè)電壓時(shí), 其中的電流逐漸增加, 并且電感量越大電流增加越慢.,2. 當(dāng)一電感上的電流突然中斷, 在其兩端會(huì)產(chǎn)生一瞬時(shí)高壓, 并且電感量越大該電壓越高,U,L,I,+ U -,L,I,電感的伏秒平衡原則：,u(t) i(t),V+,V-,t1,t2,t0,對(duì)穩(wěn)定狀態(tài),伏秒平衡原則: 在穩(wěn)態(tài)工作的開關(guān)電源中電感兩端的正伏秒值等于負(fù)伏秒值.,V+,V-,A,B,V+,V-,A,B,面積A=面積B,分析開關(guān)電源中電容和電感的幾條原則：,電容兩端的電壓不能突變 (當(dāng)電容足夠大時(shí),可認(rèn)為其電壓不變)。 電感中的電流不能突變 (當(dāng)電感足夠大時(shí),可認(rèn)為其電流恒定不變)。 流經(jīng)電容的電流平均值在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)為零。 電感兩端的伏秒積在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)必須平衡。,恒流充電,恒壓儲(chǔ)能,兩個(gè)有用的公式：,C:,L:,Buck電路工作原理分析：,Vin,Vo,D,L,Io,S,S,UL,IL,Vin-Vo,-Vo,Io,D,1-D,T,根據(jù)L的伏秒平衡原則：,(Vin-Vo)*DT=Vo*(1-D)T,Vo=Vin *D,L*Io=Vo *(1-D)T,Is,根據(jù)L在1-D時(shí)間的基本方程：,Io=Vo *(1-D)T/L,Buck電路的輸入輸出關(guān)系：,Vo/Vin = D,Boost電路工作原理分析：,Vin,Vo,L,Io,S,S,UL,IL,Vin,Vo-Vin,D,1-D,T,根據(jù)L的伏秒平衡原則：,Vin*DT=(Vo-Vin)*(1-D)T,Vin *T=(1-D)TVo,Is,D,Vo=Vin/(1-D),ID,Io,Vo/Vin =1/(1-D),Boost電路的輸入輸出關(guān)系：,理想變壓器的基本方程：,理想變壓器模型： 變壓器繞組完全耦合 變壓器無氣隙且磁芯的導(dǎo)磁率無窮大,I1,電壓基本方程:,電流基本方程:,理想變壓器個(gè)繞組的電壓與匝數(shù)成正比，且同名端具有相同極性；各繞組電流與匝數(shù)乘積之和為零，即電流的變比與匝比成反比，且極性相反（點(diǎn)進(jìn)點(diǎn)出原則）。,實(shí)際變壓器的分析方法：,變壓器繞組不是完全耦合,I1,I1,N2,N1,1,2,Lk,2. 變壓器有氣隙或磁芯的導(dǎo)磁率有限,I2,Im,當(dāng)副邊開路時(shí),I2=0,Im即為原邊電感Lm（副邊不存在或開路時(shí)的電感）產(chǎn)生的電流，Lm稱為激磁電感或勵(lì)磁電感,k可以認(rèn)為是由原邊串聯(lián)的電感Lk產(chǎn)生,其大小為副邊短路時(shí)原邊所測(cè)得的電感量， Lk稱為變壓器的漏感。,實(shí)際變壓器的等效模型：,變壓器的伏秒平衡原則: 在穩(wěn)態(tài)工作過程中變壓器繞組兩端的正伏秒值等于負(fù)伏秒值.,V+,V-,A,B,V+,V-,A,B,面積A=面積B,理想變壓器的電路變換關(guān)系：,u1,u2,I2,n:1,I1,R,u1,I1,R,u2=I2R,u1=nu2,I1=I2/n,R= u1/I1=(nu2)/(I2/n)=n2R,Ns:Np=n:1,正激變換器（Forward）工作原理分析：,Io,(Vin/n-Vo)DT=Vo(1-D)T,n:n:1,根據(jù)電感的伏秒平衡：,Vo=VinD/n,根據(jù)變壓器的伏秒平衡：,VinDT=VinTr,Tr=DT,Tr (1-D)T,D50%,IL,根據(jù)電感的儲(chǔ)能關(guān)系：,LIL = (1-D)T*Vo,IL = (1-D)T*Vo/L,Ip,IL,正激變換器的輸入輸出關(guān)系:,Vo=VinD/n,反激變換器（Flyback）工作原理分析：,Io,Vin,Vo,G,D S,Vgs,ID,Vds,D,1-D,T,Ip,VL,Io,Vin,-nVo,Lm,Vin,Vin+nVo,根據(jù)變壓器的伏秒平衡：,D,Im,n:1,反激變換器的輸入輸出關(guān)系：,小 結(jié),開關(guān)電源功率電路的五個(gè)基本元件：開關(guān), 二極管, 電容, 電感, 變壓器,開關(guān)電源功率電路分析要點(diǎn),電容的電壓