開關(guān)電源工作原理介紹(詳細(xì))

1、2022-3-26ChongQing JiaoTong University第二篇第二篇 電子新技術(shù)電子新技術(shù)&新產(chǎn)品新產(chǎn)品2022-3-26ChongQing JiaoTong University第三章第三章 開關(guān)電源開關(guān)電源第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第三節(jié)第三節(jié) 工作原理（調(diào)寬式）工作原理（調(diào)寬式）第四節(jié)第四節(jié) 開關(guān)電源的分類開關(guān)電源的分類第五節(jié)第五節(jié) 開關(guān)電源與線性電源的比較開關(guān)電源與線性電源的比較第二節(jié)第二節(jié) 開關(guān)電源基礎(chǔ)電路開關(guān)電源基礎(chǔ)電路第六節(jié)第六節(jié) 開關(guān)電源的基本工作原理開關(guān)電源的基本工作原理 2022-3-26ChongQing JiaoTong University20

2、22-3-26ChongQing JiaoTong University2022-3-26ChongQing JiaoTong University第三章第三章 開關(guān)電源開關(guān)電源緒論緒論2022-3-26ChongQing JiaoTong University2022-3-26ChongQing JiaoTong University 開關(guān)電源就是用通過電路控制開關(guān)管進(jìn)行高速的道開關(guān)電源就是用通過電路控制開關(guān)管進(jìn)行高速的道通與截止。將通與截止。將直流電轉(zhuǎn)化為高頻率的交流直流電轉(zhuǎn)化為高頻率的交流電提供給變壓電提供給變壓器進(jìn)行變壓，從而產(chǎn)生所需要的一組或多組電壓！器進(jìn)行變壓，從而產(chǎn)生所需要的一組

3、或多組電壓！第三章第三章 開關(guān)電源開關(guān)電源 轉(zhuǎn)換為高頻交流電的原因是高頻交流在變壓器變轉(zhuǎn)換為高頻交流電的原因是高頻交流在變壓器變壓電路中的效率要比壓電路中的效率要比50Hz高很多。所以開關(guān)變壓器可高很多。所以開關(guān)變壓器可以做的很小，而且工作時不是很熱！成本很低。如果以做的很小，而且工作時不是很熱！成本很低。如果不將不將50Hz變?yōu)楦哳l那開關(guān)電源就沒有意義。變?yōu)楦哳l那開關(guān)電源就沒有意義。 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述2022-3-26ChongQing JiaoTong University2022-3-26ChongQing JiaoTong University開關(guān)電源基本構(gòu)成框圖開關(guān)電源基本構(gòu)成

4、框圖整整 流流濾濾 波波功率變換器功率變換器UinUout2022-3-26ChongQing JiaoTong University2022-3-26ChongQing JiaoTong University2022-3-26ChongQing JiaoTong UniversitymsVdtdUDC/52022-3-26ChongQing JiaoTong University2022-3-26ChongQing JiaoTong University2022-3-26ChongQing JiaoTong University2022-3-26ChongQing JiaoTong Univ

5、ersity2022-3-26ChongQing JiaoTong University2022-3-26ChongQing JiaoTong University2022-3-26ChongQing JiaoTong University2022-3-26ChongQing JiaoTong University2022-3-26ChongQing JiaoTong University2022-3-26ChongQing JiaoTong University2022-3-26ChongQing JiaoTong University2022-3-26ChongQing JiaoTong

6、University2022-3-26ChongQing JiaoTong University2022-3-26ChongQing JiaoTong University2022-3-26ChongQing JiaoTong University2022-3-26ChongQing JiaoTong University2022-3-26ChongQing JiaoTong University第三節(jié)第三節(jié) 工作原理：工作原理：（調(diào)寬式）（調(diào)寬式）1、輸入和輸出之間接開關(guān)調(diào)整管和儲能電路。調(diào)整管周期性開、關(guān)，輸入和輸出之間接開關(guān)調(diào)整管和儲能電路。調(diào)整管周期性開、關(guān)， 將能量輸入儲能電路，經(jīng)均

7、衡濾波后成為電壓輸出，輸出電壓的大將能量輸入儲能電路，經(jīng)均衡濾波后成為電壓輸出，輸出電壓的大 小，取決于調(diào)整管開關(guān)時間的長短。小，取決于調(diào)整管開關(guān)時間的長短。2、調(diào)整管的開關(guān)狀態(tài)受脈沖電壓的控制，脈沖電壓則由方波發(fā)生電路調(diào)整管的開關(guān)狀態(tài)受脈沖電壓的控制，脈沖電壓則由方波發(fā)生電路 產(chǎn)生，并經(jīng)脈沖調(diào)寬電路調(diào)制后得到。產(chǎn)生，并經(jīng)脈沖調(diào)寬電路調(diào)制后得到。3、取樣比較電路將一部分輸出電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，當(dāng)輸出電壓取樣比較電路將一部分輸出電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，當(dāng)輸出電壓 偏離正常值時，輸出誤差信號，對開關(guān)脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制。偏離正常值時，輸出誤差信號，對開關(guān)脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制。123例如：輸出電壓升高，

8、脈寬變窄（即占空比例如：輸出電壓升高，脈寬變窄（即占空比D減?。?，調(diào)整管開啟減小），調(diào)整管開啟時間縮短，輸入儲能電路的能量減小，輸出電壓降低。時間縮短，輸入儲能電路的能量減小，輸出電壓降低。 反之亦然。反之亦然。2022-3-26ChongQing JiaoTong University一個具體的開關(guān)一個具體的開關(guān)穩(wěn)壓電源工作原理：穩(wěn)壓電源工作原理：儲能電路：儲能電路：即續(xù)流濾波電路即續(xù)流濾波電路儲能電路組成：儲能電路組成：續(xù)流二極管續(xù)流二極管儲能電感儲能電感儲能濾波電容儲能濾波電容2022-3-26ChongQing JiaoTong University儲能電路：儲能電路：1、串聯(lián)型：儲能

9、電感、串聯(lián)型：儲能電感 和負(fù)載相串聯(lián)和負(fù)載相串聯(lián)、V飽和導(dǎo)通時，飽和導(dǎo)通時，VD截止，截止，UI經(jīng)經(jīng)V在在L中產(chǎn)生電流中產(chǎn)生電流iL向電容向電容C充電。充電。、V截止時，截止時， L中的電流不能突變，產(chǎn)生左負(fù)中的電流不能突變，產(chǎn)生左負(fù)右正右正 的自感電動的自感電動勢，勢，VD導(dǎo)通，續(xù)流電流導(dǎo)通，續(xù)流電流 iZ 向電容向電容C充電充電，將，將L中的磁能轉(zhuǎn)換為電中的磁能轉(zhuǎn)換為電 容容C中的電能。中的電能?？傊?，調(diào)整管總之，調(diào)整管V導(dǎo)通期間，導(dǎo)通期間，L儲存磁能，并給電容儲存磁能，并給電容C充電，同時向負(fù)載供電；充電，同時向負(fù)載供電；調(diào)整管調(diào)整管V截止期間，截止期間，L釋放磁能，轉(zhuǎn)變?yōu)獒尫糯拍?，轉(zhuǎn)變

10、為C的電能，同時向負(fù)載供電。的電能，同時向負(fù)載供電。根據(jù)儲能電感的連接方式可分為：根據(jù)儲能電感的連接方式可分為：串聯(lián)型并聯(lián)型并聯(lián)獨立輸出型串聯(lián)型并聯(lián)型并聯(lián)獨立輸出型2022-3-26ChongQing JiaoTong University2、并聯(lián)型：儲能電感、并聯(lián)型：儲能電感 和負(fù)載相并聯(lián)和負(fù)載相并聯(lián)、V飽和導(dǎo)通時，飽和導(dǎo)通時，VD截止，截止，UI經(jīng)經(jīng)V在在L中產(chǎn)生電流中產(chǎn)生電流iL，L儲能。儲能。、V截止時，截止時， L中的電流不能突變，產(chǎn)生上負(fù)中的電流不能突變，產(chǎn)生上負(fù) 下下正正 的自感電動的自感電動勢，勢，VD導(dǎo)通，續(xù)流電流導(dǎo)通，續(xù)流電流iZ 向電容向電容C充電充電，將，將L中的磁能轉(zhuǎn)

11、換為電中的磁能轉(zhuǎn)換為電 容容C中的電能。中的電能?？傊{(diào)整管總之，調(diào)整管V導(dǎo)通期間，導(dǎo)通期間，L儲存磁能，負(fù)載由電容儲存磁能，負(fù)載由電容C供電；供電；調(diào)整管調(diào)整管V截止期間，截止期間，L釋放磁能，轉(zhuǎn)變?yōu)獒尫糯拍?，轉(zhuǎn)變?yōu)镃的電能，同時向負(fù)載供電。的電能，同時向負(fù)載供電。并聯(lián)型電路中，調(diào)整管承受的反峰電壓為并聯(lián)型電路中，調(diào)整管承受的反峰電壓為2UI ，為串聯(lián)型的兩倍。，為串聯(lián)型的兩倍。2022-3-26ChongQing JiaoTong University3、并聯(lián)獨立輸出型：通過續(xù)流電感的電磁耦合，實現(xiàn)隔離輸出。、并聯(lián)獨立輸出型：通過續(xù)流電感的電磁耦合，實現(xiàn)隔離輸出。（電源輸入端不使用變壓器

12、、實現(xiàn)多種電壓輸出）（電源輸入端不使用變壓器、實現(xiàn)多種電壓輸出）應(yīng)用最多的一種電路形式應(yīng)用最多的一種電路形式三極管三極管V可使用功率場效應(yīng)管可使用功率場效應(yīng)管脈沖調(diào)寬、脈沖發(fā)生及誤差信號的產(chǎn)生等可集成化例如脈沖調(diào)寬、脈沖發(fā)生及誤差信號的產(chǎn)生等可集成化例如TOP221 TOP2272022-3-26ChongQing JiaoTong University1. 按激勵方式分類按激勵方式分類第四節(jié)第四節(jié) 開關(guān)電源的分類開關(guān)電源的分類2022-3-26ChongQing JiaoTong University2. 按控制原理按控制原理(調(diào)制方式調(diào)制方式)分類分類(1)脈寬調(diào)制型脈寬調(diào)制型(PWM)開

13、關(guān)電源開關(guān)電源(2)脈頻調(diào)制型脈頻調(diào)制型(PFM)開關(guān)電源開關(guān)電源(3)混合型開關(guān)電源混合型開關(guān)電源(4)脈沖密度調(diào)制型脈沖密度調(diào)制型(PDM)開關(guān)電源開關(guān)電源脈沖寬度為恒定值，通過調(diào)節(jié)脈沖數(shù)實現(xiàn)脈沖寬度為恒定值，通過調(diào)節(jié)脈沖數(shù)實現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓。2022-3-26ChongQing JiaoTong University3. 按功率開關(guān)管的類型分類按功率開關(guān)管的類型分類(1)晶體管型開關(guān)電源晶體管型開關(guān)電源 (GTR)(2)晶閘管型開關(guān)電源晶閘管型開關(guān)電源(3)MOSFET型開關(guān)電源型開關(guān)電源(4)IGBT型開關(guān)電源型開關(guān)電源2022-3-26ChongQing JiaoTong Univers

14、ity串聯(lián)型：串聯(lián)型： 儲能電感和負(fù)載相串聯(lián)儲能電感和負(fù)載相串聯(lián) V飽和導(dǎo)通時，飽和導(dǎo)通時，VD截止，截止，UI經(jīng)經(jīng)V在在L中產(chǎn)生電流中產(chǎn)生電流iL向電容向電容C充電。充電。 V截止時，截止時， L中的電流不能突變，產(chǎn)生左負(fù)中的電流不能突變，產(chǎn)生左負(fù)右正右正 的自感電動的自感電動勢，勢，VD導(dǎo)通，續(xù)流電流導(dǎo)通，續(xù)流電流 iZ 向電容向電容C充電充電，將，將L中的磁能轉(zhuǎn)換為電中的磁能轉(zhuǎn)換為電 容容C中的電能。中的電能。總之，調(diào)整管總之，調(diào)整管V導(dǎo)通期間，導(dǎo)通期間，L儲存磁能，并給電容儲存磁能，并給電容C充電，同時向負(fù)載供電；充電，同時向負(fù)載供電；調(diào)整管調(diào)整管V截止期間，截止期間，L釋放磁能，轉(zhuǎn)變

15、為釋放磁能，轉(zhuǎn)變?yōu)镃的電能，同時向負(fù)載供電。的電能，同時向負(fù)載供電。4. 按儲能電感的連接方式分類按儲能電感的連接方式分類串聯(lián)型并聯(lián)型并聯(lián)獨立輸出型串聯(lián)型并聯(lián)型并聯(lián)獨立輸出型2022-3-26ChongQing JiaoTong University(2)、并聯(lián)型：、并聯(lián)型： 儲能電感和負(fù)載相并聯(lián)儲能電感和負(fù)載相并聯(lián) V飽和導(dǎo)通時，飽和導(dǎo)通時，VD截止，截止，UI經(jīng)經(jīng)V在在L中產(chǎn)生電流中產(chǎn)生電流iL，L儲能。儲能。 V截止時，截止時， L中的電流不能突變，產(chǎn)生上負(fù)中的電流不能突變，產(chǎn)生上負(fù)下下正正 的自感電動的自感電動勢，勢，VD導(dǎo)通，續(xù)流電流導(dǎo)通，續(xù)流電流iZ 向電容向電容C充電充電，將，將

16、L中的磁能轉(zhuǎn)換為電中的磁能轉(zhuǎn)換為電 容容C中的電能。中的電能。總之，調(diào)整管總之，調(diào)整管V導(dǎo)通期間，導(dǎo)通期間，L儲存磁能，負(fù)載由電容儲存磁能，負(fù)載由電容C供電；供電；調(diào)整管調(diào)整管V截止期間，截止期間，L釋放磁能，轉(zhuǎn)變?yōu)獒尫糯拍?，轉(zhuǎn)變?yōu)镃的電能，同時向負(fù)載供電。的電能，同時向負(fù)載供電。4. 按儲能電感的連接方式分類按儲能電感的連接方式分類2022-3-26ChongQing JiaoTong University(3) 并聯(lián)獨立輸出型：通過續(xù)流電感的電磁耦合，實現(xiàn)隔離并聯(lián)獨立輸出型：通過續(xù)流電感的電磁耦合，實現(xiàn)隔離輸出。輸出。（電源輸入端不使用變壓器、實現(xiàn)多種電壓輸出）（電源輸入端不使用變壓器、實

17、現(xiàn)多種電壓輸出）應(yīng)用最多的一種電路形式應(yīng)用最多的一種電路形式三極管三極管V可使用功率場效應(yīng)管可使用功率場效應(yīng)管脈沖調(diào)寬、脈沖發(fā)生及誤差信號的產(chǎn)生等可集成化例如脈沖調(diào)寬、脈沖發(fā)生及誤差信號的產(chǎn)生等可集成化例如TOP221 TOP2274. 按儲能電感的連接方式分類按儲能電感的連接方式分類2022-3-26ChongQing JiaoTong University5. 按功率開關(guān)管的連接方式分類按功率開關(guān)管的連接方式分類(1)單端正激式單端正激式(2)單端反激式單端反激式(3)推挽式推挽式(4)半橋式半橋式(5)全橋式全橋式2022-3-26ChongQing JiaoTong Universit

18、yT1+_Uin+_UoutRL+R2R1C2V2W1W2V3iLC1W1V4R3V12022-3-26ChongQing JiaoTong University2022-3-26ChongQing JiaoTong University2022-3-26ChongQing JiaoTong University+_+_+UinUoutV2iRLIoLoV3V4iLW2TCV1W1”W1i12022-3-26ChongQing JiaoTong University2022-3-26ChongQing JiaoTong University(3)推挽式推挽式2022-3-26ChongQing

19、 JiaoTong University(4)全橋式全橋式2022-3-26ChongQing JiaoTong University+V3V4V1V2V7V8V5V6LVinVout(4)全橋式全橋式2022-3-26ChongQing JiaoTong University2022-3-26ChongQing JiaoTong University(5)半橋式半橋式2022-3-26ChongQing JiaoTong University(5)半橋式半橋式+C1C2V1V2V4V4LVinVoutUa2022-3-26ChongQing JiaoTong University2022-3

20、-26ChongQing JiaoTong University6. 按輸入和輸出電壓的大小分類按輸入和輸出電壓的大小分類(1)升壓式開關(guān)電源升壓式開關(guān)電源(2)降壓式開關(guān)電源降壓式開關(guān)電源(3)輸出極性反轉(zhuǎn)式開關(guān)電源輸出極性反轉(zhuǎn)式開關(guān)電源2022-3-26ChongQing JiaoTong University7. 按工作方式分類按工作方式分類(1)可控硅整流型開關(guān)電源可控硅整流型開關(guān)電源(2)斬波型開關(guān)電源斬波型開關(guān)電源(3)隔離型開關(guān)電源隔離型開關(guān)電源8. 按電路結(jié)構(gòu)分類按電路結(jié)構(gòu)分類(1)分立式開關(guān)電源分立式開關(guān)電源(2)集成式開關(guān)電源集成式開關(guān)電源2022-3-26ChongQin

21、g JiaoTong University第五節(jié)第五節(jié) 開關(guān)電源與線性電源的比較開關(guān)電源與線性電源的比較 一、開關(guān)穩(wěn)壓電源的特點一、開關(guān)穩(wěn)壓電源的特點 1. 開關(guān)穩(wěn)壓電源的優(yōu)點開關(guān)穩(wěn)壓電源的優(yōu)點(1) 功耗小，轉(zhuǎn)換效率高；功耗小，轉(zhuǎn)換效率高；(2) 體積小，重量輕；體積小，重量輕；(3) 穩(wěn)壓范圍寬；穩(wěn)壓范圍寬；(4) 濾波電容??；濾波電容??；(5) 電路形式靈活多樣。電路形式靈活多樣。2. 開關(guān)穩(wěn)壓電源的缺點開關(guān)穩(wěn)壓電源的缺點(1)電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率較差；電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率較差；(2)存在較嚴(yán)重的開關(guān)噪聲和干擾；存在較嚴(yán)重的開關(guān)噪聲和干擾；(3)電路復(fù)雜，不便于維修。電路復(fù)雜，不便于

22、維修。2022-3-26ChongQing JiaoTong University二、開關(guān)電源與線性電源的比較二、開關(guān)電源與線性電源的比較第五節(jié)第五節(jié) 開關(guān)電源與線性電源的比較開關(guān)電源與線性電源的比較 2022-3-26ChongQing JiaoTong University第六節(jié)第六節(jié) 開關(guān)電源的基本工作原理開關(guān)電源的基本工作原理 一、開關(guān)電源的工作方式一、開關(guān)電源的工作方式 (調(diào)制方式調(diào)制方式)(1)脈寬調(diào)制型脈寬調(diào)制型(PWM)開關(guān)電源開關(guān)電源(2)脈頻調(diào)制型脈頻調(diào)制型(PFM)開關(guān)電源開關(guān)電源(3)混合調(diào)制型混合調(diào)制型(PWM+PFM)開關(guān)電源開關(guān)電源(4)脈沖密度調(diào)制型脈沖密度調(diào)制

23、型(PDM)開關(guān)電源開關(guān)電源脈沖寬度為恒定值，通過調(diào)節(jié)脈沖數(shù)實現(xiàn)穩(wěn)壓。脈沖寬度為恒定值，通過調(diào)節(jié)脈沖數(shù)實現(xiàn)穩(wěn)壓。2022-3-26ChongQing JiaoTong University二、脈寬調(diào)制控制器的基本原理二、脈寬調(diào)制控制器的基本原理第六節(jié)第六節(jié) 開關(guān)電源的基本工作原理開關(guān)電源的基本工作原理 2022-3-26ChongQing JiaoTong University2022-3-26ChongQing JiaoTong University2022-3-26ChongQing JiaoTong University2022-3-26ChongQing JiaoTong Univer

24、sity二、脈寬調(diào)制控制器的基本原理二、脈寬調(diào)制控制器的基本原理1.降壓型開關(guān)穩(wěn)壓電源的降壓型開關(guān)穩(wěn)壓電源的PWM控制控制(1).開關(guān)管開關(guān)管V的導(dǎo)通期內(nèi)，儲能電感中的導(dǎo)通期內(nèi)，儲能電感中 電流的最大變化量為電流的最大變化量為(2).開關(guān)管開關(guān)管V的截止期內(nèi)，儲能電感中的截止期內(nèi)，儲能電感中 電流的最大變化量為電流的最大變化量為(3).開關(guān)管開關(guān)管V導(dǎo)通期與截止期能量轉(zhuǎn)換的條件：導(dǎo)通期與截止期能量轉(zhuǎn)換的條件：OFFOLtLUI2maxONOiLtLUUI1maxOFFOONOitLUtLUUiONiiOFFONONOUTtUDUtttU即第六節(jié)第六節(jié) 開關(guān)電源的基本工作原理開關(guān)電源的基本工作原

25、理 2022-3-26ChongQing JiaoTong University2.升壓型開關(guān)穩(wěn)壓電源的升壓型開關(guān)穩(wěn)壓電源的PWM控制控制(1).開關(guān)管開關(guān)管V的導(dǎo)通期內(nèi)，儲能電感中的導(dǎo)通期內(nèi)，儲能電感中 電流的變化量為電流的變化量為(2).開關(guān)管開關(guān)管V的截止期內(nèi)，儲能電感中的截止期內(nèi)，儲能電感中 電流的變化量為電流的變化量為(3).開關(guān)管開關(guān)管V導(dǎo)通期與截止期能量轉(zhuǎn)換的條件：導(dǎo)通期與截止期能量轉(zhuǎn)換的條件：OFFdOiLtLUUUI2ONiLtLUI1OFFdOiONitLUUUtLU1(1)1ONOiiOFFtUUUDtD二、脈寬調(diào)制控制器的基本原理二、脈寬調(diào)制控制器的基本原理2022-3-26ChongQing JiaoTong University(1).開關(guān)管開關(guān)管V的導(dǎo)通期內(nèi)，電感儲存的的導(dǎo)通期內(nèi)，電感儲存的能量：能量：(2).開關(guān)管開關(guān)管V的截止期內(nèi)，電感中的能量的截止期內(nèi)，電感中的能量傳給負(fù)載：傳給負(fù)載： 3.極性反轉(zhuǎn)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的極性反轉(zhuǎn)型開關(guān)穩(wěn)壓電源的PWM控制控制結(jié)論：結(jié)論：.UO與與Ui極性相反極性相反 .改變改變D可改變可改變UO，穩(wěn)定，穩(wěn)定D可穩(wěn)定可穩(wěn)定UO.D1-D時，即時，即D0