高頻開關(guān)電源課件

高頻開關(guān)電源2一、

概論將電網(wǎng)或電池的一次電能，轉(zhuǎn)換為符合電子設(shè)備要求的二次電能，這樣的變換設(shè)備便是電源。電源是一切電子設(shè)備的心臟，沒有電源，電子設(shè)備就不可能工作。電源及開關(guān)電源電源常用的連接方式串聯(lián)線性電源高頻開關(guān)電源串聯(lián)線性電源與開關(guān)電源的區(qū)分串聯(lián)線性電源：電源調(diào)整管工作在放大狀態(tài);效率低，損耗大，溫升高。開關(guān)電源：電源調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)的電源;具有高功率密度、重量輕、體積小。

輸入開關(guān)管K負(fù)載RL儲能元件開關(guān)電源模型圖輸入電源調(diào)整管負(fù)載RL串聯(lián)線性電源模型圖直流穩(wěn)壓電源

直流穩(wěn)壓電源是電子、電器、自動化設(shè)備中最基本的部分。傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源是采用串聯(lián)式線性轉(zhuǎn)換方法設(shè)計(jì)制作的。晶體管串聯(lián)式線性穩(wěn)壓電源

直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展當(dāng)今計(jì)算機(jī)及自動化設(shè)備上大多數(shù)控制電源都向低壓大電流、高效率、重量輕、體積小的方向發(fā)展。在這種要求面前首先得到發(fā)展的是晶體管串聯(lián)式開關(guān)穩(wěn)壓電源。

晶體管串聯(lián)式開關(guān)穩(wěn)壓電源圖中輸入回路的作用是將交流輸入電壓整流濾波變?yōu)槠交母邏褐绷麟妷?；功率變換器的作用是將高壓直流電壓轉(zhuǎn)換為頻率大于20KHZ的高頻脈沖電壓；整流濾波電路的作用是將高頻的脈沖電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流輸出電壓；開關(guān)電源控制器的作用是將輸出直流電壓取樣，來控制功率開關(guān)器件的驅(qū)動脈沖的寬度，從而調(diào)整開通時(shí)間以使輸出電壓可調(diào)且穩(wěn)定。從框圖中可見，由于高頻變壓器取代了笨重的工頻（50HZ）變壓器，從而使穩(wěn)壓電源的體積和重量大大減小。開關(guān)穩(wěn)壓電源的不足之處1.輸出紋波較大，約有10～100mV的峰峰值；2.脈沖寬度調(diào)制式的電路中，電壓、電流變化率大；3.控制電路比較復(fù)雜，對元器件要求高；4.動態(tài)響應(yīng)時(shí)間至少要大于一個(gè)開關(guān)周期，不如串聯(lián)式晶體管線性穩(wěn)壓電源。

2.作用：雙向?yàn)V波避免電網(wǎng)供電線引入高頻脈沖影響電子電路；防止開關(guān)電源對電網(wǎng)造成污染。S1C1L2220V市電

至整流濾波電路FUC02進(jìn)線抗電磁干擾電路（EMI）輸入共軛濾波及整流1.電路組成：由一個(gè)線圈和兩個(gè)電容組成EMI原理圖工作原理：

對高頻干擾信號而言，電容呈短路，而電

感則呈開路。高頻干擾被電容短路。

對50Hz低頻而言，電容呈開路，而電感則呈短路。因此，50Hz市電可以順利通過。S1C10.1uL220V市電

至整流濾波電路FUC20.1uFUS1C1L220V市電

至整流濾波電路C2整流電路工作原理當(dāng)正半周時(shí)，二極管D1、D3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。當(dāng)負(fù)半周時(shí)二極管D2、D4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。在負(fù)載電阻上正負(fù)半周經(jīng)過合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動電壓。濾波電路濾波的基本概念：利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實(shí)現(xiàn)濾波。電容器C對直流開路，對交流阻抗小，所以C應(yīng)該并聯(lián)在負(fù)載兩端。電感器L對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此L應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)。經(jīng)過濾波電路后，既可保留直流分量、又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動系數(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)量。電容濾波電路單相橋式電容濾波整流電路。在負(fù)載電阻上并聯(lián)了一個(gè)濾波電容C。對于輸入與輸出電壓之間不需隔離，只用一個(gè)工作開關(guān)管VT和電感L、二極管D、電容C組成的變換器電路最基本的為如下三種，其原理電路如圖2.6所示。（1）串聯(lián)開關(guān)或降壓變換器（buckconverter）（2）并聯(lián)開關(guān)或升壓變換器（boostconverter）（3）串—并聯(lián)開關(guān)或降、升壓變換器（buck-boostconverter）非隔離式的DC→DC變換電路

非隔離式開關(guān)電源工作過程調(diào)整輸出電壓的方法：tVitVktVoVitonTVoVkKRL電壓變換器VO=·Vi=D·VitonT占空比只要改變開關(guān)脈沖的“占空比”，就可以改變輸出電壓的高低。在具體電路中，可以使開關(guān)脈沖頻率固定，改變開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間ton而改變輸出電壓高低。這種電源稱為“調(diào)寬式”開關(guān)電源。PWM也可以使開關(guān)管截止時(shí)間不變，只改變開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間長短而改變輸出電壓高低。這種電源稱為“調(diào)頻調(diào)寬”式開關(guān)電源。PFM高頻變壓器開關(guān)電源基本結(jié)構(gòu)框圖共同特點(diǎn):具有高頻變壓器,直流穩(wěn)壓是從變壓器次級繞組的高頻脈沖電壓整流濾波而來。變壓器原副方是隔離的，而輸入電壓是直接從交流市電整流得到的高壓直流。

變壓器型開關(guān)電源工作過程開關(guān)電源原理示意圖輸入電壓Uin與導(dǎo)通比α的對應(yīng)關(guān)系

由于輸入電壓最高時(shí)，相應(yīng)的導(dǎo)通比是最小，輸入電壓最低時(shí)，相應(yīng)的導(dǎo)通比是最大。因此，輸入電壓與導(dǎo)通比是一一對應(yīng)，相互制約的。

運(yùn)行中由于閉環(huán)調(diào)節(jié)，這種相互適應(yīng)是自動的。但必須指出的是，由控制電路振蕩器和PWM門閂電路本身固有的最大最小導(dǎo)通比，一定要與運(yùn)行條件所需的最大最小導(dǎo)通比不矛盾，否則就會失調(diào)。開關(guān)電路的PWM控制原理

開關(guān)電源的PWM控制原理可用圖3.1的電路說明。它由開關(guān)管、濾波電路、比較器、三角波發(fā)生器、比較放大器和基準(zhǔn)源等部分構(gòu)成。開關(guān)型穩(wěn)壓電源原理圖PWM控制基本原理

三角波發(fā)生器通過比較器產(chǎn)生一個(gè)方波vB，去控制開關(guān)管的通斷。開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，向電感充電。當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，必須給電感中的電流提供一個(gè)泄放通路。續(xù)流二極管D即可起到這個(gè)作用，保護(hù)開關(guān)管。

為了穩(wěn)定輸出電壓，按電壓負(fù)反饋方式引入反饋。

設(shè)輸出電壓增加，F(xiàn)VO增加，比較放大器的輸出Vf減小，比較器方波輸出的toff增加，開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間減小，輸出電壓下降。起到了穩(wěn)壓作用。q稱為占空比方波高電平的時(shí)間占整個(gè)周期的百分比。

忽略電感的直流電阻，輸出電壓VO即為vE的平均分量。于是有在輸入電壓一定時(shí)，輸出電壓與占空比成正比。1．開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，功耗大大降低，電源效率大為提高；2．開關(guān)管在開關(guān)狀態(tài)下工作，為得到直流輸出，必須在輸出端加濾波器；3．可通過脈沖寬度的控制方便地改變輸出電壓值；4．由于開關(guān)頻率較高，濾波電容和濾波電感的體積可大大減小。由以上分析可以得出如下結(jié)論：保護(hù)電路——六重保護(hù)1、輸入端過壓保護(hù)：壓敏電阻（耐壓值）2、輸入端過流保護(hù)：保險(xiǎn)絲、熱敏電阻3、輸出端過流保護(hù)：通過導(dǎo)線反饋，驅(qū)動變壓器就會相應(yīng)動作，關(guān)斷電源的輸出。

4、輸出端過壓保護(hù)：當(dāng)比較器檢測到的輸出電壓與基準(zhǔn)電壓偏差較大時(shí)，穩(wěn)壓管就會對電壓進(jìn)行調(diào)整。

5、輸出端短路保護(hù)：輸出端短路時(shí)，比較器會偵測到電流的變化，并通過驅(qū)動變壓器、PWM關(guān)斷開關(guān)管的輸出。

6、溫度控制：通過溫度探頭檢測電源內(nèi)部溫度，并智能調(diào)整風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，對電源內(nèi)部溫度進(jìn)行控制。開關(guān)穩(wěn)壓電源電路故障分析