第六講 開關(guān)電源

開關(guān)電源

一、概述二、整流電路三、濾波驅(qū)動(dòng)電路四、功率變換（DC-DC)五、功率因數(shù)校正1一、開關(guān)電源的概念開關(guān)電源將交流輸入轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的直流輸出的整流器，是換流設(shè)備中的整流設(shè)備。SwichModeRectifierHigh-FrequencySwichingPowerSupply第一節(jié)概述2二、開關(guān)電源的發(fā)展過(guò)程開關(guān)電源

開關(guān)電源的出現(xiàn)是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)物，一方面石油危機(jī)發(fā)生，節(jié)能浪潮涌來(lái)，因此電源的高效率被提出來(lái)；另一方面功率器件和IC芯片的開發(fā)成功必須尋找市場(chǎng)，從而導(dǎo)致開關(guān)電源大發(fā)展，迅速取代相控、串聯(lián)式及其它耗能電源。1.開關(guān)電源的出現(xiàn)

電源技術(shù)的發(fā)展是伴隨半導(dǎo)體功率器件的進(jìn)步而發(fā)展的，沒(méi)有各種新型功率半導(dǎo)體功率器件的誕生，就沒(méi)有現(xiàn)代電力電子學(xué)，也就沒(méi)有現(xiàn)代電源技術(shù)。3開關(guān)電源2.功率器件的發(fā)展

①雙極型晶體管②功率場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）導(dǎo)通壓降低，損耗小，開關(guān)頻率不高。開關(guān)速度快，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)功率??；飽和壓降較高，損耗較大，影響整機(jī)效率。4開關(guān)電源2.功率器件的發(fā)展④功率集成電路（PIC）功率器件與驅(qū)動(dòng)電路、控制電路以及保護(hù)電路的集成，使強(qiáng)電與弱電相結(jié)合，成為機(jī)電一體化的基礎(chǔ)部件。

③絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）MOSFET與雙極型晶體管結(jié)合的產(chǎn)物，其輸入電路與MOSFET相同，輸出電路與雙極型晶體管相同，具有導(dǎo)通電阻小、飽和壓降低、開關(guān)損耗小和易于驅(qū)動(dòng)、開關(guān)頻率高的優(yōu)點(diǎn)。5三、開關(guān)電源的特點(diǎn)4、穩(wěn)壓精度高，優(yōu)于1%。

輸入交流電壓和負(fù)載電流兩個(gè)因素變化時(shí)，在浮充和均充電壓范圍內(nèi)輸出電壓偏差的百分?jǐn)?shù)。5、開關(guān)頻率高，噪聲低（相控為工頻，噪聲較大）。開關(guān)電源6、維護(hù)方便，采用模塊化設(shè)計(jì)，可在運(yùn)行中更換，無(wú)需停機(jī)。67、實(shí)行N+1冗余式配置，可靠性高。8、擴(kuò)容簡(jiǎn)便。9、對(duì)交流輸入要求低。開關(guān)電源10、自動(dòng)化程度高，與微機(jī)配合，組成智能化電源系統(tǒng)，便于集中監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)少人、無(wú)人值守（發(fā)展中）。7四、開關(guān)電源的組成開關(guān)電源監(jiān)控模塊AC輸入DC輸出控制器工頻整流輸入濾波功率因數(shù)校正DC/DC變換器輸出濾波

輸入濾波器：將電網(wǎng)存在的高頻干擾過(guò)濾掉，同時(shí)也阻礙本機(jī)產(chǎn)生的干擾反饋到公共電網(wǎng)。

工頻整流：將交流輸入電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，為了使電壓較平穩(wěn)，輸出端還要加上濾波電路。功率因數(shù)校正：將電源的功率因數(shù)盡量提高。

DC/DC變換器：將功率因數(shù)校正電路提供的高壓直流變?yōu)樗璧闹绷麟妷?。輸出濾波：衰減直流變換器輸出中的高頻分量，采用LC低通濾波器。

控制器：對(duì)輸出直流電壓取樣，來(lái)控制功率開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖寬度，從而使輸出電壓可調(diào)且穩(wěn)定。

監(jiān)控模塊：對(duì)開關(guān)電源各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，并提供相應(yīng)的保護(hù)。8五、開關(guān)電源穩(wěn)壓原理開關(guān)電源1.線性穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓原理輸入電源向負(fù)載連續(xù)提供能量，電源效率低。EC1RWV0RLC2IL+_+_++9開關(guān)電源EABE0TttON1tON2tON3V0V01V02V03

改變開關(guān)K導(dǎo)通時(shí)間ton與工作周期比例，即可以改變AB間的平均電壓值，從而可以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓V0的目的。

改變開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間ton與工作周期比例T的比例即改變控制脈沖的占空比，稱為時(shí)間比率控制（TimeRatioControl）2.開關(guān)電源穩(wěn)壓原理BKLA+_RLC1C2++V0IL+_DE10

①脈沖寬度調(diào)制：開關(guān)工作周期恒定，改變控制脈沖寬度即改變導(dǎo)通時(shí)間ton,來(lái)改變占空比的方式。

②脈沖頻率調(diào)制：脈沖寬度即ton恒定，改變開關(guān)的工作頻率即改變周期T（T=1/f）來(lái)改變占空比的方式。開關(guān)電源3.時(shí)間比率控制（TRC）：

③混合調(diào)制：控制脈沖寬度和開關(guān)的工作頻率均不固定，彼此都能改變的方式。11六、開關(guān)電源分類開關(guān)電源按控制方式分：①脈沖寬度調(diào)制（PulseWidthModulation）②脈沖頻率調(diào)制（PulseFrequencyModulation）③混合調(diào)制12七、開關(guān)電源系統(tǒng)組成開關(guān)電源1.整流模塊開關(guān)電源系統(tǒng)的核心單元，主要作用是進(jìn)行AC/DC變換，采用高頻開關(guān)變換技術(shù)，組合方法為“n+1”方式。2.交流輸入分配模塊電源系統(tǒng)的交流配電單元，通過(guò)它來(lái)控制交流電的輸入與輸出配電。3.浪涌吸收器吸收由于雷電等原因在交流電網(wǎng)中出現(xiàn)的浪涌電流和干擾，以保護(hù)電源系統(tǒng)的電路。13開關(guān)電源4.市電故障檢測(cè)器檢測(cè)市電是否停電或缺相，在故障出現(xiàn)時(shí)向監(jiān)控單元提供故障信號(hào)。5.負(fù)載電壓檢測(cè)通過(guò)電阻R，將負(fù)載電壓送入監(jiān)控單元。6.負(fù)載、電池電流檢測(cè)通過(guò)負(fù)載、電池電流傳感器，檢測(cè)負(fù)載或電池電流，送入監(jiān)控單元。14開關(guān)電源7.蓄電池組市電正常時(shí)，電池處于浮充狀態(tài)，在電網(wǎng)停電時(shí)，由電池向負(fù)載供電。當(dāng)市電恢復(fù)后，系統(tǒng)將對(duì)電池進(jìn)行充電，充電方式、充電電壓和時(shí)間由監(jiān)控單元自動(dòng)控制，也可以由手動(dòng)任意設(shè)定。8.溫度傳感器測(cè)取電池溫度，把溫度信號(hào)送入監(jiān)控單元，由監(jiān)控單元調(diào)整整流器輸出浮充電壓，使電池最佳工作狀態(tài)。15七、開關(guān)電源系統(tǒng)組成開關(guān)電源9.低壓隔離開關(guān)保護(hù)電池或?qū)﹄妷好舾械呢?fù)載，當(dāng)電池電壓低至監(jiān)控單元預(yù)定值時(shí)，監(jiān)控單元發(fā)出信號(hào)，使低壓隔離開關(guān)動(dòng)作，切斷電池回路，以保護(hù)電池不至于過(guò)放電而損壞。10.直流配電模塊根據(jù)用戶需要可安裝多個(gè)分路斷路器或熔斷器，當(dāng)過(guò)載時(shí)斷路器斷開電路，并把斷路信號(hào)送入監(jiān)控單元報(bào)警。11.系統(tǒng)監(jiān)控單元對(duì)系統(tǒng)各參數(shù)、功能、工作狀態(tài)及各種信息等內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)測(cè)、管理控制。16八、開關(guān)電源的發(fā)展方向開關(guān)電源①小型化②高頻化③高效率④智能化1.開關(guān)電源發(fā)展方向：17開關(guān)電源①小型化與噪聲②高頻化與噪聲③智能化中監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展2