《直流穩(wěn)壓電源》課件2

直流穩(wěn)壓電源課程目標(biāo)理解直流穩(wěn)壓電源的工作原理掌握直流穩(wěn)壓電源的基本概念、結(jié)構(gòu)組成、工作原理和應(yīng)用等。掌握直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法了解直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)流程、關(guān)鍵參數(shù)、性能指標(biāo)和測(cè)試方法。了解直流穩(wěn)壓電源的應(yīng)用場(chǎng)景熟悉直流穩(wěn)壓電源在不同電子設(shè)備中的應(yīng)用，如計(jì)算機(jī)、手機(jī)、醫(yī)療設(shè)備等。直流穩(wěn)壓電源的作用穩(wěn)定電壓提供穩(wěn)定的直流電壓，保證電子設(shè)備正常工作。保護(hù)電路防止過(guò)壓、過(guò)流、短路等故障對(duì)設(shè)備造成損壞。提高效率降低能量損耗，提高設(shè)備的能量利用率。結(jié)構(gòu)組成直流穩(wěn)壓電源通常由以下幾個(gè)主要部分組成：輸入電路整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路輸出電路輸入電路1電源線提供交流電源2保險(xiǎn)絲保護(hù)電路安全3開(kāi)關(guān)控制電源通斷輸入電路主要負(fù)責(zé)接收來(lái)自交流電源的電能并進(jìn)行初步處理。電源線將交流電源連接到穩(wěn)壓電源，保險(xiǎn)絲用于保護(hù)電路在發(fā)生過(guò)流或短路時(shí)不被損壞，而開(kāi)關(guān)則控制電源的通斷。整流電路單相整流將交流電轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)直流電。使用二極管或橋式整流器，將正弦波的正半周導(dǎo)通，負(fù)半周截止，從而實(shí)現(xiàn)整流。三相整流適用于功率較大的直流穩(wěn)壓電源。使用三相橋式整流器，將三相交流電轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)直流電，輸出直流電壓更穩(wěn)定。整流方式包括半波整流、全波整流、橋式整流、可控硅整流等，根據(jù)不同需求選擇合適的整流方式。濾波電路1整流后的直流電壓包含交流成分的脈動(dòng)直流電壓。2濾波電路作用濾除脈動(dòng)直流電壓中的交流成分，獲得平滑的直流電壓。3常用濾波電路電容濾波、電感濾波、LC濾波。穩(wěn)壓電路1線性穩(wěn)壓利用三極管或場(chǎng)效應(yīng)管的放大特性，控制輸出電壓。2開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓利用開(kāi)關(guān)器件，將直流電壓轉(zhuǎn)換為高頻方波，再經(jīng)過(guò)濾波輸出穩(wěn)定直流電壓。3反饋控制通過(guò)負(fù)反饋調(diào)節(jié)，保證輸出電壓穩(wěn)定。輸出電路1濾波去除輸出電壓中的紋波2穩(wěn)壓保持輸出電壓穩(wěn)定3保護(hù)防止過(guò)流、過(guò)壓、短路輸出電路是直流穩(wěn)壓電源的最后環(huán)節(jié)，其主要功能是提供穩(wěn)定的直流電壓給負(fù)載。輸出電路通常包含濾波、穩(wěn)壓和保護(hù)等功能模塊。負(fù)反饋穩(wěn)壓利用輸出電壓的變化來(lái)控制輸入電壓。通過(guò)反饋電路將輸出電壓與參考電壓比較。誤差放大器放大誤差信號(hào)，控制調(diào)整管。正負(fù)反饋比較負(fù)反饋輸出電壓變化時(shí)，反饋信號(hào)會(huì)使控制電路減小輸出，從而穩(wěn)定輸出電壓。正反饋輸出電壓變化時(shí)，反饋信號(hào)會(huì)使控制電路增大輸出，從而放大輸出電壓的變化。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的核心是開(kāi)關(guān)器件，通過(guò)開(kāi)關(guān)器件的通斷控制來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源通常包含以下幾部分：-輸入電路：濾除輸入電壓中的噪聲和干擾，并提供所需的直流電壓。-控制電路：控制開(kāi)關(guān)器件的通斷狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的穩(wěn)定調(diào)節(jié)。-輸出電路：濾除輸出電壓中的紋波和噪聲，并提供所需的負(fù)載電流。PWM控制原理脈沖寬度調(diào)制PWM是通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)控制輸出電壓或電流的技術(shù)。占空比占空比是指脈沖寬度占整個(gè)周期時(shí)間的比例。平均值通過(guò)改變占空比，可以改變輸出信號(hào)的平均值。功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)BUCK降壓變換器，將較高電壓轉(zhuǎn)換為較低電壓。廣泛應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦等設(shè)備。BOOST升壓變換器，將較低電壓轉(zhuǎn)換為較高電壓。應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)、太陽(yáng)能電池板等。BUCK-BOOST升降壓變換器，既可以降壓也可以升壓。常用于電池供電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)。變換器工作模式1連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)電流始終流過(guò)開(kāi)關(guān)器件2臨界導(dǎo)通模式(CrCM)電流在開(kāi)關(guān)周期內(nèi)間斷地流過(guò)3斷續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)電流在開(kāi)關(guān)周期內(nèi)完全斷開(kāi)變壓器設(shè)計(jì)變壓器類型選擇適合應(yīng)用場(chǎng)景的變壓器類型，例如：環(huán)形變壓器、EI型變壓器等。繞組設(shè)計(jì)確定繞組的匝數(shù)、線徑和排列方式，以滿足輸出電壓和電流要求。磁芯選擇根據(jù)變壓器的功率、頻率和工作溫度等因素選擇合適的磁芯材料。磁芯選擇1磁芯材料根據(jù)工作頻率、功率、溫度等因素選擇合適的磁芯材料，例如鐵氧體、鐵粉芯、金屬磁芯等。2磁芯尺寸根據(jù)變壓器功率和工作電流確定磁芯的尺寸，以保證磁芯的磁通密度和散熱性能。3磁芯結(jié)構(gòu)根據(jù)變壓器結(jié)構(gòu)和繞線方式選擇合適的磁芯結(jié)構(gòu)，例如EE型、E型、EI型等。換流管選擇MOSFET高頻性能好，開(kāi)關(guān)速度快，適用于高頻開(kāi)關(guān)電源IGBT功率容量大，開(kāi)關(guān)損耗低，適用于大功率開(kāi)關(guān)電源雙極型晶體管價(jià)格低廉，但開(kāi)關(guān)速度慢，適用于低頻開(kāi)關(guān)電源電感設(shè)計(jì)電感值選擇根據(jù)電源輸出電流和頻率選擇合適的電感值。電流容量電感需要承受的最大電流要大于電源輸出電流。溫度性能電感工作溫度要滿足電源工作環(huán)境要求。輸出電容選擇容量根據(jù)負(fù)載電流和紋波電壓要求選擇合適的電容容量。耐壓電容的耐壓值應(yīng)高于電源的輸出電壓，一般建議選擇1.5倍的輸出電壓。ESRESR越低越好，可以降低紋波電壓和提高電源效率。保護(hù)電路設(shè)計(jì)過(guò)流保護(hù)防止過(guò)大的電流損壞電源器件。過(guò)壓保護(hù)防止過(guò)高的電壓損壞電源器件。短路保護(hù)防止電源短路，避免過(guò)大的電流產(chǎn)生。溫度保護(hù)防止電源過(guò)熱，保證正常工作溫度。熱管理設(shè)計(jì)1散熱需求根據(jù)功率損耗，確定散熱需求。2散熱方案選擇合適的散熱器類型，如風(fēng)冷、水冷等。3熱量分布分析熱量的分布，確保散熱均勻。4溫度監(jiān)控設(shè)置溫度傳感器，監(jiān)控工作溫度。電源管理IC選型電壓范圍選擇與應(yīng)用電壓范圍相匹配的IC，確保穩(wěn)定工作。電流能力根據(jù)負(fù)載電流需求選擇足夠電流能力的IC，避免過(guò)載。工作頻率選擇合適的頻率以滿足效率、噪聲和尺寸要求。封裝類型選擇與電路板設(shè)計(jì)兼容的封裝類型，方便焊接和安裝。噪聲抑制措施濾波器使用低通濾波器，以抑制高頻噪聲，提高輸出信號(hào)質(zhì)量。屏蔽對(duì)敏感電路進(jìn)行屏蔽，防止外部電磁干擾的影響，例如使用金屬屏蔽罩。接地良好的接地可以降低噪聲的耦合，提高電源系統(tǒng)的抗干擾能力。電源效率分析直流穩(wěn)壓電源的效率是衡量其性能的重要指標(biāo)之一。效率是指輸出功率與輸入功率的比值。電源設(shè)計(jì)實(shí)例以一個(gè)12V/5A的直流穩(wěn)壓電源為例，設(shè)計(jì)步驟如下：確定電源規(guī)格參數(shù)，包括輸出電壓、電流、效率、紋波等選擇合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方式設(shè)計(jì)變壓器、電感、電容等主要器件設(shè)計(jì)保護(hù)電路和熱管理進(jìn)行電路仿真和性能測(cè)試電源性能測(cè)試1負(fù)載測(cè)試驗(yàn)證電源在不同負(fù)載條件下的輸出電壓、電流穩(wěn)定性。2效率測(cè)試測(cè)量電源的轉(zhuǎn)換效率，評(píng)估其能量利用率。3紋波測(cè)試評(píng)估電源輸出電壓的紋波大小，確保穩(wěn)定性。4噪聲測(cè)試測(cè)量電源產(chǎn)生的電磁干擾，確保符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。電源測(cè)量?jī)x器數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量電壓、電流、電阻等參數(shù)，是基本的電源測(cè)試儀器。示波器觀察電源輸出波形，檢測(cè)電壓紋波、頻率等參數(shù)。負(fù)載測(cè)試儀模擬不同負(fù)載情況，測(cè)試電源的輸出能力和穩(wěn)定性。電源性能指標(biāo)指標(biāo)描述輸出電壓電源輸出的電壓值，通常以直流電壓表示。輸出電流電源能夠提供的最大電流，單位通常為安培（A）。效率電源轉(zhuǎn)換效率，指輸入功率與輸出功率之比，通常以百分比表示。紋波輸出電壓中的交流成分，通常以峰峰值電壓表示，單位通常為毫伏（mV）。負(fù)載調(diào)節(jié)率負(fù)載變化時(shí)，輸出電壓的變化率，通常以百分比表示。紋波抑制率電源對(duì)輸入電壓變化的抑制能力，通常以分貝（dB）表示。溫度穩(wěn)定性電源在溫度變化時(shí)，輸出電壓的穩(wěn)定性，通常以百分比表示。應(yīng)用場(chǎng)景分析服務(wù)器機(jī)房為服務(wù)器提供穩(wěn)定可靠的直流電源