《開關(guān)電源》課件.ppt

1、第8章 開關(guān)電源,8.1.1 直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展,直流穩(wěn)壓電源是電子、電器、自動(dòng)化設(shè)備中最基本的部分。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)換方法設(shè)計(jì)制作的電源，其效率低，損耗大，溫升高。加上多路電壓輸出，而各個(gè)電壓的等級、質(zhì)量要求又不相同時(shí)，使之傳統(tǒng)的串聯(lián)穩(wěn)壓式電源越來越難于得到解決。如圖8-1所示的串聯(lián)式線性穩(wěn)壓電源，就屬此類。,當(dāng)今計(jì)算機(jī)及自動(dòng)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，如圖8-2所示。,圖8-1 晶體管串聯(lián)式線性穩(wěn)壓電源,圖8-2 晶體管串聯(lián)式開關(guān)穩(wěn)壓電源,隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，大功率開關(guān)晶體管、快恢復(fù)二極管及其它

2、元器件的電壓得到很大的提高，這為取消穩(wěn)壓電源中的工頻變壓器，發(fā)展高頻開關(guān)電源創(chuàng)造了條件。由于它不需要工頻變壓器，故稱無工頻變壓器開關(guān)式直流穩(wěn)壓電源。它使電源在小型化、輕量化、高效率等方面又邁進(jìn)了一步。圖8-3是無工頻變壓器的開關(guān)電源的方框圖。,圖8-3 無工頻變壓器的開關(guān)電源原理框圖,無工頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源，有如下的優(yōu)點(diǎn)： 1.效率高。一般在7080%以上。 2.體積小、重量輕，隨著頻率的提高，收效更顯著。 3.穩(wěn)壓范圍廣，一般交流輸入80265V，負(fù)載作大幅度變化時(shí)，性能很好。 4.噪聲低，聲頻在20kHz以上時(shí)，已是人耳聽不到的超聲波，而開關(guān)電源的工作頻率一般都大于此頻率； 5.性能靈活

3、，通過輸出隔離變壓器，可得到低壓大電流、高壓小電流；一個(gè)開關(guān)控制的一路輸入可得到多路輸出以及同號、反號等輸出； 6.電壓維持時(shí)間長，為了適應(yīng)交流停電時(shí)，計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代自動(dòng)化控制設(shè)備電源轉(zhuǎn)換的需要，開關(guān)電源可在幾十毫秒內(nèi)保證仍有電壓輸出。 7.可靠性大，當(dāng)開關(guān)損壞時(shí)，也不會(huì)有危及負(fù)載的高電壓出現(xiàn)。,無工頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源的不足之處： 1.輸出紋波較大，約有10100mV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(dòng)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。,8.1.2 用高頻變壓器的開關(guān)電源結(jié)構(gòu)概述,圖8-5 高

4、頻變壓器開關(guān)電源基本功能框圖,這類電源的共同特點(diǎn)是具有高頻變壓器、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，或是部分隔離的，而輸入電壓是直接從交流市電整流得到的高壓直流。,目前，用高頻變壓器的變換電路按其工作方式可分為五類，每類傳輸?shù)墓β室膊幌嗤?，?yīng)用環(huán)境也稍有不同，如下所示：,8.2 DC/DC變換的開關(guān)電源,對于輸入與輸出電壓不需隔離只用一個(gè)工作開關(guān)和L、D、C組成的變換器電路最基本的為如下三種：（1）降壓變換器（buck converter）；（2）升壓變換器（boost converter）；（3）降、升壓變換器（buck-boost converte

5、r）。其原理電路如圖8-6所示。,圖8-6 無隔離的DCDC變換電路,8.2.1 Buck converter,a） 電路拓?fù)?b）工作波形 圖8-7 Buck converter,（一）在開關(guān)VT導(dǎo)通期間,（二）在開關(guān)VT截止期間,1.臨界連續(xù)工作狀態(tài) 2.電流斷續(xù)的工作狀態(tài) 3.電流連續(xù)的工作狀態(tài),(三)電感電流的平均值計(jì)算,（四）輸出電壓紋波值的計(jì)算,8.2.2 Boost converter,a）電路拓?fù)?b）工作波形 圖8-8 Boost converter,1.在 期間,2.在 期間,3.負(fù)載電流的平均值,4.輸入電流的平均值,5.輸出電壓 的紋波計(jì)算,8.2.3 BuckBoos

6、t converter,圖8-9 BuckBoost converter,=,圖8-10 Buck-Boost converter工作波形圖,8.3 單端功率輸出的直流變換器,8.3.1 CW34063的工作原理,圖8-11 CW34063的原理框圖,8.3.2 CW34063的應(yīng)用電路,(一)降壓式電路,a）直接用于降壓b） 外接NPN晶體管擴(kuò)流電路 圖8-12 CW34063的降壓應(yīng)用電路,（二）升壓式電路,（a）（b） a） 直接升壓式 b）外接NPN管擴(kuò)流式 圖8-13 CW34063的Boost converter,（三）反轉(zhuǎn)電路,(a)(b) a） 直接變換式 b）外接PNP管擴(kuò)流

7、式 圖8-14 CW34063的BuckBoost converter,8.4單端反激式開關(guān)電源,8.4.1 工作原理分析,（一）在開關(guān)VT導(dǎo)通期間：,（二）在開關(guān)VT截止期間,圖8-15 單端反激式變換器,單端反激式變換器也有三種工作狀態(tài)：,1 磁通臨界連續(xù)的工作情況：,圖8-16 臨界連續(xù)狀態(tài)時(shí)的電壓電流波形,2 磁通不連續(xù)的工作狀態(tài),圖8-17 磁通不連續(xù)時(shí)的工作波形,3 磁通連續(xù)的工作狀況,圖8-18 磁通連續(xù)時(shí)的工作波形,（3）輸入電壓Uin與導(dǎo)通比t的對應(yīng)關(guān)系,即是輸入電壓最高時(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。

8、運(yùn)行中由于閉環(huán)調(diào)節(jié)，這種相互適應(yīng)是自動(dòng)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(huì)失調(diào)。,(4)磁通復(fù)位問題,為了不致于出現(xiàn)磁路飽和每個(gè)開關(guān)周期工作磁通都能復(fù)位，因此： 1.單端反激式變換器開關(guān)變壓器的鐵芯都帶有氣隙 。 2.原方繞組電流實(shí)現(xiàn)脈沖限流控制。,（5）間歇振蕩問題,當(dāng)電網(wǎng)電壓升到一定值而又很大的情況下，欲維持輸出電壓恒定，則脈寬調(diào)制器會(huì)使脈寬減少到某一極限值時(shí)，不能再減小了，只能以最小導(dǎo)通比運(yùn)行，但由于導(dǎo)通時(shí)所儲(chǔ)存的能量沒有釋放回路，就有可能出現(xiàn)：有的振蕩周期沒有PWM脈沖輸出，開關(guān)管不導(dǎo)通，有的

9、振蕩周期就很寬，變成了作周期性或非周期性的間歇振蕩器，這時(shí)輸出電壓不穩(wěn)，紋波大，變壓器發(fā)出刺耳的哨叫聲?？朔@一問題的辦法之一，也是最安全和可靠的辦法是在付繞組中加一固定負(fù)載電阻（假負(fù)載），以防負(fù)載開路，這樣電網(wǎng)電壓最高，負(fù)載開路了，由于有固定的假負(fù)載，脈寬保證有一最小的寬度而不致于出現(xiàn)間歇振蕩現(xiàn)象。最小的脈寬是由控制電路振蕩器的最小導(dǎo)通比決定的。,8.5 單端正激式變換器,圖8-19 正激式變換器的原理電路圖,圖8-20 正激式變壓器等效電路,圖8-21 單端正激式變換器的電壓電流波形,8.6 半橋式變換器,8.6.1 工作原理,圖8-22 半橋式變換器原理電路,圖8-23 半橋式變換器的工作波形,圖8-24 串聯(lián)電容半橋式變換器原理電路,（a）串聯(lián)電容前交流電壓，斜格面積表示A1