高频开关电源演示幻灯片.ppt

高频开关电源一、概论串联线性电源与开关电源的区分开关电源的分类：直流稳压电源当今计算机及自动化设备上大多数控制电源都向低压大电流、高效率、重量轻、体积小的方向发展。在这种要求面前首先得到发展的是晶体管串联式开关稳压电源。图中输入回路的作用是将交流输入电压整流滤波变为平滑的高压直流电压；功率变换器的作用是将高压直流电压转换为频率大于20KHZ的高频脉冲电压；整流滤波电路的作用是将高频的脉冲电压转换为稳定的直流输出电压；开关电源控制器的作用是将输出直流电压取样，来控制功率开关器件的驱动脉冲的宽度，从而调整开通时间以使输出电压可调且稳定。从框图中可见，由于高频变压器取代了笨重的工频（50HZ）变压器，从而使稳压电源的体积和重量大大减小。开关稳压电源的特点优点1.效率高。一般在70～90%以上。而相应的线性稳压电源的效率仅有50%左右。2.体积小、重量轻，随着频率的提高，收效更显著。3.稳压范围广，一般交流输入80～265V，负载作大幅度变化时，性能很好。4.噪声低，声频在20kHz以上时，已是人耳听不到的超声波，而开关电源的工作频率一般都大于此频率；5.性能灵活，通过输出隔离变压器，可得到低压大电流、高压小电流；一个开关控制的一路输入可得到多路输出以及同号、反号等输出；6.电压维持时间长，为了适应交流停电时，计算机、现代自动化控制设备电源转换的需要，开关电源可在几十毫秒内保证仍有电压输出。7.可靠性大，当开关损坏时，也不会有危及负载的高电压出现。开关稳压电源的不足之处1.输出纹波较大，约有10～100mV的峰峰值；2.脉冲宽度调制式的电路中，电压、电流变化率大；3.控制电路比较复杂，对元器件要求高；4.动态响应时间至少要大于一个开关周期，不如串联式晶体管线性稳压电源。2.作用：双向滤波避免电网供电线引入高频脉冲影响电子电路；防止开关电源对电网造成污染。工作原理：对高频干扰信号而言，电容呈短路，而电感则呈开路。高频干扰被电容短路。由一个全桥（由四个二极管组成）和两个高压电解电容组成。把220V交流市电转换成400V左右的直流电。整流电路工作原理滤波电路电容滤波电路当v2到达90°时，v2开始下降。先假设二极管关断，电容C就要以指数规律向负载ＲL放电。指数放电起始点的放电速率很大。对于输入与输出电压之间不需隔离，只用一个工作开关管VT和电感L、二极管D、电容C组成的变换器电路最基本的为如下三种，其原理电路如图2.6所示。（1）串联开关或降压变换器（buckconverter）（2）并联开关或升压变换器（boostconverter）（3）串—并联开关或降、升压变换器（buck-boostconverter）调整输出电压的方法：只要改变开关脉冲的“占空比”，就可以改变输出电压的高低。在具体电路中，可以使开关脉冲频率固定，改变开关管导通时间ton而改变输出电压高低。这种电源称为“调宽式”开关电源。PWM也可以使开关管截止时间不变，只改变开关管导通时间长短而改变输出电压高低。这种电源称为“调频调宽”式开关电源。PFM电路中VT为开关管，工作于开关状态（VT饱和导通时相当于一只接通的开关，VT截止时相当于一只断开的开关）。电感L和电容C为储能元件。RL为电源的负载。D为续流二极管，它在开关管截止时导通，保证电感L中的电流不中断。高频变压器开关电源基本结构框图开关电源原理示意图输入电压Uin与导通比α的对应关系全桥式变换器的开关电源开关电路的PWM控制原理三角波发生器通过比较器产生一个方波vB，去控制开关管的通断。为了稳定输出电压，按电压负反馈方式引入反馈。设输出电压增加，FVO增加，比较放大器的输出Vf减小，比较器方波输出的toff增加，开关管导通时间减小，输出电压下降。起到了稳压作用。输出波形见图。开关管发射极输出电压VE为方波，由于滤波电感的存在，使输出电流iL为锯齿波，趋于平滑。输出则为带纹波的直流电压。q称为占空比方波高电平的时间占整个周期的百分比。1．开关管工作在开关状态，功耗大大降低，电源效率大为提高；2．开关管在开关状态下工作，为得到直流输出，必须在输出端加滤波器；3．可通过脉冲宽度的控制方便地改变输出电压值；4．由于开关频率较高，滤波电容和滤波电感的体积可大大减小。保护电路——六重保护1、输入端过压保护：压敏电阻（耐压值）2、输入端过流保护：保险丝、热敏电阻3、输出端过流保护：通过导线反馈，驱动变压器就会相应动作，关断电源的输出。4、输出端过压保护：当比较器检测到的输出电压与基准电压偏差较大时，稳压管就会对电压进行调整。5、输出端短路保护：输出端短路时，比较器会侦测到电流的变化，并通过驱动变压器、PWM关断开关管的输出。6、温度控制：通过温度探头检测电源内部温度，并智能调整风扇转速，对电源内部温度进行控制。开关稳压电源电路故障分