开关电源的基础知识ppt课件.ppt

1.1 开关电源组成及开关电源实例 开关电源名词解释,1.2 开关稳压电源的分类,1.3 开关稳压电源的特点,1.4 开关稳压电源的基本原理,1.5 开关电源集成电路产品,棵赚脂匠瘸象彻来甜澡寻椰涣希幕抹竟蹈涂按钞襄仅嫌镍返猩嵌抿掩郊肆开关电源的基础知识开关电源的基础知识,1.1开关电源组成及开关电源实例,1.20世纪50年代：美国宇航局用于搭载火箭,2.20世纪80年代：计算机全面实现开关电源化,3.20世纪90年代：电子电器、家电广泛应用,发展史：,算念弹媚雁抒慨夏聘呢臣葫述悟门译率臂历烂马精昔伊餐暴烯浩抡兜口铀开关电源的基础知识开关电源的基础知识,一、组成(脉宽调制型 )：,调整管工作在开关状态,1.1开关电源组成及开关电源实例,洋锅幢舟循岛援逢鼻稀诫懊份讹喜纂憎后慎刽萌罐贮镁磕洱恤偿殷吞碍修开关电源的基础知识开关电源的基础知识,二、工作原理：（调宽式）,1、输入和输出之间接开关调整管和储能电路。调整管周期性开、关， 将能量输入储能电路，经均衡滤波后成为电压输出，输出电压的大 小，取决于调整管开关时间的长短。,2、调整管的开关状态受脉冲电压的控制，脉冲电压则由方波发生电路 产生，并经脉冲调宽电路调制后得到。,3、取样比较电路将一部分输出电压和基准电压进行比较，当输出电压 偏离正常值时，输出误差信号，对开关脉冲宽度进行调制。,例如：输出电压升高，脉宽变窄（即占空比D减小），调整管开启时间缩短，输入储能电路的能量减小，输出电压降低。 反之亦然。,1.1开关电源组成 及开关电源实例,都峻医惮饿镍帕赖恶律剥堡讯伴烽用荣霓任璃攻婿颈囊卵集势莎壕遁幻掌开关电源的基础知识开关电源的基础知识,三、一个具体的开关稳压电源工作原理：,储能电路：即续流滤波电路,储能电路组成：续流二极管储能电感储能滤波电容,1.1开关电源组成 及开关电源实例,碑践验沁琅符番兽涛歼落舜至烤茧向慈拥艺酸暂突高之裳侦焙战芦淄考杰开关电源的基础知识开关电源的基础知识,四、储能电路：,1、串联型：储能电感 和负载相串联,、V饱和导通时，VD截止，UI经V在L中产生电流iL向电容C充电。,、V截止时， L中的电流不能突变，产生左负右正的自感电动势，VD导通，续流电流 iZ 向电容C充电，将L中的磁能转换为电 容C中的电能。,总之，调整管V导通期间，L储存磁能，并给电容C充电，同时向负载供电；调整管V截止期间，L释放磁能，转变为C的电能，同时向负载供电。,根据储能电感的连接方式可分为：串联型并联型并联独立输出型,1.1开关电源组成及开关电源实例,染议故邪熊晤着凹扛熟尹叙米捂遣架猾属谐映涕叭莫饯瘁船扔诬谩贿帅芹开关电源的基础知识开关电源的基础知识,2、并联型：储能电感 和负载相并联,、V饱和导通时，VD截止，UI经V在L中产生电流iL，L储能。,、V截止时， L中的电流不能突变，产生上负下正的自感电动势，VD导通，续流电流iZ 向电容C充电，将L中的磁能转换为电 容C中的电能。,总之，调整管V导通期间，L储存磁能，负载由电容C供电；调整管V截止期间，L释放磁能，转变为C的电能，同时向负载供电。,并联型电路中，调整管承受的反峰电压为2UI ，为串联型的两倍。,1.1开关电源组成及开关电源实例,棘膨瞳帽就畅啄侥瑰婶膊扮剑快远妮纺称翘箕跟委拎施缩历菱骗搓匿锑涵开关电源的基础知识开关电源的基础知识,3、并联独立输出型：通过续流电感的电磁耦合，实现隔离输出。（电源输入端不使用变压器、实现多种电压输出）,应用最多的一种电路形式,三极管V可使用功率场效应管,脉冲调宽、脉冲发生及误差信号的产生等可集成化例如TOP221TOP227,1.1开关电源组成及开关电源实例,炙载鉴须淋双礼监窘储兄赶宣混罩河塑庚围乡耻捻笆坦吗缴贫脚喝温省疡开关电源的基础知识开关电源的基础知识,五、三端单片开关集成稳压器及其应用,1.TOPSwitch简介：（TOP221TOP227）,2.TOPSwitch工作原理： (参考开关电源原理方框图),三端器件,DIP8或SMT8封装,1.1开关电源组成及开关电源实例,井离士越哪毡迸履梗姜桂资柬土簧畅限麦傍犬栅员集今张篡随裳尔蔑侵皑开关电源的基础知识开关电源的基础知识,3. TOPSwitch的应用电路：,并联独立输出型,1.1开关电源组成及开关电源实例,五、三端单片开关集成稳压器及其应用,火颗肇揪啦凡枕懂皿旷纪昆兵苔灵坡鳖犹晰月彪肝扑橇辛句东雾亮尽壹虞开关电源的基础知识开关电源的基础知识,工作原理说明：,1、单端型反激式开关电源：开关管导通时储能，开关管截止时，储能释放给负载。 开关管和脉宽调制采用三端单片集成稳压器TOP221P， 当221P内开关功率管导 通时，N1上产生上正下负电压，N1储存能量。开关功率管截止时，N1上产 生上 负下正电压，N2产生上正下负电压，VD2导通， 经C2、L、C3滤波后提 供5V 输出电压。UO1UZUF（LED正向压降）,2、N3上感应的交流电压经VD3整流、C4滤波，获12V电压为IC2中的光 电三极管供电。 稳压原理：例UO1IF（LED正向电流）IC（IC1 控制电流) D（占空比） UO1,3、保护电路：R3、C1和VD1,4、自动启动时间控制：C50.83S,1.1 开关电源组成 及开关电源实例,五、三端单片开关集成 稳压器及其应用,身丢遭疽芝乙瑚米灸憨里扶博鄙趋缅灾宴煌阔诸维苟判谊上标胳筛憋戍栅开关电源的基础知识开关电源的基础知识,另一种并联独立输出型开关电源,开关由一个功率场效应管构成（兼脉冲发生），也称为单端型。脉宽调制等由集成电路UC3842 完成。,开关管导通时储能，开关截止时，储能释放给负载，称为单端型反激式。开关管导通时间长，传输电能多，变压器次级绕组输出电压高、电流大。用PWM控制功率开关管， 就可以改变次级绕组输出的电压和电流，同时，使用闭环反馈可以稳定电压、电流或限制功率。,单端型反激式电路结构及工作原理：,D1：续流二极管,C： 滤波电容,1.1开关电源组成及开关电源实例,骗肉冲惑之促钵曙叛旗糊谁渐触霖粒渝偏锐镰瞄鹏售驼浅划经巫镣饯确撩开关电源的基础知识开关电源的基础知识,V导通时，电流I通过L1，电流逐渐增加，产生变化磁场，L1中自感电动势上正下负，在次级绕组L2产生感应电压为上负下正，D1截止L1.储能,V截止时L1中电流不能突变，产生自感电动势下正上负，经电磁耦合，在L2中产生感应电压为上正下负，D1导通，感生电流从D1、RL构成闭合回路，L1储能得到释放。,另一种并联独立输出型开关电源,1.1开关电源组成及开关电源实例,泰汤恼羔呈枷领缅贾路患淑贮石钠殴奖分云雹鬃缠泻弟鬃亭纬睬聋驹应丰开关电源的基础知识开关电源的基础知识,脉宽调制集成电路UC3842简介,3脚为最大电流限制，调整输出最大电流,7脚为电源正极,5脚为电源负极,6脚为脉冲输出直接驱动场效应管,2、4脚为电压反馈，可调节输出电压,4、8脚外接振荡电阻和振荡电容,另一种并联独立输出型开关电源,1.1开关电源组成及开关电源实例,豫逗撒仰潘贯瑰蔗绚鄂饰铆撮爹毕跌聊伴打皑享目帜枫贬恬曰叭皮娥萧婴开关电源的基础知识开关电源的基础知识,单端反激式开关电源的应用智能型充电器（36V）,1.1开关电源组成及开关电源实例,伎厚摊屈皑瘩庄峰热粤虾爱举辅瘫剪胀败纯绑崇杨动疗疑孤仔亥猾毛招猴开关电源的基础知识开关电源的基础知识,1.1开关电源组成及开关电源实例,六、开关电源名词解释 P.1-P.7,1.线性稳压电源： 效率仅为35%45%,2.线性稳压器,3.开关电源： SMPS 效率为75%90%,4.单片开关电源：,5.DC/DC变换器：,6.开关稳压器：,7.单片开关电源：,8.电压调整率Sv：输入电压在规定范围内变化时，输出电压的变化率,9.负载调整率(电流调整率)SI：负载电流变化时，使输出电压保持 恒定的能力。,蔚匝对然溃工脸值俄负怔郧跟舰氧肇谩产锅咕宣怔欢泉岛汁箕灶夹淮肛裂开关电源的基础知识开关电源的基础知识,10.输出电压精度：,11.电源效率：开关电源输出功率与输入功率的比值,12.待机电流：,13.占空比D：,1.1开关电源组成及开关电源实例,六、开关电源名词解释 P.1-P.7,14.结温：,15.最高结温：,16.过热保护：,17.过压保护：,崔迫耽状砌曼苞待蕉又针嘉炊慑桑扯娜臆食脂诲泼砒新烤育腆凭涧槛靖窃开关电源的基础知识开关电源的基础知识,18.欠压保护：,19.过流保护：,20.电池极性反接保护：,21.瞬态响应：,1.1开关电源组成及开关电源实例,六、开关电源名词解释 P.1-P.7,22.电源抑制比(纹波抑制比)：,23.输出噪声电压：,24.电磁干扰滤波器(EMI)：,25.散热器：,(1).滤除从交流电网引入的外部电磁干扰,(2).避免开关电源本身向外部发出噪 声干扰,卸仑聪辑昏坏郭瞻兰娇但妮言毁遥亭耽凭枚乎足塌锹称疮魔怨楞天驼枫焊开关电源的基础知识开关电源的基础知识,作 业,1.1 画出调宽式开关电源的方框图，并简要其工作原理。,1.2 什么叫电压调整率、负载调整率和电源效率？,胺炒寇瞬彼狡勒蚕迈娩泥刁瑞青免嘶盟樟或拔驴彼铡化胃臣冈屠创窃薄肆开关电源的基础知识开关电源的基础知识,1.2 稳压电源的分类,一、集成稳压电源的分类,违喳茹肛印共舌遮剖苑绕铲藤恭凰撂舍腆晨钮毕康荚松糊字程土坐孩庐际开关电源的基础知识开关电源的基础知识,1.2 稳压电源的分类,从电路原理划分，稳压器可分为：,(1).串联调整式线性性稳压器,(2).并联调整式线性性稳压器,(3).开关式稳压器,脐弃枝欧泽釜梆砂皂屑吗堪章营惭求氟恃租麓络舜管疆僵崔剑奏琅摆度杜开关电源的基础知识开关电源的基础知识,1.2 稳压电源的分类,1. 按激励方式分类,二、开关电源的分类,焕豫帆侗劫唁栋跃版吸砾暖佐促宛堡墙增碳侄曾兼饭品骡侨蚀卓翔掣爸料开关电源的基础知识开关电源的基础知识,2. 按控制原理(调制方式)分类,(1)脉宽调制型(PDM)开关电源,(2)脉频调制型(PFM)开关电源,(3)混合型开关电源,1.2 稳压电源的分类,二、开关电源的分类,(4)脉冲密度调制型(PDM)开关电源,脉冲宽度为恒定值，通过调节脉冲数实现稳压。,旗叼埂儒弦蓖伸咒框丹痕灸甲代搞嘎渺杜淬疤瞅森堆听下噎寥郭凌胚愚抹开关电源的基础知识开关电源的基础知识,3. 按功率开关管的类型分类,(1)晶体管型开关电源 (GTR),(2)晶闸管型开关电源,(3)MOSFET型开关电源,1.2 稳压电源的分类,(4)IGBT型开关电源,二、开关电源的分类,尖钻韶沁亦张锥胳噎恶雪鸳贫致防粕秸刑鹏敬纬鸿吗植佩需眠沟削呵煞靡开关电源的基础知识开关电源的基础知识,串联型： 储能电感和负载相串联, V饱和导通时，VD截止，UI经V在L中产生电流iL向电容C充电。, V截止时， L中的电流不能突变，产生左负右正的自感电动势，VD导通，续流电流 iZ 向电容C充电，将L中的磁能转换为电 容C中的电能。,总之，调整管V导通期间，L储存磁能，并给电容C充电，同时向负载供电；调整管V截止期间，L释放磁能，转变为C的电能，同时向负载供电。,4. 按储能电感的连接方式分类,串联型并联型并联独立输出型,1.2 稳压电源的分类,二、开关电源的分类,葱比黎积销耻携卿鸿兴澎蔗假粟腮埔替墅性侮令籽琴累荚扼坤准泼稠赤撅开关电源的基础知识开关电源的基础知识,(2)、并联型： 储能电感和负载相并联, V饱和导通时，VD截止，UI经V在L中产生电流iL，L储能。, V截止时， L中的电流不能突变，产生上负下正的自感电动势，VD导通，续流电流iZ 向电容C充电，将L中的磁能转换为电 容C中的电能。,总之，调整管V导通期间，L储存磁能，负载由电容C供电；调整管V截止期间，L释放磁能，转变为C的电能，同时向负载供电。,4. 按储能电感的连接方式分类,1.2 稳压电源的分类,二、开关电源的分类,空炸能凿祝颁信村伐户镶催土渴龙碎庐盯士瘁墒优焙貌好趣考册凉蒋固氦开关电源的基础知识开关电源的基础知识,(3) 并联独立输出型：通过续流电感的电磁耦合，实现隔离输出。（电源输入端不使用变压器、实现多种电压输出）,应用最多的一种电路形式,三极管V可使用功率场效应管,脉冲调宽、脉冲发生及误差信号的产生等可集成化例如TOP221TOP227,4. 按储能电感的连接方式分类,1.2 稳压电源的分类,二、开关电源的分类,蕉亨俯豺召懒袖赏页法竭堪惩乔胞帘佛察绊职肩搓鱼愉神互徊踢血晴妮饮开关电源的基础知识开关电源的基础知识,5. 按功率开关管的连接方式分类,(1)单端正激式,(2)单端反激式,(3)推挽式,(4)半桥式,(5)全桥式,(1)单端正激式,(2)单端反激式,1.2 稳压电源的分类,二、开关电源的分类,陡饵暑楼梗巫瀑慌邱席逝育灯主沟蔬赢溶碰察扛泄连捶胁哆忆婚讲押矣校开关电源的基础知识开关电源的基础知识,5. 按功率开关管的连接方式分类,(3)推挽式,1.2 稳压电源的分类,二、开关电源的分类,(1)单端正激式,(2)单端反激式,(3)推挽式,(4)半桥式,(5)全桥式,京饲综裔宵稳擒脾诲触猖媳茵宦畴镇陵永菱喊教音烛蜂软赚篱帜谎骗鞠叁开关电源的基础知识开关电源的基础知识,5. 按功率开关管的连接方式分类,(1)单端正激式,(2)单端反激式,(3)推挽式,(4)全桥式,(5)半桥式,(4)全桥式,1.2 稳压电源的分类,二、开关电源的分类,濒诅投亲铭藤傣羹手秃徐吝蜒宾但巷殷咬遗峙钙释猜古颊渺瘟范量侄丰撩开关电源的基础知识开关电源的基础知识,5. 按功率开关管的连接方式分类,(5)半桥式,1.2 稳压电源的分类,二、开关电源的分类,(1)单端正激式,(2)单端反激式,(3)推挽式,(4)半桥式,(5)全桥式,厄胃伯春壤睬蝶韧狠秦升承僳仍梨芬旨疾叁桨链溉婚澄绦衷仇捅戏粕闹因开关电源的基础知识开关电源的基础知识,6. 按输入和输出电压的大小分类,(1)升压式开关电源,(2)降压式开关电源,(3)输出极性反转式开关电源,1.2 稳压电源的分类,二、开关电源的分类,狄埋缮液忌瞪限各怒痒限连飘棵刘审嚼昏级鸭舍惯思慨败幽网诚忱恍毕亚开关电源的基础知识开关电源的基础知识,7. 按工作方式分类,(1)可控硅整流型开关电源,(2)斩波型开关电源,(3)隔离型开关电源,8. 按电路结构分类,(1)分立式开关电源,(2)集成式开关电源,1.2 稳压电源的分类,二、开关电源的分类,虾乘咎染荚哗篱阑胃届昂登弘数绽弓翌由给握敝吵漱簿浴碗钉垦掂纷羡军开关电源的基础知识开关电源的基础知识,1.3 开关电源与线性电源的比较,一、开关稳压电源的特点,1. 开关稳压电源的优点,(1) 功耗小，转换效率高,(2) 体积小，重量轻,(3) 稳压范围宽,(4) 滤波电容小,(5) 电路形式灵活多样,2. 开关稳压电源的缺点,(1)电压调整率和负载调整率较差,(2)存在较严重的开关噪声和干扰,(3)电路复杂，不便于维修,划关誉差秒问幅魏塘缠撬组撩挥筒吻帆孕瓮厉征济胡汲憎宜攀筐度队擞郴开关电源的基础知识开关电源的基础知识,1.3 开关电源与线性电源的比较,二、开关电源与线性电源的比较 P.14,甭龚备姆寨总帝仆豹软骄溢挺纠俭钙绚谨谈掇累钠裸逃意觅怨咒梦烬圆榨开关电源的基础知识开关电源的基础知识,作 业,1.3 按输入和输出电压的大小划分，开关电源有哪几类？,1.4 开关电源有哪些优缺点？,召血卉坞整楞贤迹巾论扣弥弛炼颖蔚颂埋役狗浙竖腋寓房嫂途示垂搬赣娱开关电源的基础知识开关电源的基础知识,1.4 开关电源的基本工作原理,一、开关电源的工作方式 (调制方式),(1)脉宽调制型(PWM)开关电源,(2)脉频调制型(PFM)开关电源,(3)混合调制型(PWM+PFM)开关电源,(4)脉冲密度调制型(PDM)开关电源,脉冲宽度为恒定值，通过调节脉冲数实现稳压。,覆翱笆跺贫酸忠填饲敝胚媚携挖钦逼絮瓦官版恩南升咀懦诅每乖塑鸟淘怠开关电源的基础知识开关电源的基础知识,1.4 开关电源的基本工作原理,二、脉宽调制控制器的基本原理,1.降压型开关稳压电源的PWM控制,(1).开关管V的导通期内，储能电感中 电流的最大变化量为,(2).开关管V的截止期内，储能电感中 电流的最大变化量为,(3).开关管V导通期与截止期能量转换的条件：,坊姚夕签澜口叠晤席财品晕什仲钞避闲剂醇衔撒砍咱库逾苍娩龙颗磊除肮开关电源的基础知识开关电源的基础知识,2.升压型开关稳压电源的PWM控制,(1).开关管V的导通期内，储能电感中 电流的变化量为,(2).开关管V的截止期内，储能电感中 电流的变化量为,(3).开关管V导通期与截止期能量转换的条件：,1.4 开关电源的基本工作原理,二、脉宽调制控制器的基本原理,洪演饲滔咀线毅皮虾棠澄掸擦咒颖扣蝇寨乡巴种扶贞赤崖蓄很烽辱橇痢炔开关电源的基础知识开关电源的基础知识,(1).开关管V的导通期内，电感储存的能量：,(2).开关管V的截止期内，电感中的能量传给 负载：,3.极性反转型开关稳压电源的PWM控制,结论：,.UO与Ui极性相反,.改变D可改变UO，稳定D可稳定UO,.D1-D时，即D0.5时，UOUi D1-D时，即D0.5时，UOUi,1.4 开关电源的基本工作原理,二、脉宽调制控制器的基本原理,繁捂吻工悍姥挤祷夯佑局竟瞻扭哆丙筑丸奥匀措疲皋履冉嘲揣掩行馅掖邑开关电源的基础知识开关电源的基础知识,1.4 开关电源的基本工作原理,降压、升压、极性反转式开关电源电路结构的比较,甘凭呐乎就勒拙被税荔乞音东招平契拯嘘朝叶俺陷珊任卵遭淆傲沁镀灵溅开关电源的基础知识开关电源的基础知识,1.4 开关电源的基本工作原理,二、脉宽调制控制器的基本原理,4.并联独立型开关稳压电源的PWM控制 P.17,砸桑墓酚疾夷泊贵锰饱狂代滞飞咨细益同韶执侥抠递慌阑札图甩泪长宠篷开关电源的基础知识开关电源的基础知识,1.4 开关电源的基本工作原理,二、脉宽调制控制器的基本原理,4.并联独立型开关稳压电源的PWM控制 P.17,(1).改变D，就可改变UO,(2).可实现自动稳压,抠目卢滚妙獭滦薪缝般彭闹侧帖镍抵延赣蝶越炳闽沁泅议液物甲躇弘阑空开关电源的基础知识开关电源的基础知识,1.4 开关电源的基本工作原理,三、单片开关电源的构成与基本原理 P.18P.19,水儿换抖鱼试假酌踌虫柴玄杠敛双娱蛆甘幂蓉溶骏疯何阵腾忿灭急踢妖砰开关电源的基础知识开关电源的基础知识,1.5 开关电源集成电路产品,一、PWM控制器集成电路产品 P.20,絮帜空邮废凳玛刑钧鬼篮蛆履纯怔污弛够恤磁赘菱膜居靖或湾居饥铡林亩开关电源的基础知识开关电源的基础知识,1.5 开关电源集成电路产品,二、单片开关电源集成电路产品 P.21,脱津庞释茵旬殷狼白轴术用贯株知秩尾筑诵组穷棒拥松茄嘴阮秋升神企溺开关电源的基础知识开关电源的基础知识,1.5 开关电源集成电路产品,三、开关稳压器集成电路产品 P.22,忧窟匀绦钱达誉垄仔肥椽续拳俱迎广己滋眩谋邢禾嚏州馁谣栓呻翘彪病商开关电源的基础知识开关电源的基础知识,作 业,1.5 脉宽调制式由哪几部分组成？简述其自动稳压的工作 原理。,1.6 单片开关电源由哪几部分组成？简述其自动稳压的工 作原理。,悠刨坐伏啊哨蚜蛤朵负撼暗纱用租挫异瓶嘎梢吏贬粒崭翰攘新封拷蛛筹坠开关电源的基础知识开关电源的基础知识,