开关电源的基础知识课件.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,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：,调整器件,储能电路,取,样,基,准,电,压,方,波,发,生,比,较,脉冲调宽,U,I,U,O,R,L,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,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。,1,2,3,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,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,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，,U,I,经,V,在,L,中产生电流,i,L,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,i,Z,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,2,、并联型：储能电感,和负载相并联,、,V,饱和导通时，,VD,截止，,U,I,经,V,在,L,中产生电流,i,L,，,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,i,Z,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,2,U,I,，为串联型的两倍。,1.1,开关电源组成及开关电源实例,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,TOP221,?,TOP227,1.1,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,1.,TOP,Switch,简介：,（,TOP221,?,TOP227,）,2.TOP,Switch,工作原理：,(,参考开关电源原理方框图,),三端器件,DIP,8,或,SMT,8,封装,1.1,开关电源组成及开关电源实例,3.TOP,Switch,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,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，,N,1,上产生上正下负电压，,N1,储存能量。开关功率管截止时，,N,1,上产,生上,负下正电压，,N,2,产生上正下负电压，,VD,2,导通，,经,C,2,、,L,、,C,3,滤波后提,供,5V,输出电压。,U,O1,U,Z,U,F,（,LED,正向压降）,2,、,N,3,上感应的交流电压经,VD,3,整流、,C,4,滤波，获,12V,电压为,IC,2,中的光,电三极管供电。,稳压原理：,例,U,O1,I,F,（,LED,正向电流）,I,C,（,IC,1,控制电流,),D,（占空比）,U,O1,3,、保护电路：,R,3,、,C,1,和,VD,1,4,、自动启动时间控制：,C,5,0.83S,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,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,UC,3842,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,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,2,2,1,LI,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,脉宽调制集成电路,UC,3842,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,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,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,0,0,%,100,?,?,?,?,?,?,?,T,I,O,O,V,O,U,U,S,9.,负载调整率,(,电流调整率,)S,I,：负载电流变化时，使输出电压保持,恒定的能力。,0,1,.,0,%,100,?,?,?,?,?,?,?,?,T,I,I,I,O,O,I,OM,OM,O,U,U,S,，,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,%,100,?,?,P,P,O,?,%,100,?,?,T,t,D,14.,结温：,15.,最高结温：,16.,过热保护：,17.,过压保护：,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,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？,1.2,稳压电源的分类,一、集成稳压电源的分类,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,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,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。,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,(1),串联型：,储能电感和负载相串联,V,饱和导通时，,VD,截止，,U,I,经,V,在,L,中产生电流,i,L,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,i,Z,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,(2),、并联型：,储能电感和负载相并联,V,饱和导通时，,VD,截止，,U,I,经,V,在,L,中产生电流,i,L,，,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,i,Z,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,(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,TOP221,?,TOP227,4.,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,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,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,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,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,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,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,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,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,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？,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。,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：,OFF,O,L,t,L,U,I,?,?,?,2,max,ON,O,i,L,t,L,U,U,I,?,?,?,?,1,max,OFF,O,ON,O,i,t,L,U,t,L,U,U,?,?,?,?,i,ON,i,i,OFF,ON,ON,O,U,T,t,U,D,U,t,t,t,U,?,?,?,?,?,?,?,即,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：,OFF,d,O,i,L,t,L,U,U,U,I,?,?,?,?,?,2,ON,i,L,t,L,U,I,?,?,?,1,OFF,d,O,i,ON,i,t,L,U,U,U,t,L,U,?,?,?,?,?,),1,(,1,1,?,D,D,U,U,t,t,U,i,i,OFF,ON,O,?,?,?,?,?,即,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).,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：,.U,O,与,U,i,极性相反,.,改变,D,可改变,U,O,，稳定,D,可稳定,U,O,.D,1-D,时，即,D,0.5,时，,U,O,U,i,D,1-D,时，即,D,0.5,时，,U,O,U,i,LT,t,U,P,OFF,O,L,2,2,2,?,D,D,U,U,i,O,?,?,?,1,1.4,开关电源的基本工作原理,二、脉宽调制控制器的基本原理,1.4,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,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,I,O,DU,U,?,?,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,I,O,DU,U,?,?,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,U,O,(2).,可实现自动稳压,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.18,P.19,R,F,Z,O,U,U,U,U,?,?,?,2,?,?,?,?,?,?,O,C,E,F,o,U,D,I,I,I,U,例：,1.5,开关电源集成电路产品,一、,PWM,控制器集成电路产品,P.20,1.5,开关电源集成电路产品,二、单片开关电源集成电路产品,P.21,1.5,开关电源集成电路产品,三、开关稳压器集成电路产品,P.22,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。,