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开关电源的分类和结构形式PPT课件
开关电源的分类和结构形式
什么是开关电源?
所谓AC/DC就是交流变换为直流; AC/AC就是交流变交流,即为DC/AC称为 逆变,DC/DC就是直流变交流后又变为直 流;
凡是用半导体功率器件作为开关,将一 种电源形态的电路变换成另一种形态的电 路,叫开关变换,以自动控制稳定输出并 有各种保护环节电路的电源,叫开关电源 (Switching Power Supply)。
2020/11/20
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Buck电路原理的分析
左边的Vin经S变成矩形波,并由DLC滤波器输 出;
当S导通时,电流经S、L到负载,输出平均直 流电压Vo;
当S截至时,D上负下正,是由L感应的电压所 至,由于没有能量补充,所以电感IL是下降的;
所以:Vo=(Ton/T)×Vin=D × Vin
结构空间的选择:
主要考虑体积小、形状不同(怪异)、元 器件摆放位置的差异、散热的需ห้องสมุดไป่ตู้、耐压安 规的需求。
保护电路:过压、过流、欠压、提示等;
电源的拓扑形式。
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电源的基本概念问题
什么是“离线”开关电源? 什么是差模噪声?什么是共模噪声? 我们在设计电源时,输入保险丝是怎样选择的? 浪涌限制一般采用哪些元器件?
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问题的解答2
共模噪声: 两条共电线端一起与大地(参考地)公共端之间出现的电磁噪声, 对于某些医疗器械要求电源线与大地公共端之间地回路电流是要 严格控制的,一般不允许在火线与地之间有超过0.01uF的电容, 这在许多安全标准中都有规定。
保险丝: 为了最佳的保护,电源输入处使用的保险丝应取最小的额定值,
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Boost电路原理图
升压电路(Boost)其主要元件:电压源、压 控开关、二极管、电感、电容和负载电阻。
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Boost电路原理说明
Q导通时,输入电压Vin全部加在电感上,这时IL=IC,IC是线性增 长的,同时在L上储存能量,R全靠C放电;
Q截止时,L磁能转换为自感电压,电压的极性与原来电流方向相 同,这时L上的电压为左负右正,L上的自感电压和Vin相加为输出 电压Vo,所以Vo高于Vin,这个高电压经D一部分为R供电,另一 部分为C充电,当在导通时再补给L,这里的D是阻碍C的输出电压 给Q短路烧坏Q,这里的C在设计时要求大点,用CLC滤波,纹波 更小。
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开关电源设计参数
开关电源的重要参数:
➢ Vinmin:电源运行时输入最低电压;
如:AC90~265V 这里Vinmin = 90V 。
➢ Vinman:电源运行时输入最高电压;
如:AC90~265V 这里Vinman = 265V 。
➢ 噪声和纹波:附加在直流输出信号上的交流电压和 高频尖峰的峰值,通常为mv级。
优秀合格的电源,可以避免其他电子设备的干 扰(保护自己被干扰);
良好的电源在任何设备中都不会干扰其他设备 (保护干扰其它设备);
防止自身的干扰(相互)。
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从设计的角度设计电源
问题提出:你作为一名电源工程师设计一款手 机充电器(IN:90V,OUT:12V3A),你将 怎样考虑设计此电源呢?
进行估算
功率的大小、变压器和骨架的大小、选择合理的功率元器件;
设计原理图 搭建简单模块电源中的单元电路: 试验: 确定物理机构
散热片、PCB板、风扇;
对EMI/RFI进行测试(改板和设计的可能) 产品加工生产
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从市场的角度设计电源
电源方案的选择:
采用何种工作方式反激、正激、推挽、半桥、 全桥等;
➢ 占空比:在高频开关电源中,开关元件的导通时间 和变换器的工作之比。
➢ ESR:等效串联电阻,它表示电解电容呈现的电阻 值的总合,ESR越小,性能越好。
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开关电源的术语
1、电压调整率:输入电压变化时,输出电压的变化率, 即 电压调整率 = ((最高输出电压Voutmax-最低输出 电Voutmin)/ 额定输出电压Vout) x 100%
此值应该在最低电源输入电压时能可靠承受浪涌电流和电源的最 大工作电流 ,一般取额定功率0.6-0.7。 浪涌限制 一般用晶闸管、负温度系数的热敏电阻等。
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电源在产品中占重要角色
电源是各种电子设备中不可或缺的一部分,它 是各种电压和电流的源泉。首先只有电源正常 工作,才能谈上其他设备正常工作。
2、负载调整率:负载电流从半载到额定负载时,输出 电压的变化率,即 负载调整率 = (V满 – V半)/ V额 × 100%
3、效率:电源的输出功率与输入功率的百分比,即 效率 = Pout / Pin × 100%
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模块化设计的方法
选择合适的技术和拓扑形式
比较熟悉的原则(包括IC、拓扑方式、控制电路、变压器和骨架);
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计算Buck电路L公式
Buck的公式很多常用的公式: L=(5(Vin-Vout)*Vout*T)/Vin*Iout 这里的Vin和Iout是输入电压和输出电流的额 定值。 L=((Vin-Vout)*Vout)/(ΔI*f*Vin),这里的ΔI 一般取输出电流的10~30%。
(大约思考15分钟的时间,可以讨论) 在能满足技术指标的情况下,选择自己熟悉的
元件(KA3844B、UC2845、TOP221~227 等);
输出负载(留有5%的余量、纹波控制在1%以 下);
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三种最长用的电源电路
降压电路(Buck)其主要原件为:电压源、 压控开关、二极管、电感、电容和负载电阻。
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问题的解答1
“离线”开关电源: 直接由交流电源供电,不用体积庞大的50-
60Hz低频隔离变压器,而线形电源通常采用 这种变压器。 差模噪声:
涉及任何两个电源端和输出端之间的高频电 磁噪声的分量,如在火线与中线输入端之间或 在正极与负极输出端之间可以测得 。
2020/11/20
产品的工作环境:
主要考虑温度、湿度和灰尘等(例如销往 海南的电源和销往黑龙江的就不一样,一个是 注意温度和湿度,另一个要注意温度和干燥防 尘);
产品的保护方面考虑。
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从设计的角度设计电源
对噪声抑制的控制电路,采用共模(高频 150K以上,高导磁)还是差模(150K以下, 磁通密度大);