《开关电源培训》PPT课件

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1、一、开关电源的概念电力电子电路基本类型有如下几种：AC-DC整流AC-AC交流电力控制、变频、变相DC-AC逆变DC-DC直流斩波开关电源电路是DC-DC变化电路开关电源的基本工作原理是：用一个半导体功率器件作为开关，该器件不断地重复开启和关断，使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波，该方波经过电感、电容等组成的滤波器滤波之后便得到了另一个直流电压。在一个开关周期内，开关管导通的时间占整个周期的比例称为导通占空比D。很明显，当开关周期不变时，导通占空比越大，负载上获得的直流电压越大。这就是PWM在开关电源中的应用。

2、顾名思义，开关电源中的电力电子器件工作在开关状态，这是相对于线性稳压电源来说的。线性稳压电源中的开关管工作在线性放大状态。所以，我们先来回顾一下线性稳压电源的工作原理。开关电源需要具备的三个条件：1、开关：电力电子器件工作在开关状态。2、高频：器件工作在高频（如50KHZ），而非工频状态。3、直流：电源输出直流。DC-DC变化。二、开关电源拓扑电气非隔离型：Buck电路、Boost电路、升降压、Cuk、Sepic、Zeta电气隔离型：单端变换（正激、反激）双端变换（半桥、全桥、推挽）非隔离电路比隔离电路结构简单、成本低，但是

3、多数场合我们希望输入与输出隔离，所以隔离电路应用广泛。首先，我们来简单回顾一下降压电路。正激电路电感电流连续时，一个开关周期经历两个状态状态1、开关闭合：初级绕组接电源Vin，同时次级绕组把能量传递到输出端。初级、次级电流流向。状态2、开关打开：当s关断时，续流二极管D2和储能元件k构成放电回路，继续对负载R供电。复位电流、次级电流流向。正激电路可以等效为输入电压经过绕组变化的Buck电路正激电路中存在磁芯复位的问题，即开关管关断后到下一次开通时，必须设法使励磁电流降为0否则在下一个周期时，励磁电流将在本周期结束时的剩余值上

4、继续增加，并在以后的开关周期中逐步积累起来，越来越大，从而导致励磁电感饱和。这里我们用复位绕组W3和二极管D3组成复位电路。工作原理如下：开关关断后，励磁电流D3—W3—电源，线性下降为0，所以管子关段时间应大于复位时间。半桥电路三、软磁材料（1）饱和磁感应强度Bm：是在指定温度(25℃或100℃)下，用足够大的磁场强度磁化磁性物质时，磁化曲线达到接近水平时，不再随外磁场增大而明显增大(对于高磁导率的软磁材料,在r=100处)对应的B值。（2）剩余磁感应强度Br：铁磁物质磁化到饱和后，又将磁场强度下降到零时，铁磁物质中残留

5、的磁感应强度，即为Br。称为剩余磁感应强度，简称剩磁。（3）矫顽力Hc：铁磁物质磁化到饱和后，由于磁滞现象，要使磁介质中B为零，需有一定的反向磁场强度-H，此磁场强度称为矫顽磁力Hc。如果磁滞回线很宽，即Hc很高，需要很大的磁场强度才能将磁材料磁化到饱和，同时需要很大的反向磁场强度才能将材料中磁感应强度下降到零，也就是说这类材料磁化困难，去磁也困难，我们称这类材料为硬磁材料。另一类材料磁滞回线很窄在较弱外磁场作用下，磁感应强度达到很高的数值，同时很低的矫顽磁力，即既容易磁化，又很容易退磁。我们称这类材料为软磁材料。开关电源主

6、要应用软磁材料。对软磁材料的要求为(1)磁导率要高(2)要求具有很小的矫顽力Hc和狭窄的磁滞回线(3)电阻率ρ要高。(4)具有较高的饱和磁感应强度Bm。软磁铁氧体又是开关电源中主要应用的软磁材料。在开关电源中，应用得最多的材料是软磁铁氧体。主要有两类：MnZn铁氧体和NiZn铁氧体。镍锌(NiZn)铁氧体具有更高的电阻率，因此它适合工作在1MHz以上的场合；而锰锌(MnZn)铁氧体电阻率较低，通常工作在1MHz以下。铁氧体的结构形式很多，开关电源中应用较多的是EE、EI、U、环形。设计变压器铁芯和电感铁芯的时候，主要关注以下

7、参数：AeAwApleVeALAe为铁芯截面积Aw为铁芯窗口面积Ap=Ae×Aw，这是选择铁芯是的重要参数，是选择铁芯型号的主要依据，在设计变压器和电感时，常用的方法就是Ap法，即截面积和窗口面积乘积法。下面在讲设计方法时会讲解。le为有效磁路长度。Ve为有效体积AL电感系数它表示磁芯具有1匝（或规定整数匝,例如1000匝）线圈时的电感量。如果线圈为N匝，电感量为L=N2AL以形状较复杂的EE和EI为例讲解Aw的概念：EE型铁心的窗口面Aw=EI型铁心窗口面积Aw=四、设计部分正激、推挽、半桥和全桥电路的主电路参数设计A、变

8、压器的设计：1、电压比kT：电压比计算的原则是电路在最大占空比和最低输入电压的情况下，输出电压能达到要求的上限ΔU为电路中电压降，一般取为2V；Dmax为最大占空比，一般取0.9，经验值。2、铁心的选取：式中，Ae为铁心截面积；Aw为铁心窗口面积；PT为变压器的传输功率；fs为开关频率；Δ