现代电子技术-电源管理专题

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1、现代电子技术--电源管理专题主讲人：刘素凯制作人：宋迪吴国斌时间：2013年12月9日地点：世A103CentralSouthUniversityTheElectronicInformationEngineering分析一个PFC系统的电源系统目录一、电源管理概述1.1概述1.2技术指标二、DC-DC电源变换技术2.1DC-DC变换2.2线性稳压2.3Buck型开关电源2.4Boost型开关电源三、总结电源管理是指如何将电源有效分配给系统的不同组件。电源管理对于依赖电池电源的移动式设备至关重要。通过降低组件闲置时的能耗，优秀的电源管理系统能够将电池寿命延长两

2、倍或三倍。电源管理技术也称做电源控制技术，它属于电力电子技术的范畴，是集电力变换，现代电子，网络组建，自动控制等多学科于一体的边缘交叉技术，现今已经广泛应用到工业，能源，交通，信息，航空，国防，教育，文化等诸多领域。一、电源管理1.1概述1.2电源管理技术指标输入电压：Uin输入电流：Iin输出电压：Uout输出电流：Iout电源效率：评判一个电源好坏的重要参数。功率因数：有功功率除以视在功率。输出电压纹波：这是峰-峰值电压，它的频率和大小应该能被负载所接受电压调整率：（最高输出电压-最低输出电压）/额定输出电压X100%负载调整率：（满载时输出电压-半载时输

3、出电压）/额定负载时输出电压工作温度：尤其是大功率的电压更应该考虑温度这个指标。将一个不受控制的输入直流电压变换成为另一个受控的输出直流电压称之为DC-DC变换。随着科学技术的发展，对电子设备的要求是：①性能更加可靠；②功能不断增加；③使用更加方便；④体积日益减小。这些使DC-DC变换技术变得更加重要。目前，DC-DC变换器在计算机、航空、航天、水下行器、通信及电视等领域得到了广泛的应用，同时，这些应用也促进了DC-DC变换技术的进一步发展。实现DC-DC变换有两种模式：1.线性调节模式(LinearRegulator)2.开关调节模式（SwitchingRe

4、gulator）二、DC-DC电源变换技术2.1DC-DC变换电源元件的基本方程电容：当一电流流经电容,电容两端的电压逐渐增加,并且电容量越大电压增加越慢在稳态工作的开关电源中流经电容的电流对时间的积分为零电感:当一电感突然加上一个电压时,其中的电流逐渐增加,并且电感量越大电流增加越慢当一电感上的电流突然中断,在其两端会产生一瞬时高压,并且电感量越大该电压越高分析开关电源中电容和电感的几条原则：1.电容两端的电压不能突变2.电感中的电流不能突变3.流经电容的电流平均值在一个开关周期内为零4.电感两端的伏秒积在一个开关周期内为零2.2线性稳压线性调节器模式如图5

5、-1a所示，在这种模式中晶体管工作在线性工作区，其输出电压为。晶体管模型可以用可调电阻RT等效，其等效电路如图5-1b所示。显然晶体管功率损耗为优点：缺点：1、设计成本低2、输出纹波小3、具有很好的线性调整率和负载调整率1、效率低，当输入电压与输出电压差增大时，功率消耗增大。应用场景：当输入和输出电压差距不大，效率要求不高时，LDO是最好的选择。线性稳压芯片：LM78xxAMS1117-xxTPS79733(LDO)2.3Buck型开关电源Buck电路又称为串联开关稳压电路，或降压斩波电路。Buck变换器原理图如下图所示。它有两种基本工作模式，即电感电流连续模

6、式CCM和电感电流断续模式。电感电流连续是指输出滤波电感电流总是大于零，电感电流断续是指在开关管关断期间有一段时间电感电流为零，这两种状态之间有一个临界状态，即在开关管关断末期电感电流刚好为零。电感电流连续时，Buck变换器存在两种开关状态；电感电流断续时，Buck变换器存在三种开关状态；如图b、c、d所示。电路在稳态时，各电压和电流的周期均为T，因，则电感电压在一个周期中的积分为零。因电感电压在开关导通时为，断开时为，则由上式得BUCK变换器设计步骤选择续流二极管D。续流二极管选用快恢复二极管，其额定工作电流和反向耐压必须满足电路要求，并留一定的余量。选择开

7、关管工作频率。最好工作频率大于20KHZ，以避开音频噪声。工作频率提高可以减小L、C，但开关损耗增大，因此效率减小。开关管可选方案：MOSFET、IGBT、GTR。占空比选择。为保证当输入电压发生波动时，输出电压能够稳定，占空比一般选0.7左右。确定临界电感,电感选取一般为临界电感的10倍。确定电容：耐压值要大于最大的输出电压，并且留有一定的余量。电容值增大，有利于减小输出电压的纹波。2.3Boost型开关电源Boost电路如图所示，它是一升压斩波电路，同Buck变换器一样，Boost变换器也有电感电流连续和断续两种工作方式，电感电流连续时，存在两种开关状态；

8、电感电流断续时，存在三种开关状态。电路