大学生电子竞电源

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1、大学生电子设计竞赛设计与实践（第二讲）电气信息学院电工学教研室骆雅琴2011.3.25内容★开关电源的介绍★09年全国电子设计竞赛安徽赛区一等奖★09年全国电子设计竞赛一等奖★电子设计竞赛培训作业2什么是电源电源——电子设备的心脏电流——输送动力和信息什么是开关电源两类电源：线性稳压电源----工作在线性放大区开关稳压电源----工作在开关状态变换效率低，一般35%~60%变换效率高，一般70%~95%开关电源的发展随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源。进入80

2、年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代；进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。开关电源的组成：一、主电路1、输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。2、整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。3、逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。4、输出整流与滤波

3、：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。二、控制电路一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定；另一方面，根据测试电路提供的资料，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。开关电源的组成：三、检测电路除了提供控制保护电路中正在运行的各种参数外，还提供各种显示仪表资料。四、辅助电源提供所有单一电路的不同要求电源开关电源的组成：开关稳压电源开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制I

4、C和MOSFET。开关控制稳压原理开关K以一定的时间间隔重复地接通和断开。在开关K接通时，输入电源E通过开关K和滤波电路提供给负载RL，在整个开关接通期间，电源E向负载提供能量；当开关K断开时，输入电源E便中断了能量的提供。可见，输入电源向负载提供能量是断续的，为使负载能得到连续的能量提供，开关稳压电源必须要有一套储能装置，在开关接通时将一部份能量储存起来，在开关断开时，向负载释放。储能元件由电感L、电容C2和二极管D组成的电路，就具有这种功能。电感L用以储存能量，在开关断开时，储存在电感L中的能量通过二极管D释放给负载，使负载

5、得到连续而稳定的能量，因二极管D使负载电流连续不断，所以称为续流二极管。电压平均值EAB在AB间的电压平均值EAB可用下式表示：EAB=TON/T*E式中TON为开关每次接通的时间，T为开关通断的工作周期（即开关接通时间TON和关断时间TOFF之和）。由式可知，改变开关接通时间和工作周期的比例，AB间电压的平均值也随之改变，因此，随着负载及输入电源电压的变化自动调整TON和T的比例便能使输出电压V0维持不变。改变接通时间TON和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比，这种方法称为“时间比率控制”（TimeRatioControl,缩写

6、为TRC）。TRC控制原理按TRC控制原理，有三种方式：一、脉冲宽度调制（PulseWidthModulation,缩写为PWM）开关周期恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。二、脉冲频率调制（PulseFrequencyModulation,缩写为PFM）导通脉冲宽度恒定，通过改变开关工作频率来改变占空比的方式。三、混合调制导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定，彼此都能改变的方式，它是以上二种方式的混合。典型电路降压式变换电路（Buck电路）开关导通时等效电路开关关断时等效电路BUCK电路基本结构等效的电路模型及基本规律（1

7、）从电路可以看出，电感L和电容C组成低通滤波器，此滤波器设计的原则是使us(t)的直流分量可以通过，而抑制us(t)的谐波分量通过；电容上输出电压uo(t)就是us(t)的直流分量再附加微小纹波uripple(t)。（2）电路工作频率很高，一个开关周期内电容充放电引起的纹波uripple(t)很小，相对于电容上输出的直流电压Uo有：电容上电压宏观上可以看作恒定。电路稳态工作时，输出电容上电压由微小的纹波和较大的直流分量组成，宏观上可以看作是恒定直流，这就是开关电路稳态分析中的小纹波近似原理。（3）在开关过程中，电容电压有过渡过程

8、，在电路稳态工作时，电路达到稳定平衡，电容上充放电也达到平衡。（4）开关S置于1位时，电感电流增加，电感储能；而当开关S置于2位时，电感电流减小，电感释能。假定电流增加量大于电流减小量，则一个开关周期内电感上磁链增量为：此增量将产生一个平均感应电势：此电势将减小