开关电源-主电路设计课件.ppt

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1、6.1开关电源的主要技术指标及其分析6.2主电路设计6.3热设计和结构设计6.4电磁兼容性设计6.5小结第六章主电路设计16.1开关电源的主要技术指标及其分析开关电源的设计应从深入分析待设计的电源的技术指标开始。开关电源技术指标指出了该电源的实际使用要求，设计工作应满足技术指标的要求为目的。分析开关电源的各项主要技术指标的含义及其同设计的关系。一.输入参数二.输出参数三.电磁兼容性能指标四.其他指标2输入电压：目前开关电源流行采用国际通用电压范围，即单相交流85~265V（100~240V）。直流输入时情

2、况复杂，范围在24~600V之间都有可能。输入电压的指标通常包含额定值和变化范围两方面内容。电压下限影响变压器变比设计，电压上限影响主电路元器件电压等级。电压范围过宽，设计裕量大而造成浪费。因此，输入电压的变化范围应在满足实际要求的前提下尽量小。一.输入参数：输入电压、交流或直流、相数、频率、输入电流、功率因数和谐波含量等3输入频率：我国民用和工业用电频率为50Hz。航空航天及船舶用的电源经常采用交流115V/400Hz输入（单相或三相）。输入相数：当开关电源功率为3~5kW时，可以选单相输入，以降低器件

3、的电压等级，降低成本；当功率大于5kW时，应选三相输入，以避免引起电网三相间的不平衡，同时减小主电路电流，以降低损耗。4输入电流：输入电流通常包含额定输入电流和最大电流两项，是输入开关、接线端子、熔断器和整流桥等元件的设计依据。输入功率因数和谐波：开关电源的输入谐波电流和功率因数是一个重要指标，也是设计中的一个重点。但降低谐波电流和提高功率因数往往需要付出电路复杂程度增加、成本上升、可靠性下降的代价，因此应根据实际需要和有关标准制定指标。5单相PFC技术基本成熟，附加成本较低，输入功率因数很容易达到0.9

4、9以上，输入总谐波电流畸变率小于5%。三相PFC技术尚不成熟，单开关三相PFC技术，功率因数只能达到0.95左右，且存在很多问题。采用无源PFC技术，功率因数只能达到0.9左右。采用6开关PWM整流电路可以得到高品质的功率因数和低的电流谐波含量，但成本增加很多。6输出电压：通常给出额定值和调节范围两项内容。输出电压上限关系到变压器设计中电压比的计算，因此在满足实际要求的前提下，上限应尽量靠近额定点。下限的限制较宽松。输出电流：通常给出额定值和一定条件下的过载倍数，有稳流要求的电源还会指定调节范围。有的电源

5、不允许空载，此时应指定电流下限。二.输出参数：输出功率、输出电压、输出电流、纹波、稳压精度、稳流精度、效率和输出特性等7稳压、稳流精度：通常以正负误差带的形式给出。通常精度可以分为三个项目考核：①输入电压调整率；②负载调整率；③时效偏差。输入电压调整率：在输出满载的情况下，输入电压变化会引起输出电压波动，测试输入电压在全输入范围内变化时输出电压偏离输出整定电压的百分比，一般要求电压调整率不超过±0.1%。电压调整率={(U-U0)/U0}×100％式中：U为U1和U2中相对U0变化较大的值；U1为输入电

6、压下限对应的输出电压；U2为输入电压上限对应的输出电压。8负载调整率：输入额定电压时，因变换负载引起的输出电压波动不应超出规定的范围。时效偏差：输入电压和负载都一定的条件下，随着时间的推移，输出电压波动情况。负载调整率={(U-U0)/U0}×100％式中：U为U1和U2中相对U0变化较大的值；9同精度密切相关的因素：基准源精度、检测元件精度、控制电路中运算放大器精度等。10电源的输出特性：设计中必须根据输出特性的要求来确定主电路和控制电路的形式。很多场合都对电源提出了输出特性要求恒压、恒流的输出特性要

7、求。具备这种特性的电源，在负载电流未达到限流值时，工作在恒压状态，随着负载的加重，电流达到限流值，输出电压开始下降，电源处于恒流工作状态。图6-1恒压恒流输出特性11纹波：通常按频带可以分为三类：①高频噪声，即图6-2中频率远高于开关频率的尖刺；②开关频率纹波，指开关频率附近的频率成分即图6-2中锯齿状成分；③低频纹波，频率低于开关频率的成分，即低频波动。图6-2典型的纹波波形12⑴纹波系数：取输出电压中交流成分总有效值与直流成分的比值定义为纹波系数。这是最常用的量化方法，但不能反映幅值很高、有效值却很小

8、的的尖峰噪声的含量及其影响，而且用常规仪表很难精确计量其总有效值。⑵峰峰电压值：该方法计量了纹波电压的峰峰值，但不能反映纹波有效值的大小，不够全面。对纹波有多种量化方法，常用的有：图6-3纹波电压的频谱13⑶按三种频率成分分别计量幅值：该方法最为直观、详细，也容易用示波器直接测量，但对负载的干扰程度不容易界定。⑷衡重法：该方法强调纹波对工作在300~3000Hz声音频带内设备的影响，用于评价通信电源的性能指标。14效率：是电源