开关电源的工作原理与电路设计课件.ppt

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1、开关电源的工作原理与电路设计陶显芳2013.12.151下面是本次技术交流的主要内容一.开关电源基本电路的工作原理1.串联式开关电源2.并联式开关电源3.反转式开关电源4.单激式变压器开关电源5.双激式变压器开关电源6.各种开关电源的优缺点二.各种开关电源电路参数的计算1.输出电压的计算2.储能电感的计算3.储能滤波电容的计算4.变压器参数的计算5.单激式开关变压器气隙的选取希望从事开关电源设计的工程师对此感兴趣6.开关变压器伏秒容量的计算与测量7.开关变压器初次级线圈匝数计算8.开关电源占空比与变压比的计算三.开关电源电路设计（此

2、部分为增补内容）1.开关电源电路设计的几个要素2.常用开关电源3.开关电源典型电路简介4.单IC开关电源5.自激式开关电源6.场效应管开关电源7.开关电源的安全设计8.开关电源调试方法要点2开关电源的工作原理与电路设计概论31.01.1开关电源的应用开关电源的应用遍及各个行业和领域，图中列举的有：电子手表、MP3、MP4、手机、节能灯、LED灯、充电器、电源适配器、电脑、电视机、变频空调、UPS电源、电磁炉、电动摩托、电动汽车、动车组、逆变器、太阳能（风能）逆变站、高压直流电网、等等。41.2什么是开关电源形象地说，开关电源就是一个

3、对不同输入电压进行变换和调整，以适应不同负载要求的装置，其特点是电源工作在开/关状态，工作效率高，是一种比线性控制电源应用更广范的电源转换装置。根据用途来分，开关电源可分为：DC/DC、AC/DC、DC/AC、AC/AC、等多种开关电源。根据开关工作模式来分，开关电源可分为：频率、脉冲宽度固定式；频率固定、脉冲宽度可变式；频率、脉冲宽度可变式，等3种开关电源。根据开关器件在电路中连接的方式，开关电源可分为：串联式开关电源、并联式开关电源、变压器式开关电源（其中分：单激式和双激式变压器开关电源）。开关电源种使用的开关器件主要是：晶体管

4、、场效应管、IGBT管、闸流管、电源IC（包括厚膜电路），及磁饱和开关等。51.3开关电源的几种工作模式一、非隔离式开关电源1.串联式开关电源2.并联式开关电源3.反转式开关电源二、隔离式变压器开关电源（1）单激式变压器开关电源1.正激式变压器开关电源2.反激式变压器开关电源（2）双激式变压器开关电源1.推挽式变压器开关电源2.半桥式变压器开关电源a.单电容半桥式变压器开关电源b.双电容半桥式变压器开关电源3.全桥式变压器开关电源6串联式开关电源7开关电源的工作原理2.02.1串联式开关电源的工作原理图2-1图2-1-a是串联式开关

5、电源的最简单工作原理图；图1-1-b是串联式开关电源输出电压的波形。Ui—输入电压；uo—输出电压；Up—输出电压峰值；Ton—导通时间；Toff—关断时间；Ua—输出电压平均值；D—占空比。串联式开关电源也有人称为斩波器，或CuK开关电源，其工作原理简单，工作效率高，缺点是输入、输出共用一个地，容易一起触电和EMI干扰。——（2-1）——（2-2）8图2-22.2串联式开关电源输出电压滤波电路图2-2是串联式开关电源输出电压滤波电路。图中，K为开关（开关器件）、L为储能滤波电感、C为储能滤波电容、D为续流二极管、R为负载电阻，Ui

6、为输入电压、uo为滤波器输入电压（开关输出电压）、eL为滤波电感产生的感应电动势、iL为流过电感L的电流、Uo为滤波输出电压（开关电源输出电压）、Io为流过负载的电流。910在Ton期间，输入电压Ui通过控制开关K输出电压uo，然后加到储能滤波电感L和储能滤波电容C组成的滤波电路上，在此期间储能滤波电感L两端的电压eL为：——（2-4）流过电感的电流：——K关断前瞬间（2-5）流过电感的最大电流：上式中，i(0)为电流初始值。在开关K关断期间，储能电感L把磁能转化成电流iL，通过续流二极管D继续向负载R提供能量，在此期间L两端的电压

7、eL为：——K关断期间（2-6）对（2-6）进行积分得：——K关断期间（2-7）——K接通期间（2-3）串联式开关电源输出电压滤波电路（2-8）式中，分别为K从Toff转换到Ton的瞬间，或K从Ton和转换到Toff的瞬间，流过电感的电流，因此（2-7）式又可以改写为：——K关断期间（2-9）当t=Toff时刻，iL达到最小值。此值为：——K接通前瞬间（2-10）上面计算过程中，（2-4）式表示输入电压Ui通过电感L对滤波电容充电，同时也对负载供电，流过电感L的电流按线性规律上升，斜率为（Ui-Uo）/L；（2-9）式表示储能电感L

8、在释放能量，继续对滤波电容充电和对负载供电，流过电感L的电流按线性规律下降，斜率为-Uo/L。上面计算过程都是假说输出电压Uo不变的情况下得到的结果，实际应用中也是这样，因为输出电压的纹波非常小。综合上面计算结果进行分析：11——K关