开关电源的结构和基本原理-上课汇编
42页1、青岛科技大学 高频开关电源 的结构和基本原理 3 一、 概述 将电网或电池的一次电能,转换为符合电子设备要求 的二次电能,这样的变换设备便是电源。 电源是一切电子设备的心脏,没有电源,电子设备就 不可能工作。 1.1.1 电源是什么? 1.1 电源及开关电源 电源常 用的连 接方式 串联线性稳压电源 高频开关电源 1.1.2 串联稳压电源与开关电源的区分 串联线性稳压电源:电源调整管工作在放大 状态。 开关电源:电源调整管工作在开关状态的电 源 。是具有高功率密度的电源。 输入 电源调整管 负载RL 串联稳压电源 输入 开关管K 负载 RL 储能元 件 开关电源 5 1.1.3 开关电源的分类: 按变换方式可分为下列四大类: (1):第一大类:AC/DC开关电源; (2):第二大类:DC/DC开关电源; (3):第三大类:DC/AC开关电源; (4):第四大类:AC/AC开关电源。 但目前只将前两类称为开关电源,而将后两类分别称 为逆变器和变频器。 开关电源 逆变器 变频器 6 A:一次电源产品的图片(AC/DC) 常见开关电源图片 7 B:工业电源产品的图片标准产品(AC/DC) C
2、PCI Series of Lambda 8 C:工业电源产品的图片(AC/DC) HWS Series of Lambda 9 E:工业电源产品的图片(AC/DC) 10 F:二次电源产品的图片(DC/DC)-标准转类 Full BrickHalf BrickHalf Brick 1/4 Brick 1/8 Brick 11 G:二次电源产品的图片(DC/DC) 彩电开关稳压电源 1.2 直流稳压电源的发展 直流稳压电源是电子、电器、自动化设备中最基本的部分 。传统的串联式线性转换方法设计制作的电源,其效率低,损 耗大,温升高。 图1-1 晶体管串联式线性稳压电源 随着电力电子技术的发展,大功率开关晶体管、快恢 复二极管及其它元器件的电压得到很大的提高,这为取消 稳压电源中的工频变压器,发展高频开关电源创造了条件 。 它使电源在小型化、轻量化、高效率等方面又迈进了 一步。 图1-3 无工频变压器的开关电源原理框图 1.3 无工频变压器开关稳压电源的优点: 1.效率高。一般在7080%以上。 2.体积小、重量轻,随着频率的提高,收效更显著。 3.稳压范围广,一般交流输入80265V,负
3、载作大幅度变化 时,性能很好。 4.噪声低,声频在20kHz以上时,已是人耳听不到的超声 波,而开关电源的工作频率一般都大于此频率; 5.性能灵活,通过输出隔离变压器,可得到低压大电流、高 压小电流;一个开关控制的一路输入可得到多路输出以及 同号、反号等输出; 6.电压维持时间长,为了适应交流停电时,计算机、现代自 动化控制设备电源转换的需要,开关电源可在几十毫秒内 保证仍有电压输出。 7.可靠性大,当开关损坏时,也不会有危及负载的高电压出 现。 无工频变压器开关稳压电源的不足之处: 1.输出纹波较大,约有10100mV的峰峰值; 2.脉冲宽度调制式的电路中,电压、电流变化率大; 3.控制电路比较复杂,对元器件要求高; 4.动态响应时间至少要大于一个开关周期,不如串联 式晶体管线性稳压电源。 二、 开关电源工作原理 通过高频开关技术将输入的较高的交流电压(AC) 转换为PC电脑工作所需要的较低的直流电压(DC) 开关电源的中心思想:用提高工作频率等手段来 提高电源的功率密度,进而达到减少变压器的体积和 重量的目的。采用开关变换的显著优点是大大提高了 电能的转换效率,典型的PC电源效率为
4、70%-75%, 而相应的线性稳压电源的效率仅有50%左右。 输出电压的稳定则:依赖对脉冲宽度的改变来实 现,这就叫做脉宽调制PWM。 共轭滤 波器 整流 滤波 开关调 整管 储能 元件 脉冲整 流滤波 取样 电路 比较 放大 基准 220V交流 电压输入 功能:将220V交流电压 转换为电路所需要的各 种稳定的直流电压 2.1 高频变压器开关电源的结构 图2-1 高频变压器开关电源基本功能框图 直流电 压输出 A.电路组成: B.作用:双向滤波(一方面避免电网供电线引 入高频脉冲影响电子电路,另一方面,防止开 关电源对电网造成污染。) S501 C501 0.1u L502 220V市 电 至整流滤 波电路 F501 T2.5A C502 0.1u 2.2.1、进线抗电磁干扰电路EMI 2.2 输入共轭滤波及整流 C.工作原理: 对高频干扰信号而言,电容呈短路,而电 感则呈开路。高频干扰被电容短路。 对50Hz低频而言,电容呈开路,而电感则 呈短路。因此,50Hz市电可以顺利通过。 S501 C501 0.1u L502 220V市 电 至整流滤 波电路 F501 T2.5A C50
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