开关电源与有源功率因数校正技术
167页1、第1章 开关电源技术及PFC概述,1.1 什么是开关电源技术 1.2 开关电源的构成及特点 1.3改善开关电源谐波和功率因数的方法,1.1 什么是开关电源技术,直流电源分为:线性电源和开关电源。 线性电源是指调整管工作在线性状态下的直流稳压电源。,图1-1 利用可变电阻稳压,实际电源电路中,通常利用负反馈原理,以输出电压的变化量去控制晶体管集电极与发射极之间的电阻值,原理电路见图1-2。,图1-2 利用反馈加晶体管稳压,1.1 什么是开关电源技术,常用的线性串联型稳压电源芯片有:78XX系列(正电压型),79XX系列(负电压型)(例如7805,输出电压为5V);LM317(可调正电压型),LM337(可调负电压型); 由于调整管相当于一个电阻,电流流过电阻时会发热,所以工作在线性状态下的调整管,一般会产生大量的热,导致效率不高(满载才80%)。这是线性电源的一个主要缺点。,1.1 什么是开关电源技术,1.1 什么是开关电源技术,线性电源特点 优点:技术成熟,已有大量集成化的稳压电源模 块,稳定性好,输出纹波电压小等。 缺点:需要的变压器为工频变压器体积大,效率低。 整流管流过和负责相同
2、的电流,损耗增大; 为减少纹波,输入滤波电容容量要求大,否 则脉动电压增加;此外,由于调整管功耗 大,所以需要装体积很大的散热片,很难满 足现代电力电子设备发展的需求。,1.1 什么是开关电源技术,1.1 什么是开关电源技术,我们所说的开关电源技术特指采用PWM技术的DC/DC直流开关电源。 我们所用的电源是指经过转换才能符合使用的需要。例如,交流变直流,高压变低压等。也就是我们所谓的粗电变精电的过程。 广义的说,各种采用开关器件的电力变换电路都可以叫做开关电源。,开关电源,1.1 什么是开关电源技术,开关电源的特点 直流电直接由市电整流获得,不需要工频变压器,体积小重量轻。 工作频率高,滤波电容数值小也使得整个电源体积小,重量轻。 调整管工作在开关状态,功耗小,机内温升低,提升了整机的稳定性和可靠性。 开关电源技术即现代电源技术。,1.1 什么是开关电源技术,电子设备的小型化和低成本化,使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。传统的线性稳压电源很难满足现代电子设备发展的要求。 开关电源以其体积小、重量轻、效率高性能稳定等优点逐渐取代传统技术制造的线性电源,并广泛应用于电子整机和设备中。
3、 现代电源技术指开关电源技术,1.1 什么是开关电源技术,1.2 开关电源国内外发展状况,20世纪50年代,美国宇航局最先为搭载火箭开发了体积小,重量轻的开关电源。 20世纪80年代,计算机已经全面实现了开关电源化。随后90年代,开关电源在其他领域(电子,电气设备、家电领域)得到了广泛应用。,开关电源技术的发展趋势 高频化、小型化。开关电源的体积、重量主要是由储能元件决定。在一定范围内,开关频率的提高,不仅能有效的减少储能元件的体积、重量,而且还能抑制干扰,改善系统的动态性能。因此,高频化是开关电源的主要发展方向。 高可靠性。从寿命的角度,提高电解电容,光耦,排风扇的寿命。从设计的角度,提高电源集成度,减少元器件,简化电路,提高可靠性。,1.2 开关电源国内外发展状况,低噪声。开关电源的频率越高,噪声也就越大。这是开关电源的缺点之一。因此,尽可能降低噪声是开关电源的发展方向(目前是谐振转换技术) 采用计算机辅助设计和控制。采用CAD设计(拓扑结构和参数),使开关电源具有最简结构和最佳工况。在电路中引入微机监测,构成多功能监系统,实现实时监测、自动报警等。,1.2 开关电源国内外发展状况
4、,电力电子器件和磁性元件的发展与开关电源发展是息息相关的。 研究低损耗,低噪声技术以及开发新型(高速高频)元器件,是开关电源实现小型化、高频化以及高可靠性的重要推动。 总之,高效率、小型化、智能化以及高可靠性是大势所趋,也是开关电源今后的发展方向。,1.2 开关电源国内外发展状况,1.3 改善开关电源功率因数和谐波的方法,开关电源谐波严重和功率因数低的原因:二极管整流和电容滤波,解决用电设备谐波污染的方法: (一)增设电网补偿装置(有源和无源滤波) (二)改进电力电子装置使之不产生或产生很小的谐波(PWM整流和功率因数校正技术),(3-4),功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)实现的方法 (一)无源功率因数校正(Passive Power Factor Correction, PPFC) (二)有源功率因数校正(Active Power Factor Correction, APFC),3-17,无源功率因数校正( PPFC)技术是通过在整流电路中加入电感和电容等无源元件,使整流桥中的二极管导通时间变长,从而降低电流谐波,提高功率因数。它是传统补偿无功
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