认识开关电源基础

开关电源基础知识装逼人：沈力2018.12.14目录一、概述二、开关电源的工作原理三、开关电源的主要参数四、开关电源常用的拓扑五、开关电源的应用一、概述•电源定义是利用电能变换技术将市电或者电池中的电通过一次电路转换为适合各种用电对象应用的二次电能的装置，利用电子线路反馈技术实现输出电压稳定。分交流稳压电源和直流稳压电源或者工频电源和高频电源。•——开关电源是相对于线性电源讲述的1、线性电源概念：线性电源是先将交流电经过变压器降低电压幅值，再经过整流电路整流后得到脉冲直流电，然后经过滤波电路得到有微小纹波的直流电压。要达到高精度的直流电压必须经过稳压电路进行稳压。2、开关电源概念：通过电路控制电子开关器件进行不断导通和关断，让电子开关管对输入电压进行脉冲调制，从而实现DC/AC、DC/DC电压变换。开始在输入端把交流电整流成直流电，再在高频振荡电路的作用下通过开关管控制电流的通断转换为高频的交流电，提供给变压器进行变压，输出稳定的低压直流电压。变压器的磁芯与其工作的频率的平方成反比，频率越高铁心就越小。增大频率这样就可以大大减小变压器的体积，是电源整体的体积和重量都减小。3、开关电源与线性电源的比较二、开关电源的工作原理工作原理①交流电源输入经整流滤波得到直流电。②通过高频PWM信号控制开关管，将直流电转换为高频的交流电，也叫逆变电路。加到变压器初级。③变压器副边耦合高频交流，再整流滤波成直流电。④输出部分的电压再通过一定的反馈电路给控制电路，控制PWM波的占空比，形成闭环回路，已达到稳压输出的目的。特点开关电源的特点是体积小、重量轻，功耗小、效率高，稳压范围宽，电路应用形式灵活多样。1、开关电源的结构框图2、开关电源分类按驱动方式分类：自激式开关电源和他激式开关电源按拓扑结构分类：隔离式开关电源和非隔离式开关电源按控制方式分类：脉宽调制变换器（驱动波为方波）：PWM、PFM和脉冲调频调宽式三种谐振式变换器（驱动波为正弦波）：ZCS、ZVS两种按转换形式分类：a、AC/DC:（整流电源）①单相半波整流电路②单相全波整流电路③单相桥式整流电路⑤倍压整流电路⑥三相半波可控整流电路④三相桥式全控整流电路b、DC/DC:（斩波电源）①、BUCK电路：降压斩波电路，入出极性相同②、BOOST电路：升压斩波电路，入出极性相同③、BUCK-BOOST电路：升降压斩波电路，入出极性相反，电感传送④、CUK电路：升降压斩波电路，入出极性相反，电容传送启动方式分类：软开关启动和硬开关启动三、开关电源的主要参数•1、效率开关电源的效率（η）是指输出功率（Po)与输入功率（P𝑖)即总功率的百分比值。η=𝑃𝑜𝑃𝑖×100%•2、功率因数（PF或者λ）在交流电路中，电压与电流之间的相位差（𝜑）叫做功率因数，符号表示cos𝜑。在数值上功率因数是有功功率和视在功率的比值。即：λ=cos𝜑=𝑃𝑆•3、谐波谐波是指电流所含有的频率为基波频率的整数倍的电量，一般指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。谐波频率与基波频率的比值称为谐波次数（n=f1/f2)。•4、电网电压调整率在额定负载范围内，输入电压在允许电压范围内变化，引起输出电压的变化量与输出额定电压的百分比，即稳压电源输出电压的相对变化量。•5、负载调整率在规定的源电压范围内，负载电流从空载到满载的变化。引起输出电压的变化量与输出额定电压的百分比称负载调整率，即输出电压最大相对变化量。•6、纹波系数在额定负载电流下，输出纹波电压的有效值Urms与输出直流电压Uo的比值•7、响应时间负载电流突然变化时稳压器的输出电压从开始变化到新的稳定值时的一段调整时间。•8、启动冲击电流输入电压按规定的是时间间隔接通和关断，输入电流达到稳定状态前所通过的最大瞬间电流。•9、输出过冲当电源启动时，输出电压将上升到某一电压值V1，再经电源的反馈回路调整到稳定的输出电压值V0，则输出过冲就是（V1-V0）/V0×100%。同理，当电源断开时就会出现输出欠冲。•10、保持时间开关电源从输入切断电源开始到其输出电压下降到稳定值外（一般为输出电压下限）的时间。一般ms级。•11、电气保护输入过电压、欠电压保护，输出过电压、欠电压保护，输出过电流保护，输出短路保护，雷击浪涌，电池反接保护。•12、EMI（电磁干扰）电源工作时，电路中的开关管、变压器处在高频开关状态，电压电流在快速的跳变就会产生很大的干扰噪音。而EMI电路主要就是阻止这些干扰噪音串入电网影响其他电子设备，也防止一部分电网的干扰噪音进入电源造成干扰。四、开关电源常用的拓扑•1、BUCK电路主要原件是由可控开关管，续流二极管，电感，电容，负载组成。入出极性相同。当开关开通时，能量从电源正极经S-L1-R回到电源负极，能量储存在电感中。同时给电容充电。当开关断开时，电源不提供能量，电感继续给负载提供能量，经L1-RL-D1回到电感。电容平滑输出电压。Uo=D·Ucc𝐷=𝑇on𝑇•2、BOOST电路主要原件是由可控开关管，续流二极管，电感，电容，负载组成。入出极性相同，开关管与负载并联。当开关导通时，电源输入电压全部加在电感上，同时储存能量，负载电流由电容提供。当开关断开时，电感上的电流方向不变。电源输入电压和电感上的电压和全部加在负载上面，则负载上的电压比输入电压高。同时给电容充电。Uo=11−𝐷𝑈cc•3、BUCK-BOOST电路主要原件是由可控开关管，续流二极管，电感，电容，负载组成。入出极性相反。当开关开通时，电源输入电压全部加在电感上，极性上正下负，同时储存能量，负载电流有电容提供。当开关断开时，电源不能提供能量，电感提供能量，电流方向不变，但电压极性相反，变成上负下正，给负载供电，并给电容充电，所谓反转式。𝑈o=−𝐷1−𝐷𝑈i•4、CUK电路主要原件是由可控开关管，续流二极管，电感，电容，负载组成。入出极性相反。当开关开通，电感L1充电储能，电容C2向电容C1充电并向负载放电，对L2充电，由于C1上的电压作用，二极管VD关断。当开关关断，电感L1向电容C2转移能量，电容C2充电，电感L2续流导致VD开通，L2向电容C充电并向负载放电。电容C2上电压高于输出电压和输入电压。𝑈o=−𝐷1−𝐷𝑈i五、开关电源的应用•1、发展方向在当下高新科技领域，开关电源向高频，小轻薄，高效低功耗，低噪音抗干扰，模块化。基础技术领域方面要求新器件，新工艺，新材料和新方法。•2、应用领域电力系统的应用在工业上应用，焊接和切割，数控机床，冶金工业，电解铝等。在交通运输，海陆空运输电源动力离不开开关电源。在电机调速中的应用在生活中的应用，冰箱、空调、洗衣机、电视等。在电子装置用电源，充电器，通信领域在风能、太阳能发电中的应用环境保护中的应用，在低碳生活的今天，电动汽车以及充电桩的领域日新月异。