開關電源的設計與工作原理,開關電源的原理與設計

時間 2021-08-30 09:17:13

1樓:匿名使用者

一、主電路

從交流電網輸入、直流輸出的全過程,包括:

1、輸入濾波器:其作用是將電網存在的雜波過濾,同時也阻礙本機產生的雜波反饋到公共電網。

2、整流與濾波:將電網交流電源直接整流為較平滑的直流電,以供下一級變換。

3、逆變:將整流後的直流電變為高頻交流電,這是高頻開關電源的核心部分,頻率越高,體積、重量與輸出功率之比越小。

4、輸出整流與濾波:根據負載需要,提供穩定可靠的直流電源。

二、控制電路

一方面從輸出端取樣,經與設定標準進行比較,然後去控制逆變器,改變其頻率或脈寬,達到輸出穩定,另一方面,根據測試電路提供的資料,經保護電路鑑別,提供控制電路對整機進行各種保護措施。

三、檢測電路

除了提供保護電路中正在執行中各種引數外,還提供各種顯示儀表資料。

四、輔助電源

提供所有單一電路的不同要求電源。

2樓:愛笑的天宇

現代開關電源設計有兩種:一種是直流開關電源;另一種是交流開關電源。

開關電源內部結構

這裡主要介紹的只是直流開關電源,其功能是將電能質量較差的原生態電源(粗電),如市電電源或蓄電池電源,轉換成滿足裝置要求的質量較高的直流電壓(精電)。直流開關電源的核心是dc/dc轉換器。因此直流開關電源的分類是依賴dc/dc轉換器分類的。

也就是說,直流開關電源的分類與dc/dc轉換器的分類是基本相同的,dc/dc轉換器的分類基本上就是直 流開關電源的分類。

直流dc/dc轉換器按輸入與輸出之間是否有電氣隔離可以分為兩類:一類是有隔離的稱為隔離式dc/dc轉換器;另一類是沒有隔離的稱為非隔離 式dc/dc轉換器。隔離式dc/dc轉換器也可以按有源功率器件的個數來分類。

單管的dc/dc轉換器有正激式(forward)和反激式(flyback)兩種。雙管dc/dc轉換器 有雙管正激(doubletransistorforward converter),雙管反激式(double transistr flyback converter)、推輓式(push-pull converter) 和半橋式(half-bridge converter)四種。四管dc/dc轉換器就是全橋dc/dc轉換器(full-bridge converter)。

非隔離式dc/dc轉換器,按有源功率器件的個數,可以分為單管、雙管和四管三類。

單管dc/dc轉換器共有六種,即降壓式(buck)dc/dc轉換器 ,升壓式(boost)dc/dc轉換器、升壓降壓式(buck boost)dc/dc轉換器、cuk dc/dc轉換器、zeta dc/dc轉換器和sepic dc/dc轉換器。在這六種 單管dc/dc轉換器中,buck和boost式dc/dc轉換器是基本的,buck-boost、cuk、zeta、sepic式dc/dc轉換器是從中派生出來的。雙管dc/dc轉換 器有雙管串接的升壓式(buck-boost)dc/dc轉換器。

四管dc/dc轉換器常用的是全橋dc/dc轉換器(full-bridge converter)。

隔離式dc/dc轉換器在實現輸出與輸入電氣隔離時,通常採用變壓器來實現,由於變壓器具有變壓的功能,所以有利於擴大轉換器的輸出應用 範圍,也便於實現不同電壓的多路輸出,或相同電壓的多種輸出。

在功率開關管的電壓和電流定額相同時,轉換器的輸出功率通常與所用開關管的數量成正比。所以開關管數越多,dc/dc轉換器的輸出功率越大,四管式比兩管式輸出功率大一倍,單管式輸出功率只有四管式的1/4。非隔離式轉換器與隔離式轉換器的組合,可以得到單個轉換器所不具備的一些特性。

按能量的傳輸來分,dc/dc轉換器有單向傳輸和雙向傳輸兩種。具有雙向傳輸功能的dc/dc轉換器,既可以從電源側向負載側傳輸功率,也可 以從負載側向電源側傳輸功率。

dc/dc轉換器也可以分為自激式和他控式。藉助轉換器本身的正反饋訊號實現開關管自持週期性開關的轉換器,叫做自激式轉換器,如洛耶爾 (royer)轉換器就是一種典型的推輓自激式轉換器。他控式dc/dc轉換器中的開關器件控制訊號,是由外部專門的控制電路產生的。

按照開關管的開關條件,dc/dc轉換器又可以分為硬開關(hard switching)

開關電源和軟開關(soft switching)兩種。硬開關dc/dc轉換器的開關器件 是在承受電壓或流過電流的情況下,開通或關斷電路的,因此在開通或關斷過程中將會產生較大的交疊損耗,即所謂的開關損耗(switching loss)。當轉換器的工作狀態一定時開關損耗也是一定的,而且開關頻率越高,開關損耗越大,同時在開關過程中還會激起電路分佈電感和寄生 電容的振盪,帶來附加損耗,因此,硬開關dc/dc轉換器的開關頻率不能太高。

軟開關dc/dc轉換器的開關管,在開通或關斷過程中,或是加於 其上的電壓為零,即零電壓開關(zero-voltage-switching,zvs),或是通過開關管的電流為零,即零電流開關(zero-current·switching,zcs)。這種軟開關方式可以顯著地減小開關損耗,以及開關過程中激起的振盪,使開關頻率可以大幅度提高,為轉換器的小型化和模組化創造 了條件。功率場效電晶體(mosfet)是應用較多的開關器件,它有較高的開關速度,但同時也有較大的寄生電容。

它關斷時,在外電壓的作用下, 其寄生電容充滿電,如果在其開通前不將這一部分電荷放掉,則將消耗於器件內部,這就是容性開通損耗。為了減小或消除這種損耗,功率場 效應管宜採用零電壓開通方式(zvs)。絕緣柵雙極性電晶體(insu1ated gate bipo1ar tansistor,igbt)是一種複合開關器件,關斷時的電流拖 尾會導致較大的關斷損耗,如果在關斷前使流過它的電流降到零,則可以顯著地降低開關損耗,因此igbt宜採用零電流(zcs)關斷方式。

igbt在 零電壓條件下關斷,同樣也能減小關斷損耗,但是mosfet在零電流條件下開通時,並不能減小容性開通損耗。諧振轉換器(resonantconverter ,rc)、準諧振轉換器(qunsi-tesonant converter,qrc)、多諧振轉換器(mu1ti-resonantconverter,mrc)、零電壓開關pwm轉換器(zvs pwm converter)、零電流開關pwm轉換器(zcs pwm converter)、零電壓轉換(zero-vo1tage-transition,zvt)pwm轉換器和零電流轉換(zero- vo1tage-transition,zvt)pwm轉換器等,均屬於軟開關直流轉換器。電力電子開關器件和零開關轉換器技術的發展,促使了高頻開關電源的發展。

工作原理

脈衝的佔空比由開關電源的控制器來調節。一旦輸入電壓被斬成交流方波,其幅值就可以通過變壓器來升高或降低。通過增加變壓器的二次繞組數就可以增加輸出的電壓值。

最後這些交流波形經過整流濾波後就得到直流輸出電壓。

控制器的主要目的是保持輸出電壓穩定,其工作過程與線性形式的控制器很類似。也就是說控制器的功能塊、電壓參考和誤差放大器,可以設計成與線性調節器相同。他們的不同之處在於,誤差放大器的輸出(誤差電壓)在驅動功率管之前要經過一個電壓/脈衝寬度轉換單元。

開關電源有兩種主要的工作方式:正激式變換和升壓式變換。儘管它們各部分的佈置差別很小,但是工作過程相差很大,在特定的應用場合下各有優點。

3樓:匿名使用者

推薦你個晶片,tny276,你去找datasheet,裡面有應用,很詳細

開關電源的原理與設計

4樓:匿名使用者

限制上電浪湧電流最有效的方法是,在整流器與濾波電容器之間,或在整流器的輸入側加一負溫度係數熱敏電阻(ntc)。利用負溫度係數熱敏電阻在常溫狀態下具有較高阻值來限制上電浪湧電流,上電後由於ntc流過電流發熱使其電阻值降低以減小ntc上的損耗。這種方法雖然簡單,但存在的問題是限制上電浪湧電流效能受環境溫度和ntc的初始溫度影響,在環境溫度較高或在上電時間間隔很短時,ntc起不到限制上電浪湧電流的作用,因此,這種限制上電浪湧電流方式僅用於**低廉的微機電源或其他低成本電源。

而在彩色電視機和顯示器上,限制上電浪湧電流則採用串一限流電阻,電路如圖4所示。最常見的應用是彩色電視機,這種方法的優點是簡單,可靠性高,允許在寬環境溫度範圍內工作,其缺點是限流電阻上有損耗,降低了電源效率。事實上整流器上電處於穩態工作後,這一限流電阻的限流作用已完成,僅起到消耗功率、發熱的負作用,因此,在功率較大的開關電源中,採用上電後經一定延時後用一機械觸點或電子觸點將限流電阻短路,如圖5所示。

這種限制上電浪湧電流方式效能好,但電路複雜,佔用體積較大。為使應用這種抑制上電浪湧電流方式,象僅僅串限流電阻一樣方便,我推薦樓主用功開關電源上電浪湧電流抑制模組。

上電浪湧抑制模組有兩種(據我所知。。)

a:帶有限流電阻的上電浪湧電流抑制模組

將功率電子開關(可以是mosfet或scr)與控制電路封裝在一個相對很小的模組中,引出3~4個引腳。整流器上電後最初一段時間,外接限流電阻抑制上電浪湧電流,上電浪湧電流結束後,模組導通將限流電阻短路,很顯然上電浪湧電流峰值被有效抑制,這種上電浪湧電流抑制模組需外接一限流電阻,我覺得用起來很不方便。樓主設計大功率的電源這個有電阻的勢必要損耗額外的電源功率。

b:無限流電阻的上電浪湧電流抑制模組

無限流電阻的上電浪湧電流抑制模組,其思路是將電路設計成線形恆流電路。實際電路會由於兩極放大的高增益而出現自激振盪現象,但不影響電路工作。從原理上講,這種電路是可行的,但在使用時則有如下問題難以解決:

如220v輸入的400w開關電源的上電電流至少需要達到4a,如上電時剛好是電網電壓峰值,則電路將承受4×220×=1248w的功率。不僅遠超出irf840的125w額定耗散功率,也遠超出irfp450及irfp460的150w額定耗散功率,我沒用用過這樣的模組做過電源防浪。我做得都是小功率的。

您這個我估計如果按這個設計的話。開關管功率是個問題。不過可以參考下。

從性價的角度講即使是apt的線性mosfet也只有450w的額定耗散功率。因此,如採用irf840或irfp450的結果是,mosfet僅能承受有限次數的上電過程便可能被熱擊穿,而且從成本上看,irf840的**可以接受,而irfp450及irfp460則難以接受,apt的線性mosfet更不可能接受。這些只是我的計算結論。

實際應該比這個稍微樂觀些。浪湧電流達不到我說的這個程度。希望你設計成功吧。

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