华科开关电源讲义
开关电源基本知识培训讲议
2.DC 输入滤波电路(PFC)原理：
① 输入滤波电路：C1、L1、C2组成的双π型滤波网络主要 是对输入大功率开关电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防 止对电源干扰，同时也防止大功率开关电源本身产生的高频杂 波对电网干扰。C3、C4 为安规电容，L2、L3为差模电感。
② R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、 C7组成抗浪涌电路。在系统起动的瞬间，由于 C6的存在Q2不 导通，电流经RT1构成回路。当C6上的电压充至Z1的稳压值时 Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象，在系统起动的瞬 间电流在RT1上产生的压降增大，Q1导通使 Q2没有栅极电压 不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级电路。
2. 大功率开关电源反激式整流电路： T1为开关变压器，其初极和次极的相位相反。D1为整流二极管， R1、C1为削尖峰电路。L1为续流电 感，R2为假负载，C4、L2、C5 组成π型滤波器。
3、大功率开关电 源同步整流电路： 工作原理：当变压器次级上端为正时，电流经 C2、R5、R6、
R7使Q2导通，电路构成回路，Q2 为整流管。Q1栅极由于处于反偏 而截止。当变压器次级下端为正时，电流经C3、R4、R2使 Q1导通， Q1为续流管。Q2栅极由于处于反偏而截止。L2为续流电感，C6、L1、 C7组成π 型滤波器。R1、C1、R9、C4为削尖峰电路。
第二部分 例 4-16V,40A输出大功率开关电源电路设 计
摘要：介绍一种采用半桥电路的开 关电源，其输入电压为交流220V±20％，输出电压为直 流4～16V，最大电流40A，工作频率50kHz。重点介绍了该电源的设计思想，工作原理及特 点。
开关电源基础讲解
开关电源基础引言电源发展是趋于轻小。
而关键是既要小又要高效。
近几年的优秀半导体、磁材和无源器件，使得功率变换的选择余地越来越大。
线性和开关电压线性电源和开关电压都是把不稳定的输入变换成稳定的输出，但是却是完全不同的技术，它们各有优缺点。
线性电源只能是降压型的。
它们是用双极型晶体管或MOSFET 的线性工作，保持输出电压的稳定。
半导体调整器件上的电压就是输入输出电压差，半导体损耗就是调整器件上的电压乘负载电流，即V dr I o 。
所以，变换效率只在35-65％。
例如，把12V 输入变换成5V 输出，输出电流100mA ，输出功率只有500mW ，而损耗是700mW ，效率是42％。
所以，散热片的体积大成本高。
但是线性电源在输入电压变化范围小的小功率应用场合，也有它的优点，比如电路简单，没有开关电压的开关噪音。
开关电压的开关器件，只工作在截止和饱和导通状态，损耗低，效率可到65-95％。
开关电压即可降压也可升压。
但是，开关电压电路复杂，输出电压包含着开关噪音，必须虑除。
开关电源基础PWM 开关电压有两种基本结构，即正激型和升压型。
正激型变换器正激变换器的输出LC 滤波器给出DC 输出电压。
输出电压为D VV ino(1)降压变换器是最简单的正激型变换器，如图1所示。
图1 基本正激型(降压)变换器及其波形它的工作可以分成两个不同的方式，即开关导通和关断。
当开关导通时，输入电压加到LC滤波器的输入端。
假设变换器工作在稳态，滤波器输出端的电压就是输出电压。
电感电流开始由开关周期开始时的初始值线性上升。
电感电流为ti VVioninit oin Lontt L≤≤+ -=(2)在这个时期里，电感磁芯里存储能量。
当功率开关关断时，磁芯存储的能量传输到负载。
当功率开关关断时，电感输入端的电压被拉到地，被正向偏置的二极管D而箝位。
电感磁芯储能通过续流二极管D传向负载。
电感电流由初始的峰值i pk而减小为t Vi ioff opk Lofftt L≤≤-=(3)关断阶段一直持续到开关在控制电路控制下开启，下一个开关周期开始。
开关电源基础知识讲解 ppt课件
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开关电源
开关电源基础知识讲解
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开关电源主要类型
按照开关管的开关条件，DC/DC转换器又可以分为硬开（HardSwitching） 开关电源和软开关（Soft Switching）两种。硬开关DC/DC转换器的开关器件 是 在承受电压或流过电流的情况下，开通或关断电路的，因此在开通或关断过程中 将会产生较大的交叠损耗，即所谓的开关损耗（Switching loss）。当转换器的 工作状态一定时开关也是一定的，而且开关频率越高，开关损耗越大，同时在开 关过程中还会激起电路分布电感和寄生 电容的振荡，带来附加损耗，因此，硬 开关DC/DC转换器的开关频率不能太高。软开关DC/DC转换器的开关管，在开 通或关断过程中，或是加于 其上的电压为零，即零电压开关（Zero-VoltageSwitching，ZVS），或是通过开关管的电流为零，即零电流开关（ZeroCurrent·Switching，ZCS）。这种软开关方式可以显着地减小开关损耗，以及开 关过程中激起的振荡，使开关频率可以大幅度提高，为转换器的小型化和模块化 创造 了条件。功率场效应管（MOSFET）是应用较多的开关器件，它有较高的 开关速度，但同时也有较大的寄生电容。它关断时，在外电压的作用下， 其寄 生电容充满电，如果在其开通前不将这一部分电荷放掉，则将消耗于器件内部， 这就是容性开通损耗。为了减小或消除这种损耗，功率场 效应管宜采用零电压 开通方式（ZVS）。
信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。
开关电源的工作过程相当容易理解，在线性电源中，让功率晶体管工作在线性模
式，与线性电源不同的是，PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态
，在这两种状态中，加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的（在导通时，电压低，
培训讲稿(开关电源)
开关电源讲稿开关电源的电路结构有多种，分类方式也有多种，作如下说明：1．按驱动方式分有自激式和他激式。
2．按DC-DC 变换器的工作方式分（1）、隔离式有通/通方式、通/断方式、中心抽头方式、半桥和全桥方式、谐振方式。
（2）、非隔离式有降压型（●）、升压型（●）、极性反转型、开关电容型以及谐振型。
3．按控制方式分（1）、脉宽控制方式有自激式和他激式。
（2）、磁放大器的混合控制方式有电压控制、电流控制。
（3）、脉宽控制与磁放大器的混合控制方式。
4．按控制信号的隔离方式分（1）、光电耦合的隔离方式（●）。
（2）、变压器的隔离方式。
（3）、电压/频率变换、频率/电压变换、用变压器隔离控制信号的方式。
（4）、磁放大器的隔离方式。
5．按过流保护方式分（1）、输出电流检测方式（2）、开关电流检测方式以上这些方式的组合可构成多种方式的开关电源，今天我们主要介绍上面带黑点的三个项目，这也是最常见的开关电源类型。
一、降压型变换器低压型开关电源一般也称为DC-DC 变换器，它属于非隔离式开关电源。
在许多家电电器中有广泛的应用，比如象便携式CD 、VCD 、MP3，笔记本电脑等1．为了便于讲解降压型DC-DC 变换器，首先介绍降压型DC-DC 变换器的等效模型，如图（1）所示：开关导通时，加在电感L 两端的电压为O I V V -，这期间电感L 由电压O I V V -励磁，电感存储能量，磁通量增加量为on O I on t V V *-=∆Φ)(……………………①开关断开时，由于电感电流连续，二极管为导通状态。
输出电压O V 与开关导通时方向相反加到电感L 上。
这期间电感L 消磁，电感释放能量，磁通量减少量为off O off t V *=∆Φ……………………………②稳态时，电感L 中磁通量增加量与减少量相等，即off on ∆Φ=∆Φ，因此，上述①、②式联立可得：D V t t t V V I off on on I O *=+*=，其中D 是占空比1≤+=offon on t t t D ——显然这种结构形式的DC-DC 变换器输出的电压只会小于或等于输入的电压，因此它属于降压型变换器。
开关电源培训讲义
开关电源培训讲义漆逢吉第一章不间断直流电源供电系统概述DC图1—1 不间断直流电源供电系统框图（一）系统框图开关电源设备中包含交流配电部分、整流器、直流配电部分和控制器，它连同蓄电池组和接地装置，构成不间断直流电源供电系统，如图1—1所示。
交流配电：防雷，并对交流电源进行分配、控制、检测和保护等，主电路原理图参看设备使用说明书。
输入交流应采用三相五线制。
在这种制式中，工作地线（零线）与保护地线必须严格分开。
交流导线的截面积，一般按发热条件来选择。
铜芯绝缘导线的线芯截面积，可按4A/mm2来选取。
绝缘导线的线芯标称截面积（mm2）系列为：1、1.5、2.5、4、6、10、16、25、35、50、70、95、120、150、185、240等。
机房内的交流导线应采用阻燃型电缆。
保护接地的接地线应采用多股铜芯绝缘导线。
其线芯截面积的选取原则是：相线截面积S≤35mm2时，采用16mm2；相线截面积S>35mm2时，选用≥S/2。
整流器：把交流电变成所需直流电。
现在一般都采用高频开关整流器。
高频开关整流器采用无工频变压器整流、功率因数校正电路和脉宽调制高频开关电源技术，具有小型、轻量、高效率、高功率因数、高可靠性以及智能化程度高、可以远程监控、无人值守或少人值守等优点，因此得到了广泛应用。
通信用高频开关整流器为模块化结构。
在一个高频开关电源系统中，通常是若干高频开关整流器模块并联输出，输出电压自动稳定，各整流模块的输出电流通过均流电路实现自动均衡。
直流配电：连接整流器的输出端、蓄电池组和负载，构成浮充供电的不间断直流电源系统。
它对输出直流进行分配、控制、检测和保护等。
其主电路原理图如后面的图2—1所示。
直流馈电线的截面积，按允许电压降来选择。
根据欧姆定律，可按下式计算ILS≥（1—1）ΔUν式中S—导体截面积（mm2）；I—流过导线的电流（A）；L—导线长度（m）；ΔU—导线上的允许压降（V）；ν—导体的电导率（m/Ω·mm2）,铜为57,铝为34，是电阻率的倒数。
《开关电源基础讲解》课件
常见的开关电源类型
AC-DC开关电源
将交流电转换为直流电的开关电源，广泛应用于各种电子设备。
DC-DC开关电源
实现不同电压级别的转换，常用于电子设备中的电源管理。
DC-AC逆变器
将直流电转换为交流电的开关电源，用于太阳能发电等领域。
开关开关电路
实现高频脉冲开关，控制电能的转换。
整流电路
将交流输入电压转换为直流电压。
输出滤波电路
消除开关电源输出的纹波电压，保证输出稳定性。
开关电源的输入端和输出端
开关电源的输入端接入交流电源，输出端连接电子设备，通过变换和稳定电 能实现设备的正常工作。
开关电源的保护电路
为了保护开关电源和电子设备，通常会采用过压保护、过流保护、短路保护 等多种保护电路。
电源管理芯片的作用
电源管理芯片用于监控和控制开关电源的工作状态和性能，提高系统稳定性和效率。
《开关电源基础讲解》 PPT课件
本PPT课件详细介绍了开关电源的基础知识和应用领域，包括历史发展、原理、 优缺点、组成部分、工作原理和性能参数等。
什么是开关电源？
开关电源是一种通过将输入电能转换为高频脉冲信号，经过变变换、整流 和滤波等处理后，获得稳定输出电压或电流的电源。
开关电源的历史和发展
开关电源的优缺点
1 优点
高效率、稳定性好、体积小、重量轻、可靠 性高。
2 缺点
造价较高、存在电磁干扰等问题。
开关电源的工作原理和性能参数
工作原理
通过控制开关管的通断状态，实现电能的转换和稳 定输出。
性能参数
包括输入输出电压、电流、效率、负载调整率等。
开关电源_详细讲解——第1讲
第1章
开关电源基础技术
图1-2 开关电源的基本组成
第1章
开关电源基础技术
DC/DC变换器有多种电路形式，其中控制波形为方波 的PWM变换器以及工作波形为准正弦波的谐振变换器应用 较为普遍。 开关电源与线性电源相比，其输入的瞬态变换比较多地 表现在输出端，在提高开关频率的同时，由于比较放大器的 频率特性得到改善，开关电源的瞬态响应指标也能得到改善。 开关电源的负载变换瞬态响应主要由输出端LC滤波器的特 性决定，所以可以通过提高开关频率、 降低输出滤波器LC 的方法来改善瞬态响应特性。
第1章
开关电源基础技术
图1-3 直接输出取样开关电源电路
第1章
开关电源基础技术
第1章
开关电源基础技术
1.1.2 开关电源的组成 开关电源的基本组成如图1-2所示。其中DC/DC变换器 用以进行功率变换，它是开关电源的核心部分；驱动器是开 关信号的放大部分，对来自信号源的开关信号进行放大和整 形，以适应开关管的驱动要求；信号源产生控制信号，该信 号由它激或自激电路产生，可以是PWM信号、 PFM信号或 其他信号；比较放大器对给定信号和输出反馈信号进行比较 运算，控制开关信号的幅值、 频率、 波形等，通过驱动器 控制开关器件的占空比，以达到稳定输出电压值的目的。除 此之外，开关电源还有辅助电路，包括启动、 过流过压保 护、 输入滤波、 输出采样、 功能指示等电路。
第1章
开关电源基础技术
第1章
卫星通信概述
1.1 开关电源概述 1.2 开关电源的分类 1.3 开关电源的主要技术指标 1.4 开关电源典型结构 1.5 开关电源技术要点 1.6 开关器件 1.7 开关电源中的整流电路 1.8 电源设备的评价与测量
第1章
《开关电源电路分析》讲义
《开关电源电路分析》讲义——校企合作教材编者：梁奇峰 姜乔朋目录第一章 开关电源入门的介绍 (3)第二章 功率场效应管（MOSFET）的介绍 (8)第三章 基本拓扑结构 (14)第四章 PWM控制电路 (35)第五章 非隔离和隔离型电路的分析与设计 (41)第六章 电源输入级 (47)第一章 开关电源入门的介绍电源的重要性：电源犹如人体的心脏， 是所有电设备的动力。
设备的更新， 电源也跟随更新 。
；电源无法集成：（1）电源的功率通常都在1W以上，大功率的达到上万瓦。
（2）不同的设备需要不同的电源，对电压、电流、功率密度、体积、效率等要求都不一样。
（3）变压器、电感、大的电解电容也无法集成。
（4）电源的功率大，损耗也很大，散热也是一个问题。
1. 开关电源概念的引入市电 220Vac/50Hz 通常是不能直接给设备供电，需要经过变换之后得到设备 所需要的电压、电流或者功率等。
与传统的线性稳压电源相比，开关电源具有效率高、功率密度高、电压调整 率高、体积小、重量轻等诸多优势。
因而，在各行各业的电力设备中得到了广泛 的应用。
具体的应用如下：（1） PC电源： 输入100-240Vac， 50-60Hz， 输出电压为： 12V/14A， -12V/0.5A， 5V/18A，3.3V/14A；（2）笔记本适配器：输入100-240Vac，50-60Hz，输出20V/3.25A；（3）打印机电源；（4） 通信电源；（5）数电和模电实验箱中的电源：输出±5V，±12V ，±15V 给芯片或者 三极管供电，（差分放大电路中三极管工作时需要正、负电源，运算放大器有时 也需要正、负电源）；（6）不间断电源（UPS）；（7）医疗器械上的电源(如CT扫描仪所用的电源）；（8）航空电源；（9）LED驱动电源；（10）电子镇流器；（11）液晶电视电源；（12）传真机、复印机的电源；（13）POL电源；（14）仪器仪表所用电源。
开关电源基本原理与设计介绍培训讲义
元器件作用
关键元器件如开关管、变压器和滤 波电容等，发挥着关键的作用。
开关电源的分类和特点
1
按拓扑结构分类
如Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk等，每种结构都有其应用场景和特点。
2
按输出类型分类
如单输出、多输出、独立输出等，满足不同电子设备的需求。
样机制作
根据设计方案制作开关电源的样机并进行测试验证。
开关电源设计中的注意事项和常见问题
1 温度控制
2 EMC问题
高温对开关电源影响较大，需要合理设计散热与 温度控制。
开关电源会带来EMI等电磁兼容问题，需要采取 相应的电磁屏蔽措施。
3 电流稳定性
4 开关频率选择
开关电源的电流稳定性对于输出负载影响较大， 设计时需要注意。
开关电源由输入电源、开关 元件、控制电路和输出电路 组成。
开关电源具有高效率、小体 积、可调性强等特点，广泛 应用于电子设备中。
作为现代电子设备的重要组 成部分，了解开关电源的基 本概念和定义至关重要。
开关电源的工作原理
变换与滤波
开关电源通过变换和滤波技术实现 直流电源的转换和稳定输出。
周期性开关
3
特点与优势
高效性、稳定性、可调性强以及过载保护、短路保护等特点使其在各个领域得到 广ຫໍສະໝຸດ 应用。开关电源的设计流程和步骤
需求分析
根据具体应用需求，确定开关电源的性能指标和工 作条件。
PCB布局
合理设计电路板布局，考虑电磁兼容和热效应等因 素。
电路设计
选择合适的拓扑结构和元器件，进行电路设计和仿 真分析。
总结和展望
开关电源基础知识讲义
第一部分：开关电源基础一、什么是开关电源标志电源特性的参数有功率、电压、频率、噪声等等；在同一参数要求下，又有体积、重时、形态、功率、可靠性等指标。
凡用半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变成另一种形态的主电路都叫做开关变换器电路；转变时用自动控制闭环稳定输出并有保护环节则称为开关电源（Switching Power Supply）。
开关电源主要组成部分是DC-DC变换器，因为它是转换的核心，涉及频率变换，目前DC-DC变换中所用的频率提高最快。
它要提高频率中碰到的开关过程、损失机制，为提高效率而采用的方法，也可为其它转换方法参考。
值得指出，常见到离线式开关变换器（off-line Switching Converter）名称，是AC-DC变换，也常称开关整流器；它不单是整流的意义，而且整流后又作了DC-DC变换。
所以说离线并不是变换器与市电线路无关的意思，只是变换器中因有高频变压器隔离，故称离线。
二、开关电源设计总原则及总要求：1. 设计总原则：产品的设计和结构必须符合适用国家适用类别的安规及EMC。
2. 设计总要求：产品的设计和结构必须能够保证在正常使用和可能的失败条件下，不会对使用者产生触电和其它危险, 及不会对周围环境产生危害,如火灾等.3. 设计具体要求：满足客户的需求（如电气、安规、价格及其它特殊需求）。
三、开关电源分类：1. 按激励形式不同，可分为自激式与他激式两种自激式：单管式与推挽式（开关晶体管的激励信号如来自本身输出负载藕合而得，称之为自激）他激式：调频，调宽，调幅，谐振目前应用较广的为调宽型，它又包括正激，反激，半桥，全桥四种。
2. 以应用线路分类：顺向式( Forward ) --- 60W~600W返驰式 ( Flyback ) --- 100W~半桥式 ( Half-Bridge ) --- 200W ~ 500W全桥式( Full-Bridge ) --- 500W~推挽式( Push-Pull ) --- 500W~铃流扼制式( Ringing Choke Converter ) --- 20W~CUK式 --- 无输出连波(Output Ripple-less)SEPIC式 --- 无输入连波(Input Ripple-less)共振式 ( Resonant ) --- 低损失(Loss-less)四．开关电源中的常用术语效率：电源的输出功率和输入功率的百分比。
开关电源基础知识讲义
载
载
V
可调
供电
电源
V
被测 电源 V
小
满
载
载
测试方法 a、先如图连接好测试电路，对于每一路输出都应准备小载、满载。如果负载调整率、稳压
精度的限值用百分比表示，则应进行额定输入电压下的全部(quánbù)半载测量。 b、对于各种正交情况，应统一汇制成一张记录表格。 c、对于每一种情况都进行测试并记录数据。 d、此交调测试记录数据作为计算输出电压范围，电压调整率、负载调整率，稳压精度的原
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第四页，共43页。
1.1 线性电源(diànyuán)和开关电源 (diànyuán)比较
随着电子元件(yuánjiàn)和磁性元件(yuánjiàn) 的发展，越来越多的电子设备使用了开关电源。因为开 关电源有相比线性电源1000倍以上的开关频率，因而 在重量、体积、效率等方面具有明显的优势。开关电源 的使用越来越广泛，如邮电通信、军事装备、交通设施、 仪器仪表、工业设备、医疗设备、家用电器等都越来越 多的应用了开关电源。
1.开关电源基本原理
1.1 线性电源和开关电源比较
1.2 常用开关电源类别
1.3 30W电源简介
2.常用电气(diànqì)指标即测试方法
2.1 测试仪器要求 2.7 稳压精度
抗电强度
2.2 最大输入电流 2.8 输出纹波即杂音 绝缘阻抗
2.3 启动冲击电流 2.9 瞬态响应
效率
2.4 交调测试
开机延时
5
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1.1 线性电源(diànyuán)和开关电源 (diànyuán)比较
线性电源 开关电源
工作频率 50~100HZ >20KHZ
效率 <50%
开关电源原理与应用讲义最终
第一部分 开关电源相关的预备知识（一） 滤波电路、储能元件的工作原理、电压时间成积。
（1）RC 、LC 、∏型、T 型无源滤波器 电路结构L RC 型RC －型LC 型LC －∏型RC －T 型CLC －T 型CL LCC LRC 型－优点：成本低缺点：存在电阻，产生损耗较大，电流越大损耗越大 LC 型－优点：电感的电阻很小，因此损耗很小。
缺点：体积大，成本高 滤波器的种类: 低通 高通 带通 带阻*简单介绍有源滤波器：RLC 元件和有源器件（三极管、场效应管、运算放大器等）组合，可进行无衰减地滤波。
滤波波形-※ 从充放电理论和阻抗理论说明滤波作用充放电方式说明容抗：1/ωC 感抗：ωL（2）储能元件 电容元件C: dq i =dt,q CU =，可得du i =Cdt， 从而可知C 上的电压不能突变，突变会引起很大的i电容储存的能量：2C 1W =C U 2, 储存的能量与充电过程无关，取决于最后U 的大小－ 画图说明电感元件L ：di U =Ldt，从而可知i 不能突变。
2L 1W =L i 2, 储存的能量与过程无关，取决于最后i 的大小－ 画图说明推导电压时间乘积：1i =U dt L⎰ ，U 为常数时, U t i =L,因此 22L (U t)W =L，* Ut 称为电压时间乘积一个电感中施加一定时间的电压后断开,则电感两端的电压为多少? 接通电压时储存的能量和断开时释放的能量守恒，因此222off 1on (U t )(U t )=2L2L可得 1on 2off t t U U = （3）释放模式高压储存低压释放-降压高压储存低压释放-升压U低压储存低压释放-隔离* 注：开关切换时，电感电压的极性反转，释放模式中面积相同即可。
（4）发生高压的举例*根据电路换路定律，说明高压发生的机理及克服方法to-to I =I +，to-I =U /R =1A , L L to U =I R +故R L =10Ω时 U L =10V,R L =1000Ω时 U L =1000V, 开关切换时，电感极性反向，电压大小取决于R L 大小。
《开关电源解析》课件 (2)
2 开关电源的工作
过程
开关电源根据负载要 求调整开关频率和占 空比，控制输出电压 稳定。
3 开关电源的优缺点
开关电源具有高效率、 小体积、轻重量和稳 定性好的优点，但成 本较高。
开关电源的设计
1 开关电的设计流程
开关电源的设计包括需求分析、电路设计、参数选取和电路调试等步骤。
2 开关电源的设计要点
《开关电源解析》PPT课 件 (2)
# 开关电源解析
什么是开关电源
1 开关电源的定义
开关电源是一种能将输入电能进行变换和稳压的电源设备。
2 开关电源的分类
开关电源按输出电压分为固定输出电压型和可调输出电压型。
开关电源的工作原理
1 开关电源的基本
原理
开关电源通过不断开 关电流，实现输出稳 定的直流电压。
设计开关电源时需要考虑输入电压范围、输出电压稳定性、功率因数校正等因素。
3 开关电源的实现
开关电源可以通过使用开关管、变压器和滤波电路等部件来实现。
开关电源的应用
1 开关电源在电子产品中的应用
开关电源广泛应用于计算机、通信设备、显示器和家电等电子产品中。Hale Waihona Puke 2 开关电源在工业领域中的应用
工业设备、机械设备和传感器等领域都使用开关电源来提供稳定的电力。
3 开关电源在汽车电子中的应用
开关电源在汽车电子系统中用于驱动电动机、充电电路和照明系统等。
开关电源的发展趋势
1 开关电源技术的发展历程
开关电源经历了从线性电源到开关电源的转变，并随着技术的发展不断完善。
2 开关电源技术的趋势分析
未来开关电源技术将趋向高效率、小尺寸、低成本和可靠性的方向发展。
3 开关电源未来的发展方向
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频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题，也是用户最关心的问题。采
用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器，通过对多参数、多信息的提取与分析， 达到预知系统各种工作状态的目的，进而提前对系统做出调整和处理，解决了目前大功率
IGBT逆变电源可靠性。
国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A，负载持续率60%，全载电压60~75V，电流
开关电源 概述
2.5 变频器电源
变频器电源主要用于交流电机的变频调速，其在电气传动系统中占据的地
位日趋重要，已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交
流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压，然后由大功率晶体管或
IGBT组成的PWM高频变换器， 将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出，
传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时，将向电网注入大量的谐波 电流，引起谐波损耗和干扰，同时还出现装置网侧功率因数恶化的现 象，即所谓“电力公害”，例如，不可控整流加电容滤波时，网侧三 次谐波含量可达(70~80)%，网侧功率因数仅有0.5~0.6。
电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置，能克 服传统LC滤波器的不足，是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波 器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区 别是:(l)不仅反馈输出电压，还反馈输入平均电流; (2)电流环基准信号 为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。
通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化，模块采用高频PWM技术，开关 频率在500kHz左右，功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展， 要求电源模块实现小型化，因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑 结构，目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二 次电源模块，功率密度有较大幅度的提高。
开关电源 概述
2. 现代电力电子的应用领域 2.1 计算机高效率绿色电源
高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会，同时也促进了电源技术的 迅速发展。八十年代，计算机全面采用了开关电源，率先完成计算机电源换 代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。
计算机技术的发展，提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的 个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源，根据 美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定，桌上型个人电脑或相关 的外围设备，在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦，就符合绿色电脑的要求， 提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电 源而言，电源自身要消耗50瓦的能源。
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1.3 变频器时代
进入八十年代，大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，为现代电力电子技 术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结 合，出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世，导致了中 小功率电源向高频化发展，而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现，又为大中型 功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世，是传统的电力电 子向现代电力电子转化的标志。据统计，到2019年底，功率M0SFET和GTR在功 率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步，而用IGBT代替GTR在电力电子领 域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率，使其 性能更加完善可靠，而且使现代电子技术不断向高频化发展，为用电设备的高效 节材节能，实现小型轻量化，机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。
国内对静电除尘高压直流电源进行了研制，市电经整流变为直流，采用全桥零 电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压，然后由高频变压器升 压，最后整流为直流高压。在电阻负载条件下，输出直流电压达到55kV，电流 达到15mA，工作频率为25.6kHz。
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2.8 电力有源滤波器
电源输出波形近似于正弦波，用于驱动交流异步电动机实现无级调速。
国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期，日本
东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至2019年，其占有率已达
到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代
初期开始研究变频空调，96年引进生产线生产变频空调器，逐渐形成变频空调
开发生产热点。到2000年左右形成高潮。变频空调除了变频电源外，还要求有
适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略，精选功能组件，是空调变频电
源研制的进一步发展方向。
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2.6 高频逆变式整流焊机电源
高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源，代表了当今焊
机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化，这种电源更有着广阔的应用前景。
开关电源 概述
2.4 不间断电源(UPS)
不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一 种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流，一部分能量给 蓄电池组充电，另一部分能量经逆变器变成交流，经转换开关送到负载。为 了在逆变器故障时仍能向负载提供能量，另一路备用电源通过电源转换开关 来实现。
逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电
经全桥整流变成直流，IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波，
经高频变压器耦合， 整流滤波后成为稳定的直流，供电弧使用。
由于焊机电源的工作条件恶劣，频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中，因此高
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1.1 整流器时代
大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供，但是大约20%的电 能是以直流形式消费的，其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需 要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市 无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能 够高效率地把工频交流电转变为直流电，因此在六十年代和七十年代， 大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经 掀起了一股各地大办硅整流器厂的热潮，目前全国大大小小的制造硅 整流器的半导体厂家就是那时的产物。
开关电源设计 Switching Power Supply Design
开关电源 概述
开关电源 概述
输入电压OK？ 光耦隔离
输入电流取样 输入电压取样 HVDC电流取样
异常关脉冲
PIC16F8 72单片机 I2C串口通信
UC 281 8D
辅助电源
UC 282 5
光耦隔离 双闭环控制环
模块输出电压调节 AC OK DCOK及过热告警
当前，电力电子作为节能、节材、自动化、智能化、机电一体化的基础， 正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。 在不远的将来，电力电子技术将使电源技术更加成熟、经 济、实用， 实现高效率和高品质用电相结合。
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1. 电力电子技术的发展
现代电力电子技术的发展方向，是从以低频技术处理问题为主的传统 电力电子学，向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。 电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其发展先 后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，并促进了电力电子 技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、 以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功 率半导体复合器件，表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时 代。
现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器 件，电源的噪声得以降低，而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术 的引入，可以实现对UPS的智能化管理，进行远程维护和远程诊断。
目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速，已 经有0.5kVA、lVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。
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2.9 分布式开关电源供电系统
分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件，利用最新理论 和技术成果，组成积木式、智能化的大功率供电电源，从而使强电与弱电紧密结合，降 低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力，提高生产效率。
八十年代初期，对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。 八十年代中后期，随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现， 结合大规模集成电路和功率元器件技术，使中小功率装置的集成成为可能，从而迅速地 推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始，这一方向已成为国 际电力电子学界的研究热点，论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。
因通信设备中所用集成电路的种类繁多，其电源电压也各不相同，在通信供电系统中 采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块，从中间母线电压(一般为48V直流)变换成 所需的各种直流电压，这样可大大减小损耗、方便维护，且安装、增加非常方便。一 般都可直接装在标准控制板上，对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断 增加，通信电源容量也将不断增加。
TC 442 6 OUTA OUTB
TC 442 8 TC 442 8 TC 442 6
输出电流取样 输出电压取样
风扇控制
开关电源 概述
开关电源技术是应用电力电子半导体器件，综合自动控制、计算机(微 处理器)技术和电磁技术的多学科边缘交又技术。在各种高质量、高效、 高可靠性的电源中起关键作用，是现代电力电子技术的具体应用。
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1.2 逆变器时代
七十年代出现了世界范围的能源危机，交流电机变频惆速因节能效果 显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的 交流电。在七十年代到八十年代，随着变频调速装置的普及，大功率 逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成 为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出，静止 式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆 变，但工作频率较低，仅局限在中低频范围内。