《开关型稳压电源》PPT课件
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第八章开关型稳压电源共11页文档
第八章 开关型稳压电源
教学目标
1．了解开关电源的特点、组成及其 类型；
2．理解开关电源的基本工作原理； 3．通过实验掌握对开关电源的检测 方法。
8.1 开关电源的特点、组成及类型
一、开关电源的特点 • 稳压范围宽 • 功耗小、效率高 • 体积小、重量轻 • 整机的稳定性与可r靠性高 • 易于实现多路电压输出和遥控 • 电路复杂、维修麻烦 • 高次谐波辐射对图像造成干扰
二、开关电源的基本组成
• 电源整流滤波电路 • 开关振荡电路 • 高频脉冲整流滤波电路 • 取样和稳压控制电路
三、开关电源的类型
按储能电感与负载的连接方式分 串联型开关电源 并联型开关电源
按振荡启动的方式分 自激式 他激式
按稳压控制方式分 脉冲宽度控制方式 脉冲频率控制方式
7.2 开关电源的基本工作原理
并联型开关电源简化电路
t0—t1期间
v饱和，i1线性增加，vD截止，L储能(波形图)
t1—t2期间
V截止，i1=0，vD导通，L磁能向C、RL释放，为
负载提供输出电压
UOUk1TToOffN
令Ton/(TonToff)Ton/T
Uok(U 11) 改变激励脉冲的占空系数，可以调整输出电压
之间加入预失真网络 反馈法 引入负反馈和积分正反馈来改
善锯齿波的线性
四、待机控制电路
• 场扫描产生非线性失真的原因 RC充放电产生非线性失真 场输出管特性曲线的非线性引起的失真
• 场扫描非线性失真的校正 预失真法 在锯齿波形成与场输出电路
之间加入预失真网络 反馈法 引入负反馈和积分正反馈来改
善锯齿波的线性
• 自由振荡
C909、C910分别通过R904、VD903放电， V901 与C907等并联谐振，自由振荡半个周期后，又重 新导通
教学目标
1．了解开关电源的特点、组成及其 类型；
2．理解开关电源的基本工作原理； 3．通过实验掌握对开关电源的检测 方法。
8.1 开关电源的特点、组成及类型
一、开关电源的特点 • 稳压范围宽 • 功耗小、效率高 • 体积小、重量轻 • 整机的稳定性与可r靠性高 • 易于实现多路电压输出和遥控 • 电路复杂、维修麻烦 • 高次谐波辐射对图像造成干扰
二、开关电源的基本组成
• 电源整流滤波电路 • 开关振荡电路 • 高频脉冲整流滤波电路 • 取样和稳压控制电路
三、开关电源的类型
按储能电感与负载的连接方式分 串联型开关电源 并联型开关电源
按振荡启动的方式分 自激式 他激式
按稳压控制方式分 脉冲宽度控制方式 脉冲频率控制方式
7.2 开关电源的基本工作原理
并联型开关电源简化电路
t0—t1期间
v饱和，i1线性增加，vD截止，L储能(波形图)
t1—t2期间
V截止，i1=0，vD导通，L磁能向C、RL释放，为
负载提供输出电压
UOUk1TToOffN
令Ton/(TonToff)Ton/T
Uok(U 11) 改变激励脉冲的占空系数，可以调整输出电压
之间加入预失真网络 反馈法 引入负反馈和积分正反馈来改
善锯齿波的线性
四、待机控制电路
• 场扫描产生非线性失真的原因 RC充放电产生非线性失真 场输出管特性曲线的非线性引起的失真
• 场扫描非线性失真的校正 预失真法 在锯齿波形成与场输出电路
之间加入预失真网络 反馈法 引入负反馈和积分正反馈来改
善锯齿波的线性
• 自由振荡
C909、C910分别通过R904、VD903放电， V901 与C907等并联谐振，自由振荡半个周期后，又重 新导通
开关型稳压电路PPT课件
D导通 CO、L放能
(3) 工作波形
射极电压uE
uE
UI UO
Ton
Toff
iL
iO
O
t
+
L
iC
+
iL
UO/ RL
uE
CO
UO
RL
O
t
–
–
UO
电感电流iL
输出电压uO
UOmin O
UOmax
t
第7页/共11页
3. 输出电压UO 占空比
输出直流电压
uE
UI UO
Ton
Toff
O
t
iL
UO/ RL
O
uE
iL
e
+ uL –
iC
IO +
D
+
CO
UO
RL
–
T
2. 工作原理
(1) 当控制脉冲为高电平(Ton期间)时
第5页/共11页
– T饱和导通
D截止 CO充电、L储能
T +
UI + C
uE
iL
e
+ uL –
iC
IO +
D
+
CO
UO
RL
–
T
(2) 当控制脉冲为低电平(Toff期间)时
第6页/共11页
– T截止
t
UO
UOm 反馈控制的降压型开关稳压电源方框图
T
+
R
D
L C
UI
脉宽调制器
采样电路
–
+
UO
RL
–
第9页/共11页
(3) 工作波形
射极电压uE
uE
UI UO
Ton
Toff
iL
iO
O
t
+
L
iC
+
iL
UO/ RL
uE
CO
UO
RL
O
t
–
–
UO
电感电流iL
输出电压uO
UOmin O
UOmax
t
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3. 输出电压UO 占空比
输出直流电压
uE
UI UO
Ton
Toff
O
t
iL
UO/ RL
O
uE
iL
e
+ uL –
iC
IO +
D
+
CO
UO
RL
–
T
2. 工作原理
(1) 当控制脉冲为高电平(Ton期间)时
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– T饱和导通
D截止 CO充电、L储能
T +
UI + C
uE
iL
e
+ uL –
iC
IO +
D
+
CO
UO
RL
–
T
(2) 当控制脉冲为低电平(Toff期间)时
第6页/共11页
– T截止
t
UO
UOm 反馈控制的降压型开关稳压电源方框图
T
+
R
D
L C
UI
脉宽调制器
采样电路
–
+
UO
RL
–
第9页/共11页
开关稳压电源课程(ppt 14页)
12
课题要求
• 设计和制作12V,15V,24V,36V中任一种开关电源并利用单片机检 测显示电压（LCD显示）。
• 采用隔离或非隔离变换电路。 • 采用TOP或PWM芯片实现。 • 熟练掌握选用芯片各引脚的功能及控制原理。 • 理解设计的开关电源整体工作原理。 • 完成设计报告、答辩合格才能“通过”。 • 注意：十三周周五9:00-12:00提• 频率: f=1.72/RTCT
11
参考资料：
《开关电源设计技术与应用实例》 赵同贺 人民邮电出版社
《单片开关电源集成电路应用设计实例》 王 水平 人民邮电出版社
《直流开关电源技术及应用》 候振义 电子 工业出版社
《新型单片开关的设计与应用》 沙占友 电子 工业出版社
6
TOP芯片开关电源典型结构
7
第二类：
隔离 U1= 220V AC 变压器 U2=18VAC
开关稳压电源
IIN
整流
DC- DC
滤波
U IN 变换器
IO
UO
RL
8
• 变换电路方案选择：
– Boost升压电路 – 不能开路—必须有一定负载 – 容易烧坏开关管—控制问题
9
★控制方案 采用PWM控制芯片—UC3842
自动化专业综合课程设计2 ——开关电源设计与制作
1
开关稳压电源
1 什么是开关电源
开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时 间比率，维持稳定输出电压的一种电源。
控制芯片 反馈
2
2 开关电源特点
节能（效率一般可达85%以上） 体积小，重量轻 具有各种保护功能 改变输出电流、电压容易，稳定，可控。
变换电路：含开关电路、输出隔离（变压 器）电路等，是开关电源电源变换的主通 道，完成对带有功率的电源波形进行斩波 调制和输出（如：正激、反激电路）
课题要求
• 设计和制作12V,15V,24V,36V中任一种开关电源并利用单片机检 测显示电压（LCD显示）。
• 采用隔离或非隔离变换电路。 • 采用TOP或PWM芯片实现。 • 熟练掌握选用芯片各引脚的功能及控制原理。 • 理解设计的开关电源整体工作原理。 • 完成设计报告、答辩合格才能“通过”。 • 注意：十三周周五9:00-12:00提• 频率: f=1.72/RTCT
11
参考资料：
《开关电源设计技术与应用实例》 赵同贺 人民邮电出版社
《单片开关电源集成电路应用设计实例》 王 水平 人民邮电出版社
《直流开关电源技术及应用》 候振义 电子 工业出版社
《新型单片开关的设计与应用》 沙占友 电子 工业出版社
6
TOP芯片开关电源典型结构
7
第二类：
隔离 U1= 220V AC 变压器 U2=18VAC
开关稳压电源
IIN
整流
DC- DC
滤波
U IN 变换器
IO
UO
RL
8
• 变换电路方案选择：
– Boost升压电路 – 不能开路—必须有一定负载 – 容易烧坏开关管—控制问题
9
★控制方案 采用PWM控制芯片—UC3842
自动化专业综合课程设计2 ——开关电源设计与制作
1
开关稳压电源
1 什么是开关电源
开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时 间比率，维持稳定输出电压的一种电源。
控制芯片 反馈
2
2 开关电源特点
节能（效率一般可达85%以上） 体积小，重量轻 具有各种保护功能 改变输出电流、电压容易，稳定，可控。
变换电路：含开关电路、输出隔离（变压 器）电路等，是开关电源电源变换的主通 道，完成对带有功率的电源波形进行斩波 调制和输出（如：正激、反激电路）
《开关稳压电源》课件2
隔离型和非隔离型开关稳压电源
总结词
根据是否需要隔离变压器来分类的开关稳压电源。
详细描述
隔离型和非隔离型是开关稳压电源的两种主要类型。隔离型开关稳压电源需要使用隔离 变压器来实现输入和输出之间的电气隔离，以保护使用者的安全和防止电路之间的干扰 。而非隔离型开关稳压电源则不需要隔离变压器，通常直接将输入和输出连接在一起，
详细描述
多功能化是指开关稳压电源除了基本的电压转换功能 外，还具备其他多种功能，如过流保护、过压保护、 欠压保护等。智能化则是指开关稳压电源采用智能控 制技术，能够实现远程控制和自动调节等功能，提高 电源设备的自动化程度。绿色化是指开关稳压电源在 设计、生产和应用过程中充分考虑环保因素，采用环 保材料和节能技术，降低能耗和减少对环境的影响。
开关稳压电源的定义
开关稳压电源是一种将不稳定的直流 电压或脉动直流电压转换为稳定的直 流电压的电源供应器。
工作原理
开关稳压电源通过控制开关管的开通 和关断，将不稳定的输入电压进行斩 波，再通过滤波电路输出稳定的直流 电压。
开关稳压电源的特点与优势
效率高
开关稳压电源的转换效 率高，能够减少能源浪
费。
调试步骤与注意事项
01
注意事项
02 确保电源的输入电压在规定范围内，避免 过压或欠压。
03
在调试过程中，应遵循安全操作规程，避 免触电或损坏电路。
04
对于有开关的电源，应先确保开关处于关 闭状态再进行调试。
测试方法与测试仪器
电压测试
使用电压表测量电源的输出电压，确保其符合设计要求 。
电流测试
使用电流表测量电源的输出电流，了解电源的负载能力 。
输出电压不稳定
可能是由于反馈回路问题或元件参数不匹配 导致。
《开关稳压电源》课件
不断试验
持续学习
常见问题与解决方案
问题1
01
电源发热严重
原因
02
可能由于电路设计不合理或元件性能不佳。
解决方案
03
优化电路设计，更换性能更好的元件。
常见问题与解决方案
问题2
电源效率低下
原因
可能由于损耗过大或电路结构不合理。
解决方案
降低损耗，对电路结构进行优化。
常见问题与解决方案
问题3
输出电压不稳定
应用
广泛应用于各种电子设备中，如音频功率放大器、逆变器等。
升降压型开关稳压电源
• 总结词：同时具有升压和降压功能的开关稳压电源。
• 详细描述：升降压型开关稳压电源是一种较为特殊的开关稳压电源类型，其工作原理是通过控制开关管的导通和截止时 间，既可以降低输入电压来降低输出电压，也可以增加输入电压来提高输出电压，具有双重调节功能。
空调
在空调中，开关稳压电源 用于控制压缩机和风扇的 运行，保持室内温度的恒 定。
冰箱
冰箱的开关稳压电源确保 冷藏和冷冻系统的正常运 行，保持食品的新鲜。源自通信领域的应用手机
手机的开关稳压电源为通 话、数据传输和各种功能 提供稳定的电力。
路由器
在路由器中，开关稳压电 源为处理数据和信号传输 提供稳定的电力。
初步检查
检查电路中各元件是否正常，无损坏。
调试步骤与注意事项
通电测试
逐步通电，观察各部分工作是否正常 。
调整参数
根据需要调整相关参数，如电压、电 流等。
调试步骤与注意事项
安全第一
确保调试过程中人员和设备安全。
逐步进行
不要一次性将所有参数调整到位，应逐步调整。
开关集成稳压电源(共11张PPT)
F
V + C2
+
220 F / 40
220 续F采流用二肖极特管基管
VR1
软启动电容
工作频率控制
1 4.7 F
f = 1/ RTCT 106 kHz
一般 RT = 1 27 k CT = 1 3.3 nF
第11页，共11页。
。
L
(2U产振+8–I。V生荡) 0CR.R103514R.250kkF52kC22.2F5.5VVR314C2356785Wk15+211111119416543205VC06.3R08519R01k6RF8R8072V防k1V止2 寄0V.生59C30m40振HR荡F+L5
V
+ UO –
f0 = 1.15 / R5C2 = 19.2 kHz
取样 电路
第2页，共11页。
工作波形
脉宽调制式
（PWM）
uT uA
第8章 集成直流稳压电源
+ uF
8 8
uA
V1 uE L
iL +
IO
+
UI
A
C uB V2 C uT
RL Uo
UREF
O
uB
O
uE
UI
IOiOL UuOoO
O
toff ton
第3页，共11页。
t
UO
UI T
ton
t
=DUI
D ton
R0 0.1
限流取样电阻(1 A)
第8页，共11页。
第8章 集成直流稳压电源
二、CW4960/4962
组成：基准电压源、误差放大器、脉宽调制器
开关功率管(内接)、软启动电路、
课件：第28讲 开关型稳压电源
（3）混合调制型（以上两者结合，又可构成混合调制型）
（1）脉冲宽度调制 （脉宽调制型最为常用 ）
（2）脉冲频率调制
（3）混合调制型（稳压效果较为理想 ）
3、按功率开关电路的结构形式分
（1）降压型 （2）升压型
（3）反相型 （4）变压器型
（按开关管输出电路的形式不同）
单端式 单端正激式
变压器型
单端反激式
四、基本电路结构
串联型脉宽调制(PWM)式开关稳压器
(1) 电路结构 ①功率开关管。 ②储能电感。 ③续流二极管。 ④滤波电容。 ⑤负载。
(2)工作原理
(2)工作原理
(UI UO )Ton UOToff
即
UO
UI
Ton Ton Toff
UI
Ton T
kUI
k Ton T
时间比例系数
式中：
• T为开关管开关工作周期
(即开关脉冲周期)；
• ton为开关管饱和导通，开关闭合 时间(即开关脉冲的宽度)；
• toff=T-ton为开关管截止，开关断 开时间。
UO
ton T
UI
dUI
d为占空比
★直流输出电压Uo与开关 器件的开关占空系数d成正比， 改变占空系数便可控制直流 输出电压的大小。
★开关稳压电路正是利用 这一作用来实现电压的稳定和 调节。
★由方框图知：开关稳压电路 各组成部分实际上构成一个闭环 负反馈系统。
开关稳压电源基本组成方框图
★ 当电网电压或负载变化
使输出电压Uo变化时，通过
取样并与基准电压进行比较， 产生一误差信号，经放大后
去控制开关脉冲的宽度或频率 (即周期)，从而调整开关器件 导通与截止的时间比例，即
（1）脉冲宽度调制 （脉宽调制型最为常用 ）
（2）脉冲频率调制
（3）混合调制型（稳压效果较为理想 ）
3、按功率开关电路的结构形式分
（1）降压型 （2）升压型
（3）反相型 （4）变压器型
（按开关管输出电路的形式不同）
单端式 单端正激式
变压器型
单端反激式
四、基本电路结构
串联型脉宽调制(PWM)式开关稳压器
(1) 电路结构 ①功率开关管。 ②储能电感。 ③续流二极管。 ④滤波电容。 ⑤负载。
(2)工作原理
(2)工作原理
(UI UO )Ton UOToff
即
UO
UI
Ton Ton Toff
UI
Ton T
kUI
k Ton T
时间比例系数
式中：
• T为开关管开关工作周期
(即开关脉冲周期)；
• ton为开关管饱和导通，开关闭合 时间(即开关脉冲的宽度)；
• toff=T-ton为开关管截止，开关断 开时间。
UO
ton T
UI
dUI
d为占空比
★直流输出电压Uo与开关 器件的开关占空系数d成正比， 改变占空系数便可控制直流 输出电压的大小。
★开关稳压电路正是利用 这一作用来实现电压的稳定和 调节。
★由方框图知：开关稳压电路 各组成部分实际上构成一个闭环 负反馈系统。
开关稳压电源基本组成方框图
★ 当电网电压或负载变化
使输出电压Uo变化时，通过
取样并与基准电压进行比较， 产生一误差信号，经放大后
去控制开关脉冲的宽度或频率 (即周期)，从而调整开关器件 导通与截止的时间比例，即
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i1
VD4
VD2
uin
uo
i1
i2
图 5 - 2 单相桥式整流电路输入电压和电流的波形
第5章 开关型稳压电源
功率因数较低的开关电源存在许多问题， 主要有： (1) 谐波电流污染电网， 干扰其他用电设备， 造 成测量仪表产生较大的误差， 还会使电动机产生较大 的噪声。 (2) 在输入功率一定的条件下， 输入电流有效值 较大， 因此必须增大输入熔断器、 断路器和电源线的 规格。 (3) 特别应当指出， 通信用开关型电源通常都采 用三相五线制供电， 三相基波电流可分别由下列各式 表示：
第5章 开关型稳压电源
5.1.2 目前， 通信和其他电子设备采用的稳压电源主要
有线性稳压电源、 相控型稳压电源和开关型稳压电路。 线性稳压电源中， 调整元件串联在负载回路中，
其作用就像一只可变电阻， 输入电压或负载变化时， 串联调整元件的压降改变， 从而使输出电压稳定不变。 当输入电压过高时， 串联调整管的功耗很大， 因此效 率很低。 当输入电压波动范围为±20 %时， 5 V稳压 器 的 典 型 效 率 只 有 35% ， 输 入 电 压 波 动 范 围 小 于 ±16%时， 典型效率也只能达到50%。
第5章 开关型稳压电源
由此可知， 三相电流的三次谐波分量是同相位的， 同理， 三相电流的六次、 九次等谐波分量也是同相位 的。 由于三相电流都流过中线， 当功率因数为1时， 流过中线的电流为零； 当功率因数很低时， 中线内的 电流很大。 由于中线无过流保护装置， 所以， 中线有 可能因过热而着火。
IR为电网电流有效值； I1为基波电流有效值； VL为电网电压有效值； cosφ为基波电流与基波电压的位移因数。
第5章 开关型稳压电源
在线性电路中， 无谐波电流、 电网电流有效值IR 与基波电流有效值I1相等， 基波因数r=1， 所以， 功 率因数PF应为：
PF=cosφ
第5章 开关型稳压电源
5.2.2 在无功率因数校正的开关电源中， 交流输入电压经
第5章 开关型稳压电源
第ห้องสมุดไป่ตู้章 开关型稳压电源
5.1 概述 5.2 功率因数校正基本电路 5.3 零电压过渡(ZVT)单相有源功率因数校正电路 5.4 谐振型三相有源功率因数校正电路 5.5 PWM型直流变换器 5.6 谐振型直流变换器 5.7 并联均流技术 5.8 通信用DUM23高频开关组合电源
第5章 开关型稳压电源
第5章 开关型稳压电源
线性稳压器的主要优点是电路比较简单， 稳压精度较 高， 输出纹波电压也较低。 近年来， 推出的低压差 (输入和输出电压之差很低的)线性稳压器， 不仅具有 线性稳压器的全部优点， 而且效率也有明显提高， 目 前已广泛应用于小功率低电压的电子设备中。
第5章 开关型稳压电源
相控型稳压电源的基本工作原理是： 当输入电压 或负载变化时， 改变晶闸管的导通角， 可使输出电压 稳定不变。 与线性稳压电源相比， 由于调整元件(晶 闸管)工作于开关状态， 所以功耗较小， 效率也较高， 通常可达到70%。 要求输入和输入隔离时， 相控型稳 压电源的输入端必须加入工频变压器。 由于工作频率 很低(50 Hz)， 所以变压器的体积和重量都很大， 同时 输出端的电滤波电感和滤波电容的体积和重量也很大。
5.1 概 述
5.1.1 开关型稳压电源通常由输入滤波电路、 工频整流
电路、 功率因数校正电路、 直流变换器和输出滤波器 等部分组成， 如图5 - 1所示。
第5章 开关型稳压电源
LB
VDB
AC 220 V
VTB
CB
VT1
VT2
交流滤波 交流整流 功率因数校正电路
VT3 VT4 直流变换器
VD1
LD
第5章 开关型稳压电源
5.2.3 在开关型电源中， 功率因数校正的基本方法有两
种： 无源功率因数校正和有源功率因数校正。 采用无 源功率因数校正法时， 应在开关电源输入端加入电感 量很大的低频电感， 以便减小滤波电容充电电流的尖 峰。 这种校正方法比较简单， 但是校正效果不很理想， 通常经无源功率因数校正后， 功率因数可达到0.85。 此外， 采用无源校正法时， 功率因数校正电感的体积 很大， 增加了开关电源的体积。
整流后， 直接加到滤波电容器两端。 只有交流输入电压 高于滤波电容两端电压时， 滤波电容才开始充电， 因此 输入电流波形为宽度很窄的脉冲， 如图5 - 2所示， 这种 电流的谐波分量很大， 输入总谐波失真可高达 100%~130%。
第5章 开关型稳压电源
VD1
VD3
i1 uin
i2 i2
＋
uo
C
负载 ro
第5章 开关型稳压电源
Ia1 =Im1 sin ωt Ib1 =Im1 sin(ωt-120°) Ic1 =Im1 sin(ωt+120°) 三次谐波电流可分别由下列各式表示： Ia3 =Im3 sin 3ωt Ib3 =Im3 sin(3ωt-360°) Ic3 =Im3 sin(3ωt+360°)
第5章 开关型稳压电源
5.2 功率因数校正基本电路
5.2.1
功率因数(PF)是指交流输入有功功率P与视在功率S 的比值， 即
PF P VL I1 cos
S
VL I R
I1 cos r cos
IR
第5章 开关型稳压电源
式中： r为基波因数， 即基波电流有效值I1与电网 电流有效值IR之比；
CD
VD2 负载
直流滤波
图 5 - 1 开关型稳压电源的基本组成
第5章 开关型稳压电源
工频整流器的主要作用是将交流输入电压变换为 直流电压。 该整流器通常采用单相或三相桥式整流电 路， 为了使输入电压比较平稳， 输出端还必须加入滤 波电容。
功率因数校正电路的主要作用是： 通过升高整流 器输出的直流电压， 迫使交流输入电流与交流输入电 压的波形及相位基本相同， 从而使功率因数接近于1。 该电路通常采用直流升压变换器。
第5章 开关型稳压电源
直流变换器的主要作用是将功率因数校正电路输 出的直流高压变换为通信和其他电子设备所需的电压。 常用的直流变换器有单端变换器、 推挽变换器和桥式 变换器等。
输出滤波器的主要作用是衰减直流变换器输出电 压中的高频分量， 降低输出纹波电压， 从而满足通信 和其他电子设备的要求。 输出滤波器也采用LC低通滤 波器。