《开关电源培训》PPT课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
软磁铁氧体又是开关电源中主要应用的软磁材料。
可整理ppt
18
在开关电源中，应用得最多的材料是软 磁铁氧体。主要有两类：MnZn铁氧体和 NiZn铁氧体。镍锌(NiZn)铁氧体具有更高的 电阻率，因此它适合工作在1MHz以上的场 合；而锰锌(MnZn)铁氧体电阻率较低，通 常工作在1MHz以下。铁氧体的结构形式很 多，开关电源中应用较多的是EE、EI、U、 环形。
可整理ppt
3
可整理ppt
4
开关电源需要具备的三个条件： 1、开关：电力电子器件工作在开关状态。 2、高频：器件工作在高频（如50KHZ），而
非工频状态。 3、直流：电源输出直流。DC-DC变化。
可整理ppt
5
二、开关电源拓扑
电气非隔离型：Buck电路、Boost电路、升 降压、Cuk、Sepic、Zeta
（2）剩余磁感应强度Br ：铁磁物质磁化到饱和后，又将磁 场强度下降到零时，铁磁物质中残留的磁感应强度，即为 Br。称为剩余磁感应强度，简称剩磁。
（3）矫顽力Hc ：铁磁物质磁化到饱和后，由于磁滞现象，
要使磁介质中B为零，需有一定的反向磁场强度-H，此磁 场强度称为矫顽磁力Hc。
可整理ppt
16
如果磁滞回线很宽，即Hc很高，需要很大的 磁场强度才能将磁材料磁化到饱和，同时需要很 大的反向磁场强度才能将材料中磁感应强度下降 到零，也就是说这类材料磁化困难，去磁也困难， 我们称这类材料为硬磁材料。
在一个开关周期内，开关管导通的时间占整 个周期的比例称为导通占空比D。很明显，当开 关周期不变时，导通占空比越大，负载上获得的 直流电压越大。这就是PWM在开关电源中的应用。
可整理ppt
2
顾名思义，开关电源中的电力电子器件工作 在开关状态，这是相对于线性稳压电源来说的。 线性稳压电源中的开关管工作在线性放大状态。 所以，我们先来回顾一下线性稳压电源的工作原 理。
可整理ppt
19
可整理ppt
20
设计变压器铁芯和电感铁芯的时候，主要关注以 下参数：Ae Aw Ap le Ve AL Ae为铁芯截面积 Aw为铁芯窗口面积 Ap=Ae×Aw，这是选择铁芯是的重要参数，是选 择铁芯型号的主要依据，在设计变压器和电感时， 常用的方法就是Ap法，即截面积和窗口面积乘积 法。下面在讲设计方法时会讲解。 le为有效磁路长度。 Ve为有效体积 AL电感系数 它表示磁芯具有1匝（或规定整数匝, 例如1000匝）线圈时的电感量。如果线圈为N匝， 电感量为 L=N2AL
这就是我们所说的Ap法，截面窗口面积乘积法。 根据厂家提供的数据手册，选择Ap大于上述值 的铁心，就可以找到对应的Ae和Aw。
可整理ppt
一、开关电源的概念
电力电子电路基本类型有如下几种： AC-DC 整流 AC-AC 交流电力控制、变频、变相 DC-AC 逆变 DC-DC 直流斩波 开关电源电路是 DC-DC变化电路
可整理ppt
1
开关电源的基本工作原理是：用一个半导体 功率器件作为开关，该器件不断地重复开启和关 断，使得输入的直流电压在通过这个开关器件后 变成了方波，该方波经过电感、电容等组成的滤 波器滤波之后便得到了另一个直流电压。
电气隔离型：单端变换（正激、反激） 双 端变换（半桥、全桥、推挽） 非隔离电路比隔离电路结构简单、成本 低，但是多数场合我们希望输入与输出隔 离，所以隔离电路应用广泛。
可整理ppt
6
首先，我们来简单回顾一下降压电路。
可整理ppt
7
正激电路
可整理ppt
8
电感电流连续时，一个开关周期经历两个状态
另一类材料磁滞回线很窄在较弱外磁场作用下， 磁感应强度达到很高的数值，同时很低的矫顽磁 力，即既容易磁化，又很容易退磁。我们称这类 材料为软磁材料。开关电源主要应用软磁材料。
可整理ppt
17
对软磁材料的要求为
(1) 磁导率要高 (2) 要求具有很小的矫顽力Hc和狭窄的磁滞回线 (3) 电阻率ρ要高。 (4) 具有较高的饱和磁感应强度Bm。
状态1、开关闭合：初级绕组接电源Vin，同时次 级绕组把能量传递到输出端。初级、次级电流流 向。
状态2、开关打开：当s关断时，续流二极管D2和 储能元件k构成放电回路，继续对负载R供电。复 位电流、次级电流流向。
正激电路可以等效为输入电压经过绕组变化的 Buck电路
可整理ppt
9
trst
N3 N1
ton
Uo
N2 N1
DU i
可整理ppt
10
正激电路中存在磁芯复位的问题，即开关管 关断后到下一次开通时，必须设法使励磁电流降 为0否则在下一个周期时，励磁电流将在本周期结 束时的剩余值上继续增加，并在以后的开关周期 中逐步积累起来，越来越大，从而导致励磁电感 饱和。这里我们用复位绕组W3和二极管D3组成 复位电路。工作原理如下：开关关断后，励磁电 流D3—W3—电源，线性下降为0，所以管子关段 时间应大于复位时间。
大占空比和最低输入电压的情况下，输出电压 能达到要求的上限
kT
UiminDmax Uomax U
ΔU为电路中电压降，一般取为2V；Dmax为最大占空比，一般取0.9， 经验值。
可整理ppt
24
2、铁心的选取：
Ap
AeAw
PT fsBdckc
式中，Ae为铁心截面积； Aw为铁心窗口面积； PT为变压器的传输功率； fs为开关频率； ΔB为铁心所允许的最大磁通密度变化范围；
可整理ppt
11
半桥电路
可整理ppt
12
可整理ppt
13
Uo
N2 N1
DU i
可整理ppt
14
三、Hale Waihona Puke 磁材料可整理ppt15
（1）饱和磁感应强度Bm ：是在指定温度(25℃或100℃)下，
用足够大的磁场强度磁化磁性物质时，磁化曲线达到接近 水平时，不再随外磁场增大而明显增大(对于高磁导率的 软磁材料,在r=100处)对应的B值。
可整理ppt
21
(B C) 2F 2
以形状较复杂的EE和EI为例讲解Aw的概念：
EE型铁心的窗口面Aw= (B C) ×2F
2
EI型铁心窗口面积Aw= (B C) F
2
可整理ppt
22
四、设计部分
可整理ppt
23
正激、推挽、半桥和全桥电路的主 电路参数设计
A、变压器的设计：
1、电压比kT：电压比计算的原则是电路在最
可整理ppt
18
在开关电源中，应用得最多的材料是软 磁铁氧体。主要有两类：MnZn铁氧体和 NiZn铁氧体。镍锌(NiZn)铁氧体具有更高的 电阻率，因此它适合工作在1MHz以上的场 合；而锰锌(MnZn)铁氧体电阻率较低，通 常工作在1MHz以下。铁氧体的结构形式很 多，开关电源中应用较多的是EE、EI、U、 环形。
可整理ppt
3
可整理ppt
4
开关电源需要具备的三个条件： 1、开关：电力电子器件工作在开关状态。 2、高频：器件工作在高频（如50KHZ），而
非工频状态。 3、直流：电源输出直流。DC-DC变化。
可整理ppt
5
二、开关电源拓扑
电气非隔离型：Buck电路、Boost电路、升 降压、Cuk、Sepic、Zeta
（2）剩余磁感应强度Br ：铁磁物质磁化到饱和后，又将磁 场强度下降到零时，铁磁物质中残留的磁感应强度，即为 Br。称为剩余磁感应强度，简称剩磁。
（3）矫顽力Hc ：铁磁物质磁化到饱和后，由于磁滞现象，
要使磁介质中B为零，需有一定的反向磁场强度-H，此磁 场强度称为矫顽磁力Hc。
可整理ppt
16
如果磁滞回线很宽，即Hc很高，需要很大的 磁场强度才能将磁材料磁化到饱和，同时需要很 大的反向磁场强度才能将材料中磁感应强度下降 到零，也就是说这类材料磁化困难，去磁也困难， 我们称这类材料为硬磁材料。
在一个开关周期内，开关管导通的时间占整 个周期的比例称为导通占空比D。很明显，当开 关周期不变时，导通占空比越大，负载上获得的 直流电压越大。这就是PWM在开关电源中的应用。
可整理ppt
2
顾名思义，开关电源中的电力电子器件工作 在开关状态，这是相对于线性稳压电源来说的。 线性稳压电源中的开关管工作在线性放大状态。 所以，我们先来回顾一下线性稳压电源的工作原 理。
可整理ppt
19
可整理ppt
20
设计变压器铁芯和电感铁芯的时候，主要关注以 下参数：Ae Aw Ap le Ve AL Ae为铁芯截面积 Aw为铁芯窗口面积 Ap=Ae×Aw，这是选择铁芯是的重要参数，是选 择铁芯型号的主要依据，在设计变压器和电感时， 常用的方法就是Ap法，即截面积和窗口面积乘积 法。下面在讲设计方法时会讲解。 le为有效磁路长度。 Ve为有效体积 AL电感系数 它表示磁芯具有1匝（或规定整数匝, 例如1000匝）线圈时的电感量。如果线圈为N匝， 电感量为 L=N2AL
这就是我们所说的Ap法，截面窗口面积乘积法。 根据厂家提供的数据手册，选择Ap大于上述值 的铁心，就可以找到对应的Ae和Aw。
可整理ppt
一、开关电源的概念
电力电子电路基本类型有如下几种： AC-DC 整流 AC-AC 交流电力控制、变频、变相 DC-AC 逆变 DC-DC 直流斩波 开关电源电路是 DC-DC变化电路
可整理ppt
1
开关电源的基本工作原理是：用一个半导体 功率器件作为开关，该器件不断地重复开启和关 断，使得输入的直流电压在通过这个开关器件后 变成了方波，该方波经过电感、电容等组成的滤 波器滤波之后便得到了另一个直流电压。
电气隔离型：单端变换（正激、反激） 双 端变换（半桥、全桥、推挽） 非隔离电路比隔离电路结构简单、成本 低，但是多数场合我们希望输入与输出隔 离，所以隔离电路应用广泛。
可整理ppt
6
首先，我们来简单回顾一下降压电路。
可整理ppt
7
正激电路
可整理ppt
8
电感电流连续时，一个开关周期经历两个状态
另一类材料磁滞回线很窄在较弱外磁场作用下， 磁感应强度达到很高的数值，同时很低的矫顽磁 力，即既容易磁化，又很容易退磁。我们称这类 材料为软磁材料。开关电源主要应用软磁材料。
可整理ppt
17
对软磁材料的要求为
(1) 磁导率要高 (2) 要求具有很小的矫顽力Hc和狭窄的磁滞回线 (3) 电阻率ρ要高。 (4) 具有较高的饱和磁感应强度Bm。
状态1、开关闭合：初级绕组接电源Vin，同时次 级绕组把能量传递到输出端。初级、次级电流流 向。
状态2、开关打开：当s关断时，续流二极管D2和 储能元件k构成放电回路，继续对负载R供电。复 位电流、次级电流流向。
正激电路可以等效为输入电压经过绕组变化的 Buck电路
可整理ppt
9
trst
N3 N1
ton
Uo
N2 N1
DU i
可整理ppt
10
正激电路中存在磁芯复位的问题，即开关管 关断后到下一次开通时，必须设法使励磁电流降 为0否则在下一个周期时，励磁电流将在本周期结 束时的剩余值上继续增加，并在以后的开关周期 中逐步积累起来，越来越大，从而导致励磁电感 饱和。这里我们用复位绕组W3和二极管D3组成 复位电路。工作原理如下：开关关断后，励磁电 流D3—W3—电源，线性下降为0，所以管子关段 时间应大于复位时间。
大占空比和最低输入电压的情况下，输出电压 能达到要求的上限
kT
UiminDmax Uomax U
ΔU为电路中电压降，一般取为2V；Dmax为最大占空比，一般取0.9， 经验值。
可整理ppt
24
2、铁心的选取：
Ap
AeAw
PT fsBdckc
式中，Ae为铁心截面积； Aw为铁心窗口面积； PT为变压器的传输功率； fs为开关频率； ΔB为铁心所允许的最大磁通密度变化范围；
可整理ppt
11
半桥电路
可整理ppt
12
可整理ppt
13
Uo
N2 N1
DU i
可整理ppt
14
三、Hale Waihona Puke 磁材料可整理ppt15
（1）饱和磁感应强度Bm ：是在指定温度(25℃或100℃)下，
用足够大的磁场强度磁化磁性物质时，磁化曲线达到接近 水平时，不再随外磁场增大而明显增大(对于高磁导率的 软磁材料,在r=100处)对应的B值。
可整理ppt
21
(B C) 2F 2
以形状较复杂的EE和EI为例讲解Aw的概念：
EE型铁心的窗口面Aw= (B C) ×2F
2
EI型铁心窗口面积Aw= (B C) F
2
可整理ppt
22
四、设计部分
可整理ppt
23
正激、推挽、半桥和全桥电路的主 电路参数设计
A、变压器的设计：
1、电压比kT：电压比计算的原则是电路在最