开关电源工作原理介绍(详细)

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2016/7/11
3.开关电源变换器的基本手段
（1 ） PWM变换器: 脉宽调制法( Pulse Width Modulation ):
保持开关频率恒定但改变接通时间长短(脉冲的宽 度)，使负载变化时，负载电压变化不大。
PWM开关变换器:
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2、开关电源的定义 转开关变换器: 凡用半导体功率器件作为开关，将一种电源形态 转变为另一形态的主电路都叫做开关变换器电路。 开关电源: 转变时用自动控制闭环稳定输出并有保护环节。
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相关国家标准
GB/T 2828-1987 逐批检查计数抽样程序及抽样表(适 用于连续批的检查) GB/T 2829-1987 周期检查计数抽样程序及抽样表(适用 于生产过程稳定性的检查) GB/T 3859.1-1993 半导体变流器 基本要求的规定 GB/T 3873-1993 通信设备产品包装通用技术条件 GB/T 4720-1984 电控设备 第一部分 低压电器电控 设备 GB/T 16821-1997 通信用电源设备通用试验方法
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第二节 开关电源 基础电路
开关电源的功率转换电路模型 控制电路 谐振变换器 功率因数校正电路
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基本电路模型 --
Buck 变换器
降压变换器、串联开关稳压电源 开关闭合时，电能储存于电感和电容中(同时也馈向负载)。
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相关国家标准
YDN 023-1996
YD/T 638.3-93 YD/T 944-1998 YD/T 983-1998 SJ2811.2-87
通信电源设备和空调集中监控 系统技术要求； 通信电源设备型号命名方法； 通信电源设备的防雷技术要求 和测试方法； 通信电源设备电磁兼容性限值 及测量方法； 通用直流稳定电源测试方法。
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通信中对开关电源的要求
主要技术要求: 电压变动范围要求、频率变化要求、波形要求。 电压暂降、短时中断和电压变化的要求: IEC1000-4-11;GB/T17626.11 浪涌耐量要求(雷击): IEC801-5; IEC1000-4-5; GB/T 17626.5 无线电频率干扰要求: EN55022,CISRR22; GB9254 谐波电流要求: IEC1000-3-2, IEC 1000-3-4 安全、接地要求
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通信中对开关电源的要求
输出端杂音电压 电话衡重杂音: 2mv 峰峰值杂音: 0 ~ 300Hz, 400mv 宽频杂音电压: 3.4KHz ~ 150 KHz, 100mv有效值 150KHz ~ 30MHz, 30mv有效值 离散频率杂音电压: 3.4 ~ 150KHz 5mv 有效值; 150 ~ 200KHz 3mv 有效值; 200 ~ 500KHz 2mv 有效值; 0.5 ~ 30MHz 1mv 有效值;
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第二篇 电子新技术&新产品
LED 石墨烯 开关电源
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第三章 开关电源
第一节 概述
第二节 开关电源基础电路
第三节 工作原理（调宽式） 第四节 开关电源的分类 第五节 开关电源与线性电源的比较
多谐振变换器:
谐振回路、参数超过两个的变换器
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3.开关电源变换器的基本手段
零开关--PWM变换器:
准谐振变换器中，增加一个辅助开关控制的电路 ，使变换器一周期内，一部分时间按ZCS或ZVS 准谐振变换器，另一部分时间按PWM变换器工作 ，称为ZCS-PWM变换器或ZVS-PWM变换器。
软开关:
用控制方法使电子开关在其两端电压为零时导
通电流，或使流过电子开关电流为零时关断。
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3.开关电源变换器的基本手段
（2 ）谐振变换器: 谐振:
串联谐振:正弦电压加在理想的(无寄生电阻)电感和电容串 联电路上，当正弦频率为某一值时，容抗与感抗相等，电 路的阻抗为零，电路电流达无穷大； 并联谐振:正弦电压加在理想的电感和电容并联电路上，当 正弦频率为某一值时，容抗与感抗相等，电路的总导纳为 零，电感、电容元件上的电压为无穷大； ZVS(零电压开通): 电子开关器件两端电压振荡为零时，使 电子开关导通流过电流； ZCS(零电流关断): 流过电子开关器件的电流振荡到零时， 使电子开关断开。
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通信中对开关电源的要求
欧洲通信标准化委员会制定的第二级电源与通信 设备界面上的技术规范(ETS300132)
◆直流电压允许变化范围 -40.5 ~ -57 VDC
◆直流电压变化
dU DC 5V / ms dt
◆直流冲击电流 < 5I 额定 (10ms) ◆无线电频率干扰符合EN55022或IEC CISPR22标 准 ◆安全、接地要求等 ◆杂音电压
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开关电源基本构成框图
输入回路 功率变换器 功率开 关器件 高频 变压器
Uin
滤波
整流及 滤波
整流
滤 波
Uout
AC/DC
DC/DC
开关电源控制器
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2、组成(脉宽调制型 )：
＋
调整器件
储能电路
＋
UI
脉冲调宽
比 较 基 准 电 压
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基本电路模型 – Buck-Boost (反转电路)
开关接通，电感中流过电流，储存能量。
开关断开，电感中电流流向负载。 由于二极管的接法，负载得到反极性的电压。 负载电压跌落时，电容再向负载放电。
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第六节 开关电源的基本工作原理
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参考文献
1. 《开关电源的原理与设计》
张占松、蔡宣三 编著
2. 《智能型高频开关电源系统的原理使用与维 护》
---王家庆 主编 人民邮电出版社
3. 《通信用高频开关电源 》
取 样
方 波 发 生
－
UO
RL
－
调整管工作在开关状态
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开关电源的特点
1.重量轻，体积小: 是相控电源体积的1/10 2. 功率因数高: 相控 0.7 ,小负载 0.3， 有功率因数的开关电源在0.93以上 3.可闻噪声低: 工频变压器 大于60 dB ,开关电源 45dB 4. 效率高: 一般88%以上； 5. 冲击电流小: 可接近额定电流 6.模块式结构: 可更换模块 2M的19英寸机架 48V/1000A, 输出功率60KW； 7. 稳压精度高 : 可达0.2%； 8. 维护、监控方便: 对与较大的电源系统可采用计算机进行监 控。
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通信中对开关电源的要求
直流输出电压及其调节范围 48V系统 : 48.00V ~ 57.60 (充电) 静态稳压精度 整流器输出限流和电池充电限流 功率限制/恒功率输出特性
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3.开关电源变换器的基本手段
（2 ）谐振变换器:
利用谐振现象，使电子开关器件上电压或电流按 正弦规律变化，以创造零电压开通或零电流关断的 条件，以这种技术为主导的变换器。 串联谐振变换器 并联谐振变换器
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开关打开后，储存于电感和电容中的能量继续供给负载。
二极管构成电流回路
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基本电路模型 -- Boost 变换器(升压型)
开关闭合，电感中储存能量。 开关打开时，电感中储存的能量通过二极管供给负载，同时 对电容充电。 负载电压跌落时，电容再放电，输出可获得高于输入的电压。
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相关国家标准
GB/T 762-1996 标准电流 GB/T 2423.1-1989 电工电子产品基本环境试验规程 试验A：低温试验方法 GB/T 2433.2-1989 电工电子产品基本环境试验规程 试验B：高温试验方法 GB/T 2423.9-1989 电工电子产品基本环境试验规程 试验Cb：设备用恒定湿热试验方法 GB/T 2423.10-1995 电工电子产品基本环境试验第二 部分，试验方法试验Fc和导则：振动(正弦)
用脉宽调制方式控制电子开关的开关变换器。
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3.开关电源变换器的基本手段
PWM开关变换器实现的优点和不足
优点:控制容易，技术成熟，适应范围广
输入电流突然停电时，输出电压保持时间长:例如计算 机系统
不足:开关损耗大，频率不能很高
人民邮电出版社
4. 《电力电子技术 》
丁道宏 主编 航空工业出版社
5. 《现代通信电源技术》
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参考文献
电工学报 电力电子技术 电信科学研究院情报所:
www.cci.cn.net
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第三章 开关电源
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绪论
1.通信电源的分级
变电站
市电
备用发 电机组
市 电 油 机 转 换
整流器
直流屏 蓄电池
通信设备
交流不间断电源
通信设备
第一级电源
第二级电源
第三级电源
(Primary Power Supply)
(Secondary Power Supply) (Tertiary Power Supply)
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第一节 概述
1 发展史： （1）20世纪50年代：美国宇航局用于搭载火箭； （2）20世纪80年代：计算机全面实现开关电源化；
（3） 20世纪90年代：电子电器、家电广泛应用。
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第三章 开关电源 第一节 概述
开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的道 通与截止。将直流电转化为高频率的交流电提供给变压 器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压！
转换为高频交流电的原因是高频交流在变压器变 压电路中的效率要比50Hz高很多。所以开关变压器可 以做的很小，而且工作时不是很热！成本很低。如果 不将50Hz变为高频那开关电源就没有意义。
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3.开关电源变换器的基本手段
准谐振:
当正向和反向LC回路值不一样，即振荡频率不同，电 流幅值也不同，所以振荡频率不对称，一般正向正弦 半波大于负向正弦半波。
准谐振变换器:
利用准谐振现象，使电子开关器件上的电压或电流按 正弦规律变化，从而创造了零电压或零电流的条件， 以这种技术为主导的变换器。