开关电源课件

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《开关电源的设计》课件

详细描述
开关电源是一种将电能进行转换的装置，通过控制开关管的工作状态，将输入的直流电压或交流电压转换成所需的电压或电流。它主要由输入电路、输出电路、开关管、控制电路等部分组成。
开关电源的特点
总结词
开关电源具有效率高、体积小、重量轻、动态响应快、可靠性高等特点。
详细描述
开关电源的效率一般在80%以上，甚至可以达到90%以上，因此具有较高的能源利用率。同时，由于开关电源采用了高频变压器，使得其体积和重量都大大减小，方便了设备的集成和运输。此外，开关电源的动态响应速度快，可以快速地响应输入电压和负载的变化，提高了系统的稳定性和可靠性。
02 开关电源的基本原理
开关电源的工作原理
01
开关电源通过控制开关管开通和关断的时间比率，维
持输出电压的稳定。
02
当输入电压或负载电流发生变化时，控制电路会调整
开关管的通断时间，以保持输出电压的稳定。
03
开关电源的效率较高，因为开关管在截止期间不消耗
电能。
开关电源的电路组成
输入电路
包括滤波器、整流器和限流电路，用于将交流输入电压转换为直流电压。
根据不同的控制方式，可以选择不同的控制电路类型，如脉冲宽度调制（PWM）和脉冲频率调制（PFM）。
控制电路的设计原则
根据输出电压、电流的要求，选择合适的控制芯片、电阻和电容元件，并确定其参数。
04 开关电源的优化
提高效率的优化
优化电路拓扑结构
选择合适的电路拓扑结构，如 Boost、Buck等，以降低能量
设计故障诊断与保护电路，及时检测并处理电源故障，提高电源的可靠性。
05 开关电源的测试与调试
测试方法
输入测试

开关电源基础知识讲解 ppt课件

6
开关电源
开关电源基础知识讲解
7
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，

开关电源高频变压器的设计ppt课件(共29张PPT)

上，但是变压器的实际工作温度不应高于80℃，这是因为在100℃以上时，其饱和磁通密度Bs已跌至常温时的70％。因此过高的工作温度会使磁心的饱和磁通密度跌落的更严重。再者，当高于100℃时，其功耗已经呈正温度系数，会导致恶性循环。对于R2KB2材料，其允许功耗对应的温度已经达到110℃，居里温度高达240℃，满足高温使用要求。
2. 考虑成本因数在此选择PC40材质，查PC40资料得
3. Bs=0.39T Br=0.06T B m a x B s B r 0 .3 9 T 0 .0 6 T 0 .3 3 T
为了防止磁芯的瞬间出现饱和，预留一定裕量，取
变压器视在功率PT：对于反激拓扑来说，
P T P in P o u t P o u t P o u t ( 2 1 0 .1 8 )* 3 ( 2 1 1 )* 3 1 4 8 .5 W
2. 计算AP （用Excel表格来计算AP值）
式中：
A P
P T*104
0.783cm 4
B m*fs*1000*J*K u
J电流密度，通常395A/cm2;
2、变压器的构成以及作用：
1〕电气隔离
2〕储能
3〕变压
4〕变流
可能要用气隙磁通边缘效应校正匝数
若Φ值引起的温升小于25度，设计通过。
2〕如果要增加原副绕组之间的耦合，可以采用一半原绕组靠近磁芯，接着绕反馈绕组和副绕组，最外层再绕一半原绕组的排列形式，这样有
选择铁氧体材料时，要求功率损耗随温度的变化呈负温度系数关系。这是因为，
假如磁心损耗为发热主体，使变压器温度上升，而温度上升又导致磁心损耗进一步增大，从而形成恶性循环，最终将使功率管和变压器及其他一些元件烧毁。因此国内外在研制功率铁氧体时，必须解决磁性材料本身功率损耗负温度系数问题，这也是电源用磁性材料的一个显著特点，日本TDK公司的PC40及国产的 R2KB等材料均能满足这一要求。

《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。

《开关电源仿真设计》课件

由MathWorks公司开发，适用于多种领域的系统仿真，包括电力电子、控制系统等。
专门针对电力电子系统的仿真软，具有强大的元件库和模型库。
由Mentor Graphics公司开发，适用于电子系统的仿真，具有广泛的元件库和模型库。
由National Instruments公司开发，适用于电子电路的仿真，具有直观的用户界面和丰富的元件库。
05
开关电源仿真设计常见问题与解决方
案
仿真结果不准确的原因与解决方法
01
仿真模型建立不准确
确保电路模型参数准确，元件参数和实际电路一致，考虑寄生参数和耦合效应。
02
仿真算法选择不当
根据电路特性和精度要求选择合适的仿真算法，如时域仿真、频域仿真等。
03
初始条件设置不合理
为电路元件设置合理的初始条件，以避免仿真结果出现不稳定或错误。
提高仿真效率的方法与技巧
使用合适的仿真算法
选择高效、精确的仿真算法，如快速傅里叶变换、有限元法等。
优化电路模型
简化电路模型，去除不必要的元件和连接，减少仿真计算量。
合理设置仿真参数
调整仿真时间步长、收敛精度等参数，以提高仿真速度和准确性。
常见电路模型建立问题与解决方法
1 2
元件模型不准确
查找元件的准确模型，或根据实际测试数据建立元件模型。
重复仿真
在优化设计后，重复仿真过程，直至达到满意的设计效果。
记录和整理
将每次仿真的结果进行记录和整理，以便后续的总结和归纳。
04
开关电源仿真设计案例分析
案例一：Boost电路仿真设计
总结词
Boost电路是一种常用的开关电源拓扑结构，通过改变开关管的占空比来调节输出电压。

《开关电源原理解析》课件

随着云计算和大数据技术的快速发展，数据中心对高效率、高密度供电需求越来越大，开关电源在此领域也将有广阔的应用前景。
开关电源在太阳能、风能等新能源领域中也有着广泛的应用前景。
开关电源的发展挑战与机遇
技术创新
开关电源技术的发展需要不断进行技术创新，以满足高效、智能化、模块化等发展趋势的要求。
替换法
通过替换疑似有故障的元件，判断是否是元件故障导致的电源故障。
隔离法
通过隔离疑似有故障的电路或元件，判断是否是电路或元件故障导致的电源故障。
开关电源故障排除技巧
熟悉电路原理
在排除故障前，需要先熟悉电源的电路原理，了解各部分的功能和相互关系。
逐步排查
对于复杂的电源故障，需要逐步排查，从易到难，从外到内，逐一排除疑似故障点。
并联型电源
输出电压与输入电压相等，适用于输出电压要求较低的场合。
按功率分类
小功率电源
一般指功率在100W以下的电源，主要用于小型电子设备和家用电器。
中大功率电源
一般指功率在100W以上的电源，主要用于工业设备和大型电器。
04
开关电源的设计与优化
开关电源的设计原则
效率优化
开关电源设计应追求高效率，以减少能源浪费和设备发热。
《开关电源原理解析》ppt课件
• 开关电源概述 • 开关电源的基本原理 • 开关电源的分类 • 开关电源的设计与优化 • 开关电源的故障诊断与排除 • 开关电源的发展趋势与展望
01
开关电源概述
开关电源的定义
总结词
开关电源是一种将电能进行转换的设备，通过控制开关管的工作状态，将直流电转换为高频交流电，再通过整流滤波得到稳定的直流输出。

开关电源设计.ppt

(f0.96 mm)。
第6章开关电源设计
2) 开关管、整流二极管和续流二极管的选择
由于开关管断开时原边线圈N1两端的感应电动势限制到 eL≈300 V，交流输入电压经全波整流、电容滤波后，直流输入电压的最大值
Uimax 240
N2 N1
339 V
所以整流二极管所承受的最高反向电压为
(6-10)
UD
e
N2 N1
60 V
续流二极管所承受的最高反向电压为
UP
Uimax
N2 N1
68 V
(6-11) (6-12)
第6章开关电源设计
流过整流二极管和续流二极管的最大电流为
ID=I2P=Io+0.5 A
(6-13)
得ID＝2.75 A。根据以上计算选择肖特基半桥MBR25120CT,
Uo
TON
式中, U2为副边线圈最小ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ压。计算得
(6-8)
U2
Uo
U DF D
UL
25.4 V
(6-9)
第6章开关电源设计
取UDF＝0.5 V，Uo＝3 V，代入式(6-8)可得L＝140 μH。根据输出电感上的电流IL＝Io，所需绕组导线截面积应为 2.5/4＝0.625 mm2，故选择截面积为0.6362 mm2导线
第6章开关电源设计
第6章开关电源设计
6.1 小功率开关电源设计 6.2 大功率高稳定度开关电源设计 6.3 模块化逆变电源设计 6.4 便携式开关电源设计 6.5 多输出高精度直流稳压电源系统 6.6 通信系统电源设计 6.7 基于交错并联技术的励磁电源 6.8 多重变换技术 6.9 电磁兼容技术与噪声

精品课件-开关电源基础与应用(第二版)(辛伊波)-第3章

第3章它激式开关电源图3-1 MC1394内部结构图
第3章它激式开关电源
5脚：高电平保护输入端，如此脚输入等于VCC的高电平，则通过内部闭锁电路关断驱动脉冲输出，开关电源呈保护性停机。5脚可作为过电压保护，因保护阈值太高，若用于过流保护，需外设过流检测放大器。
7脚：PWM驱动脉冲输出端，内设射随器输出正向脉冲，可驱动NPN型开关管。由于驱动功率较小，脉冲电压幅度较低，开关管需设置前级驱动放大器。
第3章它激式开关电源
(6) 过流检测输入端可对逐个脉冲进行控制，直接控制每个周期的脉宽，使输出电压调整率达到0.01%/V。如果3脚电压大于1 V或1脚电压小于1 V，PWM比较器输出高电平使锁存器复位，直到下一个脉冲到来时才重新置位。利用1脚和3脚的电平关系，在外电路控制锁存器的开/闭，使锁存器每个周期只输出一次触发脉冲。因此，电路的抗干扰性极强，开关管不会误触发，提高了可靠性。
第3章它激式开关电源
(4) 电流取样比较器：3脚ISENSE用于检测开关管电流，当UISENSE > 1 V时，关闭输出脉冲，迫使开关管关断，达到过流保护的目的。
(5) 欠压锁定电路UVLO：开通阈值16 V，关闭阈值10 V，具有滞回特性。
(6) PWM锁存电路：保证每一个控制脉冲作用不超过一个脉冲周期，即所谓逐脉冲控制。另外，VCC与GND之间的稳压管用于保护，防止器件损坏。
第3章它激式开关电源
2．充电原理用MC712构成的锂电池充电电路如图3-6所示。电路中，C1 为输入端滤波电容；R1是限流电阻，可以控制充电电流；C2为 1 μF；C3是0.1 μF补偿电容；VT为PNP功率管，其参数为： UCBO=80 50 V的硅整流管；R5为检测电阻，R5用来设定快速充电电流Ifast的值，当Ifast = 1 A时，R5为0.25 Ω；RT1、RT2为负温度系数的热敏电阻。该电路在快速充电、涓流充电时的充电电流分别为1 A、1/16 A。

开关电源设计与应用--自激式开关电源 ppt课件

图2-5 降压比增大电路
2.2.2 自激电源的同步控制
图2-6 TC-29CX电源电路
2.3 自激式降压型集成电源
2.3.1 直接取样电源电路
图2-7 直接取样开关电源电路
2.3.2 间接取样电源电路
图2-8 间接取样开关电源电路
2.4 升压式自激电源
升压式开关电源是不隔离型开关电源的另一种应用较多的开关电源，尤其在目前的移动通信、移动视频显示器中更得到广泛应用。
图2-12 正反馈脉冲钳位电路
图2-13所示为恒流驱动电路，电路中设有两路正反馈支路。
图2-13 恒流驱动电路
2.5.3 双PWM控制为了提高稳压效果，自激式开关电源可以采用双路或多
路PWM控制，采用两只脉宽控制管或两路独立的控制电路，扩大脉宽调制器的控制能力。因为两路PWM电路同时出现故障的机会极小，所以不仅提高了控制能力，可靠性也大为提高。
采用双路控制的自激式开关电源属故障前保护，常设以下保护电路。
(1) 软启动电路。在开关电源启动时，开关管振荡过程中的振荡脉宽不是突然进入额定脉宽，而是有一段启动过程。以图2-11的电路为例，开机瞬间， C312两端取样电压达到额定值需有一定时间，在C312充电过程中，误差放大器检出的取样电压偏低，因而脉宽控制电路减小了对开关管基极的分流，使振荡电路脉宽增大，形成开机冲击电流。脉宽的增大，使开关管在开机瞬间有一较大的冲击电流。为了避免这种硬启动过程带来的危害，需要在取样分压电路中加入软启动电路。
1．双路PWM电路图2-14为双路PWM控制的基本电路。
1．双路PWM电路
图2-14 双路PWM控制的基本电路
2．隔离开关电源保护电路
开关电源保护电路设置的作用是：保护开关电源本身，尽量减少故障率，或者在偶然发生故障时减小其损坏范围；设置输出过压保护，避免损坏负载电路。

开关电源拓扑结构详述课件

Vin
Full-Bridge
全桥
Vout
1 n
Load 负载
(R)
1
D
Vout =
Vin
n
• Most popular topology for high-power converters. 较高功率变换器最为常用的拓扑结构。
• The switches (FETs) are driven out of phase and pulse-width modulated (PWM) to regulate the output voltage. 开关（FET）的驱动不同相，进行脉冲宽度调制（PWM）以调节输出电压。
• Good transformer core utilization---power is transferred on both half-cycles. And---primary winding utilization is better than push-pull. 良好的变压器磁芯利用率---在两个半周期中都传输功率。而且初级绕组的利用率优于推挽电路。
推挽
Vout
n
1
Vin
Load 负载
(R)
n
1
D
Vout =
Vin
n
• The switches (FETs) are driven out of phase and pulse-width modulated (PWM) to regulate the output voltage. 开关（FET）的驱动不同相，进行脉冲宽度调制（PWM）以调节输出电压。
Flyback
反激 Vout Vin
n
1
Load (R)

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图3.3 并联型开关稳压电源框图
第三章电源电路
(3)脉冲变压器耦合并联型开关稳压电源用脉冲变压器取代串联型或并联型开关电源中的储能电感，就得到变压器耦合并联型开关电源。它的原理框图如图 3.4 所示。
～220V
VI 低频整流滤波 +300V
整流滤波
开关管
RL
脉冲振荡
脉冲控制
误差放大
第三章电源电路
第三章电源电路
本章要点：
• 熟悉稳压电源工作原理。
• 掌握串联型稳压电源电路工作原理。
• 掌握掌握开关电源的特点与分类。 • 掌握开关电源的基本工作原理。 • 掌握开关稳压电源的故障分析。
第三章电源电路
第一节开关电源要使电视机正常工作，就要为各部分电路提供所需的直流电压，这一任务由直流电源承担。在黑白电视机中，直流电源通常采用串联型直流稳压电
i2向C充电，并为RL提供直流电压Vo。当正脉冲再一次输入开关管Ｖ基极时，开关管Ｖ又一次饱和导通，二极管VD又截止，负载所需要的电流由电容器Ｃ
放电来供给。
第三章电源电路
2）稳压原理：由经上分析可知，输出电压VO与输出入电压Vi之间的关系如下：
n T Vo 2 o n Vi n1 T
上式说明，输出电压UO与输入电压Ui成正比，与变压器匝数比成正比，与开关脉冲占空比Ton/T成正比。调宽型开关稳压电源受行频同步，即周期Ｔ＝TＨ为 64μs ，是固定不变的，输出电压 UO 通过控制 Ton/T 比值（实际调整Ton）来实现，即控制脉宽来调节，达到稳定输出电压的目的。
～220v/50Hz
电源变压器
整流电路
滤波电路
稳压电路
＋
Vo
－
开关电源：它是将50Hz交流电压直接变换成直流电压后，由脉冲振荡器将直流电压变换成高频脉冲，再经变压、整流、滤波后，得到所需的多路直流电压。
第三章电源电路
3.开关稳压电源的特点
（1）功耗小、效率高：其效率通常可达80%～90%左右；
源，这种电源虽然稳压精度高，纹波小，但有稳压
范围窄、效率低、体积大和笨重等缺点。由于彩色
电视机消耗的功率较大，考虑到节能和降低使用成
本等，一般都采用开关型直流稳压电源，又称开关
稳压电源或开关电源。
第三章电源电路
一、开关稳压电源
1.电源电路作用：向各部分电路提供工作所需直流电压。 2. 两种常见电源：串联稳压电源：具有自身功耗大、频率低、机内温升高、体积大、效率低等缺点，而且稳压范围窄，用在要求不高的设备中。（黑白电视中采用）
取样电路基准电压
第三章电源电路
2.按开关电源的稳压控制方式分类
(1)脉冲宽度控制式：保持开关脉冲的频率不变，通过改变开关管导通时间Ton的方式来调节输出电压达到稳压。 (2)频率控制：通过控制开关脉冲频率（周期），相应调节脉冲占空比使输出电压达到稳定。 3.按开关电源激励方式分类 (1)它激控制式：需附加一个振荡器来产生开关脉冲。开关脉冲作用于开关管使电源电路有输出，待电视机正常工作后可由行频脉冲作为开关脉冲，振荡器就可以停振。 (2)自激控制式：自激式电路是利用开关管、脉冲变压器等构成正反馈环路形成自激振荡，使开关稳压电源有电压输出，电视机正常工作时自激振荡受行频脉冲的同步，解决了开关电源的独立工作能力。
～220V
低频整流滤波开关管 VI +300V 高频储能整流滤波
RL
脉冲振荡
脉冲控制
误差放大
取样电路Βιβλιοθήκη 基准电压图3.2 串联型开关电源组成框图
第三章电源电路
(2)并联型开关稳压电源：并联型开关稳压电源的开关管与负载相并联，电路组成框图如图 2.50 所示。工作过程与串联型不同的是：开关管饱和导通时，UI 对负载不供电，开关管截止时，UI 对负载供电。
3.光栅与伴音时有时无
4.光栅上有水平亮线滚动或图像有严重的横条干扰
5.光栅、图像两边出现 S 形左右扭动
6.光栅行幅不足或忽大忽小
第三章电源电路
四、开关电源的基本工作原理下面以变压器并联自激调宽式稳压电源为例说明开关电源的原理：
图中：V为开关管（调整管）； T是脉冲变压器（又称储能变压器或开关变压器）； VD是脉冲整流二极管（又称续流二极管）； C是滤波电容，也有储能作用； RL为电源的负载。
第三章电源电路
1）工作原理：
（2）稳压范围宽：稳压范围在130～260V之间变化；（3）滤波电容容量小：开关电源的工作频率为行振荡频
率；
（4）重量轻、体积小：省去了体积庞大的电源变压器；（5）机内温升低：因晶体管工作在开关状态。（6）可靠性高。开关电源的电路结构便于引入各种保护电路，因而工作稳定、可靠。总之，开关稳压电源性能好、体积小、重量轻、可靠性和稳定性高等，但电路结构复杂。
正脉冲TOn 到来时:
V饱和
形成电流i1
L1中产生上+下－的感应电动势
VD截止。
L2中产生上－下+的感应动势其中：
i1 = Vi t L 1
可见:TOn越宽，V导通时间越长，则i1越大，T 储能越多。
第三章电源电路
负脉冲时:
V截止
i1约零
L1中产生上－下＋的感应电动势
VD导通
L2中产生上＋下－的感应电动势
第三章电源电路
下面分析稳压过程：
当Vo ↑
Vx↑(Vz不变) V导通时间↓
Vp↑
Vb的脉宽↓
Vo↓
Tr与C中的储能↓
同理，可分析Vo↓的情况。
第三章电源电路
开关电源实物图:
第三章电源电路
五、开关稳压电源常见的故障
开关稳压电源的一般故障现象主要有：
1.无光栅，无伴音（三无）
2.不能遥控开机或关机
第三章电源电路
二、开关电源的组成
对于自激式开关电源一般由低频整流滤波电路、开关管、储能电路（兼顾脉冲变压）、稳压控制电路和二次整流滤波电路 5 部分组成，它的一般结构框图如图 3.1 所示。
图3.1 自激式开关直流稳压电源一般结构框图
第三章电源电路
三、开关稳压电源的分类 1.按开关晶体管的连接方式分有串联式、并联式、变压器式三种。（1）串联型开关稳压电源：串联式稳压电源的开关管串联在输入电压 VI 与输出负载之间，电路组成框图如图 3.2 所示。