《开关型稳压电源》PPT课件
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第5章 开关型稳压电源
第5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。
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 开关型稳压来自百度文库源
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；
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。
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。
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
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。
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
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
5.1.2 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%。
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
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
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。
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°)
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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；
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。
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。
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
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。
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
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
5.1.2 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%。
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
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。