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电气工程学院开关电源技术SwitchModePowerSupplyTechniques王健强电气工程学院开关电源技术（一）第一章绪论一、什么是开关电源二、线性电源与开关电源三、开关电源分类与拓扑四、课程学习电气工程学院开关电源技术（一）为什么要学习开关电源知识？——实用、重要电气工程学院一则新闻2006-08-26•10天前，27岁的汪洋从北京科技大学本科毕业3年后，又回到校园里读书。不过这次汪洋的选择几乎让所有人意外，他不是读研，而是花两年时间读中专。他成为了贵州省首位大学本科毕业后又回头读中专的人。•大学要增加学生的实践过程，最好也能让学生学到一门比较熟练的技能，特别是工科的学生。现在市场越来越多地需要技能型人才，不管是文科理科，实践的时间都应该多一些，不能从理论到理论，这是我们应该反思的。•学技术的人永远都能找到适合自己的工作。电气工程学院开关电源技术（一）电力电子技术应用的三大领域之一电源领域——通信电源、计算机电源、网络电源牵引传动领域——直流传动、交流传动、其他电力系统领域——无功谐波补偿等，提高电能质量。所谓灵活输电系统（FlexibleACTransmissionsSystem，FACTS）电气工程学院开关电源技术（一）什么是开关电源?电气工程学院开关电源技术（一）电源发出电能的电源；（发电机、电池）电气工程学院开关电源技术（一）电源变换电能的电源。（线性电源、相控电源、开关电源）电气工程学院开关电源技术（一）开关电源就是电路中的电力电子器件工作在开关状态的电源，是电力电子电路的一种。开关电源包括下列之型式：·AC-DC-DC：如个人用、家用、办公室用、工业用(电脑、周边、传真机、充电器)·DC-DC：如可携带式产品(移动电话、笔记本电脑、摄影机，通信交换机二次电源)·DC-AC：如车用转换器(12V～115/230V)、通信交换机振铃信号电源·AC-DC-AC：如交流电源变压器、变频器、UPS不间断电源电气工程学院本课程研究的开关电源：开关——电力电子器件工作在开关状态非线性高频——电力电子器件工作在高频而非工频；直流——电源输出是直流而非交流。开关电源技术（一）电气工程学院NASA’ssolarpowerflyer开关电源技术（一）开关电源的用途电气工程学院Equippedwithcomputer,radio,display,etc.Batteryontheback开关电源技术（一）开关电源的用途电气工程学院上海磁浮线上运行的MaglevTrain开关电源技术（一）电气工程学院常见的开关电源重量轻、体积小、电磁兼容性好、动态响应迅速开关电源技术（一）电气工程学院Basicdescription开关电源的基本描述、定义AtypicalswitchingpowersupplystartsbydirectlyrectifyingtheACpowerlineandfilteringittoDCwithlargeelectrolyticcapacitors.AC/DC典型的开关电源从交流直接整流开始开关电源技术（一）电气工程学院2、Basicdescription开关电源的基本描述、定义thenfedtohighfrequencyhighpowerswitchingtransistorsthatchoptheDCintohighfrequencyAC,typicallyattensorhundredsofkilohertz,andfedtoatransformerwoundtogivethedesiredvoltageattheoutput.UPUSVinNPNSQ开关电源技术（一）电气工程学院2、Basicdescription开关电源的基本描述、定义highfrequencyhighpowerswitchingtransistorsthatchoptheDCintohighfrequencyAC。开关电源技术（一）电气工程学院2、Basicdescription开关电源的基本描述、定义ThesecondaryisthenrectifiedandfilteredagaintoproducethedesiredDCoutputvoltage.VoutUPUSCfLfNPNS开关电源技术（一）电气工程学院2、Basicdescription开关电源的基本描述、定义Whyusehighfrequency?Becausehighfrequencytransformerscancarryfarmorepowerforagivenweightandsizethanthoseoperatingat50.Also,thefiltercapacitorsattheoutputofthesupplycanbemuchsmallerthanthoseoperatingat50Hz.LfCf开关电源技术（一）电气工程学院开关电源技术（一）线性电源vs.开关电源电气工程学院LinearpowersuppliesDescriptionWhatistheformerpowersupplier?线性电源的基本描述、定义开关电源技术（一）电气工程学院LinearpowersuppliesDescription线性电源的基本描述、定义Big,heavyandexpensive50Hzpowertransformerusedinconventionallinearpowersupplies.开关电源技术（一）电气工程学院LinearpowersuppliesDescription线性电源的基本描述、定义开关电源技术（一）电气工程学院Comparisonof“Linear”and“Switching”powersupplies线性电源与开关电源的比较1、线性电源电源稳定度及负载稳定度高；输出电压纹波小；瞬态响应速度快；线路结构简单，便于维护；没有开关干扰；比如78xx、79xx就是线性电源Advantages：开关电源技术（一）电气工程学院Comparisonof“Linear”and“Switching”powersupplies线性电源与开关电源的比较1、线性电源功耗大，效率低；体积大，重量大；开关频率低,因而需要的电感器大，使得体积变大。低频谐波损耗大，导致发热大，效率低Drawbacks：开关电源技术（一）电气工程学院Comparisonof“Linear”and“Switching”powersupplies线性电源与开关电源的比较2、开关电源Advantages：功耗小，效率高；体积小，重量轻；稳压范围宽；滤波效率高；线路形式多样；滤波损耗中L的损耗比C的损耗大得多，滤波器就通过能量的吸放起到移峰填谷的作用,开关电源的工作频率高，同样的幅值，周期越短，需要移的能量就越小，C、L的容量就越小，体积也就越小，损耗也越小开关电源技术（一）电气工程学院Comparisonof“Linear”and“Switching”powersupplies线性电源与开关电源的比较2、开关电源Drawbacks：电压纹波相对大；电磁干扰大；电磁兼容（EMC）问题：一次整流侧、二次整流侧、主电路与控制电路之间开关电源技术（一）电气工程学院开关电源技术（一）开关电源的拓扑种类电气工程学院①串联型——buckconverter②并联型——boostconverter③倒极性——buck-boostconverter④Ćukconverter⑤sepicconverter⑥zetaconverter输入输出不隔离输入输出隔离①正激变换器——forwardconverter②反激变换器——fly-backconverter③推挽变换器——push-pullconverter④半桥变换器——half-bridgeconverter⑤全桥变换器——full-bridgeconverter开关电源技术（一）电气工程学院Note:电气设备容量的决定因素？发热、热损耗ToallofEEstudentsandengineers开关电源技术（一）电气工程学院Specifications*功能(Functions)test：·电源调整率(LineRegulation)·负载调整率(LoadRegulation)·综合调整率(CombineRegulation)·输出纹波及噪声(OutputRipple&Noise,RARD)·输入功率及效率(InputPower,Efficiency)·动态负载或暂态负载响应时间(DynamicorTransientResponseTime)·电源良好/失效(PowerGood/Fail)时间（平均无故障时间MTBTmeantimebetweenfailure）·起动(Set-Up)及保持(Hold-Up)时间开关电源技术（一）电气工程学院Specifications*保护动作(Protections)Test：·过电压保护(OVP,OverVoltageProtection)·短路保护(ShortCircuitProtection)·过电流保护(OverCurrentProtection)·过功率保护(OverPowerProtection)开关电源技术（一）电气工程学院Specifications*安规(Safety)Test：·输入电流、漏电电流等·耐压绝缘:电源输入对地，电源输出对地；电路板线路须有安全间距。·温度抗燃：零组件需具备抗燃之安全规格，工作温度须於安全规格内。·机壳接地：需於0.1欧姆以下，以避免漏电触电之危险。·变压输出特性：开路、短路及最大伏安(VA)输出·异常测试：散热风扇停转、电压选择开关设定错误开关电源技术（一）电气工程学院Specifications*电磁兼容(EMC)Test：电源供应器需符合相应国际和国家标准要求（如CISPR22、CLASSB之传导与幅射的4dB裕度）。电源供应器需在以下三种负载状况下测试：每个输出为空载、每个输出为50%负载、每个输出为100%负载。·传导干扰/免疫：经由电源线之传导性干扰/免疫·辐射干扰/免疫：经由磁场之辐射性干扰/免疫开关电源技术（一）电气工程学院Specifications*可靠性(Reliability)Test：老化寿命测试：高温(约50-60度)及长时间(约8-24小时)满载测试。·Inrush:开机输入冲击电流，开关电源对供电系统的影响。开、关重复次数试验。开关电源技术（一）电气工程学院Specifications*OthersTest：·ESD：ElectrostaticDischarge静电放电(人或物体经由直接接触或间隔放电引起)在2-15KV之ESD脉波下，待测物之每个表面区域应执行连续20次的静电放电测试，电源供应器之输出需继续工作而不会产生突波(Glitch)中断(Interrupt)，直接ESD接触时不应造成过激(Overshoot)或欠激(Undershoot)之超过稳压范围的状况、及过电压保护(OVP)、过电流保护(OCP)等。另外，於ESD放电电压在高达25KV下，应不致造成元件故障(Failure)。开关电源技术（一）电气工程学院CourseContents——Academiccalendar开关电源技术（一）电气工程学院上课时间计划教学内容备注授课内容授课方式作业(实验)第一周周21节开关稳压电源概述线性稳压电源概述，开关稳压电源概述，二者的优缺点比较，开关稳压电源基本分类和应用领域。电子课件与板书结合第一周周52节开关电源基本拓扑结构（上）开关稳压电源buckandboostconverter，buck电路的电感和电容关系，boost电路的PFC作用，buck-boost电路。电子课件与讨论结合2第二周周21节开关电源基本拓扑结构（下）Cuk电路,zeta电路,sepic电路，隔离型开关电源拓扑结构，开关电源基本拓扑结构的特点，电压、电流关系分析和参数选择。电子课件与讨论结合2第二周周52节正激变换器工作原理正激变换器的基本工作