开关电源原理以及实例应用

电源基础讲座Apr.02,2006第1章电源的分类1.1什么叫电源？人们的生活每天会用到电源，什么叫电源?如何分类?常用的电源有以下三类：a)化学电池电源：手电（干电池），像机、手机、MP3（镍镉、氢、锂电）b)光电源：太阳能电池c)发电站送出的交流电源其它还有生物、核能等其中，a),b)的电源是直流电源，c)是交流电源1.2交、直流电源的描述什么叫直流电源？简单的理解就是：电压值不随时间变化的电源。什么叫交流电源？简单的理解就是：电压值随时间变化的电源，下图为民用220V市电的电压波形。下图是世界部分主要国家的市电情况國家(地区）電壓/頻率國家(地区）電壓/頻率中國(China)220V/50Hz德國(Germany)230V/50Hz日本(Japan)100V/50,60Hz澳洲(Australia)240V/50Hz台灣(Taiwan)(China)110,220V/60Hz越南(Vietnam)120,220V/50Hz英國(UnitedKingdom)230V/50Hz南非(SouthAfrica)220,250V/50Hz墨西哥(Mexico)127V/60Hz巴西(Brazil)110-220V/60Hz美國(America)120V/60Hz加拿大(Canada)120V/60Hz南韓(SouthKorea)220V/60Hz義大利(Italy)230V/50Hz科威特(Kuwait)240V/50Hz印度(India)240V/50Hz世界主要国家或地区的市电情况-如下：交流电源转换为直流电源，如：电脑，VCD,电视机内的电源；直流电源转换为交流电源,如:UPS,将蓄电池发出的直流电源转换为交流电源,供电脑等设备使用；交流电源转换为交流电源，如：电力用户的变压器，将高压电线输送来的几千V电压转换为220V的民用交流电送到居民家中；直流电源转换为直流电源，如：手机内的3.6V锂电池将电压升高为12V的直流电供手机内的无线发送电路使用。如何使用交流电源？交流电源的来源：发电（交流）-变电-高压传输-变电-220V交流电-民用针对MSD作电力产品，主要讲交流电源如何转换为低压直流电源。1.3交-直流电源的相互转换的分类和应用例子：第2章直流稳压电源下图是半导体直流电源的原理方框图,它表示把交流电变换为直流电的过程整流变压器将交流电源电压变换为符合整流需要的电压整流电路将交流电压变换为单向脉动电压滤波器：减小整流电压的脉动程度稳压环节：在交流电源电压波动或负载变动时，使直流输出电压稳定为符合整流需要的电压图中各环节的功能如下：2.1整流电路整流电路中最常用的是单相桥式整流电路，它由四个二极管D1D4接成电桥的形式构成。在u的正半周，D1和D3导通，D2和D4截止(相当于开路)电流的通路如图中红色箭头所示。在u的负半周，D2和D4导通，D1和D3截止(相当于开路)，电流的通路如图中绿色箭头所示。在一个周期内，通过电阻的电流方向相同，在负载上得到的是全波整流电压uo。由于二极管的正向压降很小，因此可认为uO的波形和u的正半波是相同的。输出电压的平均值为0O)(d)sin(21ttUUUU9.022式中U是变压器二次电压u的有效值。下图是单相桥式整流电路的简化画法图中紫色部分代表了四个二极管2.2滤波器2.2.1电容滤波器(C滤波器)电容滤波器的组成和工作原理，如下图所示。DFSS二极管导通时给电容充电，二极管截止时电容向负载放电；滤波后输出电压uo的波形变得平缓，平均值提高。经C滤波后uO的波形2.3直流稳压电源2.3.1稳压管稳压电路(1)当交流电源电压增加而使整流输出电压UI随着增加时，负载电压Uo也要增加。Uo即为稳压管两端的反向电压。当负载电压Uo稍有增加时，稳压管的电流IZ就显著增加，因此限流电阻R上的压降增加，以抵偿UI的增加，从而使Uo保持近似不变。DFSS(2)当电源电压保持不变，而负载电流增大时，电阻R上的压降增大，负载电压Uo因而下降。只要Uo下降一点，稳压管电流IZ就显著减小，使通过电阻R的电流和电阻上的压降保持近似不变，因此负载电压Uo也就近似稳定不变。2.3.2集成稳压电源本节主要介绍W7800系列(输出正电压)和W7900系列(输出负电压)，它们的电路符号和封装如下图所示:DFSS原理图和封装图DFSS下图给出了三端集成稳压器的接线方法，Ci用以抵消输入端较长接线自激。Co是为了瞬时增减负载电流时不致引起输出电压有较大的波动。DFSS2.3.3可控整流电路单相半控桥式整流电路在u的正半周，T1和D2承受正向电压，这时如对引入触发脉冲ug，则T1和D2导通，而T2和D1截止;在u的负半周，T2和D1导通，T1和D2截止。—控制角(又称移相角)—导通角整流输出电压的平均值可以用控制角表示，即)(d)sin(21OttUU2cos19.0U显然，导通角越大(控制角越小)输出电压越高。DFSS第3章开关稳压电源开关电源种类很多，现用最常用的反激电源作简短讲解，它广泛地用在电子电度表、电视、DVD、充电器等小功率产品上。3.1反激电源原理反激电路中的变压器起着储能元件的作用，可以看作是一对相互耦合的电感。工作过程：S开通后，VD处于断态，N1绕组的电流线性增长，电感储能增加；S关断后，N1绕组的电流被切断，变压器中的磁场能量通过N2绕组和VD向输出端释放。S关断后的电压为：++UiSVDN1N2UoW1W2SuSiSiVDtontoffttttUiOOOOo21iUNNUuSDFSS反激电路的工作模式：电流连续模式：当S开通时，N2绕组中的电流尚未下降到零。输出电压关系：电流断续模式：S开通前，N2绕组中的电流已经下降到零。Ui为220V交流电直接整流、滤波器（见第2章）后所得到的300V直流电，此直流电经过S开关后，一方面通过N1、N2的匝数比改变输出电压，另一方面通过调节占空比也可调节S开关的通、断时间，从而可调节输出电压,输出电压也是S开关所输出的脉冲电压，经VD1整流、C滤波后输出直流电压。offon12iottNNUUDFSS3.2反激电源的整机原理反激电源的整机原理框图DFSS一个220V输入、12V、5V输出的开关电源原理图DFSS上图为由NCP1014构成的10瓦隔离式空调控制器开关电源，其电路采用常见的反激式拓扑结构，FR1为熔断电阻器，D1－4为输入级整流管，C1及C2为输入级滤波电容，L1为输入级EMI差模抑制电感。D5、C3和R1分别为吸收电路超快恢复二极管、高压陶瓷电容和功率电阻。T1为EE22铁氧体磁芯高频功率开关变压器。U1为NCP1014单片开关电源IC，D6、R2和C4分别为辅助电源整流二极管、限流电阻和电解滤波电容。U2、R3和ZD1分别为次级电压反馈高压隔离光耦、限流电阻和电压参考稳压二极管。D7和C6分别为12伏输出电源超快恢复整流二极管和电解滤波电容。U3和C7分别为5伏输出电源稳压IC和电解滤波电容。C5为安规Y2电容。DFSSTHANKYOU!