开关电源基础讲义.doc

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开关电源基础讲义


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起草: 刘明良
日期: 2006-11-29
第一部分:开关电源基础

什么是开关电源
电源有如人体心脏,是所有电设备的动力。但电源却不像心脏那样形式单一。因为标志电源特性的参数有功率、电压、频率、噪声等等;在同一参数要求下,又有体积、重时、形态、功率、可靠性等指标,人可按此去“塑造”和完美电源,因此电源的形式是极多的。
一般电力(如市电)要经过转换才能符合使用的需要。转换例子有:交流转换为直流,高电压变为低电压,大功率中取小功率等等。这一过程有人形象地说成:粗电炼为精电。炼为精电后才好使用。
按电力电子的****惯称谓,AC-DC(理解成AC转换为DC,其中AC表示交流电,DC表示直流电)称为整流(包括整流及离线式转换),DC-AC称为逆变,AC-AC称为交流-交流直接变频(同时也变压),DC-DC称为直流-直流交换。为达到转换目的,手段是多样的。六十年代前,研发了半导体器件,并用此器件为主实现此转换。电力电子学科从此形成并有了近三十年的迅速发展。所以,广义地说,凡用半导体功率器件作为开关,将一种电源形态转变成另一种形态的主电路都叫做开关变换器电路;转变时用自动控制闭环稳定输出并有保护环节则称为开关电源(Switching Power Supply)。开关电源主要组成部分是DC-DC变换器,因为它是转换的核心,涉及频率变换,目前DC-DC变换中所用的频率提高最快。它要提高频率中碰到的开关过程、损失机制,为提高效率而采用的方法,也可为其它转换方法参考。值得指出,常见到离线式开关变换器(off-line Switching Converter)名称,是AC-DC变换,也常称开关整流器;它不单是整流的意义,而且整流后又作了DC-DC变换。所以说离线并不是变换器与市电线路无关的意思,只是变换器中因有高频变压器隔离,故称离线。
开关电源设计总原则及总要求:
1. 设计总原则:产品的设计和结构必须符合适用国家适用类别的安规及EMC。
2. 设计总要求:产品的设计和结构必须能够保证在正常使用和可能的失败条件下,不会对使用者产生触电和其它危险, 及不会对周围环境产生危害,如火灾等.
3. 设计具体要求:满足客户的需求(如电气、安规、价格及其它特殊需求)。
开关电源分类:
1. 按控制方式可分为三类
:脉宽调制
:频率调制
:两者结合
此三类中因调频系统不如PWM开关易控,且调频时谐振电压(电流)峰值高,开关管所受应力大,故一般常用的控制方式为PWM方式。
每类从输入与输出之间是否有变压器隔离,可分为有隔离,无隔离两种。
每一种又有四种结构:Buck,Boost,Buck-Boost,Cuk
2. 按激励形式不同,可分为自激式与他激式两种
自激式:单管式与推挽式(开关晶体管的激励信号如来自本身输出负载藕合而得,称之为自激)
他激式:调频,调宽,调幅,谐振
目前应用较广的为调宽型,它又包括正激,反激,半桥,全桥四种。
3. 以应用线路分类:
顺向式( Forward ) --- 60W~600W
返驰式