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开关电源工作原理范文1
在开关电源中,PC显示器开关电源相对比较复杂,复杂的电路决定了较大的故障检修难度。下文中将结合实例对PC显示器开关电源的基本工作原理和故障检修技术进行简要的论述。
一、PC显示器开关电源的基本工作原理
本文结合EMC PV768开关电源为例,分析其基本工作原理。该开关电源电路是冷底板式结构,由场效应功率晶体管、开关脉宽控制集成电路等构成,包括干扰抑制、消磁、整流滤波、启动振荡、稳压控制、脉冲整流滤波、保护电路等部分。
干扰抑制电路包括R501、L501、C501等部件,负责抑制交流电网对显示器开关电源造成的干扰和开关电源产生的交流电网干扰;消磁电路包括消磁线圈、消磁热敏电阻等部件,负责消除磁场对显示器显像管电子束的影响;整流滤波电路包括C510、D513等部件,负责为开关电路供电,将交流电转换为直流电;启动振荡电路包括开关管、开关变压器等部件,负责将直流电转为脉冲电压,最终输出中低电压;稳压控制电路包括控制集成电路和元件,负责提供开关脉冲电压,能够检测开关电源的直流电压变化,借助控制电路调整输出脉冲宽度和开关管导通时间,以保证直流电压输出可靠、稳定;脉冲整流滤波电路包括D507、L507、C531等部件,负责保证整流效果,获得平滑直流电;保护电路包括反峰吸收、过流保护、过压保护等保护电路,通过过流检测电阻、过压检测元件等自动保护开关电源和负载不被损坏。
限于篇幅,本文仅以整流滤波电路为例详细探讨该电路的原理:220V交流电先由干扰抑制电路过滤掉干扰成分,然后经过RT502到桥式整流电路转换成脉动直流电,再由C510过滤掉脉动成分,最终输出开关电源所需的平滑直流电。
二、PC显示器开关电源的故障检修技术
开关电源故障通常可以独立维修,可在断开负载后对主负载供电组加装40W灯泡,借助变压器将供电电源电压降至70V,这样可以避免电路故障使元件损坏,调整输出电压,如果开关电源随着变压器输出电压变化而变化,则稳压电路存在故障,如果开关电源没有输出电压,应该是振荡电路存在故障。
例一:开关电源无法正常稳压。出现此问题时,需要先确定故障部位,使光耦件控制脚短路能够简单快捷的找到故障点,如果电路停振,故障点应该是取样比较电路的比较IC损坏或是光耦件损坏,比较IC损坏通常会导致光耦件随之损坏。若是控制电路的控制晶体管存在问题,需要注意替换的晶体管参数。
例二:电路不起振。出现此问题时,需要先确定供电电压状况,电压正常的情况下检查启动电阻和保护电路动作,若开机瞬间正常起振,应是保护电路动作的原因。另外,还需要检查控制电路,查看控制管是否被击穿等情况。只要理清比较稳压、主振、保护三个电路的关系,便能够轻易维修这一故障。
例三:使用万用表测量电阻、电容器。万用表测量正反向电阻时,电阻值过低(正常应高于100kΩ)则电源内部短路,测量电容器时,电容器无法充放电则电容器损坏,若电阻阻值低则短路,否则多是三极管击穿。对直流输出部分的测量需要先切断负载,测量输出端电阻,如果表针没有充放电摆动、指示泄放电阻阻值,应是二极管反向击穿。
例四:显示器四周有色斑。这应是消磁电路故障,因此应先对消磁线圈的连接进行检查,确认连接完好后故障可能存在于消磁电阻上,检查发现PR901已经晃动,替换该消磁电阻后,色斑消除。自动消磁方式的PC显示器通常容易出现消磁电阻损坏的问题,受控消磁方式出现这种故障较少。
例五:画面抖动。这应是主电源内阻问题或是场扫描电路问题。先检测300V供电情况,发现供电低,应是滤波电容或整流管故障,确定整流管正常后替换电容,画面抖动问题消除。
例六:自动开关机。出现自动开关机问题时,表明开关电源存在元件脱焊等问题,因此应先检查发热元件是否引脚存在脱焊现象,没有脱焊现象则可以初步确定是元件热稳定性不合格。对扫描芯片、稳压器等的电压进行测量,发现IC401缺失12V电压、IC904缺失12V电压且输入端电压低,怀疑D922异常,替换D922后自动开关机故障排除。
三、PC显示器开关电源故障检修的注意事项
在检修显示器开关电源时,需要注意以下事项:第一,对于无输出的电源,需要通电后断电,然后再进行测量,因为电源不振荡,滤波电容电压放电十分缓慢,高压保持时间长,要用万用表测量电源,必须先进行放电后再测量,以免高压损坏万用表,危及人员安全;第二,测量电压时必须选取合适的地线,以免测试值误差过大,或是仪器受损,在测量“一次”电路过程中需要将“热地”作标准点,将滤波电容作为标志物,选用其负极作地线,而在测量“二次”电压过程中需要将“冷地”作标准点,在测试波形过程中也需要正确选取地线,尽量选择靠近被测电路的地线,以免因地线与被测电路距离过远在测试波形的过程中受到干扰;第三,维修开关电源的过程中,仅仅依靠隔离变压器无法完全保证维修的安全,触电的条件是接触人体的两处以上导体电位差高于安全电压,由于隔离变压器虽然能够消除电网和热地的电位差,但不能消除电路内的电位差,如果维修人员同时接触电位差高于安全电压的两个以上电路部位,将直接导致触电,这要求维修人员在排除显示器开关电源故障的过程中应尽量避免带电操作,如果无法避免,也应保证身体与大地绝缘,坐在、踩在泡沫塑料、木质等绝缘材质的物体上,并尽量单手操作,当身体某处接触带电电路时防止身体其他部位同时接触带电电路构成回路,采用周全的安全措施来避免电击;第四,许多PC显示器不连接主机或在脱机状态下不处于正常工作状态,对于这种显示器必须将其连接主机,保证主机打开使显示器进入工作状态,才能保证维修的有效性,避免误判。
四、总结:
综上所述,PC显示器开关电源的工作原理较为复杂,包括消磁电路等许多组成部分。在出现故障时,需要根据故障现象初步确定故障范围,借助仪器测量和维修经验来逐步缩小故障范围,最终确定故障点,采取相应措施予以排除。为保证检修的安全、效率和质量,检修人员需要掌握基本的工作原理和专业的检修技术,采取必要的安全保障措施,方能避免不必要的损失,保证检修的效益。
参考文献
[1] 牛有才. 电脑显示器开关电源原理浅析[J]. 山西科技, 2008,(03) .
[2] 高见 ,王继兰 ,郭红琳 ,等.计算机显示器常见故障检修实例[J].山东煤炭科技,2007,(03) .
开关电源工作原理范文2
由于受到学历的影响,中职院校的学生在综合素质方面以及科学知识的领域中掌握的有限。这就出现了在中职院校学生中,有相当一部分学生是没有达到九年义务教育的水平,实际的文化程度十分有限,针对这种现状,就能够看出,在职院校学生中,招收的大部分学生的基础学习比较差,学习的能力不足,但是在学生中还有相当一部分人可能受到自身的影响,会受到教师的批评或者是指责。因此针对这种教育情境,学生的心理就容易受到不同程度的影响,对于学生之间产生的心理问题,这就需要班主任要重视对职院校学生心理教育,根据学生的思想行为以及日常的表现,深入了解学生的生活以及学习状况,这就需要对学生的心理特点进行深入的研究,从此制定合理的心理辅导方法,以便加强学生的教育和引导,促进班主任管理工作的有效进行。
一、中职院校学生的心理特点
根据我国中职院校学生的教育状况,以及学生自身的素质状况进行分析,其心理特点主要表现在:(1)极度自负或者是出现了自卑的状况。主要表现在学生缺乏对自己的性格特点、兴趣爱好以及在专业水平中的能力等方面,不能正确的分析自身。(2)缺乏自信,焦虑悲观。由于受到学历的影响,当求职目标与客观的现实出现了矛盾后,学生会由于多次的求职失败,自身的情绪受到影响,对现实就失去了信心,造成了悲观的心理。(3)盲从与观望。由于当前的就业形势十分的严峻,因此在职院校学生当中容易出现盲从的心理,或者是依靠家人以及父母等关系来为自己找工作。这种求职的过程就是对现实的观望,完全的失去了自身在职场上的发挥。不仅是在求职过程中有一定的心理因素,另外在人际关系、自我意识以及学习方面等都受到了不同程度的心理问题。
二、班主任在管理工作中的具体措施
为了加强班主任管理工作的顺利进行,这就需要结合职院校学生的心理特点,根据具体的思想动态以及各项行为对学生实施正确的心理辅导,加强职院校学生的全面发展,促进专业技能与就业的有效结合,为促进班主任管理工作做出有效的研究。其具体的表现是:
1.做好职院校学生的入学教育。为了促进中职院校学生能够享受到更好的学校教育,这就需要在入学教育中做好各项措施,班主任在管理工作中,构建育人的目标:培养“有爱心、有责任、有梦想”的技能人才,在具体的教学过程中,班主任带领学生做好各项教育工作,这就需要从班主任自身开始,教育学生热爱自己的专业,对自己的未来需要建立整体的规划,在职业的选择中要明确目标,培养学生对自己的父母要有一颗感恩的心,担负起自身的责任感。另外在入学教育中,班主任需要做好主题班会,进一步为培养学生的学习兴趣以及良好的学习习惯做铺垫。班主任在入学教育中,要从学生的角度出发,作为班会的切入点,以学生的兴趣作为班会的主要内容,让学生在相对宽松的学习环境中,提高学习的兴趣;另外在学习习惯问题上,班主任有责任培养学生形成良好的学习习惯,这就需要结合学生对各个学科的爱好进行入手,将良好的习惯贯穿到整个教育中,提高学生的综合素质。
2.明确班级的目标,营造良好的班级气氛。教育体系中,良好的班风是养成各种习惯的基础,这就需要在班级管理中明确班级目标,为创建优秀班级共同努力,因此这就需要全体同学共同努力,在教育中,学生充分的利用自己的时间,团结努力,共同取得良好的成绩。在班主任管理工作中,对于目标的设定是为了促进和引导学生更好的发展。用目标来不断的激发学生对自己提出新的要求,在自身满足感以及责任感中不断的进步,在学习和技能中逐渐的提高。
3.在班主任管理工作中,平等对待学生,换位思考。身为班主任,在自身的工作中,应该从学生的角度去分析,这样才能够从具体的环境中深入了解学生,走进学生的心理去看待问题、解决问题,让学生认清自身的问题,以便较快的解决。因此在班主任管理工作中,平等对待每一位学生,不能出现偏见的现象,用热心和耐心对待每一位学生,针对学生遇到的具体问题要内心的教育,注重对学生心理问题的解决,对于学生的优点要及时的肯定,对于缺点要及时的指出,这样在科学的教育氛围中,为学生提供良好的学习环境,为进一步提高中职院校学生的综合素质做出充分的保障,提高专业知识以及专业技能。
开关电源工作原理范文3
1、开关电源概述
2、开关电源的发展
3、开关电源的基本构成及分类
4、开关电源的电路组成及功能
开关电源的PWM
1、开关电源PWM的五种反馈控制模式
2、三种经典型号控制集成芯片:UC3842、TL494、SG3525
开关电源的电磁兼容性与可靠性
开关电源的电磁电磁兼容技术
开关电源的噪声
开关电源的EMC设计
开关电源的计算机辅助分析与计算
直流开关电源设计
直流开关电源原理及特点
直流开关电源的保护
六、参考文献
开关电源设计相关
电源,即提供电能的设备,主要分三类:一次电源(将其它能量转换为电能),二次电源和蓄电池。其中,二次电源指的是把输入电源(由电网供电)转换为电压、电流、频率、波形及在稳定性、可靠性(含电磁兼容,绝缘散热,不间断电源,智能控制)等方面符合要求的电能供给负载。电子设备都离不开可靠的电源。开关电源由于具有效率高、体积小、重量轻的特点,近年来获得了飞速发展。开关电源高频化是其发展的方向,高频化使开关电源小型化,并使开关电源进入更广泛的应用领域,特别是在高新技术领域的应用,推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。
开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关晶体管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和功率开关器件(如MOS-FET)等构成。简单的说:就是开关型直流稳压电源。开关电源把直流电源或交流电源通过它可以获得一个稳定的直流电压源。它具有效率高,输出电压稳定,交流纹波小,体积小和重量轻的许多优点。
开关电源主要包括输入电网滤波器、输入整流滤波器、变换器、输出整流滤波器、控制电路、保护电路。它们的功能是:
输入电网滤波器:消除来自电网,如电动机的启动、电器的开关、雷击等产生的干扰,同时也防止开关电源产生的高频噪声向电网扩散。
输入整流滤波器:将电网输入电压进行整流滤波,为变换器提供直流电压。
变换器:是开关电源的关键部分。它把直流电压变换成高频交流电压,并且起到将输出部分与输入电网隔离的作用。
输出整流滤波器:将变换器输出的高频交流电压整流滤波得到需要的直流电压,同时还防止高频噪声对负载的干扰。
控制电路:检测输出直流电压,并将其与基准电压比较,进行放大。调制振荡器的脉冲宽度,从而控制变换器以保持输出电压的稳定。
保护电路:当开关电源发生过电压、过电流短路时,保护电路使开关电源停止工作以保护负载和电源本身。
现代开关电源有两种:一种是直流开关电源;另一种是交流开关电源。
PWM开关稳压或稳流电源基本工作原理就是在输入电压变化、内部参数变化、外接负载变化的情况下,控制电路通过被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈,调节主电路开关器件的导通脉冲宽度,使得开关电源的输出电压或电流等被控制信号稳定。PWM的开关频率一般为恒定,控制取样信号有:输出电压、输入电压、输出电流、输出电感电压、开关器件峰值电流。由这些信号可以构成单环、双环或多环反馈系统,实现稳压、稳流及恒定功率的目的,同时可以实现一些附带的过流保护、抗偏磁、均流等功能。对于定频调宽的PWM闭环反馈控制系统,主要有五种PWM反馈控制模式
开关电源PWM的五种反馈控制模式
1、电压模式控制PWM(VOLTAGE-MODECONTROLPWM):2.峰值电流模式控制PWM(PEAKCURRENT-MODECONTROLPWM):3.平均电流模式控制PWM(AVERAGECURRENT-MODECONTROLPWM):
4.滞环电流模式控制PWM(HYSTERETICCURRENT-MODECONTROLPWM):5.相加模式控制PWM(SUMMING-MODECONTROLPWM):
开关电源的PWM专用芯片有三个经典型号:UC3842,TL494,SG3525
UC3842是电流模式八脚单端PWIVI控制芯片,其内部电路框图如图所示,主要由基准电压发生器、欠电压保护电路、振荡器、PWM闭锁保护、推挽放大电路、误差放大器及电流比较器等电路组成。该控制芯片与振荡定时器件、开关管、开关变压器可构成功能完善的他励式开关电源。
直流稳压电源是一种常见的电子仪器,广泛地应用于电子电路、教学实验和科学研究等领域。目前使用的直流稳压电源大部分是线性电源,利用分立器件组成,其体积大,效率低,可靠性性差,操作使用不方便,自我保护功能不够,因而故障率高。随着电子技术的飞速发展,各种电子、电器设备对稳压电源的性能要求日益提高,稳压电源不断朝着小型化,高效率,低成本,高可靠性,低电磁干扰,模块化和智能化方向发展。以单片机系统为核心而设计制造出来的新一代智能稳压电源不但电路简单,结构紧凑,价格低廉,性能卓越,而且由于单片机具有计算和控制能力,利用它对采样数据进行各种计算,从而可排除和减少由于骚扰信号和模拟电路引起的误差,大大提高稳压电源输出电压和控制电流精度,降低了对模拟电路的要求。智能稳压电源可利用单片机设置周密的保护监测系统,确保电源运行可靠。输出电压和限定电流采用数字显示,输入采用键盘方式,电源的外表美观,操作使用方便,具有较高的使用价值。
控制和保护电路主要处理信号,属于“弱电”电路,但它控制着主电路中的开关器件,一旦出现失误,将造成严重的后果,使电源停止工作或损坏。电源的很多指标,如稳压稳流精度、纹波、输出特性等也与控制电路相关
开关电源主要有以下特点:
体积小、重量轻:由于没有工频变压器,所以体积和重量只有线性电源的20~30%。
功耗小、效率高:功率晶体管工作在开关状态,所以晶体管上的功耗小,转化效率高,一般为60~70%,而线性电源只有30~40%。
开关电源的电路组成:
开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器(EMI)、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。
开关电源的电路组成方框图如下:
输入电路的原理及常见电路:
AC输入整流滤波电路原理:
防雷电路:当有雷击,产生高压经电网导入电源时,由MOV1、MOV2、MOV3:F1、F2、F3、FDG1组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时,其阻值降低,使高压能量消耗在压敏电阻上,若电流过大,F1、F2、F3会烧毁保护后级电路。
输入滤波电路:C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制,防止对电源干扰,同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。当电源开启瞬间,要对C5充电,由于瞬间电流大,加RT1(热敏电阻)就能有效的防止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上,一定时间后温度升高后RT1阻值减小(RT1是负温系数元件),这时它消耗的能量非常小,后级电路可正常工作。
整流滤波电路:交流电压经BRG1整流后,经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5容量变小,输出的交流纹波将增大。
DC输入滤波电路原理:
输入滤波电路:C1、L1、C2组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制,防止对电源干扰,同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。C3、C4为安规电容,L2、L3为差模电感。
R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路。在起机的瞬间,由于C6的存在Q2不导通,电流经RT1构成回路。当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象,在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大,Q1导通使Q2没有栅极电压不导通,RT1将会在很短的时间烧毁,以保护后级电路。
功率变换电路:
MOS管的工作原理:目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET(MOS管),是利用半导体表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态,所以输入电阻可以大大提高,最高可达105欧姆,MOS管是利用栅源电压的大小,来改变半导体表面感生电荷的多少,从而控制漏极电流的大小。
常见的原理图:
3、工作原理:
R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器,和开关MOS管并接,使开关管电压应力减少,EMI减少,不发生二次击穿。在开关管Q1关断时,变压器的原边线圈易产生尖峰电压和尖峰电流,这些元件组合一起,能很好地吸收尖峰电压和电流。从R3测得的电流峰值信号参与当前工作周波的占空比控制,因此是当前工作周波的电流限制。当R5上的电压达到1V时,UC3842停止工作,开关管Q1立即关断。
R1和Q1中的结电容CGS、CGD一起组成RC网络,电容的充放电直接影响着开关管的开关速度。R1过小,易引起振荡,电磁干扰也会很大;R1过大,会降低开关管的开关速度。Z1通常将MOS管的GS电压限制在18V以下,从而保护了MOS管。
Q1的栅极受控电压为锯形波,当其占空比越大时,Q1导通时间越长,变压器所储存的能量也就越多;当Q1截止时,变压器通过D1、D2、R5、R4、C3释放能量,同时也达到了磁场复位的目的,为变压器的下一次存储、传递能量做好了准备。IC根据输出电压和电流时刻调整着⑥脚锯形波占空比的大小,从而稳定了整机的输出电流和电压。
C4和R6为尖峰电压吸收回路。
4、推挽式功率变换电路
Q1和Q2将轮流导通。
5、有驱动变压器的功率变换电路:
T2为驱动变压器,T1为开关变压器,TR1为电流环。
输出整流滤波电路:
正激式整流电路:
T1为开关变压器,其初极和次极的相位同相。D1为整流二极管,D2为续流二极管,R1、C1、R2、C2为削尖峰电路。L1为续流电感,C4、L2、C5组成π型滤波器。
反激式整流电路:
T1为开关变压器,其初极和次极的相位相反。D1为整流二极管,R1、C1为削尖峰电路。L1为续流电感,R2为假负载,C4、L2、C5组成π型滤波器。
同步整流电路:
工作原理:当变压器次级上端为正时,电流经C2、R5、R6、R7使Q2导通,电路构成回路,Q2为整流管。Q1栅极由于处于反偏而截止。当变压器次级下端为正时,电流经C3、R4、R2使Q1导通,Q1为续流管。Q2栅极由于处于反偏而截止。L2为续流电感,C6、L1、C7组成π型滤波器。R1、C1、R9、C4为削尖峰电路。
稳压环路原理:
1、反馈电路原理图:
2、工作原理:
当输出U0升高,经取样电阻R7、R8、R10、VR1分压后,U1③脚电压升高,当其超过U1②脚基准电压后U1①脚输出高电平,使Q1导通,光耦OT1发光二极管发光,光电三极管导通,UC3842①脚电位相应变低,从而改变U1⑥脚输出占空比减小,U0降低。
当输出U0降低时,U1③脚电压降低,当其低过U1②脚基准电压后U1①脚输出低电平,Q1不导通,光耦OT1发光二极管不发光,光电三极管不导通,UC3842①脚电位升高,从而改变U1⑥脚输出占空比增大,U0降低。周而复始,从而使输出电压保持稳定。调节VR1可改变输出电压值。
反馈环路是影响开关电源稳定性的重要电路。如反馈电阻电容错、漏、虚焊等,会产生自激振荡,故障现象为:波形异常,空、满载振荡,输出电压不稳定等。
六、短路保护电路:
1、在输出端短路的情况下,PWM控制电路能够把输出电流限制在一个安全范围内,它可以用多种方法来实现限流电路,当功率限流在短路时不起作用时,只有另增设一部分电路。
2、短路保护电路通常有两种,左图是小功率短路保护电路,其原理简述如下:
当输出电路短路,输出电压消失,光耦OT1不导通,UC3842①脚电压上升至5V左右,R1与R2的分压超过TL431基准,使之导通,UC3842⑦脚VCC电位被拉低,IC停止工作。UC3842停止工作后①脚电位消失,TL431不导通UC3842⑦脚电位上升,UC3842重新启动,周而复始。当短路现象消失后,电路可以自动恢复成正常工作状态。
3、右图是中功率短路保护电路,其原理简述如下:
当输出短路,UC3842①脚电压上升,U1③脚
电位高于②脚时,比较器翻转①脚输出高电位,给
C1充电,当C1两端电压超过⑤脚基准电压时
U1⑦脚输出低电位,UC3842①脚低于1V,UCC3842
停止工作,输出电压为0V,周而复始,当短路
消失后电路正常工作。R2、C1是充放电时间常数,
阻值不对时短路保护不起作用。
4、左图是常见的限流、短路保护电路。其工作原理简述如下:
当输出电路短路或过流,变压器原边电流增大,R3
两端电压降增大,③脚电压升高,UC3842⑥脚输出占空
比逐渐增大,③脚电压超过1V时,UC3842关闭无输出。
5、右图是用电流互感器取样电流的保护电路,有
着功耗小,但成本高和电路较为复杂,其工作原
理简述如下:
输出电路短路或电流过大,TR1次级线圈感
应的电压就越高,当UC3842③脚超过1伏,UC3842
停止工作,周而复始,当短路或过载消失,电路自行恢复。
七、输出端限流保护:
左图是常见的输出端限流保护电路,其工作原理简述如下:
当输出电流过大时,RS(锰铜丝)两端电压上升,U1③脚电压高于②脚基准电压,U1①脚输出高电压,Q1导通,光耦发生光电效应,UC3842①脚电压降低,输出电压降低,从而达到输出过载限流的目的。
八、输出过压保护电路的原理:
输出过压保护电路的作用是:当输出电压超过设计值时,把输出电压限定在一安全值的范围内。当开关电源内部稳压环路出现故障或者由于用户操作不当引起输出过压现象时,过压保护电路进行保护以防止损坏后级用电设备。应用最为普遍的过压保护电路有如下几种:
1、可控硅触发保护电路:
如图,当Uo1输出升高,稳压管(Z3)击穿导通,可控硅(SCR1)的控制端得到触发电压,因此可控硅导通。Uo2电压对地短路,过流保护电路或短路保护电路就会工作,停止整个电源电路的工作。当输出过压现象排除,可控硅的控制端触发电压通过R对地泄放,可控硅恢复断开状态。
2、光电耦合保护电路:
如右图,当Uo有过压现象时,
稳压管击穿导通,经光耦(OT2)
R6到地产生电流流过,光电耦合器
的发光二极管发光,从而使光电耦合
器的光敏三极管导通。Q1基极得电导通,
3842的③脚电降低,使IC关闭,停止整个电源的工作,Uo为零,周而复始,。
3、输出限压保护电路:
输出限压保护电路如下图,当输出电压升高,稳压管导通光耦导通,Q1基极有驱动电压而道通,UC3842③电压升高,输出降低,稳压管不导通,UC3842③电压降低,输出电压升高。周而复始,输出电压将稳定在一范围内(取决于稳压管的稳压值)。
4、输出过压锁死电路:
图A的工作原理是,当输出电压Uo升高,稳压管导通,光耦导通,Q2基极得电导通,由于Q2的导通Q1基极电压降低也导通,Vcc电压经R1、Q1、R2使Q2始终导通,UC3842③脚始终是高电平而停止工作。在图B中,UO升高U1③脚电压升高,①脚输出高电平,由于D1、R1的存在,U1①脚始终输出高电平Q1始终导通,UC3842①脚始终是低电平而停止工作。
九、功率因数校正电路(PFC):
1、原理示意图:
2、工作原理:
输入电压经L1、L2、L3等组成的EMI滤波器,BRG1整流一路送PFC电感,另一路经R1、R2分压后送入PFC控制器作为输入电压的取样,用以调整控制信号的占空比,即改变Q1的导通和关断时间,稳定PFC输出电压。L4是PFC电感,它在Q1导通时储存能量,在Q1关断时施放能量。D1是启动二极管。D2是PFC整流二极管,C6、C7滤波。PFC电压一路送后级电路,另一路经R3、R4分压后送入PFC控制器作为PFC输出电压的取样,用以调整控制信号的占空比,稳定PFC输出电压。
十、输入过欠压保护:
原理图:
工作原理:
AC输入和DC输入的开关电源的输入过欠压保护原理大致相同。保护电路的取样电压均来自输入滤波后的电压。
取样电压分为两路,一路经R1、R2、R3、R4分压后输入比较器3脚,如取样电压高于2脚基准电压,比较器1脚输出高电平去控制主控制器使其关断,电源无输出。另一路经R7、R8、R9、R10分压后输入比较器6脚,如取样电压低于5脚基准电压,比较器7脚输出高电平去控制主控制器使其关断,电源无输出。
十
一、电池管理:
电池管理原理图:
虚线框A内的零件组成电池启动和关断电路;虚线框B为电池充电线性稳压电路;虚线框C为电子开关电路;虚线框D为电池充电电流限制电路。
电池启动原理:
输入电压由INPUT和AGND端输入,分为三路。第一路经D7直接送后级和电池启动、关断电路。R28、R27、R26分压后的电压使U3导通(此电压在设计时已计算好了,正常工作时高于2.5V),光藕OT1导通。R25为U3提供工作电压,R23、R24为光藕的限流及保护电阻。
光藕导通后电源经R22、OT1、D9给Q4提供基极偏置电压,Q4导通,R21为Q4的下偏置电阻。继电器RLY1-A的线圈中有电流流过,继电器触点RLY1-B吸合,将电池BAT接入电路中。D4为阻止在Q4关断时继电器线圈产生的电动势影响后级电路,D5为防止在Q4关断时继电器线圈产生的电动势损坏Q4,将继电器线圈产生的能量释放。
电池充电稳压原理:
在通电的初期,由于Q3没有偏置而不导通,D3的正端无电压。电源经R1降压Z1稳压后给U1和U2提供工作电压。R2、U1组成基准电压,R13、R4、R5、R6、VR1组成电池电压检测电路,当U2②脚检测电压低于③脚电压时,其①脚输出高电平,经R14给Q2提供偏置电压,Q2导通、Q3也跟着导通,电源经Q3、D3、继电器触点RLY1-B、F1给电池BAT充电。
当U2②脚检测电压高于③脚电压时,其①脚输出低电平,Q2失去偏置电压而截止,Q3截止,D3的正端无电压,其负极电压下降,U2②脚检测电压也跟着下降,当U2②脚检测电压低于③脚电压时,其①脚输出高电平,Q2、Q3导通继续充电,如此周而复始,使D3的负端电压维持在某一设定值。调节VR1可以改变充电电压值。
电池充电限流原理:
在充电的过程中,电流经Q3、RLY1-B、F1、BAT、R20回到地(AGND)。在电池充电的初期,因电池电压比较低,流经Q3、RLY1-B、F1、BAT、R20的电流就会增大,那么在R20上产生的压降就会增大(R20为电流取样电阻)。电阻R20的上端S点经R11连接到U2B的同相输入端⑤脚,U2B的反相输入端⑥脚有一固定参考电压,当R20上的压降超过参考电压时,U2⑦脚输出高电平,经D2、R15给Q1提供偏置电压,Q1因此导通。Q1导通后Q2因失去基极电压而截止,将使线性稳压器的输出关断,Q3、RLY1-B、F1、BAT、R20回路中就没有电流流过,R20上的压降消失,U2⑦脚输出低电平,Q1截止,Q2、Q3导通继续充电,如此周而复始,就将充电电流限制在某一设定值范围内。
调节R10、R11可改变限流点。
电池欠压关断原理:
当输入电压没有时,电池电压经D6给后级和电池启动、关断电路供电。当电池电压下降,U3①脚电压也跟着下降,在电池电压下降至设计关断点时(也就是U3①脚电压低于2.5V时),U3不导通,OT1不发生光电藕合,Q4无偏置而截止,继电器RLY1-A的线圈中没有电流流过,继电器触点RLY1-B断开,将电池BAT从电路中断开,防止电池过放电而损坏。改变R26、R27的阻值,可以改变电池欠压关断时的电压值。
十
二、智能风扇散热:
在开关电源中,对电源进行散热的方式有很多种,智能散热就是其中之一。它是随电源工作时的温度高低,来调节散热风扇的工作电压而改变风力大小,达到最佳散热效果。有着节能的目的。其原理图如下:
工作原理:
输入电压由INPUT端(12~13V)输入,R6为U2提供工作电压,R7、R8阻值相同,分压后为TL431提供触发电压,使A点的基准电压在+5V;RT1为负温度系数热敏电阻,经R1、R2分压加在U1的反相输入端⑥脚。R5为输出电压取样电阻,与R4分压后加在U1的同相输入端⑤脚;Q1为电子开关管;风扇电压由FANOUT端输出。
在刚通电的时候,由于Q1还没导通,C点无电压,U1的⑥脚电压高于⑤脚,因此U1⑦脚输出低电平,Z1击穿导通,Q1导通,C点有电压输出;应Q1的发射极接输入电压端,因此C点电压约等于输入电压,经R5与R4分压后加在U1的同相输入端⑤脚,使⑤脚电压高于⑥脚电压,U1⑦脚输出高电平,Z1不导通,Q1不导通,C点无电压输出;使⑤脚电压又低于⑥脚电压,U1⑦脚又输出低电平,如此反复最终使C电压稳定在某一值(因⑥脚电压不变);也就是说C点的电压是随B点的电压变化而变化的。
开关电源工作的初期(或轻载工作),机内温度低,热敏电阻RT1的内阻很大,B点的电压相对较低,因此C点的输出电压也低,风扇因工作电压低而转速慢、风力小。当开关电源机内温度逐渐升高(满载工作),热敏电阻RT1的内阻逐渐减小,B点的电压也升高,因此C点的输出电压也跟着升高,风扇因工作电压升高而转速加快、风力加大。当机内温度下降后,热敏电阻内阻逐渐增大,B点电压下降,C点的输出电压也降低,风扇因工作电压低而转速变慢、风力小。当B点电压(温度)升高到一定程度时,U1③脚电压高于②脚基准电压,U1①脚输出高电平,一路经D1、R13返回到B点,使U1①脚始终输出高电平(也就是自锁);另一路经D2输出到过温保护电路,实现过温保护功能。
十
三、均流技术:
在通讯设备或其它用电设备中,为了使系统不间断的工作,对供电系统的要求就很高。除了要求电源本身的性能要稳定外,另一种方法就是采用1+1备分的方式,就是一台设备用两台电源并联供电,当其中的一台损坏,另外一台可继续给系统供电。在正常工作时,每台电源提供的能量相等,也就是它们输出的电压、电流基本一致。为了使每台电源输出的电压、电流基本一致,就要用到均流技术。原理如下图所示:
均流电路原理图
工作原理:
U1A、R1~R7、C1~C5、VR1组成电流取样电压放大器;U1B、D1组成电压跟随器;R10为均流电压输出电阻;R11~R14、U2A、C6~C10组成平衡电压比较器;R15~R17、Q1为电子开关;R30~R33、C17、C18、U2B组成过流保护电路;R19~28、D2、D3、D4、C12~C14、Q2是电源的输出电压稳压环路,其中D2、D3、R19~R21为输出电压取样电路。D6为输出隔离二极管。
电源在工作时,由电流环或锰铜丝检测的电流取样电压由+IS、-IS加入U1A
组成的电压放大器进行放大,经R5、R6、R7、VR1分压后分两路输出,一路
送入U1B电压跟随器,D1起隔离作用,防止均流母线上的电压变化对前级电
路产生影响,另一路送过流保护电路。经过电压跟随器后的电流取样电压又
分为两路,一路经R10输出作为均流信号电压JL+,另一路经R11送入U2A
组成的平衡电压比较器与U2②脚的参考电压进行比较,当U2③脚电压高于②
脚电压,其①输出高电平,Q1基极得电导通,将R17、R18并入输出电压取
样电路,使输出电压升高,输出电压升高后输出电流就会减小,检测的电流
取样电压也就降低,均流信号电压JL+降低,U2③脚电压低于②脚电压,其①
输出低电平,Q1截止,R17、R18从输出电压取样电路中退出,输出电压降低。
如此循环,最终使输出电压、电流保持稳定。
如右图,当两台电源并机工作时,其输出端是并接在一起的,均流信号线也连接在一起。现在假设电源A的输出电流Io1大于电源B的输出电流Io2,在两台电源内部的电流取样电压就会A高于B,也就是JL1+高于JL2+,而JL1+和JL2+是接在同一条线上(均流母线),因此JL2+升高,通过电源B内部均流电路的控制迫使其输出电压升高,Io2增大,Io1减小(负载电流不变);Io2高于
Io1时,其控制过程刚好相反,如此循环,最终使两台电源的输出电压、电流保持一致。
Q3、C19、R34~R36组成的电路的作用是,在电源启动初期输出电压低或输出欠
压时Q3导通,使U2A③脚处于低电位,U2A①脚输出低电平,Q1截止,也就是使均
流电路不起作用。
VR1可调节均流信号的电压值,也可调节输出限流点。
参考文献:1、开关稳压电源原理与实用技术科学出版社刘芯
2、开关电源原理机械工业出版社王维
3、直流开关电源技术人民大学出版社李田新
4、开关电源维修实用技术电力出版社高一
5、开关电源集成芯片技术机械出版社王新
6、开关稳压电源原理及设计电力出版社张伟
7、开关电源的原理与设计(修订版)电子工业出版社张占松
8、电源应用技术科学出版社邹怀虚
9、现代高频开关电源实用技术电子工业出版社刘胜利
开关电源工作原理范文4
【关键词】开关电源;工作原理;稳压过程
一、教材分析
1.开关型稳压电源的地位和作用
(1)地位:开关型稳压电源与教材中前几节介绍的线性稳压电源不同,它在直流电源中占有重要的地位。它是以电子技术的发展,电子设备的小型化和低成本化促使电源的轻薄小和高效率为发展方向的产物。
(2)作用:目前空间技术计算机通信,及家用电器中的电源已逐渐被开关电源所取代。
2.目标
(1)知识目标:通过本课的学习,使学生掌握线性稳压电源与开关型稳压电源的联系与区别及其特点,能对开关型稳压电源进行正确的分类,熟练掌握它们的基本结构及其工作原理。
(2)能力目标:通过学习能让学生参与到教学活动中来,能使学生理论联系实际,学以致用。
(3)思想教育目标:通过学习有利于学生学习方法的变革和良好习惯的养成,同时能促使学习能力迁移,技能的提高。
3.重点与难点
(1)教学重点:并联型开关稳压电源的类型及其基本结构;并联型稳压电源的工作原理及其稳压工程分析。
(2)教学难点:并联型稳压电源的工作原理及其稳压工程分析。
二、基本教法及教学原则
1.教法:以讲授法为基本教法,辅以演示法和比较法。
2.教学手段:通过多媒体的幻灯形式依照不同的教学内容展示教材所示的相关挂图和实物展示。
3.教学原则:理论联系实际、启发性、巩固性、直观性、循序渐进等原则相结合。4.教具:线性稳压电源和开关型稳压电源实物、挂图若干。
5.教学地点:多媒体教室幻灯。
6.课时:2课时。
三、学法分析
通过分组讨论,亲自动手等方法,不仅调动了学生学习的积极性,还使学生的技能有所提高,同时学生自主、合作、探研的精神也得到了充分的体现。
四、教学内容及教学思路(见表1)
开关电源工作原理范文5
【关键词】高频开关电源 节能技术 发展 应用
高频开关电源节能技术的应用措施在多样化的电源系统中占据核心地位。譬如大型电解电镀电源,由于其重量及体积上的特殊性,促使高频开关电源节能技术在实际电源应用过程中的利用效率得到提升,此外还能对成本投入进行控制。
1 开关电源技术发展
1.1 高频化发展方向
经由理论分析及实验验证,电器产品的体积重量与其供电频率的平方根成反比。若对电源频率进行调整,从50Hz提升至20kHz之后,用电设备在质量及体积上出现下降,并达到工频设计数值的5%-10%左右,在材料节省方面可以达到九成甚至更多,而电能节省方面则可以节省三成或更多。随电子工艺技术的飞跃发展,电子功率器件已实现高频模块化,大功率开关电源成本显著降低,体现了高技术含量及实用性推广价值。
1.2 模块化发展方向
高频开关电源技术的模块化主要就是指功率器件以及电源单元等方面的模块化。近几年,大多数公司认为开关功率器件把驱动电路和过流保护、短路保护、过热保护、欠压保护等多种保护集成在同一模块内,从而真正意义上实现“智能化”功率模块。模块化设计促使不同元器件间不再使用传统意义上的引线连接,从而有效降低寄生电感及电容因为频率提升对其产生的影响,此外通过合理化、严谨的电、热及机械层面的优化设计措施,从而全面提升系统可靠性。
1.3 数字化发展方向
由于数字式电路及信号所展现的重要性不断增加,数字信号处理技术随着发展也不断趋向承受成熟,相对模拟信号展现出非常多的优势,如实现计算机处理控制措施、减少杂散信号的干扰作用,从而促使自诊断等新型技术的植入。所以数字化技术在智能化高频开关电源中往往是经由计算机完成控制行为,并展现出非常重要的使用意义。
2 高频开关电源工作原理、构成及在火电厂的应用
2.1 高频开关电源工作原理
目前状态下的高频电源,在其运作过程中往往经由三相交流电在滤波或整流的作用下,产生530V左右的直流电压,另外在全桥逆变作用之下获得到20kHz左右的交变电流,之后由于高频变压器升压整流措施实现高频高压脉动直流的传输行为。当前状态下的电除尘器高频电源是利用高频开关技术而形成的逆变式电源,此外供电电源往往通过系列性窄脉冲产生,实际控制措施存在多样化,并且基于电除尘器运作情况选择合适性电压波形,全面提升供电效率实现节能目标。
2.2 高频开关电源主要构成
当前状态下的高频电源的结构组成主要包括低压配电系统、全桥逆变器、大功率高频高压变压器以及控制电路等等。高频开关电源实际运行过程中,高频电源中的低压配电系统往往安置于高频电源配电盘之中的电气箱,除却高频电源具备的供电作用不谈,可以针对性完善集成作用下的高频电源内部加入、振打及风机组成中的供电作用,另外若设备出现严重故障后,进行断电保护措施。全桥逆变器中存在的逆变电路,是由全桥串联谐振逆变器构建,在滤波及整流电路作用下构建530V左右的直流电流,并通过逆变措施,让其成为20kHz左右的高频交流电,并传输到高频高压变压器之中。油浸设计措施之下的大功率高频高压变压器,是高频电源中具备重要意义的组成部分之一,经由逆变电路实现高频交流电升压,经由整流后,形成高频高压脉冲直流并向除尘器传输。控制电路在构成上主要包含电源电路、驱动电路以及DSP控制电路。
2.3 高频开关电源技术在火电厂中的应用
譬如佛山某垃圾焚烧电厂现存的四套双室四电场电除尘器,实际有效通流面积达到230m2,而j极线主要指的是新RS管状芒刺,其中电源配置了高压硅整流变压器,控制运行机理是:交流电源经过升压变压器升压后,经全波整流形成直流再输送至电场。通过针对性的改造,四套除尘器已经都改造成为高频电源,其除尘效率有显著提高及能耗大为减少。通过节能减排的有效改进措施,促使电除尘改造能够在高频开关技术中发挥重要作用,改善当地环境带来了经济效益的同时社会效益也很显著,并且也提升了企业绿源形象。
3 结束语
综上所述,应用高频开关电源技术能够帮助当前火电厂的整体耗能及废气排放得到有效控制,从而全面提升整体工厂工作效率,并且在此基础上实现生产成本的有效降低,促使其在市场中具备足够的地位。当前,高频开关电源技术在电镀、电解、电加工、浮充、电力合闸等领域应用同样得到了广泛推广。
参考文献
[1]郑昕昕,肖岚,刘新天,何耀,曾国建.两级宽输入开关电源占空比振荡的几何分析[J].电气传动,2016(05):199-203.
开关电源工作原理范文6
关键词: 直流开关电源;开关电源;设计
1 直流稳压电源概述
直流稳压电源在一个典型系统中担当着非常重要的角色。从某种程度上可以看成是系统的心脏。电源的系统的电路提供持续的、稳定的能源,使系统免受外部的干扰,并防止系统对其自身产生的伤害。如果电源内部发生故障,不应造成系统的故障,而确保系统安全可靠运行。因此,人们非常重视系统直流电源的设计或选用。直流稳压电源通常分为线性稳压和开关稳压两种类型。
1.1 线性稳亚电源
线性稳压电源是指起电压调整功能作用的器件始终工作在线性放大区的直流稳压电源,期工作原理如图1。
它由50 工频变压器、整流器、滤波器以及串联调整稳压器组成。
线性稳压电源的优点是具有优良的纹波及动态响应特性。但同时存在以下缺点:输入采用50 工频变压器,体积庞大且和很重;电压调整器件工作在线性放大区内,损耗大,效率低;过载能力差。
线性电源主要应用在对发热和效率要求不高的场合,或者要求成本及设计周期短的情况。线性电源作为板载电源广泛应用于分布电源系统中,特别是当配电电压低于40V时。线性电源的输出电压只能低于输入电压,并且每个线性电源只能产生一路输出。线性电源的效率在百分之三十五到百分之五十之间,损耗以热的形式耗散。
1.2 PWM开关稳压电源
一般将开关稳压电源简称开关电源,开关电源与线性稳压电源不同,它是起电压调整功能作用的器件,始终工作在开关状态。开关电源主要采用脉宽调制技术。
开关电源的优点;
1)功耗小、效率高。电源中开关器件交替地工作在导通-截止和截止-导通的开关状态,转换速度快,这使得开关管的功耗很小,电源的效率可以大幅度提高,可达到百分之九十到百分之九十五。
2)体积小、重量轻。开关电源效率高,损耗小,则可以省去较大体积的散热器;隔离变压用高频变压器取代工频变压器,可大大减小体积,降低重量;因为开关频率高,输出滤波电容的容量和体积大为减小。
3)稳压范围宽。开关电源的输出电压由占空比来调节,输入电压的变化可以通过调节占空比的大小来补偿,这样在工频电网电压变化较大时,它仍然能保证有较稳定的输出电压。
4)电路形式灵活多样。设计者可以发挥各种类型电路的特长,设计出能满足不同的应用场合的开关电源。
开关电源的缺点主要是:存在开关噪声大。在开关电源中,开关器件工作在开关状态,它产生的交流电压和电流会通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐振干扰,这些干扰如果不采用一定的措施进行抑制、消除和屏蔽,就会严重影响整机的正常工作。此外,这些干扰还会串入工频电网,使附近的其他电子仪器、设备、和家用电器收到干扰。因此设计开关电源时,必须采取合理的措施来抑制其本身产生的干扰。
PWM开关电源在使用时比线性电源具有更高的效率和灵活等特点。因此,在便携式产品、航空和自动化产品、仪器仪表以及通讯系统等,要求高效率、体积小、重量轻和多组电源电源输出的场合,得到了广泛的应用。但是开关电源的成本高,而且需要开发周期较长。
2 开关电源的设计
2.1 开关电源的工作原理
开关电源主要采用直流斩波技术,即降压变换、升压变换、变压器隔离的DC/DC变换电路理论和PWM控制技术来实现的。具有输入、输出隔离的PWM开关电源工作原理框图,如图2所示。
50Hz单相交流220V电压或三相交流220V/380V电压经EMI防电磁干扰电源滤波器,直接整流滤波;然后再将滤波后的直流电压经变换电路变换为数十千赫或数百千赫的高频方波或准方波电压,通过高频变压器隔离并降压(或升压)后,再经高频整流、滤波电路;最后输出直流电压。通过取样、比较、放大及控制、驱动电路,控制变换器中功率开关管的占空比,便能得到稳定的输出电压。在直流斩波控制中,有定频调宽、定宽调频和调频调宽3种控制方式。定频调宽是保持开关频率(开关周期T)不变,波形如图3所示。
通过改变导通时间高。而定宽调频则是保持导通时间T on不变,通过改变开关频率,来达到改变占空比的一种控制方式。由于调频控制方式的工作频率是不固定的,造成滤波器设计困难,因此,目前绝大部分的开关电源均采用PWM控制。
2.2 开关电源的主要性能指标
开关电源的质量好坏主要由其性能指标来体现。因此,对于设计者或使用者来讲,都必须对其内容有一个较全面的了解。一般性能指标包括电气指标、机械特性、适用环境、可靠性、安全性以及生产成本等。这里仅介绍常见的电气指标。
2.2.1 输入参数
输入参数包括输入电压、交流或直流、频率、相数、输入电流、功率因数以及谐波含量等。
1)输入电压:国内应用的民用交流电源电压三相为380V,单相为220V;国外的电源需要参出口国电压标准。目前开关电源流行采用国际通用电压范围,即单相交流85~265V,这一范围覆盖了全球各种民用电源标准所限定的电压,但对电源的设计提出了较高的要求。输入电压范围的下限影响变压器设计时电压比的计算,而上限决定了主电路元器件的电压等级。输入电压变化范围过宽,使设计中必须留过大裕量而造成浪费,因此变化范围应在满足实际要求的前提下尽量小。
2)输入频率:我国民用和工业用电的频率为50Hz,航空、航天及船舶用的电源经常采用交流400Hz输入,这时的输入电压通常为单相或三相115V。
3)输入相数:三相输入的情况下,整流后直流电压约是单相输入时的1.7倍,当开关电源的功为3~5kW时,可以选单相输入,以降低主电路器件的电压等级,从而可以降低成本;当功率大于5kW时,应选三相输入,以避免引起电网三相间的不平衡,同时也可以减小主电路中的电流,以降低损耗。
4)输入电流:输入电流通常包含额定输入电流和最大电流2项,是输入开关、接线端子、熔断器和整流桥等元器件的设计依据。
5)输入功率因数和谐波:目前,对保护电网环境、降低谐波污染的要求越来越高,许多国家和地区都已出台相应的标准,对用电装置的输入谐波电流和功率因数做出较严格的规定,因此开关电源的输入谐波电流和功率因数成为重要指标,也是设计中的一个重点之一。目前,单相有源功率因数校正(FPC)技术已经基本成熟,附加的成本也较低,可以很容易地使输入功率因数达到0.99以上,输入总谐波电流小于5%。
2.2.2 输出参数
输出参数包括输出功率、输出电压、输出电流、纹波、稳压精度、稳流精度、输出特性以及效率等。
1)输出电压:通常给出额定值和调节范围2项内容。输出电压上限关系到变压器设计中电压比的计算,过高的上限要求会导致过大的设计裕量和额定点特性变差,因此在满足实际要求的前提下,上限应尽量靠近额定点。相比之下,下限的限制较宽松。
2)输出电流:通常给出额定值和一定条件下的过载倍数,有稳流要求的电源还会指定调节范围。有的电源不允许空载,此时应指定电流下限。
3)稳压、稳流精度:通常以正负误差带的形式给出。影响电源稳压、稳流精度的因素很多,主要有输入电压变化、输出负载变化、温度变化及器件老化等。通常精度可以分成。3项考核:① 输入电压调整率;② 负载调整率;③ 时效偏差。同精度密切相关的因素是基准源精度、检测元件精度、控制电路中运算放大器精度等。④ 电源的输出特性:与应用领域的工艺要求有关,相互之间的差别很大。设计中必须根据输出特性的要求,来确定主电路和控制电路的形式。⑤ 纹波:开关电源的输出电压纹波成分较为复杂,通常按频带可以分为3类: 高频噪声,即远高于开关频率 的尖刺;开关频率纹波,指开关频率 附近的频率成分; 低频纹波,频率低于的 成分,即低频波动。
对纹波有多种量化方法,常用的有纹波系数、峰峰电压值、按3种频率成分分别计量幅值以及衡重法。⑥ 效率:是电源的重要指标,它通常定义为η=Po/Pi×100%。式中,Pi为输入有功功率;Po为输出功率。通常给出在额定输入电压和额定输出电压、额定输出电流条件下的效率。对于开关电源来说,效率提高就意味着损耗功率的下降,从而降低电源温升,提高可靠性,节能的效果明显,所以应尽量提高效率。一般来说,输出电压较高的电源的效率比输出低电压的电源高。
2.2.3 电磁兼容性能指标
电磁兼容也是近年来备受关注的问题。电子装置的大量使用,带来了相互干扰的问题,有时可能导致致命的后果,如在飞行的飞机机舱内使用无线电话或便携式电脑,就有可能干扰机载电子设备而造成飞机失事。电磁兼容性包含2方面的内容:
电磁敏感性、电磁干扰分别指电子装置抵抗外来干扰的能力和自身产生的干扰强度。通过制定标准,使每个装置能够抵抗干扰的强度远远大于各自发出的干扰强度,则这些装置在一起工作时,相互干扰导致工作不正常的可能性就比较小,从而实现电磁兼容。
因此,标准化对电磁兼容问题来说十分重要。各国有关电磁兼容的标准很多,并且都形成了一定的体系,在开关电源设计时应考虑相关标准。
3 开关电源的设计步骤
开关电源的设计一般采用模块化的设计思想,其设计步骤是:
1)首先从明确设计性能指标开始,然后根据常规的设计要求选择一种开关电源的拓扑结构、开关工作频率确定设计的难点,依据输出功率的要求选择半导体器件的型号;
2)变压器和电感线圈的参数计算,磁性材料设计是一个优质的开关电源设计的关键,合理的设计对开关电源的性能指标以及工作可靠性影响极大;
3)设计选择输出整流器和滤波电容;
4)选择功率开关的驱动控制方式,最好选用能实现PWM控制的集成电路芯片,也可利用单片机实现PWM控制;
5)设计反馈调节电路;
6)根据设计要求设计过电压、过电流和紧急保护电路;
7)根据热分析设计散热器;
8)设计实验电路的PCB板和电源的结构,组装、调试,测试所有的性能指标;