開關電源的基本概念和分析方法電感電容ppt課件

1、什么是什么是Power Supply?Power Supply負載Vin, IinPower Supply是一種提供電力能源的設備，它可以將一種電力能源形式轉換成另外一種電力能源形式，并能對其進行控制和調節(jié)。上級電能形式Vo, Io f, phasef, phase根據(jù)轉換的形式分類: AD/DC, DC/DC, DC/AC, AC/AC根據(jù)轉換的方法分類: 線性電源，相控電源，開關電源根據(jù)調控的效果分類: 穩(wěn)壓， 恒流， 調頻，調相根據(jù)調控的方法分類: 傳統(tǒng)反饋控制，矢量控制，數(shù)位控制什么是什么是Switching Mode Power Supply?有源開關有源開關(Switch)二極管二

2、極管(Diode)電感器電感器(Inductor)電容器電容器(Capacitor)電阻器電阻器(Resistor)開關電源開關電源(Switching Power)開關工作主動控制功率流向與流量單向導電被動控制功率流向以電流形式儲能以電壓形式儲能不在功率回路中除出現(xiàn)線性電源線性電源 (Linear Power)線性工作控制功率流量單向導電被動控制濾波等輔助作用濾波等輔助作用消耗功率調節(jié)電壓VinVoVinVoRRxVo=Vin*Rx/(R+Rx)Vo=?LCLCVo=Vin*DD基本電子元件在開關電源中所起的作用線性電源線性電源(Linear Power)開關電源開關電源 (Switchin

3、g Power)開關電源的基本元件：開關電源的基本元件：有源開關有源開關(Switch)二極管二極管(Diode)電感電感(Inductor)電容器電容器(Capacitor)變壓器變壓器(Transformer)+ u(t) -i(t)dttduCti)(1)(電容的基本方程電容的基本方程1. 當一電流流經(jīng)電容當一電流流經(jīng)電容, 電容兩端的電壓逐漸增加電容兩端的電壓逐漸增加, 并且電容量越大電流增加并且電容量越大電流增加越慢越慢.CItU CI+U- 2. 在穩(wěn)態(tài)工作的開關電源中流經(jīng)電容的電流對時間的積分為零。在穩(wěn)態(tài)工作的開關電源中流經(jīng)電容的電流對時間的積分為零。I+I-AB面積A=面積B+

4、 u(t) -i(t)dttdiLtu)()(電感的基本方程電感的基本方程1. 當一電感突然加上一個電壓時當一電感突然加上一個電壓時, 其中的電流逐漸增加其中的電流逐漸增加, 并且電感量越大電并且電感量越大電流增加越慢流增加越慢.2. 當一電感上的電流突然中斷當一電感上的電流突然中斷, 在其兩端會產(chǎn)生一瞬時高壓在其兩端會產(chǎn)生一瞬時高壓, 并且電感量越并且電感量越大該電壓越高大該電壓越高LUtI ULI+U-LItLIU電感的伏秒平衡原則：電感的伏秒平衡原則：dttdiLtu)()(u(t)i(t)V+V-t1t2LttVdttuLItt)()(10110t0)()(1201ttVttVII對穩(wěn)

5、定狀態(tài)IILttVdttuLItt)()(11221伏秒平衡原則伏秒平衡原則: 在穩(wěn)態(tài)工作的開關電源中電感兩端的正伏秒在穩(wěn)態(tài)工作的開關電源中電感兩端的正伏秒值等于負伏秒值值等于負伏秒值.V+V-ABV+V-AB面積A=面積B分析開關電源中電容和電感的幾條原則：分析開關電源中電容和電感的幾條原則：電容兩端的電壓不能突變 (當電容足夠大時,可認為其電壓不變)。電感中的電流不能突變 (當電感足夠大時,可認為其電流恒定不變)。流經(jīng)電容的電流平均值在一個開關周期內(nèi)為零。電感兩端的伏秒積在一個開關周期內(nèi)必須平衡。dttduCti)(1)(dttdiLtu)()(TUIL*TIUC*恒流充電恒壓儲能兩個有用

6、的公式：兩個有用的公式：C:L:Buck電路工作原理分析：電路工作原理分析：VinVoDLIoSSULILVin-Vo-VooIIoD1-DT根據(jù)L的伏秒平衡原則：(Vin-Vo)*DT=Vo*(1-D)TVo=Vin *DL*Io=Vo *(1-D)TIs根據(jù)L在1-D時間的基本方程：Io=Vo *(1-D)T/LBuck電路的輸入輸出關系：電路的輸入輸出關系：00.10.20.30.40.50.60.70.80.9100.10.20.30.40.50.60.70.80.9110Vo D()10DVo/Vin = DBoost電路工作原理分析：電路工作原理分析：VinVoLIoSSULILV

7、inVo-VinD1-DT根據(jù)L的伏秒平衡原則：Vin*DT=(Vo-Vin)*(1-D)TVin *T=(1-D)TVoIsDVo=Vin/(1-D)IDIo00.10.20.30.40.50.60.70.80.91012345678910101Vo D()10DVo/Vin =1/(1-D)Boost電路的輸入輸出關系：電路的輸入輸出關系：理想變壓器的基本方程：理想變壓器的基本方程：理想變壓器模型：變壓器繞組完全耦合變壓器無氣隙且磁芯的導磁率無窮大I1N1N2u1u2I2電壓基本方程:dtdNu111N2N1dtdNu222212121NNuu電流基本方程:HdlINiiiBH 0iiiI

8、N1221NNII理想變壓器個繞組的電壓與匝數(shù)成正比，且同名端具有相同極性；各繞組電流與匝數(shù)乘積之和為零，即電流的變比與匝比成反比，且極性相反點進點出原則）。實際變壓器的分析方法：實際變壓器的分析方法：變壓器繞組不是完全耦合I1I1N2N112k21LkLmkkL2. 變壓器有氣隙或磁芯的導磁率有限0HdlINiiiI2Im當副邊開路時I2=0mINHdl1Im即為原邊電感Lm副邊不存在或開路時的電感產(chǎn)生的電流，Lm稱為激磁電感或勵磁電感k可以認為是由原邊串聯(lián)的電感Lk產(chǎn)生,其大小為副邊短路時原邊所測得的電感量， Lk稱為變壓器的漏感。實際變壓器的等效模型：實際變壓器的等效模型：理想變壓器漏感

9、Lk激磁電感Lm變壓器的伏秒平衡原則變壓器的伏秒平衡原則: 在穩(wěn)態(tài)工作過程中變壓器繞組在穩(wěn)態(tài)工作過程中變壓器繞組兩端的正伏秒值等于負伏秒值兩端的正伏秒值等于負伏秒值.V+V-ABV+V-AB面積A=面積B理想變壓器的電路變換關系：理想變壓器的電路變換關系：u1u2I2n:1I1Ru1I1Ru2=I2Ru1=nu2I1=I2/nR= u1/I1=(nu2)/(I2/n)=n2R電壓電流電阻電容電感功率副邊數(shù)值UIRCLP原邊等校值nUI/nn2Rn2Cn2LPNs:Np=n:1正激變換器正激變換器Forward工作原理分析：工作原理分析：Io(Vin/n-Vo)DT=Vo(1-D)Tn:n:1V

10、inVoLGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVin2VinTr根據(jù)電感的伏秒平衡：Vo=VinD/n根據(jù)變壓器的伏秒衡：VinDT=VinTrTr=DTTr (1-D)TD50%IL 根據(jù)電感的儲能關系：LIL = (1-D)T*Vo IL = (1-D)T*Vo/L IpIL00.10.20.30.40.50.60.70.80.9100.10.20.30.40.50.60.70.80.9110Vo D()10D正激變換器的輸入輸出關系正激變換器的輸入輸出關系:Vo=VinD/n反激變換器反激變換器Flyback工作原理分析：工作原理分析：IoVinVoGDSVgsIDVdsD1-DTIpVLIoVin-nVoLmVinVin+nV o根據(jù)變壓器的伏秒平衡：DImn:1TDnVoDTVin)1 (*)1 (*DnDVinVo)1 (DVinnVoVinVdsVdsVoD,00.10.20.30.40.50.60.70.80.91012345678910100Vo D()Vds D()10D反激變換器的輸入輸出關系：反激變換器的輸入輸出關系：)1 (*DnDVinVo)1 (DVinnVoVinVds小小 結結開關電源功率電路的五個基本元件：