艾默生開關(guān)電源基礎(chǔ)

1、HUAWEI匯報提綱匯報提綱1真誠地感謝您真誠地感謝您對艾默生支持對艾默生支持HUAWEI匯報提綱匯報提綱2主 講 人：韓 波職 務(wù)：聯(lián)系電話UAWEI匯報提綱匯報提綱3HUAWEI匯報提綱匯報提綱4開關(guān)電源發(fā)展里程開關(guān)電源發(fā)展里程HUAWEI匯報提綱匯報提綱5簡單電源相控電源線性電源開關(guān)電源開關(guān)電源發(fā)展里程開關(guān)電源發(fā)展里程HUAWEI匯報提綱匯報提綱6 線性穩(wěn)壓電源原理線性穩(wěn)壓電源原理線 性 穩(wěn) 壓 電 源 是 指 完 成 電 壓 調(diào) 整 功 能 的 器 件 始 終 工 作 在 于 線 性 放 大 區(qū) 的 一 種 直流 穩(wěn) 壓 電 源 ， 是 發(fā) 展 最 早 應(yīng) 用

2、 最 廣 的 一 種 電 源變壓器整流濾波串聯(lián)晶體管基準電壓采樣電壓Vo誤差放大器HUAWEI匯報提綱匯報提綱7idutrdudu2 相控穩(wěn)壓電源原理相控穩(wěn)壓電源原理u20wtHUAWEI匯報提綱匯報提綱8 誤差 放大器電壓/脈沖轉(zhuǎn)換器 電網(wǎng)濾波整流濾波基準電壓采樣電壓Vo 開關(guān)穩(wěn)壓電源是指電壓調(diào)整功能的器件以開關(guān)方式進行工作的一種直流穩(wěn)壓電源，在此主要指利用高頻開關(guān)功率器件通過變換技術(shù)而制成的高頻開關(guān)直流穩(wěn)壓電源，簡稱開關(guān)電源 開關(guān)穩(wěn)壓電源原理開關(guān)穩(wěn)壓電源原理HUAWEI匯報提綱匯報提綱9 線性穩(wěn)壓電源線性穩(wěn)壓電源: 功率轉(zhuǎn)換效率為 2040，發(fā)熱損耗嚴重，體積大，重量重，功率體積系數(shù)為 2

3、030w/dm3，對電網(wǎng)電壓及頻率大范圍變化的適應(yīng)性較差，輸出電壓保持時間僅有 5ms，電壓負載穩(wěn)定度低，但線性穩(wěn)壓電源具有線路簡單、動態(tài)響應(yīng)快、干擾小、穩(wěn)壓性能好等優(yōu)點。 開關(guān)穩(wěn)壓電源開關(guān)穩(wěn)壓電源: 與線性穩(wěn)壓電源相比，轉(zhuǎn)換效率為6590，發(fā)熱少，體積小，重量輕，功率體積系數(shù)為60100w/dm3，對電網(wǎng)電壓及頻率大范圍變化具有較強的適應(yīng)性，輸出電壓保持時間較長為20ms，電壓負載穩(wěn)定度高，但控制線路較復(fù)雜。 線性、開關(guān)穩(wěn)壓電源特點線性、開關(guān)穩(wěn)壓電源特點相控穩(wěn)壓電源：相控穩(wěn)壓電源：工頻變壓器體積龐大，晶閘管整流電路功率因數(shù)低， 噪音大。HUAWEI匯報提綱匯報提綱10HUAWEI匯報提綱匯報

4、提綱11基本變換器基本變換器-BUCK電路電路Buck 變換器R C D1L VsT HUAWEI匯報提綱匯報提綱12基本變換器基本變換器-BOOST電路電路Boost 變換器TC VsL R D1HUAWEI匯報提綱匯報提綱13單端正激型變換電路 單端正激型變換電路和電路中變壓器初級與次級繞組極性如圖所示。 為了有效地傳遞能量，在輸出電路中，必須有儲能元件電感 L單端正激型變換電路工作過程如下：當功率管 T 導(dǎo)通時，根據(jù)圖中變壓器所示極性，二極管 D2處于正向偏置，同時把能量儲存在電感 L 中，此時二極管 D1處于反向偏置。T 管截止時，輸出回路中儲存在電感中的能量通過續(xù)流二極管 D3繼續(xù)傳

5、遞給負載 R1。 帶變壓隔離器帶變壓隔離器DC-DC變換電路變換電路HUAWEI匯報提綱匯報提綱14雙正激型變換電路當負載要求較大功率時，通常采用雙正激型變換電路， 當功率管 T1、T2 導(dǎo)通時，根據(jù)圖中變壓器所示極性，二極管 D3處于正向偏置，同時把能量儲存在電感 L 中，此時二極管 D1、處于反向偏置。T、管截止時，、管導(dǎo)通，將變壓器中的剩磁反饋給電網(wǎng)，輸出回路中儲存在電感中的能量通過續(xù)流二極管 D繼續(xù)傳遞給負載。 由于單端正激型開關(guān)穩(wěn)壓電源具有電壓調(diào)整率低，帶負載能力強，輸出電壓紋波小，電路結(jié)構(gòu)簡單，方便實現(xiàn)多路輸出的優(yōu)點。但單端正激型開關(guān)穩(wěn)壓電源的主要缺點是高頻變壓器鐵芯僅工作于 BH

6、 曲線的一側(cè)，因而利用率和效率都很低，D1T2T1U1D2TD3DCLUo 帶變壓隔離器帶變壓隔離器DC-DC變換電路變換電路HUAWEI匯報提綱匯報提綱15全橋式變換電路全橋式變換電路 帶變壓隔離器帶變壓隔離器DC-DC變換電路變換電路HUAWEI匯報提綱匯報提綱16HUAWEI匯報提綱匯報提綱17 開關(guān)穩(wěn)壓電源原理圖開關(guān)穩(wěn)壓電源原理圖電路主要包括兩部分。一是功率變換電路，由功率開關(guān)管和輸出變壓器構(gòu)成。二是控制電路，由基準振蕩、檢測放大、脈沖調(diào)制及分頻驅(qū)動電路等組成。HUAWEI匯報提綱匯報提綱18基本概念基本概念PWMPWM-脈寬調(diào)制法（Pulse-Width Modulation)這一技

7、術(shù)主要是在主電路工作周期不變的情況下，通過改變功率管的導(dǎo)通截止時間，以控制輸出電壓穩(wěn)定在預(yù)先確定的電壓值上，PWM 方式提供了優(yōu)越的性能如：良好的線性、負載調(diào)整率高以及溫度變化過程具有較高的穩(wěn)定性等。HUAWEI匯報提綱匯報提綱19常用術(shù)語常用術(shù)語占空比開關(guān)頻率穩(wěn)壓精度均流EMC HUAWEI匯報提綱匯報提綱20HUAWEI匯報提綱匯報提綱21傳統(tǒng)傳統(tǒng)PWM控制（硬開關(guān)）控制（硬開關(guān)）硬開關(guān)模式硬開關(guān)模式U Ui iP = i P = i * * U = 0 U = 0U Ui iP = I P = I * * U = 0 U = 0開關(guān)過程損耗大，開關(guān)器件頻率較低，開關(guān)過程損耗大，開關(guān)器件頻

8、率較低，幾幾KHZ-KHZ-二十二十KHZKHZ，以避免較大的開關(guān)損耗。，以避免較大的開關(guān)損耗。HUAWEI匯報提綱匯報提綱22諧振技術(shù)諧振技術(shù)諧諧 振振 技技 術(shù)術(shù)( (ZCS,ZVS)ZCS,ZVS) 器件工作電流峰值大器件工作電流峰值大 變頻控制變頻控制國外電源多采用此技術(shù)國外電源多采用此技術(shù)L1C1S諧振電路諧振電路VIVVII P（開關(guān)損耗接近期望值）HUAWEI匯報提綱匯報提綱23軟開關(guān)技術(shù)軟開關(guān)技術(shù)U Ui iP P0 0 PS系列電源采用的開關(guān)技術(shù)軟開關(guān)技術(shù).定頻.應(yīng)力小.與器件結(jié)合 MOSFET ZVS ON IGBT ZCS OFFHUAWEI匯報提綱匯報提綱24功率因數(shù)校

9、正功率因數(shù)校正功率因數(shù)定義功率因數(shù)定義在正弦交流電路中，交流電壓和交流電流均為同頻率的正弦波，電路的功率因素定義為:功率因數(shù) = 平均功率/視在功率 在單相電路中，平均功率 P=UICos，U相電壓有效值，I相電流有效值，為相電流與相電壓之差，視在功率 S=UI。在對稱三相電路中，平均功率 P=3 UICos，視在功率 S=3UI。 功率因數(shù)電路原理圖功率因數(shù)電路原理圖HUAWEI匯報提綱匯報提綱25提高功率因數(shù)的意義提高功率因數(shù)的意義一般開關(guān)電源通常采用輸入整流和濾波，不帶任何功率因數(shù)校正措施，其功率因數(shù)約為 0.65，若大量采用開關(guān)電流，會使電網(wǎng)電壓波形失真，使三相四線制低壓電網(wǎng)失衡，主要

10、危害：(1)嚴重的諧波電流污染電，干擾其他設(shè)備；(2)輸入電流有效值大，保險絲增大，擴大了昂貴的開關(guān)電源濾波器的規(guī)格；(3)三相四線制，三次諧波在中線上同相位，合成后中線電流很大，可能超過相電流，但中線無保護裝置，可能過熱起火發(fā)生安全危害。 功率因數(shù)對電源系統(tǒng)的影響功率因數(shù)對電源系統(tǒng)的影響HUAWEI匯報提綱匯報提綱26 功率因數(shù)對電源系統(tǒng)的影響功率因數(shù)對電源系統(tǒng)的影響Vii電路圖 輸入電壓電流波形非線性元件和儲能元件結(jié)合，電流波形嚴重畸形，呈脈沖狀嚴重畸形的非正弦電流危害電網(wǎng)，輸入端功率因數(shù)下降HUAWEI匯報提綱匯報提綱27通常有兩種方法對電路進行功率因數(shù)校正：無源 PFC 電路和有源 P

11、FC 電路。無源 PFC 電路工作原理 體積、重量大，難以得到高功率因數(shù) 成本低、可靠性高、EMI 小LR無源濾波器 功率變換電路原理圖功率變換電路原理圖HUAWEI匯報提綱匯報提綱28 -E/A+Z=XY-+乘法器Q1iL,refLoadvo(sensed)vrefveCoVoLiL-E/A+vst瞬時反饋|vs|vs|/k 補償器(a)tonTs開 關(guān) 調(diào) 制VcontrVs iLtiref (b) (c)方式(a)原理圖(b)開關(guān)圖 6-16 平均電流控制調(diào)制信號(c)電感電流波形 功率變換電路原理圖功率變換電路原理圖HUAWEI匯報提綱匯報提綱29有源有源 PFC 電路工作原理電路工作

12、原理(1) 峰值電流控制 峰值電流控制是早期發(fā)展出的一種 PFC 控制方式，是它工作于恒頻開關(guān)方式。(2) 平均電流控制平均電流控制方式是在峰值電流控制方式的基礎(chǔ)上，改進峰值電流控制方式的不足而發(fā)展起來的，現(xiàn)在已經(jīng)成為應(yīng)用最廣泛的一種 PFC 控制方式。 功率變換電路原理圖功率變換電路原理圖1) 控制的準確性高。需要作控制的電量一電感電流平均值直接受控，電感電流波形質(zhì)量好，校正后的功率因數(shù)高，一般可達 0.99 以上，逼近 1。2) 無須斜坡補償。3) 較好的抗噪聲能力?？刂齐娐分凶枞菥W(wǎng)絡(luò)起到抑制干擾尖峰的作用。4) 大大減小了電流過零畸變。 平均電流檢測法特點HUAWEI匯報提綱匯報提綱30

13、軟件均流硬件均流均流原理均流原理集中式電源系統(tǒng)集中式電源系統(tǒng)分布式電源系統(tǒng)分布式電源系統(tǒng)降低單個功率模塊的應(yīng)力應(yīng)用冗余技術(shù)提高系統(tǒng)可靠性原郵電部標準：均流度5%HUAWEI匯報提綱匯報提綱31均流原理均流原理監(jiān)控模塊整流模塊整流模塊整流模塊12N+1監(jiān)控軟件均流控制響應(yīng)速度慢穩(wěn)定性、可靠性HUAWEI匯報提綱匯報提綱32硬件均流硬件均流整流模塊整流模塊整流模塊12N+1均流速度快可靠度高均流原理均流原理HUAWEI匯報提綱匯報提綱33 先進的電力電子技術(shù)先進的電力電子技術(shù) 均流技術(shù)均流技術(shù) 硬件低差自主均流技術(shù)-利用系統(tǒng)本身硬件（均流控制芯片）實現(xiàn)均流功能。 特點：均流建立速度快； 可靠性高 均流不平衡度 3% HUAWEI匯報提綱匯報提綱34HUAWEI匯報提綱匯報提綱35SCRSCR開關(guān)電源常用元器件開關(guān)電源常用元器件GTRGTR開關(guān)器件開關(guān)器件GTOGTOHUAWEI匯報提綱匯報提綱36IGBTIGBT開關(guān)電源常用元器件開關(guān)電源常用元器件MOSFEMOSFET T開關(guān)器件開關(guān)器件MCTMCTHUAWEI匯報提綱匯報提綱37開關(guān)電源常用元器件開關(guān)電源常用元器件磁芯材料磁芯材料電解電容器電解電容器HUAWEI匯報提綱匯報提綱38開關(guān)電源常用元器件開關(guān)電源常用元器件控制電路芯片控制電路芯片UC3854 PFCPF