(完整版)開(kāi)關(guān)電源的用途

1、開(kāi)關(guān)電源的用途開(kāi)關(guān)電源 產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制、軍工設(shè)備、科研設(shè)備、LED照明、工控設(shè)備、通訊設(shè)備、電力設(shè)備、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、半導(dǎo)體制冷制熱、空氣凈化器，電子冰箱，液晶顯示器，LED燈具,通訊設(shè)備，視聽(tīng)產(chǎn)品，安防，電腦機(jī)箱，數(shù)碼產(chǎn)品和儀器類(lèi)等領(lǐng)域開(kāi)關(guān)電源的主要類(lèi)型和分類(lèi)開(kāi)關(guān)電源的主要類(lèi)型現(xiàn)代開(kāi)關(guān)電源 有兩種:一種是直流開(kāi)關(guān)電源；另一種是 交流開(kāi)關(guān)電源。這里主要介紹的只是直流開(kāi)關(guān)電源，其功能是將 電能質(zhì)量較差的原生態(tài)電源（粗電），如市電電源或蓄 電池電源、轉(zhuǎn)換成滿(mǎn)足設(shè)備要求的質(zhì)量較高的直流電壓（精電）。直流開(kāi)關(guān)電源的核心是 DC/DC轉(zhuǎn)換器。因此直流開(kāi)關(guān)電源的分類(lèi)是依賴(lài)DC/DC轉(zhuǎn)換器

2、分類(lèi)的。也就是說(shuō)，直流開(kāi)關(guān)電源的分類(lèi)與 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的分類(lèi)是基本相同的，DC/DC轉(zhuǎn)換器的分類(lèi)基本上就是直流開(kāi)關(guān)電源的分類(lèi)。直流DC/DC轉(zhuǎn)換器按輸入與輸出之間是否有 電氣隔 邕可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)是有隔離的稱(chēng)為隔離式 DC/DC轉(zhuǎn)換器；另 一類(lèi)是沒(méi)有隔離的稱(chēng)為非隔離 式DC/DC轉(zhuǎn)換器隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器也可以按有源功率器件的個(gè)數(shù) 來(lái)分類(lèi)。單管的 DC/DC轉(zhuǎn)換器有正激式(Forward)和反激式 (Flyback )兩種。雙管 DC/DC 轉(zhuǎn)換器 有雙管正激式 (DoubleTransistor Forward Converter), 雙管 反激式 (Double Transistr

3、 Flyback Converter)、推挽式(Push-Pull Converter) 和 半橋式(Half-Bridge Converter)四種。四管 DC/DC轉(zhuǎn)換器就是 全橋 DC/DC 轉(zhuǎn)換器(Full-Bridge Converter )。非隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器，按有源功率器件的個(gè)數(shù)，可以分為單管、雙管和四管三類(lèi)。單管 DC/DC轉(zhuǎn)換器共有六種，即降壓 式(Buck) DC/DC轉(zhuǎn)換器，升壓式(Boost) DC/DC轉(zhuǎn)換器、升 壓降壓式(Buck Boost) DC/DC轉(zhuǎn)換器、Cuk DC/DC 轉(zhuǎn)換器、Zeta DC/DC 轉(zhuǎn)換器和 SEPIC DC/DC 轉(zhuǎn)換器。在這六

4、種單管DC/DC轉(zhuǎn)換器中，Buck和Boost式DC/DC轉(zhuǎn)換器是基本的，Buck-Boost、 Cuk、Zeta、SEPIC式DC/DC 轉(zhuǎn)換器是從中派生出來(lái)的。雙管 DC/DC轉(zhuǎn)換器有雙管串接的升壓式( Buck-Boost) DC/DC轉(zhuǎn)換 器。四管DC/DC轉(zhuǎn)換器常用的是全橋DC/DC轉(zhuǎn)換器(Full-BridgeConverter）。開(kāi)關(guān)電源的分類(lèi)自激式是無(wú)須外加信號(hào)源能自行振蕩，自激式完全可以把它看作是 一個(gè)變壓器反饋式振蕩電路。微型低功率開(kāi)關(guān)電源320W單組開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)電源正在走向大眾化，微型化。開(kāi)關(guān)電源將逐步取代變 壓器在生活中的所有應(yīng)用，低功率微型開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用要首先體 現(xiàn)在

5、，數(shù)顯表、智能電表、手機(jī)充電器等方面。現(xiàn)階段國(guó)家在大 力推廣智能電網(wǎng)建設(shè)，對(duì)電能表的要求大幅提高，開(kāi)關(guān)電源將逐 步取代變壓器在電能表上面的應(yīng)用。它激式則完全依賴(lài)于外部維持振蕩，在實(shí)際應(yīng)用中它激式應(yīng)用比較廣泛。根據(jù)激勵(lì)信號(hào)結(jié)構(gòu)分類(lèi)； 可分為脈沖調(diào)寬和脈沖調(diào)幅兩種, 脈沖調(diào)寬是控制信號(hào)的寬度，也就是頻率，脈沖調(diào)幅控制信號(hào)的 幅度，兩者的作用相同都是使振蕩頻率維持在某一范圍內(nèi)，達(dá)到 穩(wěn)定電火的效果。變壓器的繞組一般可以分成三種類(lèi)型，一組是 參與振蕩的初級(jí)繞組，一組是維持振蕩的反饋繞組，還有一組是 負(fù)載繞組。比如在家用電器中使用的上海正藝科技生產(chǎn)的開(kāi)關(guān)電源，將220V的交流電經(jīng)過(guò)橋式整流,變換成300

6、V左右的直流電， 濾波后進(jìn)入變壓器后加到開(kāi)關(guān)管的集電極進(jìn)行高頻振蕩，反饋繞 組反饋到基極維持電路振蕩，負(fù)載繞組感應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng) 整流、 濾波、穩(wěn)壓得到的 直流電壓 給負(fù)載提供電能。負(fù)載繞組在提供電 能的同時(shí)，也肩負(fù)起穩(wěn)定電壓的能力，其原理是在電壓輸出電路 接一個(gè)電壓取樣裝置，監(jiān)測(cè)輸出電壓的變化情況，及時(shí)反饋給振 蕩電路調(diào)整振蕩頻率，從而達(dá)到穩(wěn)定電壓的目的，為了避免電路 的干擾,反饋回振蕩電路的電壓會(huì)用 光電耦合器 隔離。開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展動(dòng)向和未來(lái)趨勢(shì)開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展動(dòng)向開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。由于開(kāi)關(guān)電源輕、小、薄的關(guān)鍵技術(shù)是高頻化，因此國(guó)外各大開(kāi)關(guān)電源制造

7、商都致力于同步開(kāi)發(fā)新型高智能化的元器件，特別是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體（Mn?Zn）材料上加大科技創(chuàng)新，以提高在高頻率和較大磁通密度（Bs）下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。SMT技術(shù)的應(yīng)用使得開(kāi)關(guān)電源取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，在電路板兩面布置元器 件，以確保開(kāi)關(guān)電源的輕、小、薄。開(kāi)關(guān)電源的高頻化就必然對(duì) 傳統(tǒng)的PWMF關(guān)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新， 實(shí)現(xiàn)ZVS ZCS的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)已成 為開(kāi)關(guān)電源的主流技術(shù)，并大幅提高了開(kāi)關(guān)電源的工作效率。對(duì) 于高可靠性指標(biāo)，美國(guó)的開(kāi)關(guān)電源生產(chǎn)商通過(guò)降低運(yùn)行電流，降 低結(jié)溫等措施以減少器件的應(yīng)力，使得產(chǎn)品的可靠性大大提高。模塊化是開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的總體趨

8、勢(shì)，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)，可以設(shè)計(jì)成N+1冗余電源 系統(tǒng)、并實(shí)現(xiàn)并聯(lián)方式的容量擴(kuò)展。針對(duì)開(kāi)關(guān)電源運(yùn)行噪聲大這一缺點(diǎn).若單獨(dú)追求高頻化其噪聲也必將隨著增大，而采用部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù)，在理論上即可實(shí)現(xiàn)高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用仍存在著技術(shù)問(wèn)題，故仍需在這一領(lǐng)域開(kāi)展大量的工作，以使得該項(xiàng)技術(shù)得以實(shí)用化。開(kāi)關(guān)電源的未來(lái)趨勢(shì)目前，開(kāi)關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè) 飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。目前市場(chǎng)上出售的開(kāi)關(guān)電源中采用雙極性晶體管制成的100kHz、用MOS FE

9、T制成的500kHz電源，雖已實(shí)用化，但其頻率有待進(jìn)一步提高。 要提高開(kāi)關(guān)頻率，就要減少開(kāi)關(guān)損耗，而要減少開(kāi)關(guān)損耗，就需要有高速開(kāi)關(guān)元器件。然而，開(kāi)關(guān)速度提高后，會(huì)受電路中分布電感和電容或二極管中存儲(chǔ)電荷的影響而產(chǎn)生浪涌或噪聲。這樣，不僅會(huì)影響周?chē)娮釉O(shè)備，還會(huì)大大降低電源本身的可靠性。其中，為防止隨開(kāi)關(guān)啟-閉所發(fā)生的 也浪涌,可采用R-C或L-C緩沖器，而對(duì)由二極管存儲(chǔ)電荷所致的電流浪涌可采用非晶態(tài)等磁芯制成的磁緩沖器。不過(guò)，對(duì) 1MHz以上的高頻，要采用諧振電路，以使開(kāi)關(guān)上的電壓或通過(guò)開(kāi)關(guān)的電流呈正弦波，這樣既可減少開(kāi)關(guān)損耗，同時(shí)也可控制浪涌的發(fā)生。這種開(kāi)關(guān)方式稱(chēng)為諧振式開(kāi)關(guān)。目前對(duì)這種開(kāi)

10、關(guān)電源的研究很活躍，因?yàn)椴捎眠@種方式不需要大幅度提高開(kāi)關(guān)速度就可以在理論上把開(kāi)關(guān)損耗降到零，而且噪聲也小，可望成為開(kāi)關(guān)電源高頻化的一種主要方式。當(dāng)前，世界上許多國(guó)家都在致力于數(shù)兆Hz的變換器的實(shí)用化研究。開(kāi)關(guān)電源控制原理框圖開(kāi)關(guān)電源大致由輸入電路、變換器、控制電路、輸出電路四個(gè)主體組成。如果細(xì)致劃分，它包括：輸入濾波、輸入整流、生I電路、采樣、基準(zhǔn)電源、比較放大、震蕩器、V/F轉(zhuǎn)換、基極驅(qū)動(dòng)、輸出整流、輸 出濾波電路等。實(shí)際的開(kāi)關(guān)電源還要有保護(hù)電路、功率因素校正電路、 同步整流驅(qū)動(dòng)電路及其它一些輔助電路等。輸出過(guò)壓保護(hù).1I開(kāi)關(guān)電源電路方框圖開(kāi)關(guān)電源原理所謂開(kāi)關(guān)電源，故名思議，就是這里有一扇門(mén)

11、，一開(kāi)門(mén)電源就通過(guò), 一關(guān)門(mén)電源就停止通過(guò)，那么什么是門(mén)呢，開(kāi)關(guān)電源里有的采用可控硅，有的采用開(kāi)關(guān)管，這兩個(gè)元器件性能差不多，都是靠基極、（開(kāi)關(guān)管）控制極（可控硅）上加上脈沖信號(hào)來(lái)完成導(dǎo)通和截止的，脈沖信號(hào)正半周到來(lái)，控制極上電壓升高，開(kāi)關(guān)管或可控硅就導(dǎo)通，由220V 整流、濾波后輸出的300V 電壓就導(dǎo)通，通過(guò)開(kāi)關(guān)變壓器傳到次級(jí)，再通過(guò)變壓比將電壓升高或降低，供各個(gè)電路工作。振蕩脈沖負(fù)半周到來(lái)，電源調(diào)整管的基極、或可控硅的控制極電壓低于原來(lái)的設(shè)置電壓，電源調(diào)整管截止，300V 電源被關(guān)斷，開(kāi)關(guān)變壓器次級(jí)沒(méi)電壓， 這時(shí)各電路所需的工作電壓，就靠次級(jí)本路整流后的濾波電容放電來(lái)維持。待到下一個(gè)脈沖

12、的周期正半周信號(hào)到來(lái)時(shí)，重復(fù)上一個(gè)過(guò)程。 這個(gè)開(kāi)關(guān)變壓器就叫高頻變壓器，因?yàn)樗墓ぷ黝l率高于50HZ低頻。 那么推動(dòng)開(kāi)關(guān)管或可控硅的脈沖如何獲得呢，這就需要有個(gè)振蕩電路產(chǎn)生，我們知道，晶體三極管有個(gè)特性，就是基極對(duì)發(fā)射極電壓是 0.65-0.7V 是放大狀態(tài)，0.7V 以上就是飽和導(dǎo)通狀態(tài)，-0.1V-0.3V 就工作在振蕩狀態(tài)，那么其工作點(diǎn)調(diào)好后，就靠較深的負(fù)反饋來(lái)產(chǎn)生負(fù)壓，使振蕩管起振，振蕩管的頻率由基極上的電容充放電的時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)決定，振蕩頻率高輸出脈沖幅度就大，反之就小，這就決定了電源調(diào)整管的輸出電壓的大小。那么變壓器次級(jí)輸出的工作電壓如何穩(wěn)壓呢，一般是在開(kāi)關(guān)變壓器上，單繞一組線(xiàn)圈，在其

13、上端獲得的電壓經(jīng)過(guò)整流濾波后，作為基準(zhǔn)電壓，然后通過(guò)光電耦合器，將這個(gè)基準(zhǔn)電壓返回振蕩管的基極，來(lái)調(diào)整震蕩頻率的高低，如果變壓器次級(jí)電壓升高，本取樣線(xiàn)圈輸出的電壓也升高，通過(guò)光電耦合器獲得的正反饋電壓也升高，這個(gè)電壓加到振蕩管基極上，就使振蕩頻率降低， 起到了穩(wěn)定次級(jí)輸出電壓的穩(wěn)定，太細(xì)的工作情況就不必細(xì)講了，也沒(méi)必要了解的那么細(xì)的，這樣大功率的電壓由開(kāi)關(guān)變壓器傳遞，并與后級(jí)隔開(kāi)，返回的取樣電壓由光耦傳遞也與后級(jí)隔開(kāi)，所以前級(jí)的市電電壓，是與后級(jí)分離的，這就叫冷板，是安全的，變壓器前的電源是獨(dú)立的，這就叫開(kāi)關(guān)電源。本課程的內(nèi)容和意義本課程內(nèi)容本課題主要是研究落差比較大的dc-dc 變換器， 所

14、謂落差大是指輸入和輸出的落差比較大，輸入約直流550-800V,而輸出為直流24V.要求做到輸入電壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí)輸出基本不變，也就是說(shuō)靠改變占空比調(diào)節(jié)輸出的效果要好，適當(dāng)改變負(fù)載也能使輸出基本保持不變，具有過(guò)電流保護(hù)的功能并且能夠設(shè)定電流保護(hù)閥值。因?yàn)檩斎霝橹绷鞲唠妷簽楸Ｗo(hù)起鑒采用繼電聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)啟動(dòng)并有裝機(jī)的過(guò)程； 因?yàn)橐舐洳畲篌w積小所以采用高頻隔離變壓器，勢(shì)必要解決諧波干擾所造成的各種損耗，尤其是開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)損耗，變壓器的鐵耗銅耗，優(yōu)化設(shè)計(jì)提高效率。具體電路根據(jù)大電壓落差 DC/D嚷?lián)Q的要求及特點(diǎn)，本文采用SG3525電壓控制模式控制器，設(shè)計(jì)了一種基于電壓型脈寬調(diào)制控制技術(shù)的半橋式隔離開(kāi)關(guān)電源。具輸入電壓為直流600V,輸出電壓為直流24V,最大輸出電流10A工作頻率50kHz本課程意義落差比較大的dc-dc 電源變換器，應(yīng)用在比較特殊的場(chǎng)合，如煤礦下采煤車(chē)的照明，直接利用高