《直流穩(wěn)壓電源》課件2

直流穩(wěn)壓電源課程目標理解直流穩(wěn)壓電源的工作原理掌握直流穩(wěn)壓電源的基本概念、結構組成、工作原理和應用等。掌握直流穩(wěn)壓電源的設計方法了解直流穩(wěn)壓電源的設計流程、關鍵參數、性能指標和測試方法。了解直流穩(wěn)壓電源的應用場景熟悉直流穩(wěn)壓電源在不同電子設備中的應用，如計算機、手機、醫(yī)療設備等。直流穩(wěn)壓電源的作用穩(wěn)定電壓提供穩(wěn)定的直流電壓，保證電子設備正常工作。保護電路防止過壓、過流、短路等故障對設備造成損壞。提高效率降低能量損耗，提高設備的能量利用率。結構組成直流穩(wěn)壓電源通常由以下幾個主要部分組成：輸入電路整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路輸出電路輸入電路1電源線提供交流電源2保險絲保護電路安全3開關控制電源通斷輸入電路主要負責接收來自交流電源的電能并進行初步處理。電源線將交流電源連接到穩(wěn)壓電源，保險絲用于保護電路在發(fā)生過流或短路時不被損壞，而開關則控制電源的通斷。整流電路單相整流將交流電轉換為脈動直流電。使用二極管或橋式整流器，將正弦波的正半周導通，負半周截止，從而實現整流。三相整流適用于功率較大的直流穩(wěn)壓電源。使用三相橋式整流器，將三相交流電轉換為脈動直流電，輸出直流電壓更穩(wěn)定。整流方式包括半波整流、全波整流、橋式整流、可控硅整流等，根據不同需求選擇合適的整流方式。濾波電路1整流后的直流電壓包含交流成分的脈動直流電壓。2濾波電路作用濾除脈動直流電壓中的交流成分，獲得平滑的直流電壓。3常用濾波電路電容濾波、電感濾波、LC濾波。穩(wěn)壓電路1線性穩(wěn)壓利用三極管或場效應管的放大特性，控制輸出電壓。2開關穩(wěn)壓利用開關器件，將直流電壓轉換為高頻方波，再經過濾波輸出穩(wěn)定直流電壓。3反饋控制通過負反饋調節(jié)，保證輸出電壓穩(wěn)定。輸出電路1濾波去除輸出電壓中的紋波2穩(wěn)壓保持輸出電壓穩(wěn)定3保護防止過流、過壓、短路輸出電路是直流穩(wěn)壓電源的最后環(huán)節(jié)，其主要功能是提供穩(wěn)定的直流電壓給負載。輸出電路通常包含濾波、穩(wěn)壓和保護等功能模塊。負反饋穩(wěn)壓利用輸出電壓的變化來控制輸入電壓。通過反饋電路將輸出電壓與參考電壓比較。誤差放大器放大誤差信號，控制調整管。正負反饋比較負反饋輸出電壓變化時，反饋信號會使控制電路減小輸出，從而穩(wěn)定輸出電壓。正反饋輸出電壓變化時，反饋信號會使控制電路增大輸出，從而放大輸出電壓的變化。開關穩(wěn)壓電源結構開關穩(wěn)壓電源的核心是開關器件，通過開關器件的通斷控制來調節(jié)輸出電壓。開關穩(wěn)壓電源通常包含以下幾部分：-輸入電路：濾除輸入電壓中的噪聲和干擾，并提供所需的直流電壓。-控制電路：控制開關器件的通斷狀態(tài)，以實現對輸出電壓的穩(wěn)定調節(jié)。-輸出電路：濾除輸出電壓中的紋波和噪聲，并提供所需的負載電流。PWM控制原理脈沖寬度調制PWM是通過改變脈沖寬度來控制輸出電壓或電流的技術。占空比占空比是指脈沖寬度占整個周期時間的比例。平均值通過改變占空比，可以改變輸出信號的平均值。功率拓撲結構BUCK降壓變換器，將較高電壓轉換為較低電壓。廣泛應用于手機、筆記本電腦等設備。BOOST升壓變換器，將較低電壓轉換為較高電壓。應用于電動汽車、太陽能電池板等。BUCK-BOOST升降壓變換器，既可以降壓也可以升壓。常用于電池供電系統，實現電壓調節(jié)。變換器工作模式1連續(xù)導通模式(CCM)電流始終流過開關器件2臨界導通模式(CrCM)電流在開關周期內間斷地流過3斷續(xù)導通模式(DCM)電流在開關周期內完全斷開變壓器設計變壓器類型選擇適合應用場景的變壓器類型，例如：環(huán)形變壓器、EI型變壓器等。繞組設計確定繞組的匝數、線徑和排列方式，以滿足輸出電壓和電流要求。磁芯選擇根據變壓器的功率、頻率和工作溫度等因素選擇合適的磁芯材料。磁芯選擇1磁芯材料根據工作頻率、功率、溫度等因素選擇合適的磁芯材料，例如鐵氧體、鐵粉芯、金屬磁芯等。2磁芯尺寸根據變壓器功率和工作電流確定磁芯的尺寸，以保證磁芯的磁通密度和散熱性能。3磁芯結構根據變壓器結構和繞線方式選擇合適的磁芯結構，例如EE型、E型、EI型等。換流管選擇MOSFET高頻性能好，開關速度快，適用于高頻開關電源IGBT功率容量大，開關損耗低，適用于大功率開關電源雙極型晶體管價格低廉，但開關速度慢，適用于低頻開關電源電感設計電感值選擇根據電源輸出電流和頻率選擇合適的電感值。電流容量電感需要承受的最大電流要大于電源輸出電流。溫度性能電感工作溫度要滿足電源工作環(huán)境要求。輸出電容選擇容量根據負載電流和紋波電壓要求選擇合適的電容容量。耐壓電容的耐壓值應高于電源的輸出電壓，一般建議選擇1.5倍的輸出電壓。ESRESR越低越好，可以降低紋波電壓和提高電源效率。保護電路設計過流保護防止過大的電流損壞電源器件。過壓保護防止過高的電壓損壞電源器件。短路保護防止電源短路，避免過大的電流產生。溫度保護防止電源過熱，保證正常工作溫度。熱管理設計1散熱需求根據功率損耗，確定散熱需求。2散熱方案選擇合適的散熱器類型，如風冷、水冷等。3熱量分布分析熱量的分布，確保散熱均勻。4溫度監(jiān)控設置溫度傳感器，監(jiān)控工作溫度。電源管理IC選型電壓范圍選擇與應用電壓范圍相匹配的IC，確保穩(wěn)定工作。電流能力根據負載電流需求選擇足夠電流能力的IC，避免過載。工作頻率選擇合適的頻率以滿足效率、噪聲和尺寸要求。封裝類型選擇與電路板設計兼容的封裝類型，方便焊接和安裝。噪聲抑制措施濾波器使用低通濾波器，以抑制高頻噪聲，提高輸出信號質量。屏蔽對敏感電路進行屏蔽，防止外部電磁干擾的影響，例如使用金屬屏蔽罩。接地良好的接地可以降低噪聲的耦合，提高電源系統的抗干擾能力。電源效率分析直流穩(wěn)壓電源的效率是衡量其性能的重要指標之一。效率是指輸出功率與輸入功率的比值。電源設計實例以一個12V/5A的直流穩(wěn)壓電源為例，設計步驟如下：確定電源規(guī)格參數，包括輸出電壓、電流、效率、紋波等選擇合適的拓撲結構和控制方式設計變壓器、電感、電容等主要器件設計保護電路和熱管理進行電路仿真和性能測試電源性能測試1負載測試驗證電源在不同負載條件下的輸出電壓、電流穩(wěn)定性。2效率測試測量電源的轉換效率，評估其能量利用率。3紋波測試評估電源輸出電壓的紋波大小，確保穩(wěn)定性。4噪聲測試測量電源產生的電磁干擾，確保符合相關標準。電源測量儀器數字萬用表測量電壓、電流、電阻等參數，是基本的電源測試儀器。示波器觀察電源輸出波形，檢測電壓紋波、頻率等參數。負載測試儀模擬不同負載情況，測試電源的輸出能力和穩(wěn)定性。電源性能指標指標描述輸出電壓電源輸出的電壓值，通常以直流電壓表示。輸出電流電源能夠提供的最大電流，單位通常為安培（A）。效率電源轉換效率，指輸入功率與輸出功率之比，通常以百分比表示。紋波輸出電壓中的交流成分，通常以峰峰值電壓表示，單位通常為毫伏（mV）。負載調節(jié)率負載變化時，輸出電壓的變化率，通常以百分比表示。紋波抑制率電源對輸入電壓變化的抑制能力，通常以分貝（dB）表示。溫度穩(wěn)定性電源在溫度變化時，輸出電壓的穩(wěn)定性，通常以百分比表示。應用場景分析服務器機房為服務器提供穩(wěn)定可靠的直流電源