开关电源的用途.doc

(完整word)开关电源的用途
开关电源的用途

　开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器，电子冰箱，液晶显示器，LED灯具,通讯设备，视听产品，安防，电脑机箱，数码产品和仪器类等领域

开关电源的主要类型和分类

开关电源的主要类型

　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。这里主要介绍的只是直流开关电源，其功能是将电能质量较差的原生态电源（粗电)，如市电电源或蓄电池电源，转换成满足设备要求的质量较高的直流电压（精电)。直流开关电源的核心是DC/DC转换器。因此直流开关 电源的分类是依赖DC/DC转换器分类的。也就是说，直流开关电源的分类与DC/DC转换器的分类是基本相同的，DC/DC转换器的分类基本上就是直 流开关电源的分类。

　　直流DC/DC转换器按输入与输出之间是否有电气隔离可以分为两类:一类是有隔离的称为隔离式DC/DC转换器；另一类是没有隔离的称为非隔离 式DC/DC转换器

　　隔离式DC/DC转换器也可以按有源功率器件的个数来分类。单管的DC/DC转换器有正激式（Forward）和反激式(Flyback）两种.双管DC/DC转换器 有双管正激式（DoubleTransistor Forward Converter），双管反激式（Double Transistr Flyback Converter）、推挽式（Push-Pull Converter） 和半桥式（Half—Bridge Converter）四种。四管DC/DC转换器就是全桥DC/DC转换器(Full-Bridge Converter）。

　非隔离式DC/DC转换器，按有源功率器件的个数，可以分为单管、双管和四管三类。单管DC/DC转换器共有六种,即降压式（Buck）DC/DC转换器 ，升压式（Boost）DC/DC转换器、升压降压式（Buck Boost)DC/DC转换器、Cuk DC/DC转换器、Zeta DC/DC转换器和SEPIC DC/DC转换器。在这六种 单管DC/DC转换器中,Buck和Boost式DC/DC转换器是基本的，Buck—Boost、Cuk、Zeta、SEPIC式DC/DC转换器是从中派生出来的.双管DC/DC转换 器有双管串接的升压式(Buck—Boost）DC/DC转换器。四管DC/DC转换器常用的是全桥DC/DC转换器（Full—Bridge Converter）。
开关电源的分类

自激式
　　是无须外加信号源能自行振荡，自激式完全可以把它看作是一个变压器反馈式振荡电路。

微型低功率开关电源

320W单组开关电源
开关电源正在走向大众化,微型化。开关电源将逐步取代变压器在生活中的所有应用，低功率微型开关电源的应用要首先体现在,数显表、智能电表、手机充电器等方面。现阶段国家在大力推广智能电网建设，对电能表的要求大幅提高，开关电源将逐步取代变压器在电能表上面的应用。

它激式
　　则完全依赖于外部维持振荡，在实际应用中它激式应用比较广泛。根据激励信号结构分类；可分为脉冲调宽和脉冲调幅两种，脉冲调宽是控制信号的宽度，也就是频率，脉冲调幅控制信号的幅度，两者的作用相同都是使振荡频率维持在某一范围内，达到稳定电压的效果。变压器的绕组一般可以分成三种类型,一组是参与振荡的初级绕组，一组是维持振荡的反馈绕组，还有一组是负载绕组。比如在家用电器中使用的上海正艺科技生产的开关电源,将220V的交流电经过桥式整流,变换成300V左右的直流电,滤波后进入变压器后加到开关管的集电极进行高频振荡，反馈绕组反馈到基极维持电路振荡，负载绕组感应的电信号，经整流、滤波、稳压得到的直流电压给负载提供电能。负载绕组在提供电能的同时，也肩负起稳定电压的能力，其原理是在电压输出电路接一个电压取样装置,监测输出电压的变化情况,及时反馈给振荡电路调整振荡频率，从而达到稳定电压的目的，为了避免电路的干扰，反馈回振荡电路的电压会用光电耦合器隔离。

开关电源的发展动向和未来趋势

开关电源的发展动向

　开关电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化.由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化，因此国外各大开关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件，特别是改善二次整流器件的损耗，并在功率铁氧体（Mn？Zn)材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密度(Bs)下获得高的磁性能，而电容器的小型化也是一项关键技术。SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的进展，在电路板两面布置元器件,以确保开关电源的轻、小、薄.开关电源的高频化就必然对传统的PWM开关技术进行创新，实现ZVS、ZCS的软开关技术已成为开关电源的主流技术,并大幅提高了开关电源的工作效率。对于高可靠性指标，美国的开关电源生产商通过降低运行电流，降低结温等措施以减少器件的应力，使得产品的可靠性大大提高.
　　模块化是开关电源发展的总体趋势，可以采用模块化电源组成分布式电源系统，可以设计成N+1冗余电源系统,并实现并联方式的容量扩展.针对开关电源运行噪声大这一缺点，若单独追求高频化其噪声也必将随着增大，而采用部分谐振转换电路技术,在理论上即可实现高频化又可降低噪声，但部分谐振转换技术的实际应用仍存在着技术问题，故仍需在这一领域开展大量的工作，以使得该项技术得以实用化.

开关电源的未来趋势
　　目前,开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式.目前市场上出售的开关电源中采用双极性晶体管制成的100kHz、用MOS－FET制成的500kHz电源,虽已实用化，但其频率有待进一步提高。要提高开关频率，就要减少开关损耗，而要减少开关损耗，就需要有高速开关元器件.然而，开关速度提高后，会受电路中分布电感和电容或二极管中存储电荷的影响而产生浪涌或噪声。这样，不仅会影响周围电子设备,还会大大降低电源本身的可靠性。其中,为防止随开关启-闭所发生的电压浪涌，可采用R-C或L—C缓冲器,而对由二极管存储电荷所致的电流浪涌可采用非晶态等磁芯制成的磁缓冲器。不过，对1MHz以上的高频，要采用谐振电路,以使开关上的电压或通过开关的电流呈正弦波,这样既可减少开关损耗，同时也可控制浪涌的发生.这种开关方式称为谐振式开关。目前对这种开关电源的研究很活跃，因为采用这种方式不需要大幅度提高开关速度就可以在理论上把开关损耗降到零，而且噪声也小，可望成为开关电源高频化的一种主要方式。当前,世界上许多国家都在致力于数兆Hz的变换器的实用化研究。

开关电源控制原理框图
　开关电源大致由输入电路、变换器、控制电路、输出电路四个主体组成。
　　如果细致划分,它包括：输入滤波、输入整流、开关电路、采样、基准电源、比较放大、震荡器、V/F转换、基极驱动、输出整流、输出滤波电路等。实际的开关电源还要有保护电路、功率因素校正电路、同步整流驱动电路及其它一些辅助电路等。

开关电源原理

所谓开关电源，故名思议，就是这里有一扇门，一开门电源就通过，一关门电源就停止通过，那么什么是门呢，开关电源里有的采用可控硅，有的采用开关管,这两个元器件性能差不多,都是靠基极、（开关管）控制极(可控硅）上加上脉冲信号来完成导通和截止的，脉冲信号正半周到来,控制极上电压升高，开关管或可控硅就导通，由220V整流、滤波后输出的300V电压就导通,通过开关变压器传到次级,再通过变压比将电压升高或降低，供各个电路工作。振荡脉冲负半周到来,电源调整管的基极、或可控硅的控制极电压低于原来的设置电压，电源调整管截止,300V电源被关断，开关变压器次级没电压，这时各电路所需的工作电压，就靠次级本路整流后的滤波电容放电来维持。待到下一个脉冲的周期正半周信号到来时,重复上一个过程。这个开关变压器就叫高频变压器,因为他的工作频率高于50HZ低频。那么推动开关管或可控硅的脉冲如何获得呢，这就需要有个振荡电路产生，我们知道,晶体三极管有个特性,就是基极对发射极电压是0.65—0.7V是放大状态，0.7V以上就是饱和导通状态， -0.1V- —0。3V就工作在振荡状态，那么其工作点调好后，就靠较深的负反馈来产生负压，使振荡管起振，振荡管的频率由基极上的电容充放电的时间长短来决定,振荡频率高输出脉冲幅度就大，反之就小，这就决定了电源调整管的输出电压的大小。那么变压器次级输出的工作电压如何稳压呢，一般是在开关变压器上,单绕一组线圈,在其上端获得的电压经过整流滤波后,作为基准电压，然后通过光电耦合器,将这个基准电压返回振荡管的基极，来调整震荡频率的高低，如果变压器次级电压升高，本取样线圈输出的电压也升高，通过光电耦合器获得的正反馈电压也升高，这个电压加到振荡管基极上，就使振荡频率降低，起到了稳定次级输出电压的稳定，太细的工作情况就不必细讲了,也没必要了解的那么细的，这样大功率的电压由开关变压器传递，并与后级隔开，返回的取样电压由光耦传递也与后级隔开,所以前级的市电电压，是与后级分离的，这就叫冷板，是安全的，变压器前的电源是独立的，这就叫开关电源。

本课程的内容和意义

本课程内容

本课题主要是研究落差比较大的dc—dc变换器，所谓落差大是指输入和输出的落差比较大,输入约直流550-800V,而输出为直流24V．要求做到输入电压在一定范围内变化时输出基本不变，也就是说靠改变占空比调节输出的效果要好，适当改变负载也能使输出基本保持不变，具有过电流保护的功能并且能够设定电流保护阀值.因为输入为直流高电压为保护起鉴采用继电联锁结构启动并有装机的过程；因为要求落差大体积小所以采用高频隔离变压器，势必要解决谐波干扰所造成的各种损耗,尤其是开关管的开关损耗,变压器的铁耗铜耗，优化设计提高效率。
具体电路根据大电压落差DC/DC变换的要求及特点，本文采用SG3525电压控制模式控制器，设计了一种基于电压型脉宽调制控制技术的半桥式隔离开关电源。其输入电压为直流600V，输出电压为直流24V,最大输出电流10A，工作频率50kHz

本课程意义

落差比较大的dc-dc电源变换器，应用在比较特殊的场合，如煤矿下采煤车的照明，直接利用高压直流供电点电源转换为所需的24V直流电，省去矿下单独走线，减少投入，提高利用率降低危险。采用PWM方式作控制简单易行效果明显；采用高频可减小体积提高空间利用率。
本文针对具体问题提出了一种利用半桥式高频开关电源解决大电压落差的新型DC/DC变换方式，此种设计方法可以应用于工程实际中，并且其高稳定性、高效率、高可靠性、低干扰等特点使得此种方式的应用前景十分乐观。此种设计思想不仅可以应用于落差达到20至35倍情况下，而且可以被用于更高落差的变换电路中。