开关式稳压电源共43页文档
开关型稳压电源介绍
开关型稳压电源介绍1、开关型稳压电源的组成开关型稳压电源（简称开关电源）的基本电路一般由线性滤波器、整流滤波器、功率变换器和稳压控制电路组成。
开关电源构成框图如下图所示。
▲开关电源构成框图线性滤波器又称电磁干扰（ＥＭＩ）滤波器、噪声滤波器（ＰＮＦ）、电源滤波器等，它是２０世纪８０年代问世的一种新型器件，防止电网中的干扰脉冲进入整流滤波电路，同时也阻碍本机产生的噪声反馈到公共电网，输出直流高压加到功率变换器进行功率变换，向负载输出符合要求的直流电压。
开关电源控制器一般包括取样、比较放大、基准源和控制调整电路等，当某种原因使输出电压不稳定时，通过开关电源控制器自动调整功率变换器中的功率开关器件的通断时间比或频率，达到自动调节输出电压的目的，使输出电压保持稳定。
功率变换器亦称ＤＣ／ＤＣ变换器，是将直流电压变换成另一种直流电压的变换电路。
通常各种电子、通信设备需要的电源电压不同，利用ＤＣ／ＤＣ变换器，就可以把整流器输出的直流电压变换成电子、通信设备所需要的直流电压。
2、开关电源特点与线性稳压电源相比，开关电源有以下特点：（1）效率高、功耗小开关电源的功率开关管（调整管）工作在开关状态，因此功率开关管的功耗极小，效率在８０％以上。
（2）稳压范围宽线性稳压电源在交流输入电压低于１６０Ｖ时，输出电压就不稳定，而输入交流电压偏高时则效率降低。
而开关电源交流输入电压在１３０～２６０Ｖ范围变化时都能达到很好的稳压效果。
现在三端、多端单片开关电源在８５～２６５Ｖ范围内均能正常工作。
（3）稳定性和可靠性高功耗小使得电子、通信设备内的温升也低，减小了周围元器件的高温损坏率，使设备的热稳定性和可靠性大大提高。
（4）体积小、重量轻开关电源可将电网交流电压直接输入整流，再通过高频变压器获得各种不同的交流电压，省去了笨重的变压器，使电源的重量减轻很多。
开关电源的功率密度（输出功率Ｐ与体积Ｖ之比，单位为Ｗ／ｃｍ３）很大，可达０．３７Ｗ／ｃｍ３，而相控型稳压电源的功率密度只能达到０．０４３Ｗ／ｃｍ３。
开关稳压电源原理
一、开关式稳压电源的基本工作原理开关式稳压电源接控制方式分为调宽式和调频式两种，在实际的应用中，调宽式使用得较多，在目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数也为脉宽调制型。
因此下面就主要介绍调宽式开关稳压电源。
调宽式开关稳压电源的基本原理可参见下图。
对于单极性矩形脉冲来说，其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其直流平均电压值就越高。
直流平均电压Ｕ。
可由公式计算，即Uo=Um×T1/T式中Um —矩形脉冲最大电压值；T —矩形脉冲周期；T1 —矩形脉冲宽度。
从上式可以看出，当Um与T不变时，直流平均电压Uo将与脉冲宽度T1成正比。
这样，只要我们设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄，就可以达到稳定电压的目的。
二、开关式稳压电源的原理电路1、基本电路图二开关电原基本电路框图开关式稳压电源的基本电路框图如图二所示。
交流电压经整流电路及滤波电路整流滤波后，变成含有一定脉动成份的直流电压，该电压进人高频变换器被转换成所需电压值的方波，最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。
控制电路为一脉冲宽度调制器，它主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成。
这部分电路目前已集成化，制成了各种开关电源用集成电路。
控制电路用来调整高频开关元件的开关时间比例，以达到稳定输出电压的目的。
２．单端反激式开关电源单端反激式开关电源的典型电路如图三所示。
电路中所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。
所谓的反激，是指当开关管VT1导通时，高频变压器Ｔ初级绕组的感应电压为上正下负，整流二极管VD1处于截止状态，在初级绕组中储存能量。
当开关管VT1截止时，变压器Ｔ初级绕组中存储的能量，通过次级绕组及VD1整流和电容Ｃ滤波后向负载输出。
单端反激式开关电源是一种成本最低的电源电路，输出功率为20－100Ｗ，可以同时输出不同的电压，且有较好的电压调整率。
唯一的缺点是输出的纹波电压较大，外特性差，适用于相对固定的负载。
开关式稳压电路
第七章 *输出电压Uo的确定 输出电压为：
Uo（1R7） 5.（ 1 V） R8
分析时，注意的是R8上端接的是11脚，然后看原理 图，分析这是的压降。
第七章
7.5.3并联开关电源
一.基本构成
并联开关电源换能电路如图7.21， 储能电感，负载和输入电压是并联 的VT。饱和导通时，UI给电感L储能，同 时L自感电动势使VD截止。VT截止时， L自感使自感电动势极性立即改变， VD导通，L通过VD释放能量向C2充 电，并同时向负载供电。当VT再次饱 和导通时，L储能，VD反向截止，电 容C2向负载供电，负载上获得连续能 量。既VT导通期间，L储能，电容C2 向负载供电；VT截止时，L释放能量 对C2充电，同时向负载供电；L，C2 同时具备滤波作用，使得输出波形平 滑。
LC(C0 C) CC0 C
fp
C C1C2 C1 C2
由于
C C0C
f0 21LCfs
第六章
2.串联型石英晶体振荡电路
当振荡频率等于 fS 时， 晶体阻抗最小，且为纯电 阻，此时正反馈最强，相 移为零，电路满足自激振 荡条件。
振荡频率 f0 fs
图 6.1.30 串联型石英晶 体振荡电路
4.比较器是组成非正弦波发生电路的基本单元，在 测量、控制、D/A和A/D转换电路中应用广泛。
第六章 一、 电压比较器的传输特性
1.电压比较器的输出电压与输入端的电压之间函数关系
u f(u)
O
I
2.阈值电压： UT
当比较器的输出电压由一种状态跳变为另一种状态所 对应的输入电压。
3.电压传输特性的三要素 (1)输出电压的高电平UOH和低电平UOL的数值。 (2)阈值电压的数值UT。 (3)当uI变化且经过UT时， uO跃变的方向。
开关式稳压电源的工作原理
开关式稳压电源的工作原理随着全球对能源问题的重视，电子产品的耗能问题将愈来愈突出，如何降低其待机功耗，提高供电效率成为一个急待解决的问题。
传统的线性稳压电源虽然电路结构简单、工作可靠，但它存在着效率低（只有40%－50%）、体积大、铜铁消耗量大，工作温度高及调整范围小等缺点。
为了提高效率，人们研制出了开关式稳压电源，它的效率可达85%以上，稳压范围宽，除此之外，还具有稳压精度高、不使用电源变压器等特点，是一种较理想的稳压电源。
正因为如此，开关式稳压电源已广泛应用于各种电子设备中，本文对各类开关电源的工作原理作一阐述。
一、开关式稳压电源的基本工作原理开关式稳压电源接控制方式分为调宽式和调频式两种，在实际的应用中，调宽式使用得较多，在目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数也为脉宽调制型。
因此下面就主要介绍调宽式开关稳压电源。
调宽式开关稳压电源的基本原理可参见下图。
对于单极性矩形脉冲来说，其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其直流平均电压值就越高。
直流平均电压Ｕ。
可由公式计算，即Uo=Um×T1/T式中Um —矩形脉冲最大电压值；T —矩形脉冲周期；T1 —矩形脉冲宽度。
从上式可以看出，当Um与T不变时，直流平均电压Uo将与脉冲宽度T1成正比。
这样，只要我们设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄，就可以达到稳定电压的目的。
二、开关式稳压电源的原理电路1、基本电路开关式稳压电源的基本电路框图如图二所示。
交流电压经整流电路及滤波电路整流滤波后，变成含有一定脉动成份的直流电压，该电压进人高频变换器被转换成所需电压值的方波，最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。
控制电路为一脉冲宽度调制器，它主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成。
这部分电路目前已集成化，制成了各种开关电源用集成电路。
控制电路用来调整高频开关元件的开关时间比例，以达到稳定输出电压的目的。
开关稳压电源
测控电路设计专业：测控技术与仪器班级：08姓名：学号：目录一、设计思路 (1)二、方案设计 (2)1.DC-DC主回路结构的方案选择 (2)2.控制方法的方案选择 (3)3.电流工作模式的方案选择 (3)三、单元电路设计 (4)1.并联开关电路形式 (4)2.三角波产生电路 (5)3.脉宽调制信号电路 (6)4.采样电路及误差比较放大电路 (7)5.电源变换电路 (8)6.总原理图 (9)7.调试结果 (9)四、小结 (10)开关稳压电源一、设计思路本系统将220v交流电压转化为稳定直流电压输出。
经上网查询得知，开关式稳压电源接控制方式分为调宽式和调频式两种，在实际的应用中，调宽式使用得较多，在目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数也为脉宽调制型。
经考虑得出采用调宽式，原理如图1。
图1对于矩形脉冲来说，其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其直流平均电压值就越高。
直流平均电压Ｕo可由公式计算，即Uo=Um×T1/T式中Um —矩形脉冲最大电压值；T=矩形脉冲周期； T1 =矩形脉冲宽度。
从上式可以看出，当Um与T不变时，直流平均电压Uo将与脉冲宽度T1成正比。
这样，只要我们设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄，就可以达到稳定电压的目的。
所以电路组成如图2：由AC-DC变换电路、DC-DC变换电路、设定与显示电路、保护和测量电路等四部分组成。
AC-DC变换电路：由自耦变压器、隔离变压器、桥式整流堆、和滤波电容等元件组成，可以在隔离变压器副边输出15～21Ｖ的电压，滤波后给DC-DC提供直流电压。
DC-DC变换电路:采用Boost型拓扑结构，含有运放构成的固定频率脉宽调制电路,快速场效应管、电感等。
本系统通过调节取样电阻形成闭环反馈回路，采样康铜丝上的电压反馈为输入端。
本系统具有调整速度快，精度高，电压调整率低，负载调整率低，效率高，无需另加辅助电源板，输出纹波小等优点。
《开关稳压电源》课件
不断试验
持续学习
常见问题与解决方案
问题1
01
电源发热严重
原因
02
可能由于电路设计不合理或元件性能不佳。
解决方案
03
优化电路设计，更换性能更好的元件。
常见问题与解决方案
问题2
电源效率低下
原因
可能由于损耗过大或电路结构不合理。
解决方案
降低损耗，对电路结构进行优化。
常见问题与解决方案
问题3
输出电压不稳定
应用
广泛应用于各种电子设备中，如音频功率放大器、逆变器等。
升降压型开关稳压电源
• 总结词：同时具有升压和降压功能的开关稳压电源。
• 详细描述：升降压型开关稳压电源是一种较为特殊的开关稳压电源类型，其工作原理是通过控制开关管的导通和截止时 间，既可以降低输入电压来降低输出电压，也可以增加输入电压来提高输出电压，具有双重调节功能。
空调
在空调中，开关稳压电源 用于控制压缩机和风扇的 运行，保持室内温度的恒 定。
冰箱
冰箱的开关稳压电源确保 冷藏和冷冻系统的正常运 行，保持食品的新鲜。源自通信领域的应用手机
手机的开关稳压电源为通 话、数据传输和各种功能 提供稳定的电力。
路由器
在路由器中，开关稳压电 源为处理数据和信号传输 提供稳定的电力。
初步检查
检查电路中各元件是否正常，无损坏。
调试步骤与注意事项
通电测试
逐步通电，观察各部分工作是否正常 。
调整参数
根据需要调整相关参数，如电压、电 流等。
调试步骤与注意事项
安全第一
确保调试过程中人员和设备安全。
逐步进行
不要一次性将所有参数调整到位，应逐步调整。
课件：第28讲 开关型稳压电源
（1）脉冲宽度调制 （脉宽调制型最为常用 ）
（2）脉冲频率调制
（3）混合调制型（稳压效果较为理想 ）
3、按功率开关电路的结构形式分
（1）降压型 （2）升压型
（3）反相型 （4）变压器型
（按开关管输出电路的形式不同）
单端式 单端正激式
变压器型
单端反激式
四、基本电路结构
串联型脉宽调制(PWM)式开关稳压器
(1) 电路结构 ①功率开关管。 ②储能电感。 ③续流二极管。 ④滤波电容。 ⑤负载。
(2)工作原理
(2)工作原理
(UI UO )Ton UOToff
即
UO
UI
Ton Ton Toff
UI
Ton T
kUI
k Ton T
时间比例系数
式中：
• T为开关管开关工作周期
(即开关脉冲周期)；
• ton为开关管饱和导通，开关闭合 时间(即开关脉冲的宽度)；
• toff=T-ton为开关管截止，开关断 开时间。
UO
ton T
UI
dUI
d为占空比
★直流输出电压Uo与开关 器件的开关占空系数d成正比， 改变占空系数便可控制直流 输出电压的大小。
★开关稳压电路正是利用 这一作用来实现电压的稳定和 调节。
★由方框图知：开关稳压电路 各组成部分实际上构成一个闭环 负反馈系统。
开关稳压电源基本组成方框图
★ 当电网电压或负载变化
使输出电压Uo变化时，通过
取样并与基准电压进行比较， 产生一误差信号，经放大后
去控制开关脉冲的宽度或频率 (即周期)，从而调整开关器件 导通与截止的时间比例，即
开关式稳压电源
开关式稳压电源
3: 按开关电源稳压的控制形式 ⑴调频式—通过反馈控制开关脉冲的频率,使 输出电压达到稳定。 ⑵调宽式—通过改变脉冲的宽度，调整开关 管导通时间达到输出电压的稳定。
C5 0 6 1000E
VD5 0 6 C5 0 4 GP 1 5 M 1 0 0 0 E
VD5 0 4 GP 1 5 M R5 0 2 1.8K
交流220V 输入 输出
+1 8 0 V R5 5 8 220K GND
+300V
R5 2 0 120K C5 1 3 F K4 7 0 0 R5 2 1 120K R5 2 2 15K R5 2 4 3W68
TC 1 1 3 C5 1 8 0.1u R5 2 5 3W68 10 7 9
2 0 0 0 K4 7 0 M C5 5 2 VD5 5 2 RJ P 1 0 J + C5 6 2 220u
VD5 1 4 1 N4 1 4 8 C5 1 4 0.1u
R5 1 1 5.6K V5 1 1 A1 0 1 5
VD5 0 5
C5 0 3
GP 1 5 M 1 0 0 0 E
VD5 0 3 GP 1 5 M
电源滤波器
C5 0 2 0.1u L5 0 1 LF 0 . 1 C5 0 1 0.1u
保险管
F U5 0 1 SW 501 R5 0 1 220K
开关式稳压电源
3.功率调整管（开关管） V513
由于工作在高频开关状态，一般采用高频大功 率管，一般取： Pcm>50W BVceo>600V。 大于电源电压的一倍。
开关稳压电源
开关稳压电源开关稳压电源（以下简称开关电源）面世后，在很多范畴逐渐替代了线性稳压电源和晶闸管相控电源。
前期呈现的是串联型开关电源，其主电路拓扑与线性电源相仿，但功率晶体管作业于开关状况。
跟着脉宽调制（PWM）技能的翻开，PWM开关电源面世，它的特征是用20kHz的载波进行脉冲宽度调制，电源的功率可达65%~70%，而线性电源的功率只需30％~40％。
因此，用作业频率为20kHz的PWM开关电源替代线性电源，可大凹凸节省动力，然后致使了咱们的广泛注重，在电源技能翻开史上被称为20kHz改造。
跟着超大方案集成（ultra-large-scale-integrated-ULSI）芯片规范的不断减小，电源的规范与微处理器比照要大得多；而航天、潜艇、军用开关电源以及用电池的便携式电子设备（如手提核算机、移动电话等）更需求小型化、轻量化的电源。
因此，对开关电源提出了小型轻量央求，包含磁性元件和电容的体积分量也要小。
此外，还央求开关电源功率要更高，功用十分好，牢靠性更高档。
这悉数高新央求便推进了开关电源的不断翻开和跋涉。
1开关电源的三个首要翻开时期40多年来，开关电源履历了三个首要翻开时期。
榜首个时期是功率半导体器材从双极型器材（BPT、SCR、GT0）翻开为MOS型器材（功率MOS-FET、IGBT、IGCT等），使电力电子体系有或许完毕高频化，并大凹凸下降导通损耗，电路也更为简略。
第二个时期自20世纪80年代开端，高频化和软开关技能的研讨开发，使功率改换器功用十分好、分量更轻、规范更小。
高频化和软开关技能是曩昔20年世界电力电子界研讨的抢手之一。
第三个时期从20世纪90年代中期开端，集成电力电子体系和集成电力电子模块（IPEM）技能开端翻开，它是当今世界电力电子界亟待处理的新疑问之一。
2开关电源技能的亮点2.1功率半导体器材功用1998年，Infineon公司推出冷MOS管，它选用超级结（Super-Junction）构造，故又称超结功率MOSFET。
《开关稳压电源》
湖南工学院设计课题：开关稳压电源组员：刘功文杜志成刘品田班级：电气0801班设计指标：1.输出电压U可调范围：30～36V；2.最大的输出电流I：2A;max3.U从15v变到21v，电压调整率U S<2%24.I从0A变到2A，负载调整率：I S<5%(2U=18v);5.DC-DC变换器的效率 >70%（U=18v,0U=36v,0I=2A）;26.具有过流保护的功能，即继电器的动作电流为2.5A。
设计要求：1.DC-DC变换器的输出电压高于输入电压，因此需要一个升压斩波电路2.功能要求该开关稳压直流电源应具有输出电压同步可以调、键盘设定；过流保护，出现故障后能自动恢复正常，同时能具有输出电压，电流的测量与显示的功能3.对于各个模块必须要自制辅助电源来供电，而且效率不能太低。
输入和输出必须没有直接的电气隔离，而且输入端已有隔离变压器隔离，因此无直接的电气隔离电路。
方案讨论根据上述的要求，不难构建系统的整体框架图，220V 交流电压经过隔离、降压、整流、滤波后，得到比较稳定的直流电压，在经过DC-DC电路升压后再滤波得到比较平滑的直流输出电压，输出电压、电流经过检测元件、AD转换芯片进行采样，经过运算后就可以得到需要的PWM信号去驱动功率开关，当检测到电流到达到2.5A时，单片机发出命令前级处理电路的继电器，从而使供电中断，可靠的实现电路的安全。
综上所述，我们可以得到总的原理框图2、控制部分控制部分主要完成输出电压的键盘设计与步进，以及电压电流的液晶屏幕的显示，主要以单片机为控制中心开展工作，围绕单片机可以很容易地实现过流过压功能。
单片机控制方框图（4-1）所示。
图（2-1）单片机系统最小系统单片机可以选用51系列的单片机，通过AD将输入电压、输出电压和电流进行采样，单片机还完成对键盘的控制和液晶屏的显示功能。
输出电流的采样依靠串联在输出回路的采样电阻完成，为了减少损耗，采样电阻采用温度特性好的康铜丝绕制，阻值0.1欧姆左右，经差动放大器INA148送入A/D,计算处理得到负载回路的电流值。