电力电子装置-开关电源的工作原理
开关电源的工作原理
开关电源的工作原理
开关电源是一种将交流电转换为直流电的电力转换装置。
它的工作原理主要包括功率调节、变压器、整流滤波和稳压等环节。
首先，交流电源经过功率调节电路进行调整。
此电路根据输出电压的需求，通过控制开关管的导通时间，改变开关管的开关频率，从而调整输出电压的大小。
功率调节电路通过适当的控制信号，使得开关管不断地开关和关断，实现输入电源电压的调节。
接下来，调整后的交流电压进入变压器。
变压器主要起到变化电压的作用，将输入电流转换为合适的电压。
变压器由一对密集绕组组成，通过互感作用将输入电压变为相应的输出电压。
然后，经过变压器的输出电压被输入到整流滤波电路中。
整流滤波电路通过半导体元件（如二极管）将交流电信号转化为直流电信号，并通过滤波电路去除直流电信号中的纹波和杂波，使得输出电压变得更加稳定。
最后，稳压电路对经过滤波处理的直流电进行稳压。
稳压电路中通常采用反馈控制的方式，通过比较输出电压与设定电压，控制开关管的导通时间和开关频率，以保持输出电压的稳定。
通过以上环节，开关电源将输入的交流电转换为稳定的直流电输出，满足各种电器设备的电源需求。
电动开关原理
电动开关原理电动开关是一种可以控制电路通断的设备，它在电气控制系统中起着至关重要的作用。
电动开关的原理是基于电磁感应和电气控制的基本原理，通过控制电流的通断来实现对电路的控制。
首先，我们来了解一下电动开关的基本结构。
电动开关通常由电磁铁、触点、弹簧等组成。
当电流通过电磁铁时，电磁铁会产生磁场，吸引或释放触点，从而实现电路的通断。
这种基本结构决定了电动开关的工作原理是基于电磁感应的。
其次，电动开关的工作原理是基于电气控制的基本原理。
在电路中，电动开关可以起到打开或者关闭电路的作用，从而实现对电路的控制。
当电流通过电动开关时，电磁铁产生磁场，吸引或释放触点，改变电路的通断状态。
这种控制原理是通过改变电路的通断状态来实现对电路的控制。
电动开关的工作原理可以通过一个简单的实例来说明。
假设我们有一个电动开关控制一个灯泡的电路。
当电流通过电动开关时，电磁铁产生磁场，吸引触点闭合，电路通电，灯泡亮起。
当电流断开时，电磁铁释放触点打开，电路断电，灯泡熄灭。
这个实例清楚地展示了电动开关通过改变电路的通断状态来实现对电路的控制。
除了基本的电动开关原理之外，还有一些特殊的电动开关，比如按钮开关、限位开关等，它们都是基于相似的原理来工作的，只是在结构和用途上有所不同。
总的来说，电动开关的原理是基于电磁感应和电气控制的基本原理，通过控制电流的通断来实现对电路的控制。
它在各种电气控制系统中都有着重要的应用，是现代工业和生活中不可或缺的一部分。
希望通过本文的介绍，可以让大家更加深入地了解电动开关的工作原理，为相关领域的学习和工作提供帮助。
开关电源原理与应用
开关电源原理与应用
开关电源是一种将交流电源转换为直流电源的电子设备。
它使用高频开关器件（如晶体管、MOSFET或IGBT）对输入电源
进行快速开关，将交流电转换为脉冲电流。
然后，通过变压器和整流电路进行滤波和调整，得到稳定的直流电源输出。
开关电源具有高效率、稳定性好、体积小等优点，因此广泛应用于电子设备和通信系统中。
下面是一些常见的开关电源应用：
1. 电子设备：开关电源广泛应用于计算机、电视、手机、音响等家电产品中。
由于开关电源体积小巧，可以方便地嵌入各种电子设备中，因此成为了电子设备的主要电源选择。
2. 通信系统：移动通信基站、无线路由器等通信设备需要稳定的电源供应。
开关电源具有高转换效率和稳定的输出特性，可以保证通信设备在工作过程中获得稳定可靠的电源供应。
3. 工业应用：在工业控制系统、机器人等工业设备中，开关电源可以提供高效率、稳定的电源供应，确保工业设备的正常运行。
4. 汽车电子：现代汽车中的许多电子设备，如导航系统、音响系统等，都需要可靠的电源供应。
开关电源可以通过车载电池提供稳定的直流电源，满足汽车电子设备的工作需求。
总之，开关电源利用高频开关器件将交流电源转换为直流电源，具有高效率、稳定性好等优点，在各种电子设备和通信系统中
得到广泛应用。
它是现代电子技术发展中不可或缺的重要组成部分。
开关电源基本原理
开关电源基本原理TPV/RD-POWER曾维禄(Lulu.Zeng)Mail:lulu.zeng@开关电源基本原理——目录线路讲解基本原理基本类型基本概述目录绪论—什么是开关电源电源有如人体的心脏，是所有电设备的动力。
但电源形式多种多样，并不象心脏那样形式单一，因为标志电源特性的参数有很多，如功率、电压、频率等；在同一参数下，又有体积、重量、形态、效率、可靠性等指标。
一般的电力（如市电）要经过转换才能符合各种电器使用要求。
如交流电（AC）转换成直流电（DC），高压电变成低压电等。
有人形象地形容这一过程为：粗电炼为精电。
炼为精电后才好用嘛。
按电力电子的习惯称谓，AC-DC称为整流，DC-AC称为逆变。
为达到转换的目的，手段多种多样。
上世纪六十年代前，研法了半导体器件，利用半导体器件实现了这些转换。
电力电子科学从此形成，并经过了将近三十年的快速发展。
故从广义来讲，凡利用半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变为另一种电源形态的主电路都叫作开关变换器电路，转换时利用自动控制闭环稳定输出，并有保护环节的开关变换器电路叫作开关电源（Switching Power Supply)。
开关电源的组成部分是DC-DC变换器，因为它是电源转换的核心。
常见到的离线式开关变换器（Off-Line Switching Converter），是AC-DC变换，也常称开关整流器，它不单是整流的意义，而且整流后又做了DC-DC变换。
所谓“离线”并不是变换器与市电线路没有关系，只是变换器中采用了变压器隔离技术。
把直流电压变换为另一种直流电压最简单的办法是串接一个电阻，利用电阻的分压来实现，这样不涉及变频的问题，电路非常简单，但效率很低。
用一个半导体功率器件作为开关，使带有滤波器（L或L和C）的负载线路与直流电压一段时间相连，一段时间断开，则负载上也得到另外一个直流电压。
这就是DC-DC的基本思路和手段。
一个周期Ts内，电子开关接通（或称导通）时间Ton所占整个周期的比例称为接通占空比D，D=Ton/Ts；断开（或称截止）时间Toff所占整个周期的比例称为断开占空比D’，D’=Toff/Ts。
开关电源工作原理
开关电源工作原理
开关电源，又称开关式电源，是一种将电能有源转换为高效直流电能供应的电源系统。
其工作原理可以分为以下几个主要部分：
1. 输入滤波：交流电从电源输入端进入开关电源时，首先经过一个电源输入滤波器。
该滤波器的作用是去除电源输入端的电源干扰，包括高频噪声和电源波动等。
滤波后的电源信号会进一步被送入下一个模块。
2. 整流和滤波：经过输入滤波的电源信号进入整流桥。
整流桥通过将交流电转换为脉冲直流电，使得电源信号的方向一致。
然后，通过滤波电容对这些脉冲进行平滑，去除脉冲部分，得到较为平稳的直流电源信号。
3. 交流直流变换：经过整流和滤波的直流电源信号进入交流直流变换器。
这个变换器使用高频开关器件（如MOSFET）来控制电源信号的开关转换，将直流电源信号转换为高频脉冲电流。
通过变压器的电感和电容滤波，将高频脉冲电流转换为平稳的低频直流电源。
4. 输出调整：经过交流直流变换后，得到所需电压和电流水平的直流电源信号。
然后，经过输出调整电路，如电压稳压器或电流限制器等，保证电源输出的稳定性和可靠性。
5. 反馈控制：为了保持输出电压稳定，开关电源通常会采用反馈控制机制。
在输出端引入一个反馈回路，监测输出电压，并
将监测结果与设定值进行比较。
然后，通过控制开关器件的开关状态来调整电源输出，使输出电压维持在设定值范围内。
需要注意的是，开关电源工作原理中的各个部分相互关联，通过精细的控制和调节，实现高效、稳定的电能转换。
这种工作原理使得开关电源在电子设备、计算机等领域得到广泛应用，并取代了传统的线性电源。
【很完整】牛人教你开关电源各功能部分原理分析、计算与选型
【很完整】⽜⼈教你开关电源各功能部分原理分析、计算与选型1 开关电源介绍此⽂档是作为张占松⾼级开关电源设计之后的强化培训，基于计划安排，由申⼯讲解了变压器设计之后，在此⽂章中简单带过变压器设计原理，重点讲解电路⼯作原理和设计过程中关键器件计算与选型。
开关电源的⼯作过程相当容易理解，其拥有三个明显特征：开关：电⼒电⼦器件⼯作在开关状态⽽不是线性状态⾼频：电⼒电⼦器件⼯作在⾼频⽽不是接近⼯频的低频直流：开关电源输出的是直流⽽不是交流也可以输出⾼频交流如电⼦变压器1.1 开关电源基本组成部分1.2 开关电源分类：开关电源按照拓扑分很多类型：buck boost 正激反激半桥全桥 LLC 等等，但是从本质上区分，开关电源只有两种⼯作⽅式：正激：是开关管开通时传输能量，反激：开关管关断时传输能量。
下⾯将以反激电源为例进⾏讲解。
1.3 反激开关电源简介反激⼜被称为隔离buck-boost 电路。
基本⼯作原理：开关管打开时变压器存储能量，开关管关断时释放存储的能量反激开关电源根据开关管数⽬可分为双端和单端反激。
根据反激变压器⼯作模式可分为CCM 和DCM 模式反激电源。
根据控制⽅式可分为PFM 和PWM 型反激电源。
根据驱动占空⽐的产⽣⽅式可分为电压型和电流型反激开关电源。
我们所要讲的反激电源精确定义为：电流型PWM 单端反激电源。
1.4 电流型PWM 单端反激电源此类反激电源优点：结构简单价格便宜，适⽤⼩功率电源。
此类反激电源缺点：功率较⼩，⼀般在150w 以下，纹波较⼤，电压负载调整率低，⼀般⼤于5%。
此类反激电源设计难点主要是变压器的设计，特别是宽输⼊电压，多路输出的变压器。
2 举例讲解设计过程为了更清楚了解设计中详细计算过程，我们将以220VAC-380VAC 输⼊，+5V±3%（5A），±15±5%（0.5A）三路共地输出反激电源为例讲解设计过程。
提出上⾯要求，选择思路如下：提出上⾯要求，选择思路如下：电源总输出功率P=5*5W+15*0.5*2=40W 功率较⼩，可以选择反激开关电源。
开关电源工作原理
开关电源工作原理在讨论开关电源的工作原理之前，首先需要了解什么是开关电源。
开关电源是一种将输入直流或交流电源转换为所需输出电压或电流的电子设备。
相比于线性电源，开关电源具有体积小、效率高、稳定性好等优点，在各种电子设备中得到广泛应用。
下面我们将从开关电源的基本结构和工作原理两方面来进行讨论。
一、开关电源的基本结构一般来说，开关电源由以下几个基本部分组成：1.整流滤波器：用于将输入的交流电源或者变压器输出的交流电源经过整流滤波后得到较为稳定的直流电压信号。
2.开关电源控制器：控制开关管的开关状态，实现对输出电压的调节和稳定。
3.开关管：用来开关控制电源的工作状态，通常采用晶体管或者MOSFET。
4.变压器：用于调节输入输出电压的变压器。
5.输出滤波器：用于消除开关电源输出波形中的高频噪声。
二、开关电源的工作原理开关电源的工作原理基于开关管的开关控制，主要包括以下几个步骤：1.输入电源：开关电源首先接收输入交流或者直流电源，经过整流滤波器将其转换为稳定的直流电压。
2.开关管控制：开关管由开关电源控制器根据输出电压的反馈信号开关控制，根据需要开合，不断调节输出电压。
3.变压器转换：开关管的不断开合导致变压器的输入输出也在不断变化，通过变压器进行输入输出电压的变换。
4.输出滤波：开关电源通过输出滤波器消除输出波形的高频噪声，得到稳定的输出电压信号。
5.输出稳定：经过一系列控制和变换，最终获得稳定的输出电压或电流，满足设备的工作需求。
综上所述，开关电源通过开关管的控制和变压器的转换，实现对输入电源的调节和转换，最终得到稳定的输出电压或电流，从而保证设备正常工作。
开关电源在现代电子设备中具有重要作用，对于提高设备性能和节能减排具有重要意义。
电力电子电源技术及应用01 ZXDU68开关电源系统的基本结构与工作原理
将探头前端跨接在器件两端，或你想测电阻的那部分电
路两端。
查看读数，确认测量单位－欧姆（Ω），千欧（kΩ）或
兆欧（MΩ）。
18
三、数字万用表的使用方法
3.测量电流 断开电路。 黑表笔插入com端口，红表笔插入mA或者20A端口。 功能旋转开关打至A~(交流)，A-(直流)，并选择合适 的量
黑表笔
二孔内，两支表笔的前端
分别接二极管的两极，如
下图所示，然后颠倒表笔
再测一次。
0.67
20
三、数字万用表的使用方法
测量结果如下：
如果两次测量的结果是：一次 显 示 “ 1” 字 样 ， 另 一 次 显 示 零点几的数字。那么此二极 管就是一个正常的二极管， 假如两次显示都相同的话， 那么此二极管已经损坏，LCD 上显示的一个数字即是二极 管的正向压降：硅材料为 0.6V 左 右 ； 锗 材 料 为 0.2V 左 右，根据二极管的特性，可 以判断此时红表笔接的是二 极管的正极，而黑表笔接的 是二极管的负极。
ZXDU68 型开关电源系统结构组成
整流模块组
输出功率：额定输出：2400W，最大输出：3000W ●输入电压范围：80-300Vac
150VAC~300VAC时： 输出电流50A；110VAC~150VAC时： 输出电流30A 80VAC~110VAC时： 输出电流15A ●过压关机：300V±10V，自动恢复：285V±10V ●欠压关机：80V±10V，自动恢复：95V±10V
二极管最重要的一 个特性是:
单向导通性
21
三、数字万用表的使用方法 4.二极管蜂鸣器档的应用 短路检查（判断线路通断）：
将转盘打在短路（ ）档，表笔位置同上。用两表 笔的另一端分别接被测两点，若此两点确实短路， 则万用表中的蜂鸣器发出声响。
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特点：结构简单、成本低、运行效率高、价格便宜，但其输出电 压稳压精度差，市电掉电时，输出有转换时间。适于小功率。
2、线式UPS
正常工作时，市电经整流器变成直流后，再经逆变器变换成稳压、 稳频的正弦波交流电压供给负载。 当市电掉电时，由蓄电池组向逆变器供电，以保证负载不间断供电。
如果逆变器发生故障，UPS则通过静 态开关切换到旁路，直接由市电供电。当 故障消失后，UPS又 重新切换到由逆变器向负载供电。
简称开关电源(Switching Power Supply)，指起电压 调整功能的器件始终以开关方式工作的一种直流稳压电源。
1、线性稳压电源：
优点：优良的纹波及动态响应特性； 缺点：（1）输入采用50Hz工频变压器，体积庞大； （2）电压调整器件工作在线性放大区内,损耗大,效率低； （3） 过载能力差。
图7.1.1 线性稳压电源方框图
2、开关电源：
工作原理：
图7.1.2 开关电源原理框图
50Hz单相交流220V电压或三相交流220V/380V电压经EMI防电磁 干扰电源滤波器，直接整流滤波，然后再将滤波后的直流电压经变换 电路变换为数十或数百kHz的高频方波或准方波电压，通过高频变压器 隔离并降压(或升压)后，再经高频整流、滤波电路，最后输出直流电压。
7.2.1 UPS的分类
根据工作方式，UPS电源分 ：
1、后备式UPS
市电存在时，逆变器不工作，市 电经交流稳压器稳压后，向负载供电， 同时充电器工作，对蓄电池组浮充电。 市电掉电时，逆变器工作，将蓄 电池供给的直流电压变换成稳压、稳 频的交流电压，继续向负载供电。
图7.3.1 后备式UPS的基本结构
第7章 电力电子装置
7.1 开关电源 7.2 不间断电源（UPS） 7.3 变频调速装置 7.4 电力电子系统可靠性概述
7.1 开关电源
7.1.1 开关电源的工作原理
稳压电源：通常分为线性稳压电源和开关稳压电源。 1、线性稳压电源：
指起电压调整功能的器件始终工作在线性放大区的 直流稳压电源。
2、开关稳压电源：
7.2.3 UPS电源中的逆变器
主电路采用全桥逆变电路，为滤去开关频率噪声，输出采用LC 滤波电路，且采用较小的LC滤波器。输出隔离变压器实现逆变器与 负载隔离，避免它们之间电的直接联系，从而减少干扰。
图7.3.5 UPS逆变器及其控制原理框图
7.2.4 UPS的静态开关
1、工作原理：
为了进一步提高UPS电源的可靠性，在线式UPS均装 有静态开关，将市电作为UPS的后备电源，在UPS发生故 障或维护检修时，无间断地将负载切换到市电上，由市电 直接供电。
2、电路结构：
静态开关的主电路一般由 两只晶闸管开关反并联组成， 一只晶闸管用于通过正半周 电流，另一只晶闸管则用于 通过负静态开关原理图
返 回
7.3 变频调速装置
由交流电机的转速公式：
n 60 f (1 S ) / P
可以看出： 若均匀地改变定子频率
3）减少UPS注入电网的谐波电流的方法： 4）目前，比较先进的UPS采用PWM整流电路，可以做到 注入电网的电流基本接近正弦波，使其功率因数接近1，大 大降低了UPS对电网的谐波污染。
工作原理
在PWM整流电路的交流输入端AB产生一个正弦波调制PWM波 uAB，uAB中除了含有与电源同频率的基波分量外，还含有与开关频率 有关的高次谐波。由于电感Ls的滤波作用，这些高次谐波电压只会使 交流电流is产生很小的脉动。如果忽略这种脉动，is为频率与电源频率 相同的正弦波。在交流电源电压us一定时，is的幅值和相位由uAB中基 波分量的幅值及其与us的相位差决定。改变uAB中基波分量的幅值和相 位，就可以使is与us同相位，电路工作在整流状态，且功率因数为1。
7.3.2 变频调速装置的分类
（1） 间接变频调速装置
按照电路结构和控制方式的不同，间接变频装置又可以分为三种，如图 7.5.1（a）、（b）、（c）所示。
图7.5.1 间接变频装置的三种机构形式
7.1.2 开关电源的应用
图7.1.4 直流操作电源电路原理图
返 回
主电路采用半桥变换电路，额定输出直流电压为220V，输出电流为10A。
7.2 不间断电源
不间断电源：
——Uninterrupitable Power System, 简称UPS UPS 电源装置在保证不间断供电的同时，还能提供 稳压、稳频和波形失真度极小的高质量正弦波电源。 目前，在计算机网络系统、邮电通信、银行证劵、 电力系统、工业控制、医疗、交通、航空等领域得到 广泛应用。
特点：总是处于稳压、稳频供电状态， 输出电压动态响应特性好，波形畸变小， 其供电质量明显优于后备式UPS。
图7.3.2 在线式UPS的基本结构
7.2.2 UPS电源中的整流器 概述：
1）对于小功率UPS，整流器一般采用二极管整流电路， 蓄电池充电由专门的充电器来完成。
2）对于中大功率UPS，整流器一般采用相控式整流电路, 它具有双重功能，在向逆变器提供直流电源的同时，还要向 蓄电池进行充电。
图7.3.3 单相PWM整流电路的原理框图
单相PWM整流电路采用直接电流控制时的控制系统结构简图
图7.3.4 直接电流控制系统结构图
直流输出电压给定信号Ud*和实际的直流 电压Ud比较后送入PI调 节器，PI调节器的输出即为整流器交流输入电流的幅值，它与标准正 弦波相乘后形成交流输入电流的给定信号is*，is*与实际的交流输入电 流is进行比较，误差信号经比例调节器放大后送入比较器，再与三角载 波信号比较形成PWM信号。 该PWM信号经驱动电路后去驱动主电路开关器件，便可使实际的 交流输入电流跟踪指令值，从而达到控制输出电压的目的。
f ，则可以平滑地改变电机的转速。
因此，在各种异步电机调速系统中，变频调速的性能最好， 使得交流电机的调速性能可与直流电机相媲美，同时效率高，是 交流调速的主要发展方向。
7.3.1 变频调速的基本控制方式
（1）基频以下的变频调速 （2）基频以上的变频调速 （3）转差频率控制
（4）矢量控制
（5）控制直接转矩