开关电源结构和基本原理-上课
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开关电源基础知识讲解 ppt课件
6
开关电源
开关电源基础知识讲解
7
开关电源主要类型
按照开关管的开关条件，DC/DC转换器又可以分为硬开（HardSwitching） 开关电源和软开关（Soft Switching）两种。硬开关DC/DC转换器的开关器件 是 在承受电压或流过电流的情况下，开通或关断电路的，因此在开通或关断过程中 将会产生较大的交叠损耗，即所谓的开关损耗（Switching loss）。当转换器的 工作状态一定时开关也是一定的，而且开关频率越高，开关损耗越大，同时在开 关过程中还会激起电路分布电感和寄生 电容的振荡，带来附加损耗，因此，硬 开关DC/DC转换器的开关频率不能太高。软开关DC/DC转换器的开关管，在开 通或关断过程中，或是加于 其上的电压为零，即零电压开关（Zero-VoltageSwitching，ZVS），或是通过开关管的电流为零，即零电流开关（ZeroCurrent·Switching，ZCS）。这种软开关方式可以显着地减小开关损耗，以及开 关过程中激起的振荡，使开关频率可以大幅度提高，为转换器的小型化和模块化 创造 了条件。功率场效应管（MOSFET）是应用较多的开关器件，它有较高的 开关速度，但同时也有较大的寄生电容。它关断时，在外电压的作用下， 其寄 生电容充满电，如果在其开通前不将这一部分电荷放掉，则将消耗于器件内部， 这就是容性开通损耗。为了减小或消除这种损耗，功率场 效应管宜采用零电压 开通方式（ZVS）。
信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。
开关电源的工作过程相当容易理解，在线性电源中，让功率晶体管工作在线性模
式，与线性电源不同的是，PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态
，在这两种状态中，加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的（在导通时，电压低，
开关电源原理
开关电源原理
一、开关电源的电路构成：
开关电源的首要电路是由输入电磁搅扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率改换电路、PWM操控器电路、输出整流滤波电路构成。
辅佐电路有输入过欠压维护电路、输出过欠压维护电路、输出过流维护电路、输出短路维护电路等。
开关电源的电路构成方框图如下：
二、输入电路的原理及多见电路：
1、AC输入整流滤波电路原理：
①防雷电路：当有雷击，发作高压经电网导入电源时，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1构成的电路进行维护。
当加在压敏电阻两头的电压跨过其作业电压时，其阻值下降，使高压能量耗费在压敏电阻上，若电流过大，F1、F2、F3会焚毁维护后级电路。
②输入滤波电路：C1、L1、C2、C3构成的双pi;型滤波网络首要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源搅扰，一起也防止电源本身发作的高频杂波对电网搅扰。
当电源翻开霎时刻刻刻，要对C5充电，因为霎时刻刻刻电流大，加RT1（热敏电阻）就能有用的防止浪涌电流。
因瞬时能量全耗费在RT1电阻上，
必守时刻后温度添加后RT1阻值减小（RT1是负温系数元件），这时它耗费的能量十分小，后级电路可正常作业。
③整流滤波电路：沟通电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯真的直流电压。
若C5容骤变小，输出的沟通纹波将增大。
《开关电源基础讲解》课件
开关电源的发展经历了多个阶段，从最早的线性电源到现代的开关电源技术， 不断提升功效和稳定性。
常见的开关电源类型
AC-DC开关电源
将交流电转换为直流电的开关电源，广泛应用于各种电子设备。
DC-DC开关电源
实现不同电压级别的转换，常用于电子设备中的电源管理。
DC-AC逆变器
将直流电转换为交流电的开关电源，用于太阳能发电等领域。
开关开关电路
实现高频脉冲开关，控制电能的转换。
整流电路
将交流输入电压转换为直流电压。
输出滤波电路
消除开关电源输出的纹波电压，保证输出稳定性。
开关电源的输入端和输出端
开关电源的输入端接入交流电源，输出端连接电子设备，通过变换和稳定电 能实现设备的正常工作。
开关电源的保护电路
为了保护开关电源和电子设备，通常会采用过压保护、过流保护、短路保护 等多种保护电路。
电源管理芯片的作用
电源管理芯片用于监控和控制开关电源的工作状态和性能，提高系统稳定性和效率。
《开关电源基础讲解》 PPT课件
本PPT课件详细介绍了开关电源的基础知识和应用领域，包括历史发展、原理、 优缺点、组成部分、工作原理和性能参数等。
什么是开关电源？
开关电源是一种通过将输入电能转换为高频脉冲信号，经过变变换、整流 和滤波等处理后，获得稳定输出电压或电流的电源。
开关电源的历史和发展
开关电源的优缺点
1 优点
高效率、稳定性好、体积小、重量轻、可靠 性高。
2 缺点
造价较高、存在电磁干扰等问题。
开关电源的工作原理和性能参数
工作原理
通过控制开关管的通断状态，实现电能的转换和稳 定输出。
性能参数
包括输入输出电压、电流、效率、负载调整率等。
常见的开关电源类型
AC-DC开关电源
将交流电转换为直流电的开关电源，广泛应用于各种电子设备。
DC-DC开关电源
实现不同电压级别的转换，常用于电子设备中的电源管理。
DC-AC逆变器
将直流电转换为交流电的开关电源，用于太阳能发电等领域。
开关开关电路
实现高频脉冲开关，控制电能的转换。
整流电路
将交流输入电压转换为直流电压。
输出滤波电路
消除开关电源输出的纹波电压，保证输出稳定性。
开关电源的输入端和输出端
开关电源的输入端接入交流电源，输出端连接电子设备，通过变换和稳定电 能实现设备的正常工作。
开关电源的保护电路
为了保护开关电源和电子设备，通常会采用过压保护、过流保护、短路保护 等多种保护电路。
电源管理芯片的作用
电源管理芯片用于监控和控制开关电源的工作状态和性能，提高系统稳定性和效率。
《开关电源基础讲解》 PPT课件
本PPT课件详细介绍了开关电源的基础知识和应用领域，包括历史发展、原理、 优缺点、组成部分、工作原理和性能参数等。
什么是开关电源？
开关电源是一种通过将输入电能转换为高频脉冲信号，经过变变换、整流 和滤波等处理后，获得稳定输出电压或电流的电源。
开关电源的历史和发展
开关电源的优缺点
1 优点
高效率、稳定性好、体积小、重量轻、可靠 性高。
2 缺点
造价较高、存在电磁干扰等问题。
开关电源的工作原理和性能参数
工作原理
通过控制开关管的通断状态，实现电能的转换和稳 定输出。
性能参数
包括输入输出电压、电流、效率、负载调整率等。
开关电源入门必读开关电源工作原理超详细解析
开关电源入门必读开关电源工作原理超详细解析开关电源是电源技术中常见的一种类型，它的工作原理相对较复杂。
本文将详细解析开关电源的工作原理，帮助读者快速入门。
开关电源的基本工作原理是将交流电源转换为高频脉冲电源，再经过变压、整流和滤波等步骤，最终获得所需的直流电压输出。
下面将分为几个方面详细解析开关电源的工作原理。
一、开关电源的基本组成部分开关电源包括输入端、控制电路、开关元件、变压器、整流滤波电路和输出端等组成部分。
1.输入端：接收外部交流电源输入，并经过保险丝和滤波电路等进行初步处理。
2.控制电路：负责控制开关元件的开关行为，控制电路由集成电路、电感和电容等组成。
3.开关元件：由开关管和二极管组成，承担着将交流信号转换为脉冲信号的关键任务。
4.变压器：通过变换输入电压和电流的比值，实现电压和电流的变换。
5.整流滤波电路：包括整流电路和滤波电路。
整流电路将脉冲电流转化为直流电流，滤波电路将直流电流进行进一步平滑处理。
6.输出端：将经过整流滤波处理后的直流电压输出给负载。
二、开关电源的工作原理开关电源的工作原理主要分为以下几个步骤：1.输入端处理：输入端首先通过保险丝保护电路，然后通过滤波电路对输入信号进行初步处理，去除杂质和干扰。
2.控制电路：控制电路根据输入端的信号控制开关元件的开关行为。
当开关元件关闭时，电源工作在储能状态，当开关元件开启时，电源进入释放能量状态。
3.开关元件：开关元件由开关管和二极管组成。
当开关管导通时，电源中的输入电流和能量通过变压器传递给负载，当开关管关断时，电源中的储能电流和能量通过二极管回流到输入端。
4.变压器：变压器将输入电压和电流进行变换，通过磁性耦合实现输出端所需的电压和电流。
5.整流滤波电路：整流电路将经过变压器变换后的输出信号转化为直流电压，滤波电路将直流电压进行平滑处理，去除残余脉冲和噪声。
6.输出端：经过整流滤波电路处理后的直流电压输出给负载，从而实现电源对负载的供电支持。
开关电源结构及基本原理
应用
开关电源广泛应用于计算机、通 讯、电力、工业控制等领域，为 各种设备提供稳定的直流电源。
发展
随着科技的不断进步，开关电源 技术也在不断发展，未来将朝着 更高效率、更小体积、更高稳定 性、更智能化的方向发展。
02
开关电源的基本结构
输入电路
01
02
03
输入滤波电路
用于滤除电网中的高频噪 声，防止对电源造成干扰。
1 2
选择合适的开关管和二极管
根据电源的输入输出电压、电流和开关频率等参 数，选择合适的开关管和二极管。
计算电感的匝数和电容的容量
根据电源的工作原理和实际需求，计算电感的匝 数和电容的容量，以确保电源的正常运行。
3
考虑热设计和散热
在选择元器件时，应考虑热设计和散热问题，以 确保元器件在工作过程中不会过热损坏。
整流电路
将交流电转换为脉动的直 流电。
滤波电路
平滑整流后的电压，减少 纹波。
功率转换电路
开关管
控制电源的通断，实现电能的高效转 换。Βιβλιοθήκη 变压器输出整流滤波电路
将变压器输出的脉动直流电转换为平 滑的直流电。
实现电压的隔离和转换，传递能量。
输出电路
输出整流滤波电路
滤除脉动直流电中的交流成分，提供 稳定的输出电压。
关态
开关管截止，原边电流减小，变压器 副边产生反电动势，能量回馈到原边 。
电压与电流的转换原理
变压器
利用电磁感应原理，将输入的电 压或电流转换为另一组电压或电
流。
开关管
控制变压器的工作状态，实现电压 和电流的转换。
控制电路
监测输出电压或电流，调整开关管 的工作状态，保持输出电压的稳定。
开关电源的结构和基本原理-上课PPT课件
• 电路中Q为开关管，工作于开关状态（Q饱和导通 时相当于一只接通的开关，Q截止时相当于一只断 开的开关）。
• 电感L和电容C为储能元件。 • RL为电源的负载。 • D为续流二极管，它在开关管截止时导通，保证电
感L中的电流不中断。
+300V Q
IQ D
L
+
IL
-
C
RL
IC IR
（b)开关管饱和时的等效电路
基准
2.4.3 调整输出电压的方法
Vi
Vk
Vo
t
t
t
TON T
Vi
K
电压
Vk 变换器
Vo
RL
VO
=
T0N T
·Vi =D·Vi
占空比
• 只要改变开关脉冲的“占空比”，就可以 改变输出电压的高低。
• 在具体电路中，可以使开关脉冲频率固定， 改变开关管导通时间而改变输出电压高低。 这种电源称为“调宽式”开关电源。 PWM
NP N2
U0
toff
N P U in N 2 LP
L2 U0
ton
NP N2
L2 LP
U in U0
ton
N2 NP
U in U0
ton
图8-16 临界连续状态时的电压电流波形
2、磁通不连续的工作状态tffN2 NPU in U0
ton
i2
I 2 max
U0 L2
(t ton )
NP N2
i2 (TS )
NP N2
I P max
Uo L2
toff
NP N2
(U in LP
ton
I P min
开关电源原理简介PPT课件
hold up time
保持时间. 其目的在于当AC市电不见后 ,需有一段时间给后级使用者作备份动作.
rise time
上升时间. DC电压从无(10%)到正常输出(95%)所花费的时间.
fall time
下降时间.与rise time相反. 也就是95%到10%所花费的时间.
over shoot
SMPS在第一次开机时,会因回授的反应速度太慢,导致输出电压会超出一般正常范围. 一般规格是110%.
PFC(Power Factor Correction) 的角度缩小,以减少虚功的损耗,亦即节省市电的需求===>减少发电厂的数量.
•3
二.开关电源的TOP结构
分类方法
类别
按激励方式划分
按DC/DC变换器 的工作方式划分
按控制信号的隔 离方式划分
他激式(开关器件控制信号由专门的控制电路产生)﹑自激 式(借助于变换器本身的正反馈信号实现开关管自持周期 性开关的变换器)
efficiency
效率当然是越高越好.一般规格在85%左右.
OVP(Over Voltage Protection) 过电压保护
OCP(Over Current Protection) 过电流保护
SCP(Short Circuit Protection) 短路保护
CC mode(Constant Current mode) 定电流模式
现软件关机、键盘开机、 网络远程唤醒等功能。
ATX 12V: 20Pin+4Pin ATX 12V LN (Low Noise):24Pin+4Pin
为了满足大功率CPU 的要求,ATX 12V对 CPU供电的4PIN +12V
《开关电源原理解析》课件
随着云计算和大数据技术的快速发展 ，数据中心对高效率、高密度供电需 求越来越大，开关电源在此领域也将 有广阔的应用前景。
开关电源在太阳能、风能等新能源领 域中也有着广泛的应用前景。
开关电源的发展挑战与机遇
技术创新
开关电源技术的发展需要不断进 行技术创新，以满足高效、智能 化、模块化等发展趋势的要求。
替换法
通过替换疑似有故障的元件，判断是 否是元件故障导致的电源故障。
隔离法
通过隔离疑似有故障的电路或元件， 判断是否是电路或元件故障导致的电 源故障。
开关电源故障排除技巧
熟悉电路原理
在排除故障前，需要先熟悉电源的电路原理，了解各部分的功能和相 互关系。
逐步排查
对于复杂的电源故障，需要逐步排查，从易到难，从外到内，逐一排 除疑似故障点。
并联型电源
输出电压与输入电压相等，适用于输出电压要求较低的场合 。
按功率分类
小功率电源
一般指功率在100W以下的电源，主 要用于小型电子设备和家用电器。
中大功率电源
一般指功率在100W以上的电源，主 要用于工业设备和大型电器。
04
开关电源的设计与优化
开关电源的设计原则
效率优化
开关电源设计应追求高效率， 以减少能源浪费和设备发热。
《开关电源原理解析》ppt课件
• 开关电源概述 • 开关电源的基本原理 • 开关电源的分类 • 开关电源的设计与优化 • 开关电源的故障诊断与排除 • 开关电源的发展趋势与展望
01
开关电源概述
开关电源的定义
总结词
开关电源是一种将电能进行转换的设备，通过控制开 关管的工作状态，将直流电转换为高频交流电，再通 过整流滤波得到稳定的直流输出。
开关电源在太阳能、风能等新能源领 域中也有着广泛的应用前景。
开关电源的发展挑战与机遇
技术创新
开关电源技术的发展需要不断进 行技术创新，以满足高效、智能 化、模块化等发展趋势的要求。
替换法
通过替换疑似有故障的元件，判断是 否是元件故障导致的电源故障。
隔离法
通过隔离疑似有故障的电路或元件， 判断是否是电路或元件故障导致的电 源故障。
开关电源故障排除技巧
熟悉电路原理
在排除故障前，需要先熟悉电源的电路原理，了解各部分的功能和相 互关系。
逐步排查
对于复杂的电源故障，需要逐步排查，从易到难，从外到内，逐一排 除疑似故障点。
并联型电源
输出电压与输入电压相等，适用于输出电压要求较低的场合 。
按功率分类
小功率电源
一般指功率在100W以下的电源，主 要用于小型电子设备和家用电器。
中大功率电源
一般指功率在100W以上的电源，主 要用于工业设备和大型电器。
04
开关电源的设计与优化
开关电源的设计原则
效率优化
开关电源设计应追求高效率， 以减少能源浪费和设备发热。
《开关电源原理解析》ppt课件
• 开关电源概述 • 开关电源的基本原理 • 开关电源的分类 • 开关电源的设计与优化 • 开关电源的故障诊断与排除 • 开关电源的发展趋势与展望
01
开关电源概述
开关电源的定义
总结词
开关电源是一种将电能进行转换的设备，通过控制开 关管的工作状态，将直流电转换为高频交流电，再通 过整流滤波得到稳定的直流输出。
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-
L
+
IL
ID
C
D
IC
RL
（c)开关管截止时的等效电路
• 开关管截止时，由于电感线圈中电流的突然中断， 将在电感L两端产生左负右正的自感电动势，该自 感电动势使续流二极管D导通，形成电流回路。
2.1 高频变压器开关电源的结构
共轭滤
波器
220V交流 电压输入
整流 滤波
开关调 整管
储能 元件
直流电
脉冲整 压输出 流滤波
比较 放大
取样 电路
功能：将220V交流电
压转换为电路所需要的
基准
各种稳定的直流电压
图2-1 高频变压器开关电源基本功能框图
2.2 输入共轭滤波及整流
2.2.1、进线抗电磁干扰电路EMI
高压小电流；一个开关控制的一路输入可得到多路输出以 及同号、反号等输出； 6.电压维持时间长，为了适应交流停电时，计算机、现代 自动化控制设备电源转换的需要，开关电源可在几十毫秒 内保证仍有电压输出。 7.可靠性大，当开关损坏时，也不会有危及负载的高电压 出现。
无工频变压器开关稳压电源的不足之处：
1.输出纹波较大，约有10～100mV的峰峰值； 2.脉冲宽度调制式的电路中，电压、电流变化率大； 3.控制电路比较复杂，对元器件要求高； 4.动态响应时间至少要大于一个开关周期，不如串联
式晶体管线性稳压电源。
二、 开关电源工作原理
通过高频开关技术将输入的较高的交流电压(AC) 转换为PC电脑工作所需要的较低的直流电压(DC)
220V市 电
S501
L502
C501 0.1u
C502 0.1u
至整流滤 波电路
F501 T2.5A
• A.电路组成： • B.作用：双向滤波（一方面避免电网供电线引
入高频脉冲影响电子电路，另一方面，防止开 关电源对电网造成污染。）
C.工作原理：
对高频干扰信号而言，电容呈短路，而电 感则呈开路。高频干扰被电容短路。
1.效率高。一般在70～80%以上。 2.体积小、重量轻，随着频率的提高，收效更显著。 3.稳压范围广，一般交流输入80～265V，负载作大幅度变
化时，性能很好。 4.噪声低，声频在20kHz以上时，已是人耳听不到的超声
波，而开关电源的工作频率一般都大于此频率； 5.性能灵活，通过输出隔离变压器，可得到低压大电流、
• 电路中Q为开关管，工作于开关状态（Q饱和导通时 相当于一只接通的开关，Q截止时相当于一只断开 的开关）。
• 电感L和电容C为储能元件。
• RL为电源的负载。 • D为续流二极管，它在开关管截止时导通，保证电
感L中的电流不中断。
+300V QIQ DLFra bibliotek+
IL
-
C
RL
IC IR
（b)开关管饱和时的等效电路
5
常见开关电源图片
A：一次电源产品的图片（AC/DC）
6
B：工业电源产品的图片—标准产品（AC/DC）
CPCI Series of Lambda
7
C：工业电源产品的图片（AC/DC）
HWS Series of Lambda
8
E：工业电源产品的图片（AC/DC）
9
F：二次电源产品的图片（DC/DC）--标准转类
Full Brick
Half Brick
1/4 Brick
1/8 Brick
Half Brick
10
G：二次电源产品的图片（DC/DC）
11
彩电开关稳压电源
1.2 直流稳压电源的发展
直流稳压电源是电子、电器、自动化设备中最基本的部分。 传统的串联式线性转换方法设计制作的电源，其效率低，损耗 大，温升高。
• 开关管饱和导通时，300V电源通过开关管Q，电 感L和负载RL形成电流回路，同时向电容器C充电， 在电感L和电容C中同时储能。
• 二极管D处于反向截止状态。 • 由于电感L中突然出现电流，将在L两端产生左正
右负的自感电动势，负载两端电压等于300V电源 电压与L两端自感电动势之差。
+300V
Q
220V交流 输入
共轭滤波器
正常值: 220V±15%(187V~253V)
交流电压500V档
220V交流电压整流滤波后直流电压的检测
来自共 轭滤波 器的
220V 交流电 压
正常值为300V左右
直流电压500V档
2.3 串联型开关电源工作过程
（降压式BUCK)
+300V Q
L
D
C
RL
（a ) 串联型开关电源基本电路
开关电源的中心思想：用提高工作频率等手段来 提高电源的功率密度，进而达到减少变压器的体积和 重量的目的。采用开关变换的显著优点是大大提高了 电能的转换效率，典型的PC电源效率为70%-75%， 而相应的线性稳压电源的效率仅有50%左右。
输出电压的稳定则:依赖对脉冲宽度的改变来实 现，这就叫做脉宽调制PWM。
高频开关电源 的结构和基本原理
一、 概述
1.1 电源及开关电源
1.1.1 电源是什么？
将电网或电池的一次电能，转换为符合电子设备要 求的二次电能，这样的变换设备便是电源。
电源是一切电子设备的心脏，没有电源，电子设备 就不可能工作。
电源常 用的连 接方式
串联线性稳压电源 高频开关电源
3
1.1.2 串联稳压电源与开关电源的区分
图1-1 晶体管串联式线性稳压电源
随着电力电子技术的发展，大功率开关晶体管、快恢 复二极管及其它元器件的电压得到很大的提高，这为取消 稳压电源中的工频变压器，发展高频开关电源创造了条件。
它使电源在小型化、轻量化、高效率等方面又迈进了 一步。
图1-3 无工频变压器的开关电源原理框图
1.3 无工频变压器开关稳压电源的优点：
• 串联线性稳压电源：电源调整管工作在放大 状态。
• 开关电源：电源调整管工作在开关状态的电 源 。是具有高功率密度的电源。
电源调整管
输入
负载RL
开关管K 输入
储能元 件
负载 RL
串联稳压电源
开关电源
1.1.3 开关电源的分类：
按变换方式可分为下列四大类： （1）：第一大类：AC/DC开关电源； 开关电源 （2）：第二大类：DC/DC开关电源； （3）：第三大类：DC/AC开关电源；逆变器 （4）：第四大类：AC/AC开关电源。变频器 但目前只将前两类称为开关电源，而将后两类分别 称为逆变器和变频器。
220V市 电
S501
L502
C501 0.1u
C502 0.1u
至整流滤 波电路
F501 T2.5A
对50Hz低频而言，电容呈开路，而电感则
呈短路。因此，50Hz市电可以顺利通过。
220V市 电
S501
L502
C501 0.1u
C502 0.1u
至整流滤 波电路
F501 T2.5A
输入220V交流电压的检测