1、2022-4-1ChongQing JiaoTong University第二篇第二篇 電子新技術電子新技術&新產品新產品2022-4-1ChongQing JiaoTong University第三章第三章 開關電源開關電源第一節第一節 概述概述第三節第三節 工作原理（調寬式）工作原理（調寬式）第四節第四節 開關電源的分類開關電源的分類第五節第五節 開關電源與線性電源的比較開關電源與線性電源的比較第二節第二節 開關電源基礎電路開關電源基礎電路第六節第六節 開關電源的基本工作原理開關電源的基本工作原理 2022-4-1ChongQing JiaoTong University2022-

2、4-1ChongQing JiaoTong University2022-4-1ChongQing JiaoTong University第三章第三章 開關電源開關電源緒論緒論2022-4-1ChongQing JiaoTong University2022-4-1ChongQing JiaoTong University 開關電源就是用通過電路控制開關管進行高速的道開關電源就是用通過電路控制開關管進行高速的道通與截止。將通與截止。將直流電轉化為高頻率的交流直流電轉化為高頻率的交流電提供給變壓電提供給變壓器進行變壓，從而產生所需要的一組或多組電壓！器進行變壓，從而產生所需要的一組或多組電壓！第

3、三章第三章 開關電源開關電源 轉換為高頻交流電的原因是高頻交流在變壓器變轉換為高頻交流電的原因是高頻交流在變壓器變壓電路中的效率要比壓電路中的效率要比50Hz高很多。所以開關變壓器可高很多。所以開關變壓器可以做的很小，而且工作時不是很熱！成本很低。如果以做的很小，而且工作時不是很熱！成本很低。如果不將不將50Hz變為高頻那開關電源就沒有意義。變為高頻那開關電源就沒有意義。 第一節第一節 概述概述2022-4-1ChongQing JiaoTong University2022-4-1ChongQing JiaoTong University開關電源基本構成框圖開關電源基本構成框圖整整 流流濾濾

4、 波波功率變換器功率變換器UinUout2022-4-1ChongQing JiaoTong University2022-4-1ChongQing JiaoTong University2022-4-1ChongQing JiaoTong UniversitymsVdtdUDC/52022-4-1ChongQing JiaoTong University2022-4-1ChongQing JiaoTong University2022-4-1ChongQing JiaoTong University2022-4-1ChongQing JiaoTong University2022-4-1Ch

5、ongQing JiaoTong University2022-4-1ChongQing JiaoTong University2022-4-1ChongQing JiaoTong University2022-4-1ChongQing JiaoTong University2022-4-1ChongQing JiaoTong University2022-4-1ChongQing JiaoTong University2022-4-1ChongQing JiaoTong University2022-4-1ChongQing JiaoTong University2022-4-1ChongQ

6、ing JiaoTong University2022-4-1ChongQing JiaoTong University2022-4-1ChongQing JiaoTong University2022-4-1ChongQing JiaoTong University2022-4-1ChongQing JiaoTong University第三節第三節 工作原理：工作原理：（調寬式）（調寬式）1、輸入和輸出之間接開關調整管和儲能電路。調整管周期性開、關，輸入和輸出之間接開關調整管和儲能電路。調整管周期性開、關， 將能量輸入儲能電路，經均衡濾波后成為電壓輸出，輸出電壓的大將能量輸入儲能電路，經均

7、衡濾波后成為電壓輸出，輸出電壓的大 小，取決于調整管開關時間的長短。小，取決于調整管開關時間的長短。2、調整管的開關狀態受脈沖電壓的控制，脈沖電壓則由方波發生電路調整管的開關狀態受脈沖電壓的控制，脈沖電壓則由方波發生電路 產生，并經脈沖調寬電路調制后得到。產生，并經脈沖調寬電路調制后得到。3、取樣比較電路將一部分輸出電壓和基準電壓進行比較，當輸出電壓取樣比較電路將一部分輸出電壓和基準電壓進行比較，當輸出電壓 偏離正常值時，輸出誤差信號，對開關脈沖寬度進行調制。偏離正常值時，輸出誤差信號，對開關脈沖寬度進行調制。123例如：輸出電壓升高，脈寬變窄（即占空比例如：輸出電壓升高，脈寬變窄（即占空比D

8、減小），調整管開啟減小），調整管開啟時間縮短，輸入儲能電路的能量減小，輸出電壓降低。時間縮短，輸入儲能電路的能量減小，輸出電壓降低。 反之亦然。反之亦然。2022-4-1ChongQing JiaoTong University一個具體的開關一個具體的開關穩壓電源工作原理：穩壓電源工作原理：儲能電路：儲能電路：即續流濾波電路即續流濾波電路儲能電路組成：儲能電路組成：續流二極管續流二極管儲能電感儲能電感儲能濾波電容儲能濾波電容2022-4-1ChongQing JiaoTong University儲能電路：儲能電路：1、串聯型：儲能電感、串聯型：儲能電感 和負載相串聯和負載相串聯、V飽和導通時

9、，飽和導通時，VD截止，截止，UI經經V在在L中產生電流中產生電流iL向電容向電容C充電。充電。、V截止時，截止時， L中的電流不能突變，產生左負中的電流不能突變，產生左負右正右正 的自感電動的自感電動勢，勢，VD導通，續流電流導通，續流電流 iZ 向電容向電容C充電充電，將，將L中的磁能轉換為電中的磁能轉換為電 容容C中的電能。中的電能。總之，調整管總之，調整管V導通期間，導通期間，L儲存磁能，并給電容儲存磁能，并給電容C充電，同時向負載供電；充電，同時向負載供電；調整管調整管V截止期間，截止期間，L釋放磁能，轉變為釋放磁能，轉變為C的電能，同時向負載供電。的電能，同時向負載供電。根據儲能電

10、感的連接方式可分為：根據儲能電感的連接方式可分為：串聯型并聯型并聯獨立輸出型串聯型并聯型并聯獨立輸出型2022-4-1ChongQing JiaoTong University2、并聯型：儲能電感、并聯型：儲能電感 和負載相并聯和負載相并聯、V飽和導通時，飽和導通時，VD截止，截止，UI經經V在在L中產生電流中產生電流iL，L儲能。儲能。、V截止時，截止時， L中的電流不能突變，產生上負中的電流不能突變，產生上負 下下正正 的自感電動的自感電動勢，勢，VD導通，續流電流導通，續流電流iZ 向電容向電容C充電充電，將，將L中的磁能轉換為電中的磁能轉換為電 容容C中的電能。中的電能。總之，調整管總

11、之，調整管V導通期間，導通期間，L儲存磁能，負載由電容儲存磁能，負載由電容C供電；供電；調整管調整管V截止期間，截止期間，L釋放磁能，轉變為釋放磁能，轉變為C的電能，同時向負載供電。的電能，同時向負載供電。并聯型電路中，調整管承受的反峰電壓為并聯型電路中，調整管承受的反峰電壓為2UI ，為串聯型的兩倍。，為串聯型的兩倍。2022-4-1ChongQing JiaoTong University3、并聯獨立輸出型：通過續流電感的電磁耦合，實現隔離輸出。、并聯獨立輸出型：通過續流電感的電磁耦合，實現隔離輸出。（電源輸入端不使用變壓器、實現多種電壓輸出）（電源輸入端不使用變壓器、實現多種電壓輸出）應

12、用最多的一種電路形式應用最多的一種電路形式三極管三極管V可使用功率場效應管可使用功率場效應管脈沖調寬、脈沖發生及誤差信號的產生等可集成化例如脈沖調寬、脈沖發生及誤差信號的產生等可集成化例如TOP221 TOP2272022-4-1ChongQing JiaoTong University1. 按激勵方式分類按激勵方式分類第四節第四節 開關電源的分類開關電源的分類2022-4-1ChongQing JiaoTong University2. 按控制原理按控制原理(調制方式調制方式)分類分類(1)脈寬調制型脈寬調制型(PWM)開關電源開關電源(2)脈頻調制型脈頻調制型(PFM)開關電源開關電源(3

13、)混合型開關電源混合型開關電源(4)脈沖密度調制型脈沖密度調制型(PDM)開關電源開關電源脈沖寬度為恒定值，通過調節脈沖數實現脈沖寬度為恒定值，通過調節脈沖數實現穩壓。穩壓。2022-4-1ChongQing JiaoTong University3. 按功率開關管的類型分類按功率開關管的類型分類(1)晶體管型開關電源晶體管型開關電源 (GTR)(2)晶閘管型開關電源晶閘管型開關電源(3)MOSFET型開關電源型開關電源(4)IGBT型開關電源型開關電源2022-4-1ChongQing JiaoTong University串聯型：串聯型： 儲能電感和負載相串聯儲能電感和負載相串聯 V飽和導

14、通時，飽和導通時，VD截止，截止，UI經經V在在L中產生電流中產生電流iL向電容向電容C充電。充電。 V截止時，截止時， L中的電流不能突變，產生左負中的電流不能突變，產生左負右正右正 的自感電動的自感電動勢，勢，VD導通，續流電流導通，續流電流 iZ 向電容向電容C充電充電，將，將L中的磁能轉換為電中的磁能轉換為電 容容C中的電能。中的電能。總之，調整管總之，調整管V導通期間，導通期間，L儲存磁能，并給電容儲存磁能，并給電容C充電，同時向負載供電；充電，同時向負載供電；調整管調整管V截止期間，截止期間，L釋放磁能，轉變為釋放磁能，轉變為C的電能，同時向負載供電。的電能，同時向負載供電。4.

15、按儲能電感的連接方式分類按儲能電感的連接方式分類串聯型并聯型并聯獨立輸出型串聯型并聯型并聯獨立輸出型2022-4-1ChongQing JiaoTong University(2)、并聯型：、并聯型： 儲能電感和負載相并聯儲能電感和負載相并聯 V飽和導通時，飽和導通時，VD截止，截止，UI經經V在在L中產生電流中產生電流iL，L儲能。儲能。 V截止時，截止時， L中的電流不能突變，產生上負中的電流不能突變，產生上負下下正正 的自感電動的自感電動勢，勢，VD導通，續流電流導通，續流電流iZ 向電容向電容C充電充電，將，將L中的磁能轉換為電中的磁能轉換為電 容容C中的電能。中的電能。總之，調整管總

16、之，調整管V導通期間，導通期間，L儲存磁能，負載由電容儲存磁能，負載由電容C供電；供電；調整管調整管V截止期間，截止期間，L釋放磁能，轉變為釋放磁能，轉變為C的電能，同時向負載供電。的電能，同時向負載供電。4. 按儲能電感的連接方式分類按儲能電感的連接方式分類2022-4-1ChongQing JiaoTong University(3) 并聯獨立輸出型：通過續流電感的電磁耦合，實現隔離并聯獨立輸出型：通過續流電感的電磁耦合，實現隔離輸出。輸出。（電源輸入端不使用變壓器、實現多種電壓輸出）（電源輸入端不使用變壓器、實現多種電壓輸出）應用最多的一種電路形式應用最多的一種電路形式三極管三極管V可使

17、用功率場效應管可使用功率場效應管脈沖調寬、脈沖發生及誤差信號的產生等可集成化例如脈沖調寬、脈沖發生及誤差信號的產生等可集成化例如TOP221 TOP2274. 按儲能電感的連接方式分類按儲能電感的連接方式分類2022-4-1ChongQing JiaoTong University5. 按功率開關管的連接方式分類按功率開關管的連接方式分類(1)單端正激式單端正激式(2)單端反激式單端反激式(3)推挽式推挽式(4)半橋式半橋式(5)全橋式全橋式2022-4-1ChongQing JiaoTong UniversityT1+_Uin+_UoutRL+R2R1C2V2W1W2V3iLC1W1V4R3

18、V12022-4-1ChongQing JiaoTong University2022-4-1ChongQing JiaoTong University2022-4-1ChongQing JiaoTong University+_+_+UinUoutV2iRLIoLoV3V4iLW2TCV1W1”W1i12022-4-1ChongQing JiaoTong University2022-4-1ChongQing JiaoTong University(3)推挽式推挽式2022-4-1ChongQing JiaoTong University(4)全橋式全橋式2022-4-1ChongQing

19、JiaoTong University+V3V4V1V2V7V8V5V6LVinVout(4)全橋式全橋式2022-4-1ChongQing JiaoTong University2022-4-1ChongQing JiaoTong University(5)半橋式半橋式2022-4-1ChongQing JiaoTong University(5)半橋式半橋式+C1C2V1V2V4V4LVinVoutUa2022-4-1ChongQing JiaoTong University2022-4-1ChongQing JiaoTong University6. 按輸入和輸出電壓的大小分類按輸入和輸

20、出電壓的大小分類(1)升壓式開關電源升壓式開關電源(2)降壓式開關電源降壓式開關電源(3)輸出極性反轉式開關電源輸出極性反轉式開關電源2022-4-1ChongQing JiaoTong University7. 按工作方式分類按工作方式分類(1)可控硅整流型開關電源可控硅整流型開關電源(2)斬波型開關電源斬波型開關電源(3)隔離型開關電源隔離型開關電源8. 按電路結構分類按電路結構分類(1)分立式開關電源分立式開關電源(2)集成式開關電源集成式開關電源2022-4-1ChongQing JiaoTong University第五節第五節 開關電源與線性電源的比較開關電源與線性電源的比較 一、

21、開關穩壓電源的特點一、開關穩壓電源的特點 1. 開關穩壓電源的優點開關穩壓電源的優點(1) 功耗小，轉換效率高；功耗小，轉換效率高；(2) 體積小，重量輕；體積小，重量輕；(3) 穩壓范圍寬；穩壓范圍寬；(4) 濾波電容小；濾波電容小；(5) 電路形式靈活多樣。電路形式靈活多樣。2. 開關穩壓電源的缺點開關穩壓電源的缺點(1)電壓調整率和負載調整率較差；電壓調整率和負載調整率較差；(2)存在較嚴重的開關噪聲和干擾；存在較嚴重的開關噪聲和干擾；(3)電路復雜，不便于維修。電路復雜，不便于維修。2022-4-1ChongQing JiaoTong University二、開關電源與線性電源的比較二

22、、開關電源與線性電源的比較第五節第五節 開關電源與線性電源的比較開關電源與線性電源的比較 2022-4-1ChongQing JiaoTong University第六節第六節 開關電源的基本工作原理開關電源的基本工作原理 一、開關電源的工作方式一、開關電源的工作方式 (調制方式調制方式)(1)脈寬調制型脈寬調制型(PWM)開關電源開關電源(2)脈頻調制型脈頻調制型(PFM)開關電源開關電源(3)混合調制型混合調制型(PWM+PFM)開關電源開關電源(4)脈沖密度調制型脈沖密度調制型(PDM)開關電源開關電源脈沖寬度為恒定值，通過調節脈沖數實現穩壓。脈沖寬度為恒定值，通過調節脈沖數實現穩壓。2

23、022-4-1ChongQing JiaoTong University二、脈寬調制控制器的基本原理二、脈寬調制控制器的基本原理第六節第六節 開關電源的基本工作原理開關電源的基本工作原理 2022-4-1ChongQing JiaoTong University2022-4-1ChongQing JiaoTong University2022-4-1ChongQing JiaoTong University2022-4-1ChongQing JiaoTong University二、脈寬調制控制器的基本原理二、脈寬調制控制器的基本原理1.降壓型開關穩壓電源的降壓型開關穩壓電源的PWM控制控制(

24、1).開關管開關管V的導通期內，儲能電感中的導通期內，儲能電感中 電流的最大變化量為電流的最大變化量為(2).開關管開關管V的截止期內，儲能電感中的截止期內，儲能電感中 電流的最大變化量為電流的最大變化量為(3).開關管開關管V導通期與截止期能量轉換的條件：導通期與截止期能量轉換的條件：OFFOLtLUI2maxONOiLtLUUI1maxOFFOONOitLUtLUUiONiiOFFONONOUTtUDUtttU即第六節第六節 開關電源的基本工作原理開關電源的基本工作原理 2022-4-1ChongQing JiaoTong University2.升壓型開關穩壓電源的升壓型開關穩壓電源的P

25、WM控制控制(1).開關管開關管V的導通期內，儲能電感中的導通期內，儲能電感中 電流的變化量為電流的變化量為(2).開關管開關管V的截止期內，儲能電感中的截止期內，儲能電感中 電流的變化量為電流的變化量為(3).開關管開關管V導通期與截止期能量轉換的條件：導通期與截止期能量轉換的條件：OFFdOiLtLUUUI2ONiLtLUI1OFFdOiONitLUUUtLU1(1)1ONOiiOFFtUUUDtD二、脈寬調制控制器的基本原理二、脈寬調制控制器的基本原理2022-4-1ChongQing JiaoTong University(1).開關管開關管V的導通期內，電感儲存的的導通期內，電感儲存的能量：能量：(2).開關管開關管V的截止期內，電感中的能量的截止期內，電感中的能量傳給負載：傳給負載： 3.極性反轉型開關穩壓電源的極性反轉型開關穩壓電源的PWM控制控制結論：結論：.UO與與Ui極性相反極性相反 .改變改變D可改變可改變UO，穩定，穩定D可穩定可穩定UO.D1-D