這是一個關于開關電源基礎知識PPT，包括了開關電源的電路組成，輸入電路的原理及常見電路，功率變換電路，輸出整流濾波電路，4-16V,40A輸出大功率開關電源電路設計，主要技術指標，基本工作原理及原理框圖，各主要功能描述，直流系統(tǒng)，交流系統(tǒng)等內容。開關電源基本知識培訓講議本培訓基于對開關電源具有常識性了解和一定程度電子、電路知識人員為對象。第一部分 開關電路基本組成 一、 開關電源的電路組成 　　大功率開關電 源的主要電路是由輸入電磁干擾濾波器（EMI）、整流濾波電路、功率變換電路、PWM控制器電路、輸出整流濾波電路組成。輔助電路有輸入過欠壓保護電路、輸出過欠壓保護電路、輸出過流保護電路、輸出短路保護電路等。 大功率開關電源的電路組成方框圖如下： 二.輸入電路的原理及常見電路 1.AC輸入整流濾波電路 大功率開關電源防雷電路：當有雷擊，產生高壓經電網導入電源時，由MOV1、MOV2、MOV3；F1、F2、F3、FDG1 組成的電路進行保護。當加在壓敏電阻兩端的電壓超過其工作電壓時，其阻值降低，使高壓能量消耗在壓敏電阻上，若電流過大，F1、F2、F3 會燒毀保護后級電路。大功率開關電源輸入濾波電路：C1、L1、C2、C3組成的雙π型濾波網絡主要是對輸入電源的電磁噪聲及雜波信號進行抑制，防止對電源干擾，同時也防止電源本身產生的高頻雜波對電網干擾。當大功率開關電源開啟瞬間，要對 C5充電，由于瞬間電流大，加RT1（熱敏電阻）就能有效的防止浪涌電流。因瞬時能量全消耗在RT1電阻上，一定時間后溫度升高后RT1阻值減�。≧T1 是負溫系數元件），這時它消耗的能量非常小，后級電路可正常工作，歡迎點擊下載開關電源基礎知識PPT。

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開關電源基本知識培訓講議本培訓基于對開關電源具有常識性了解和一定程度電子、電路知識人員為對象。第一部分 開關電路基本組成 一、 開關電源的電路組成 　　大功率開關電 源的主要電路是由輸入電磁干擾濾波器（EMI）、整流濾波電路、功率變換電路、PWM控制器電路、輸出整流濾波電路組成。輔助電路有輸入過欠壓保護電路、輸出過欠壓保護電路、輸出過流保護電路、輸出短路保護電路等。 大功率開關電源的電路組成方框圖如下： 二.輸入電路的原理及常見電路 1.AC輸入整流濾波電路 大功率開關電源防雷電路：當有雷擊，產生高壓經電網導入電源時，由MOV1、MOV2、MOV3；F1、F2、F3、FDG1 組成的電路進行保護。當加在壓敏電阻兩端的電壓超過其工作電壓時，其阻值降低，使高壓能量消耗在壓敏電阻上，若電流過大，F1、F2、F3 會燒毀保護后級電路。大功率開關電源輸入濾波電路：C1、L1、C2、C3組成的雙π型濾波網絡主要是對輸入電源的電磁噪聲及雜波信號進行抑制，防止對電源干擾，同時也防止電源本身產生的高頻雜波對電網干擾。當大功率開關電源開啟瞬間，要對 C5充電，由于瞬間電流大，加RT1（熱敏電阻）就能有效的防止浪涌電流。因瞬時能量全消耗在RT1電阻上，一定時間后溫度升高后RT1阻值減�。≧T1 是負溫系數元件），這時它消耗的能量非常小，后級電路可正常工作。整流濾波電路：交流電壓經BRG1整流后，經C5濾波后得到較為純凈的直流電壓。若C5容量變小，輸出的交流紋波將增大。 2.DC 輸入濾波電路(PFC)原理： ① 輸入濾波電路：C1、L1、C2組成的雙π型濾波網絡主要是對輸入大功率開關電源的電磁噪聲及雜波信號進行抑制，防止對電源干擾，同時也防止大功率開關電源本身產生的高頻雜波對電網干擾。C3、C4 為安規(guī)電容，L2、L3為差模電感。 ② R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7組成抗浪涌電路。在系統(tǒng)起動的瞬間，由于 C6的存在Q2不導通，電流經RT1構成回路。當C6上的電壓充至Z1的穩(wěn)壓值時Q2導通。如果C8漏電或后級電路短路現象，在系統(tǒng)起動的瞬間電流在RT1上產生的壓降增大，Q1導通使 Q2沒有柵極電壓不導通，RT1將會在很短的時間燒毀，以保護后級電路。 三、功率變換電路 1.大功率開關電源工作原理： R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2組成緩沖器，和開關MOS管并接，使開關管電壓應力減少，EMI減少，不發(fā)生二次擊穿。在開關管Q1關斷時，變 壓器的原邊線圈易產生尖峰電壓和尖峰電流，這些元件組合一起，能很好地吸收尖峰電壓和電流。從R3測得的電流峰值信號參與當前工作周波的占空比控制，因此 是當前工作周波的電流限制。當R5上的電壓達到1V時，UC3842停止工作，開關管Q1立即關斷 。 R1和Q1中的結電容CGS、CGD一起組成RC網絡，電容的充放電直接影響著開關管的開關速度。R1過小，易引起振蕩，電磁干擾也會很大；R1過大，會降低開關管的開關速度。Z1通常將MOS管的GS電壓限制在18V以下，從而保護了MOS管。 Q1的柵極受控電壓為鋸形波，當其占空比越大時，Q1導通時間越長，變壓器所儲存的能量也就越多；當Q1截止時，變壓器通過D1、D2、C3 釋放能量，同時也達到了磁場復位的目的，為變壓器的下一次存儲、傳遞能量做好了準備。IC根據輸出電壓和電流時刻調整著⑥腳鋸形波占空比的大小，從而穩(wěn)定了整機的輸出電流和電壓。 C4和R6為尖峰電壓吸收回路。 2.推挽式功率變換電路： Q1和Q2將輪流導通。 3.有驅動變壓器的功率變換電路： T2為驅動變壓器，T1為開關變壓器，TR1為電流環(huán)。 四、 輸出整流濾波電路： 1、 大功率開關電源正激式整流電路： T1為開關變壓器，其初極和次極的相位同相。D1為整流二極管，D2為續(xù)流二極管，R1、C1、R2、C2 為削尖峰電路。L1為續(xù)流電感，C4、L2、C5組成π型濾波器。 2. 大功率開關電源反激式整流電路： T1為開關變壓器，其初極和次極的相位相反。D1為整流二極管，R1、C1為削尖峰電路。L1為續(xù)流電 感，R2為假負載，C4、L2、C5組成π型濾波器。 3、大功率開關電 源同步整流電路： 　　工作原理：當變壓器次級上端為正時，電流經 C2、R5、R6、R7使Q2導通，電路構成回路，Q2 為整流管。Q1柵極由于處于反偏而截止。當變壓器次級下端為正時，電流經C3、R4、R2使 Q1導通，Q1為續(xù)流管。Q2柵極由于處于反偏而截止。L2為續(xù)流電感，C6、L1、C7組成π 型濾波器。R1、C1、R9、C4為削尖峰電路。 第二部分 例 4-16V，40A輸出大功率開關電源電路設 計   摘要：介紹一種采用半橋電路的開 關電源，其輸入電壓為交流220V±20％，輸出電壓為直流4～16V，最大電流40A，工作頻率50kHz。重點介紹了該電源的設計思想，工作原理及特 點。引言：  在科研、生產、實驗等應用場合，經常用到電壓在5～15V，電流在5～40A的電源。而一般實驗用電源最大電流只有5A、10A。為此專門開發(fā)了 電壓4V～16V連續(xù)可調，輸出電流最大40A的開關電源。它采用了半橋電路，所選用開關器件為功率MOS管，開關工作頻率為50kHz，具有重量輕、體積小、成本低等特點。 2、主要技術指標 1）交流輸入電壓AC220V±20％； 2）直流輸出電壓4～16V可調； 3）輸出電流0～40A； 4）輸出電壓調整率≤1％； 5）紋波電壓Up?p≤50mV； 6）顯示與報警具有電流/電壓顯示功能及故障告警指示。 3、基本工作原理及原理框圖該電源的原理框圖如圖所示。此開關電源已成功地作為實驗室電源、通信基站電源使用。其效率≥85％，紋波優(yōu)于30mVP-P，產品可靠性高、成本低，具有一定的市場 競爭力。 220V交流電壓經過EMI濾波及整流濾波后，得到約300V的直流電壓加到半橋變換器上，用脈寬調制電路產生的雙列脈沖信號去驅動功率MOS 管，通過功率變壓器的耦合和隔離作用在次級得到準方波電壓，經整流濾波反饋控制后可得到穩(wěn)定的直流輸出電壓。  4、各主要功能描述 4.1、交流EMI濾波及整流濾波電路交流EMI濾波及整流濾波電路如圖所示。 電子設備的電源線是電磁干擾（EMI）出入電子設備的一個重要途徑，在設備電源線入口處安裝電網濾波器可以有效地切斷這條電磁干擾傳播途徑，本電 源濾波器由帶有IEC插頭電網濾波器和PCB電源濾波器組成。IEC插頭電網濾波器主要是阻止來自電網的干擾進入電源機箱。PCB電源濾波器主要是抑制功 率開關轉換時產生的高頻噪聲。 交流輸入220V時，整流采用橋式整流電路。如果將JTI跳線短連時，則適用于110V交流輸入電壓。由于輸入電壓高，電容器容量大，因此在接通電網瞬間會產生很大的浪涌沖擊電流，一般浪涌電流值為穩(wěn)態(tài)電流的數十倍。這可能造成整流橋和輸入保險絲的損壞，也可能造成高頻變壓器磁芯飽和損壞功率器件，造成高壓電解電容使用壽命降低等。所以在整流橋前加入由電阻R1和繼電器K1組成的輸入軟啟動電路。 4.2 、半橋式功率變換器該電源采用半橋式變換電路，如圖所示，其工作頻率50kHz，在初級一側的主要部分是Q4和Q5功率管及C34和C35電容器。Q4和Q5交替導通、截止，在高頻變壓器初級繞組N1兩端產生一幅值為U1/2的正負方波脈沖電壓。能量通過變壓器傳遞到輸出端，Q4和Q5采用IRFP460功率 MOS管。 4.3、功率變壓器的設計 1）工作頻率的設定工作頻率對電源的體積、重量及電路特性影響很大。工作頻率高，輸出濾波電感和電容體積減小，但開關損耗增高，熱量增大，散熱器體積加大。因此根據元器件及性價比等因素，將電源工作頻率進行優(yōu)化設計，本例為fs=50kHz。 T=1/fs=1/50kHz=20μs 2）磁芯選用 ①選取磁芯材料和磁芯結構選用R2KB鐵氧體材料制成的EE型鐵氧體磁芯。其具有品種多，引線空間大，接線操作方便，價格便宜等優(yōu)點。 ②確定工作磁感應強度Bm R2KB軟磁鐵氧體材料的飽和磁感應強度Bs=0.47T，考慮到高溫時Bs會下降，同時為防止合閘瞬間高頻變壓器飽和，選定 Bm=1/3Bs=0.15T。 ③計算并確定磁芯型號磁芯的幾何截面積S和磁芯的窗口面積Q與輸出功率Po存在一定的函數關系。計算略… 3)計算原副邊繞組匝數按輸入電壓最低及輸出滿載的情況（此時占空比最大）來計算原副邊繞組匝數。計算略… 4）選定導線線徑在選用繞組的導線線徑時，要考慮導線的集膚效應，一般要求導線線徑小于兩倍穿透深度，而穿透深度由式 決定. 式中：ω為角頻率，ω=2πfs； μ為導線的磁導率，對于銅線相對磁導率μr=1，則μ=μ0×μr=4π×10－7H/m； γ為銅的電導率，γ=58×10－6Ωm；穿透深度Δ的單位為m。變壓器工作頻率50kHz，在此頻率下銅導線的穿透深度為Δ=0.2956mm，因此繞組線徑必須是直徑小于0.59mm的銅線。另外考慮到銅線電流密度一般取3～6A/mm2，故這里選用?0.56mm的漆包線。 4.4、輔助電源的設計輔助電源采用RCC變換器（RingingChokeConverter。其輸入電壓為交流220V整流濾波電壓，輸出直流電壓為 12.5V，輸出直流電流為0.5A。 4.5、驅動電路驅動電路如圖所示。TL494輸出50kHz的脈沖信號，通過高頻脈沖變壓器耦合去驅動功率MOS管。次級脈沖電壓為正時，MOS管導通，在此 期間Q7截止，由其構成的泄放電路不工作。當次級脈沖電壓為零時，則Q7導通，快速泄放MOS管柵級電荷，加速MOS管截止。R70是用于抑制驅動脈沖的 尖峰，R68、D15、R67可以加速驅動并防止驅動脈沖產生振蕩。D17和與它相連的脈沖變壓器繞組共同構成去磁電路。 4.6、風扇風速控制電路風扇風速控制電路見圖。利用二極管正向管壓降隨溫度升高而呈下降趨勢的特性，將D9、D10做為散熱器溫度采樣器件。方法是將D9、D10兩二極管緊靠在散熱器上，當散熱器隨輸出功率加大而溫度升高時，運放N2A正相輸入端電平降低，輸出低電平使三極管Q3開始導通，風機上電壓升高，轉速升高，最終到達最高轉速。當負載較輕，使散熱器溫度低于50℃時，N2A輸出高電平，Q3不導通，輔助電源12.5V經電阻R57降壓給風機供電，風機處于低速、低噪聲運行狀態(tài)。此電路可以提高風機工作壽命，增加電路可靠性，亦可在小負載情況下，減少風機帶來的噪聲。 4.7、PWM控制電路控制電路采用通用脈寬調制器TL494，具有通用性和成本低等優(yōu)點，見圖。輸出電壓經R40、RV2、RV1、R41進行分壓采樣，經R5阻抗 匹配后送到TL494腳1。RV1裝在電源前面板上用于實現輸出電壓的調節(jié)。R103和C14將輸出電感L1前信號采樣，經R5送到TL494腳1，用于 提高電源穩(wěn)定度，消除L1對環(huán)路穩(wěn)定性影響。 4.8 、過流保護電路為增強電源可靠性，此電源采用初、次級兩級過流保護。初級采用電流互感器CT1檢測初級變壓器電流，檢測出的電流信號經R60轉為電壓信號后，再 經D2～D4，C9整流濾波后，經過電位器RV3分壓，反相器N3反相后加在Q1管基極。當初級電流超過正常時，反相器反轉，Q1管導通，將 VREF=5V的高電平加在TL494腳4上（腳4為TL494死區(qū)控制腳、高電平關斷），TL494關斷。     輸出直流總線上過流保護，采用R45～R56電阻做為采樣電阻，當輸出電流增加時腳15電平變低，當輸出電流大于40A的105％時，TL494 的內部運放動作，腳3電平升高，限制輸出脈寬增加，電源處于限流狀態(tài)。 第三部分 一.直流系統(tǒng) 1.系統(tǒng)拓樸 2．本機供電電源、風機 3．R1、R2類軟啟動在電源接通時，因C1、C2電壓不能瞬變，電路中將產生一近似短路電流。為防止此現象的產生，設置R1、R2電路。工作原理：系統(tǒng)接通電源時，外電通過R1、R2給C1、C2充電，幾個周期后，C1、C2電壓到工作電流，此時啟動系統(tǒng)工作，KM1合閘而完成系統(tǒng)正常投運。 4．VC1整流濾波模塊 5．功率模塊和T1一道完成DC/DC變換，是系統(tǒng)調壓的核心。 6．輸出整流模塊 7．功率模塊驅動模塊 8．系統(tǒng)控制模塊 PWM調制、參數設置、系統(tǒng)控制等。 XS9：1、XS9：2電壓反饋，XS13電流反饋。 二．交流系統(tǒng)一)．小三相 1.系統(tǒng)拓樸 2．抗EMI（電磁干擾）電路 3．系統(tǒng)開關（接觸器） 4．風機 5．整流濾波電路 6．逆變功率模塊由PWM控制完成DC/AC轉換 7．輸出濾波電路本系統(tǒng)輸出為三相四線制，用戶可Y--△接靈活使用。 8．驅動模塊 8．驅動模塊 9．中央控制及數據輸入顯示模塊完成PWM調制算法；數據輸入、實時數據顯示等。 二）.中、大三相 1.系統(tǒng)拓樸 2．整流電路 3．濾波電路 4．逆變功率單元 Scx內環(huán)電流采樣傳感器，完成PWM調節(jié)工作穩(wěn)定。Tx輸出變壓器，完成功率傳遞和將外設和主電路隔離。 5．輸出電路 C9、C12；C13、C16；C17、C20輸出電容，作用是平滑逆變后波形可能的瞬時毛刺。AP22輸出電壓采樣（霍爾器件，另起隔離作用）；SC7—9輸出電流采樣（電流互感器），輸出電壓與輸出電流一道形成PWM調制外反饋環(huán)，完成系統(tǒng)穩(wěn)定調節(jié)工作。 6．中心控制單元完成波形發(fā)生、波形控制、集中控制及擴展控制等工作。 7．I/O控制、顯示、輸出保護單元 A7的XP1端6、8在輸出電壓異常時立刻切斷系統(tǒng)輸出，XP2端向中心控制單元發(fā)出信號同時停止主機的運行。h9i紅軟基地

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