《开关电源原理与应用》课件

开关电源原理与应用本课程将深入浅出地讲解开关电源的工作原理、应用以及设计方法通过课程学习，你将掌握开关电源的基本知识，并能够独立完成简单开关电源的设计和应用开关电源概述高效节能体积小巧应用广泛与传统线性电源相比，开关电源具有更开关电源采用高频工作模式，可使用更开关电源应用范围广泛，涵盖了电脑、高的效率，减少能量损失，降低功耗，小的电感和电容，从而实现更小的体积手机、家电、工业设备等各个领域，为符合环保节能的要求和重量，适用于空间有限的应用场景现代电子产品提供可靠的电源供应开关电源基本结构整流电路滤波电路开关电路控制电路将交流电转换为直流电，为对整流后的直流电压进行滤通过开关器件（例如控制开关器件的开关频率和后续电路提供直流电压波，消除纹波，提供稳定的）的快速开关，实占空比，调节输出电压和电MOSFET直流电压现直流电压的高频转换流开关电源的工作原理整流1将交流电转换为直流电，为后续电路提供直流电压滤波2对整流后的直流电压进行滤波，消除纹波，提供稳定的直流电压开关转换3通过开关器件的快速开关，实现直流电压的高频转换反馈控制4通过反馈电路检测输出电压，并控制开关频率和占空比，稳定输出电压整流电路二极管整流桥式整流利用二极管的单向导通特性，将交流电转换为脉动直流电利用四个二极管构成桥式电路，实现全波整流，提高整流效率滤波电路电容滤波电感滤波滤波LC利用电容的充放电特性，对脉动直流电利用电感的储能特性，对脉动直流电进将电容滤波和电感滤波结合，实现更好进行滤波，降低纹波行滤波，降低纹波的滤波效果开关电路MOSFET IGBT金属氧化物半导体场效应晶体管，具绝缘栅双极型晶体管，兼具MOSFET有快速开关速度、低导通电阻等特点的高输入阻抗和双极型晶体管的高电，适合用于开关电源流能力，适合于大功率开关电源调制技术PWM占空比频率开关信号的高电平持续时间占整个周期时间12开关信号的频率决定了开关电源的工作频率的比例，决定了输出电压的大小，影响效率和体积反馈控制电路电压检测1通过电压采样电路，获取输出电压的反馈信号误差放大2将反馈信号与参考电压进行比较，得到误差信号控制PWM3根据误差信号，调节占空比，控制开关器件的开关频率PWM隔离电路磁耦合隔离通过隔离变压器实现输入输出之间的电气隔离，提高安全性光耦隔离利用光耦合器实现输入输出之间的电气隔离，提高抗干扰能力功率变换拓扑结构升压型输出电压高于输入电压，适用于电池充电等应用降压型输出电压低于输入电压，适用于手机充电器等应用升降压型输出电压可以高于或低于输入电压，适用于多功能电源等应用反激式利用变压器反激原理，实现高压输出，适用于电视机等应用前激式利用变压器前激原理，实现高效率，适用于服务器电源等应用升压型开关电源特点输出电压高于输入电压，适用于电池充电等应用1原理2通过开关器件的快速开关，将电感中的能量传递给输出端，实现电压升高降压型开关电源特点1输出电压低于输入电压，适用于手机充电器等应用原理2通过开关器件的快速开关，控制电感中的电流，实现电压降低升降压型开关电源输出电压可调效率高体积小应用广泛反激式开关电源特点原理利用变压器反激原理，实现高压输出，适用于电视机等应用开关器件导通时，电流通过电感和变压器初级绕组，储能于电感开关器件关断后，储能释放，通过变压器次级绕组，实现电压升高前激式开关电源双重开关电源213输出隔离效率提供两个独立的输出电压输入输出之间隔离，提高安全性具有更高的效率，降低功耗交直流转换技术整流桥滤波电路控制电路将交流电转换为脉动直流电，作为后续对整流后的直流电进行滤波，消除纹波根据负载需求，调节输出电压和电流电路的电源，提供稳定的直流电压问题分析与抑制EMI/EMC电磁干扰电磁兼容性12开关电源工作时会产生电磁干开关电源需要满足电磁兼容性扰，影响其他电子设备的正常标准，避免对其他设备造成干工作扰，同时自身也要能够抗干扰抑制措施3采用电磁干扰滤波器、屏蔽罩等措施，抑制电磁干扰热管理技术散热器1将热量从开关器件等发热元件传递给空气或其他介质，降低温度风扇2增强空气流动，提高散热效率热管3利用液体的蒸发和冷凝原理，将热量从高温区域转移到低温区域绝缘与安全设计绝缘等级安全认证根据应用场景选择合适的绝缘等级，确保人身安全产品需要通过相关安全认证，确保产品符合安全标准可靠性设计元件选型电路设计选择可靠性高的元器件，降低故采用合理的电路设计，降低故障障率率测试验证进行严格的测试验证，确保产品可靠性电源效率分析效率定义影响因素提高效率电源效率是指输出功率与输入功率的比开关器件的导通电阻、电流纹波、滤波采用高效率的开关器件、优化电路设计值，一般用百分比表示电路损耗等因素都会影响电源效率、降低损耗等措施，可以提高电源效率开关管选型12电流电压选择能够承受最大输出电流的开关管选择能够承受最大输入电压的开关管3开关速度选择开关速度快的开关管，提高效率和降低损耗续流二极管选型电流1选择能够承受最大输出电流的续流二极管电压2选择能够承受最大反向电压的续流二极管恢复时间3选择恢复时间短的续流二极管，减少能量损失滤波电容选型容量耐压ESR选择容量足够大的滤波电容，降低输出选择耐压高于最大输入电压的滤波电容选择等效串联电阻低的滤波电容，降低电压纹波，避免损坏能量损失磁性元件设计电感根据工作频率、电流、电压等参数选择合适的电感变压器根据输出电压、电流、功率等参数选择合适的变压器驱动电路设计驱动信号驱动类型驱动电路提供高电压、大电流的驱动信号，控制开关器件的导通常见驱动类型包括单端驱动、双端驱动、栅极驱动等与关断反馈控制电路设计运算放大器比较器用于放大误差信号，控制开关器件的开关频率用于比较反馈信号与参考电压，输出误差信号电源拓扑的选择成本考虑效率要求选择成本低的拓扑结构，例如降压型等应用场景选择效率高的拓扑结构，例如前激式、反根据应用场景选择合适的拓扑结构，例如激式等升压、降压、升降压等开关电源的应用领域开关电源的发展趋势高效率小型化12不断追求更高的效率，降低能采用高频技术，实现更小的体耗，符合环保节能的要求积和重量，满足小型化需求智能化3集成微处理器控制，实现智能化控制，提高电源效率和可靠性电力电子技术概述定义特点应用电力电子技术是指利用电子器件和控制效率高、体积小、重量轻、响应速度快广泛应用于工业、农业、交通、通信、技术，对电力进行变换、控制和利用的、控制灵活等特点国防等领域技术功率半导体器件二极管晶体管可控硅单向导通，用于整流、控制电流的流向和大小控制电流的导通与关断续流等，用于开关、放大等，用于大功率电力控制触发与驱动电路信号转换1将低电压、低电流的控制信号转换为高电压、大电流的驱动信号信号隔离2实现输入输出之间的电气隔离，提高安全性驱动方式3常见的驱动方式包括单端驱动、双端驱动、栅极驱动等功率变换拓扑升压型输出电压高于输入电压降压型输出电压低于输入电压升降压型输出电压可以高于或低于输入电压反激式利用变压器反激原理实现高压输出前激式利用变压器前激原理实现高效率控制技术PWM占空比频率控制开关器件的导通时间比例，决定了输出电压的大小控制开关器件的开关频率，影响效率和体积12反馈控制理论反馈信号通过传感器获取输出信号的反馈信息误差放大将反馈信号与参考信号进行比较，得到误差信号控制信号根据误差信号，产生控制信号，调节输出信号电磁兼容设计电磁干扰电磁兼容性12开关电源工作时会产生电磁干开关电源需要满足电磁兼容性扰，影响其他电子设备的正常标准，避免对其他设备造成干工作扰，同时自身也要能够抗干扰抑制措施3采用电磁干扰滤波器、屏蔽罩等措施，抑制电磁干扰热管理与可靠性散热器1将热量从发热元件传递给空气或其他介质，降低温度风扇2增强空气流动，提高散热效率热管3利用液体的蒸发和冷凝原理，将热量从高温区域转移到低温区域典型开关电源电路升压型降压型升降压型输出电压高于输入电压，适用于电池充输出电压低于输入电压，适用于手机充输出电压可以高于或低于输入电压，适电等应用电器等应用用于多功能电源等应用双向直流直流变换器-特点可以实现能量双向流动，适用于储能系统、电动汽车等应用原理通过开关器件的控制，实现能量从直流电源到储能设备或负载的双向流动谐振式开关电源特点原理工作频率接近谐振频率，具有高效率、低纹波等特点利用谐振回路的特性，在开关频率附近产生谐振，提高效率和降低损耗软开关技术多输出开关电源213独立输出效率提升应用广泛提供多个独立的输出电压，满足不同负载通过共享部分元器件，提高电源效率广泛应用于服务器、工业设备等需要多个的电源需求电压的场合微处理器控制开关电源控制精度智能化远程监控通过微处理器进行精确控制，提高电源实现智能化控制，例如自动调节输出电可以实现远程监控，方便管理和维护效率和可靠性压、电流、频率等开关电源仿真与测试仿真1利用仿真软件对开关电源进行仿真，验证电路设计，优化性能测试2进行实际测试，验证仿真结果，确保电源性能符合要求开关电源设计实例方案选择根据应用场景和性能要求，选择合适的拓扑结构和元器件电路设计根据设计方案，设计电路，包括整流、滤波、开关、控制、反馈等电路测试验证进行测试验证，确保电源性能符合要求开关电源应用案例手机充电器电脑电源采用降压型拓扑结构，实现高效采用多输出拓扑结构，提供多种率、小体积的充电器电压，满足电脑不同部件的电源需求工业设备电源采用高可靠性、高效率的拓扑结构，满足工业设备的严苛要求课程总结与展望本课程系统地讲解了开关电源的原理、应用以及设计方法，为你的学习和实践提供了良好的基础未来，开关电源技术将朝着更高效率、更小型化、更智能化的方向发展，并将在更多领域发挥重要作用。