《大学生电子竞赛设计与实践》第二讲-骆雅琴解答.ppt

内容 ★开关电源的介绍 ★09年全国电子设计竞赛安徽赛区一等奖 ★09年全国电子设计竞赛一等奖 ★电子设计竞赛培训作业2 什么是电源 电源---电子设备的心脏 电流---输送动力和信息 什么是开关电源 ?? 开关电源的发展 随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源。 进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代； 进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。 开关电源的组成： 一、主电路 1、输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。 2、整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。 3、逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。 4、输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。 二、控制电路  一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定； 另一方面，根据测试电路提供的资料，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。 三、检测电路  除了提供保护电路中正在运行的各种参数外，还提供各种显示仪表资料。 四、辅助电源 提供所有单一电路的不同要求电源 开关稳压电源 开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。 开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET。 开关控制稳压原理 开关K以一定的时间间隔重复地接通和断开。 在开关K接通时，输入电源E通过开关K和滤波电路提供给负载RL，在整个开关接通期间，电源E向负载提供能量； 当开关K断开时，输入电源E便中断了能量的提供。 可见，输入电源向负载提供能量是断续的，为使负载能得到连续的能量提供，开关稳压电源必须要有一套储能装置，在开关接通时将一部份能量储存起来，在开关断开时，向负载释放。 储能元件 由电感L、电容C2和二极管D组成的电路，就具有这种功能。 电感L用以储存能量，在开关断开时，储存在电感L中的能量通过二极管D释放给负载，使负载得到连续而稳定的能量，因二极管D使负载电流连续不断，所以称为续流二极管。 电压平均值EAB 在AB间的电压平均值EAB可用下式表示： EAB=TON/T*E 式中TON为开关每次接通的时间，T为开关通断的工作周期（即开关接通时间TON和关断时间TOFF之和）。 由式可知，改变开关接通时间和工作周期的比例，AB间电压的平均值也随之改变，因此，随着负载及输入电源电压的变化自动调整TON和T的比例便能使输出电压V0维持不变。改变接通时间TON和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比，这种方法称为“时间比率控制”（Time Ratio Control,缩写为TRC）。 TRC控制原理 按TRC控制原理，有三种方式： 一、脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation,缩写为PWM）开关周期恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。 二、脉冲频率调制（Pulse Frequency Modulation,缩写为PFM）导通脉冲宽度恒定，通过改变开关工作频率来改变占空比的方式。 三、混合调制导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定，彼此都能改变的方式，它是以上二种方式的混合。 典型电路 等效的电路模型及基本规律 电容上电压宏观上可以看作恒定。 电路稳态工作时，输出电容上电压由微小的纹波和较大的直流分量组成，宏观上可以看作是恒定直流，这就是开关电路稳态分析中的小纹波近似原理。 　　（3）在开关过程中，电容电压有过渡过程，在电路稳态工作时，电路达到稳定平衡，电容上充放电也达到平衡。 　　（4）开关S置于1位时，电感电流增加，电感储能；而当开关S置于2位时，电感电流减小，电感释能。假定电流增加量大于电流减小量，则一个开关周期内电感上磁链增量为： 此增量将产生一个平均感应电势： 　　 ?? ?? 　　此电势将减小电感电流的上升速度并同时降低电感电流的下降速度，最终将导致一个周期内电感电流平均增