开关电源与直流稳压电源的比较及其构成和控制电路.ppt

控制电路的工作原理是：电源接上负载后，通过取样电路获得其输出电压，将此电压与基准电压做比较后，将其误差值放大，用于控制驱动电路，控制变换器中功率开关管的占空比，使输出电压升高（或降低），以获得一稳定的输出电压。 对于大功率电路，将上述热敏电阻换成普通电阻，同时在电阻的两端并接晶闸管，电源启动时晶闸管关断，由电阻限制启动浪涌电流。滤波电容的充电过程完成后，触发晶闸管，使之导通，从而既达到了短接电阻降低损耗的目的，又可限制启动浪涌电流。 正弦波输出的UPS通常采用SPWM逆变器，这是一种抑制谐波分量的最有效的方法，有单相输出，也有三相输出。下面以单相桥式脉宽调制逆变器为例， 说明它的基本工作原理。 如图8-18所示，对于小功率的UPS，电路中的开关器件一般采用MOSFET管；而对于大功率的UPS， 则采用IGBT管。 8.2.3 UPS中的逆变器 图 8-18 UPS单相逆变电路 图8-18中，V1、V2和V3、V4不能同时导通， 否则将使输入直流电源短路，这个电路只在V1 、V4和V2、 V3间交替导通与关断，负载上才有连续的交流矩形波。 如果在输出电压的半个周期内V1和V4导通和关断许多次，在另外半个周期内V2和V3也导通和关断同样的次数，并且在每半周内开关器件的导通时间按正弦规律变化，那么输出波形如图8-19所示。这种波的基波分量按正弦规律变化，而谐波成分最小。当需要调节逆变器输出电压时，控制每个矩形波均按某一比例加宽或减窄， 则可实现对输出电压的调节。 图8-19 UPS单相逆变电路输出波形 为了滤去开关频率噪声，输出采用LC滤波电路，因为开关频率较高，一般大于20 kHz，因此采用较小的LC 滤波器便能滤去开关频率噪声。输出隔离变压器实现逆变器与负载之间的隔离，避免了它们之间电路上的直接联系，从而减少了干扰。 另外，为了节约成本，绝大多数UPS利用隔离变压器的漏感来充当输出滤波电感， 从而可省去图8-18中的电感L。  逆变器是UPS的核心部分，这不仅由它的功能所决定，也可从它的控制电路的复杂程度看出来。逆变器的主电路目前已比较完善， 但是逆变器的控制电路却千变万化，差别很大。 一般而言，UPS电源逆变器的控制电路除了与整流电路一样， 通过电压闭环控制实现输出电压的自动调节和自动稳压外， 还要实现相位跟踪。 图8-20中所示的电压给定信号U*d、电压反馈信号uF、PI调节器即可完成这项功能。 图 8-20 UPS逆变控制系统结构框图 该图中A、N间为电源的相电压，G为电源的接地线。Cc1、 Cc2和Lc构成的低通滤波器用来抑制共模干扰信号。所谓共模干扰信号，通常是指与电源电压并联且极性相同的干扰信号。由于电源干扰信号的频率远大于工频50 Hz，因此它们通过电容Cc1、Cc2接入地消除干扰。  其中Lc为磁芯电感，它与普通电感相比具有体积小、电感值大的特点，在此电路中称为共模电感，其两组线圈的匝数相等，绕向相反。共模干扰信号的极性相同，在Lc产生很大的阻抗，从而抑制共模信号进入后续整流电路。对于极性相反，串接在电源内的差模干扰信号，Lc产生的阻抗为零，则由Cd1、Ld 组成低通滤波器来抑制干扰信号。 2． 启动浪涌抑制电路 开启电源时，由于将对滤波电容C1和C2充电，接通电源瞬间电容相当于短路，因而会产生很大的浪涌电流，其大小取决于启动时的交流电压的相位和输入滤波器的阻抗。抑制启动浪涌电流最简单的办法是在整流桥的直流侧和滤波电容之间串联具有负温度系数的热敏电阻。启动时电阻处于冷态，呈现较大的电阻，从而可抑制启动电流。启动后，电阻温度升高，阻值降低，以保证电源具有较高的效率。虽然启动后电阻已较小，但电阻在电源工作的过程中仍具有一定的损耗，降低了电源的效率，因此，该方法只适合小功率电源。  3． 输出控制电路 控制电路是开关电源的核心，它决定开关电源的动态稳定性。该开关电源采用双闭环控制方式，如图8-9所示。电压环为外环控制，起着稳定输出电压的作用。电流环为内环控制，起稳定输出电流的作用。交流电源经过电源滤波、整流再次滤波后得到电压的给定信号UOG，输出电压经过取样电路获得一反馈电压UOF。UOF通过反馈电路送到给定端与给定信号UOG比较，误差信号经PI调节器调节后形成输出电感电流的给定信号IOG。将IOG与电感电流的反馈信号IOF比较，其误差信号经PI调节器调节后送入PWM控制器SG3525，然后与控制器内部三角波比较形成PWM信号, 该信号再通过驱动电路去驱动变换电路中的IGBT。 图 8-9 直流开关电源控制系统原理框图 如