开关电源基本概念和分析方法.pptVIP

开关电源的基本概念和分析方法 什么是Power Supply? Power Supply 负载 Vin, Iin Power Supply是一种提供电力能源的设备，它可以将一种电力能源形式转换成另外一种电力能源形式，并能对其进行控制和调节。 上级电能形式 Vo, Io f, phase f, phase 根据转换的形式分类: AD/DC, DC/DC, DC/AC, AC/AC 根据转换的方法分类: 线性电源，相控电源，开关电源 根据调控的效果分类: 稳压， 恒流， 调频，调相 根据调控的方法分类: 传统反馈控制，矢量控制，数位控制 什么是Switching Mode Power Supply? 单向导电 被动控制 单向导电 被动控制功率流向 二极管 (Diode) 消耗功率 调节电压 滤波等辅助作用 滤波等辅助作用 线性工作 控制功率流量 线性电源 (Linear Power) 不在功率回路中除出现 以电压形式储能 以电流形式储能 开关工作 主动控制功率流向与流量 开关电源 (Switching Power) 电阻器(Resistor) 电容器(Capacitor) 电感器 (Inductor) 有源开关(Switch) Vin Vo Vin Vo R Rx Vo=Vin*Rx/(R+Rx) Vo=? L C L C Vo=Vin*D D 基本电子元件在开关电源中所起的作用 线性电源(Linear Power) 开关电源 (Switching Power) 开关电源的基本元件： 有源开关(Switch) 二极管(Diode) 电感(Inductor) 电容器(Capacitor) 变压器(Transformer) + u(t) - i(t) 电容的基本方程 1. 当一电流流经电容, 电容两端的电压逐渐增加, 并且电容量越大电流增加越慢. C I + U - 2. 在稳态工作的开关电源中流经电容的电流对时间的积分为零。 I+ I- A B 面积A=面积B + u(t) - i(t) 电感的基本方程 1. 当一电感突然加上一个电压时, 其中的电流逐渐增加, 并且电感量越大电流增加越慢. 2. 当一电感上的电流突然中断, 在其两端会产生一瞬时高压, 并且电感量越大该电压越高 U L I + U - L I 电感的伏秒平衡原则： u(t) i(t) V+ V- t1 t2 t0 对稳定状态 伏秒平衡原则: 在稳态工作的开关电源中电感两端的正伏秒值等于负伏秒值. V+ V- A B V+ V- A B 面积A=面积B 分析开关电源中电容和电感的几条原则： 电容两端的电压不能突变 (当电容足够大时,可认为其电压不变)。 电感中的电流不能突变 (当电感足够大时,可认为其电流恒定不变)。 流经电容的电流平均值在一个开关周期内为零。 电感两端的伏秒积在一个开关周期内必须平衡。 恒流充电 恒压储能 两个有用的公式： C: L: Buck电路工作原理分析： Vin Vo D L Io S S UL IL Vin-Vo -Vo Io D 1-D T 根据L的伏秒平衡原则： (Vin-Vo)*DT=Vo*(1-D)T Vo=Vin *D L*ΔIo=Vo *(1-D)T Is 根据L在1-D时间的基本方程： ΔIo=Vo *(1-D)T/L Buck电路的输入输出关系： Vo/Vin = D Boost电路工作原理分析： Vin Vo L Io S S UL IL Vin Vo-Vin D 1-D T 根据L的伏秒平衡原则： Vin*DT=(Vo-Vin)*(1-D)T Vin *T=(1-D)TVo Is D Vo=Vin/(1-D) ID Io Vo/Vin =1/(1-D) Boost电路的输入输出关系： 理想变压器的基本方程： 理想变压器模型： 变压器绕组完全耦合 变压器无气隙且磁芯的导磁率μ无穷大 I1 N1 N2 u1 u2 I2 电压基本方程: N2 N1 φ 电流基本方程: 理想变压器个绕组的电压与匝数成正比，且同名端具有相同极性；各绕组电流与匝数乘积之和为零，即电流的变比与匝比成反比，且极性相反（点进点出原则）。 实际变压器的分析方法： 变压器绕组不是完全耦合 I1 I1 N2 N1 φ1 φ2 Lk Lm 2. 变压器有气隙或磁芯的导磁率μ有限 I2 Im 当副边开路时 I2=0 Im即为原边电感Lm（副边不存在或开路时的电感）产生的电流，Lm称为激磁电感或励磁电感 Φk可以认为是由原边串联的电感Lk产生,其大小为副边短路时原边所测得的电感量， Lk称为变压器的漏感。 实际变压器的等效模型： 理想变压器 漏感Lk 激磁电感Lm 变压器的伏秒