关于开关电源相关知识及应用

一、什么是开关电源
二、开关电源和普通电源的区别
三、常见的开关电源种类与图示
四、串联型开关电源与并连型开关电源
五、开关电源图解
六、举例开关电源的计算和应用

一、什么是开关电源

 开关电源(英文:Switching Mode Power Supply),又称交换式电源、开关变换器,是一种高频  化电能转换装置。其功能是将一个标准的电压,透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。
2、简述
     开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关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构成。随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术也在不断地创新。目前,开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。
    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。

二、开关电源和普通电源的区别

1、开关电源是直流电转变为高频脉冲电流,将电能储存到电感、电容元件中,利用电感、电容的特性将电能按预定的要求释放出来来改变输出电压或电流的;线性电源是先将交流电经过变压器降低电压幅值,再经过整流电路整流后,得到脉冲直流电,后经滤波得到带有微小波纹电压的直流电压。要达到高精度的直流电压,必须经过稳压电路进行稳压。
2、开关电源可以降压,也可以升压;线性电源只能降压。
3、开关电源效率高;线性电源效率低。
4、线性电源控制速度快,波纹小;开关电源波纹大。

三:常见的开关电源种类及图示

一、按技术、开关管的连接方式、电源技术划分,开关电源可分为串联型开关电源和并联型开关电源。串联型开关电源的开关管是串联在输入电压和输出负载之间,属于降压式稳压电路;而并联型开关电源的开关管是在输入电压和输出负载之间并联的,属于升压式稳压电路。
二、按交换式类型常见的开关电源有、(PWM)反激式开关电源、(PWM)正激式开关电源、(QR)准谐振式开关电源、半桥式开关电源、LLC(谐振式)开关电源。

交换式开关电源图示:

四:串联型开关电源与并连型开关电源

一、串联型开关电源,DC-DC降压式电源

1、通用所有拓扑占空比方程
2、降压式电源占空比直流传递函数
3、计算周期率           T = 1/f
4、关断时间           Toff = (1-D)*T
5、伏秒积                 Et = VO*Toff
6、若r=0.4              L*I= Et/r     
7、输入电流               IL = IO=
8、电感量                   L=  L*I/IO
9、电感额定电流           = (1+r/2)* IL

 

一、并联型开关电源,DC-DC升压式电源

1、通用所有拓扑占空比方程
2、降压式电源占空比直流传递函数
3、计算周期率           T = 1/ f
4、导通时间           Ton = D*T
5、伏秒积                 Et = VO*Toff
6、若r=0.4              L*I= Et / r     
7、输入电流               IL = IO / (1-D)
8、电感量                   L=  L*I / IO
9、电感额定电流           = (1+r/2)* IL

五:开关电源图解

1、交流电输入(90-265V/50-60Hz)
2、热敏电阻  (防浪涌)
3、高频共模电感(抑制电源中电磁干扰)
4、X电容(EMI虑波,虑除差模干扰信号)
5、低频共模电感(抑制电源中电磁干扰)
6、桥堆、高压电解(桥式整流)
7、高压MOS
8、电源管理芯片
9高频变压器
10、Y电容(消除共模干扰信号)
11、次级整流管(肖特基二极管)
12、低频虑波器(π) 13、次级输出电源共模

六,举例开关电源的计算和应用

反激电源原理图

反激电源设计择要:

1、首先要确定交流输入电压范围,

     来计算输入直流高电压VMAX;

2、根据VMAX推算VZ反峰值电压;

3、根据最高反峰值计算额定反峰值;

4、计算原、次级绕组匝比;


                           

开关电源工作原理

5、计算最低交流输入供电整流后电压;


6、最小电压输入时占空比;


7、根据输出功率、电流、电压计算负载电流;


8、根据输出功率、效率计算消耗功率和电流;


9、根据输入电流计算实际工作占空比;

10、计算最小电压输入时占空比;


12、计算伏秒数;


13、推算高频变压器原边电感;

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