開關電源的楖念及分析方法

開關電源的基本概念和分析方法第1頁，共22頁。什么是PowerSupply?PowerSupply負載Vin,IinPowerSupply是一種提供電力能源的設備，它可以將一種電力能源形式轉換成另外一種電力能源形式，并能對其進行控制和調節(jié)。上級電能形式Vo,Iof,phasef,phase根據(jù)轉換的形式分類:AD/DC,DC/DC,DC/AC,AC/AC根據(jù)轉換的方法分類:線性電源，相控電源，開關電源根據(jù)調控的效果分類:穩(wěn)壓，恒流，調頻，調相根據(jù)調控的方法分類:傳統(tǒng)反饋控制，矢量控制，數(shù)位控制第2頁，共22頁。什么是SwitchingModePowerSupply?有源開關(Switch)二極管(Diode)電感器(Inductor)電容器(Capacitor)電阻器(Resistor)開關電源(SwitchingPower)開關工作主動控制功率流向與流量單向導電被動控制功率流向以電流形式儲能以電壓形式儲能不在功率回路中除出現(xiàn)線性電源

(LinearPower)線性工作控制功率流量單向導電被動控制濾波等輔助作用濾波等輔助作用消耗功率調節(jié)電壓VinVoVinVoRRxVo=Vin*Rx/(R+Rx)Vo=?LCLCVo=Vin*DD基本電子元件在開關電源中所起的作用線性電源(LinearPower)開關電源(SwitchingPower)第3頁，共22頁。開關電源的基本元件：有源開關(Switch)二極管(Diode)電感(Inductor)電容器(Capacitor)變壓器(Transformer)第4頁，共22頁。+u(t)-i(t)電容的基本方程1.當一電流流經(jīng)電容,電容兩端的電壓逐漸增加,并且電容量越大電流增加越慢.CI+U-2.在穩(wěn)態(tài)工作的開關電源中流經(jīng)電容的電流對時間的積分為零。I+I-AB面積A=面積B第5頁，共22頁。+u(t)-i(t)電感的基本方程1.當一電感突然加上一個電壓時,其中的電流逐漸增加,并且電感量越大電流增加越慢.2.當一電感上的電流突然中斷,在其兩端會產(chǎn)生一瞬時高壓,并且電感量越大該電壓越高ULI+U-LI第6頁，共22頁。電感的伏秒平衡原則：u(t)i(t)V+V-t1t2t0對穩(wěn)定狀態(tài)伏秒平衡原則:

在穩(wěn)態(tài)工作的開關電源中電感兩端的正伏秒值等于負伏秒值.V+V-ABV+V-AB面積A=面積B第7頁，共22頁。分析開關電源中電容和電感的幾條原則：電容兩端的電壓不能突變(當電容足夠大時,可認為其電壓不變)。電感中的電流不能突變(當電感足夠大時,可認為其電流恒定不變)。流經(jīng)電容的電流平均值在一個開關周期內為零。電感兩端的伏秒積在一個開關周期內必須平衡。恒流充電恒壓儲能兩個有用的公式：C:L:第8頁，共22頁。Buck電路工作原理分析：VinVoDLIoSSULILVin-Vo-VoIoD1-DT根據(jù)L的伏秒平衡原則：(Vin-Vo)*DT=Vo*(1-D)TVo=Vin*DL*ΔIo=Vo*(1-D)TIs根據(jù)L在1-D時間的基本方程：ΔIo=Vo*(1-D)T/L第9頁，共22頁。Buck電路的輸入輸出關系：Vo/Vin=D第10頁，共22頁。Boost電路工作原理分析：VinVoLIoSSULILVinVo-VinD1-DT根據(jù)L的伏秒平衡原則：Vin*DT=(Vo-Vin)*(1-D)TVin*T=(1-D)TVoIsDVo=Vin/(1-D)IDIo第11頁，共22頁。Vo/Vin=1/(1-D)Boost電路的輸入輸出關系：第12頁，共22頁。理想變壓器的基本方程：理想變壓器模型：變壓器繞組完全耦合變壓器無氣隙且磁芯的導磁率μ無窮大I1N1N2u1u2I2電壓基本方程:N2N1φ電流基本方程:理想變壓器個繞組的電壓與匝數(shù)成正比，且同名端具有相同極性；各繞組電流與匝數(shù)乘積之和為零，即電流的變比與匝比成反比，且極性相反（點進點出原則）。第13頁，共22頁。實際變壓器的分析方法：變壓器繞組不是完全耦合I1I1N2N1φ1φ2LkLm2.變壓器有氣隙或磁芯的導磁率μ有限I2Im當副邊開路時I2=0Im即為原邊電感Lm（副邊不存在或開路時的電感）產(chǎn)生的電流，Lm稱為激磁電感或勵磁電感Φk可以認為是由原邊串聯(lián)的電感Lk產(chǎn)生,其大小為副邊短路時原邊所測得的電感量，Lk稱為變壓器的漏感。第14頁，共22頁。實際變壓器的等效模型：理想變壓器漏感Lk激磁電感Lm變壓器的伏秒平衡原則:

在穩(wěn)態(tài)工作過程中變壓器繞組兩端的正伏秒值等于負伏秒值.V+V-ABV+V-AB面積A=面積B第15頁，共22頁。理想變壓器的電路變換關系：u1u2I2n:1I1Ru1I1R’u2=I2Ru1=nu2I1=I2/nR’=u1/I1=(nu2)/(I2/n)=n2R電壓電流電阻電容電感功率副邊數(shù)值UIRCLP原邊等校值nUI/nn2Rn2Cn2LPNs:Np=n:1第16頁，共22頁。正激變換器（Forward）工作原理分析：Io(Vin/n-Vo)DT=Vo(1-D)Tn:n:1VinVoLGDSVgsILVdsD1-DTIpVLIoVin/n-Vo-VoImVin2VinTr根據(jù)電感的伏秒平衡：Vo=VinD/n根據(jù)變壓器的伏秒平衡：VinDT=VinTrTr=DTTr<(1-D)TD<50%ΔIL

根據(jù)電感的儲能關系：LΔIL

=(1-D)T*VoΔIL

=(1-D)T*Vo/LIpIL第17頁，共22頁。正激變換器的輸入輸出關系:Vo=VinD/n第18頁，共22頁。反激變換器（Flyback）工作原理分析：IoVinVoGDSVgsIDVdsD1-DTIpVLIoVin-nVoLmVinVin+nVo根據(jù)變壓器的伏秒平衡：DImn:1第19頁，共22頁。反激變換器的輸入輸出關系：第20頁，共22頁。小結開關電源功率電路的五個基本元件：開關,二極管,電容,電感,變壓器開關電源功率電路分析要點電容的電壓不能突變,電感的電流不能突變流經(jīng)電容的電流平均值為零,電感兩端電壓的平均值為零理想變壓器電壓與匝數(shù)成比且同名同極性,電流與匝數(shù)成反比且點進點出電容恒流充電的公式為,電感恒壓儲能的公式為變壓器與電感的伏秒積必須平衡第21頁，共22頁。內容梗概開關電源的基本概念和分析方法。PowerSupply是一種提供電力能源的設備，它可以將一種電力能源形式轉換成另外一種電力能源形式，并能對其進行控制和調節(jié)。根據(jù)轉換的形式分類:AD/DC,DC/DC,DC/AC,AC/AC。根據(jù)轉換的方法分類:線性電源，相控電源，開關電源。根據(jù)調控的效果分類:穩(wěn)壓，恒流，調頻，調相。根據(jù)調控的方法分類:傳統(tǒng)反饋控制，矢量控制，數(shù)位控制。什么是SwitchingModePowerSupply。線性電源(LinearPower)。Vo=Vin*Rx/(R+Rx)。開關電源(SwitchingPower)。+u(t)-。1.當一電流流經(jīng)電容,電容兩端的電壓逐漸增加,并且電容量越大電流