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  • 【禹舜】开关电源工作原理详解!

  • 2020-12-09 11:43:16 阅读量:1907
★公司简介:

广东禹舜电子公司成立于2012年,前身广州市华芯电子厂,坐落在广州新白云机场东南边上,工厂总占地面积8000平方;是目前国内小功率电源模块、多路电源模块品种最全的一家;本司是一家集研发、生产、销售(内销、外销)于一体的科技型企业,主要产品涵盖大小功率1路~15路输出开关电源模块、工业设备电源、仪器仪表电源、LED驱动电源、5W~80W电源适配器、3W~80KW全系列多功能电源、新能源汽车充电器、自动化仪器仪表等;公司现拥有研发技术人员12名,销售人员13名,管理人员13名,车间员工80人;产品已获得ETL、CCC、CE、FCC、Rosh等认证,公司已获得国家高新科技企业证书,并通过ISO9001质量体系、知识产权管理体系等认证,拥有专业的电源产品测试实验室,其中实验仪器包括:EMC测试系统、高低温试验箱、雷击浪涌测试仪、EFT群脉冲干扰测试仪、绝缘耐压测试仪、红外成像测完系统等,车间拥有现代化自动生产测试设备15套,其中包括高速进口西门子SMT贴生产线两条、大型波峰焊、无铅波峰焊、多功能电源老化生产线、多功能电源综合测试系统、多功能变压器绕线机、变压器多功能综合测试仪、及其其他生产及测试设备等;公司始终把品质和效率放在第一位,脚踏实地、力求稳定、追求创新,我们坚信我们能给客户提供他们想要的配套产品,同时我们也会坚持不懈的为您创造出更好的产品。正在服务的客户有:正泰电器、TCL、香港佳飞集团、乐鸟集团,贺氏集团,南方信息安全部,江山鑫源电气等,国外客户有:意大利电信、意大利GISO、德国dick smith等。

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★开关电源工作原理:

开关电源的工作流程是:

电源→输入滤波器→全桥整流→直流滤波→开关管(振荡逆变)→开关变压器→输出整流与滤波。

交流电源输入经整流滤波成直流通过高频PWM(脉冲宽度调制)信号控制开关管,将那个直流加到开关变压器初级上开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载输出部分通过一定的电路反馈给控制电路,控制PWM占空比,以达到稳定输出的目的交流电源输入时一般要经过厄流圈一类的东西,过滤掉电网上的干扰,同时也过滤掉电源对电网的干扰;在功率相同时,开关频率越高,开关变压器的体积就越小,但对开关管的要求就越高;开关变压器的次级可以有多个绕组或一个绕组有多个抽头,以得到需要的输出;一般还应该增加一些保护电路,比如空载、短路等保护,否则可能会烧毁开关电源。主要用于工业以及一些家用电器上,如电视机,电脑等开关电源原理图分析。


1、正激电路


电路的工作过程:
a》 开关S开通后,变压器绕组N1两端的电压为上正下负,与其耦合的N2绕组两端的电压也是上正下负。因此VD1处于通态,VD2为断态,电感L的电流逐渐增长;
b》 S关断后,电感L通过VD2续流,VD1关断.S关断后变压器的激磁电流经N3绕组和VD3流回电源,所以S关断后承受电压。
c》 变压器的磁心复位:开关S开通后,变压器的激磁电流由零开始,随着时间的增加而线性的增长,直到S关断。为防止变压器的激磁电感饱和,必须设法使激磁电流在S关断后到下一次再开通的一段时间内降回零,这一过程称为变压器的磁心复位。

正激电路的理想化波形:      
  

变压器的磁心复位时间为:TIst=N3*Ton/N1


输出电压:输出滤波电感电流连续的情况下:Uo/Ui=N2*Ton/N1*T


磁心复位过程:

  


2、反激电路
反激电路原理图:

  


反激电路中的变压器起着储能元件的作用,可以看作是一对相互耦合的电感。


工作过程:
S开通后,VD处于断态,N1绕组的电流线性增长,电感储能增加;
S关断后,N1绕组的电流被切断,变压器中的磁场能量通过N2绕组和VD向输出端释放.S关断后的电压为:us=Ui+N1*Uo/N2
反激电路的工作模式:
电流连续模式:当S开通时,N2绕组中的电流尚未下降到零。
输出电压关系:Uo/Ui=N2*ton/N1*toff
电流断续模式:S开通前,N2绕组中的电流已经下降到零。
输出电压高于上式的计算值,并随负载减小而升高,在负载为零的极限情况下, ,因此反激电路不应工作于负载开路状态。
  
反激电路的理想化波形


  

  

   

  

  


★开关电源参数说明:
输入电压范围,输出电压,输出功率,效率等几个开关电源重要的参数。这里再介绍开关电源需要关注的电气参数输出纹波电压(ripple),动态(dynamic),工作温度(operating temperature),开机电压(trun on voltage),空载输入电流(no load input current),输出电压设置点(output voltage set point),电压调整率(regulation),开机时间(turn on time),最大输出电容(max output capacitance),开关频率(switching frequency),逻辑电平(on/off 
control logic) 。

▲输出纹波电压(ripple):
纹波是指一个直流电压中的交流部分。开关电源通过半导体器件的开通与关断获得希望的输出电压值,这个过程中输出电压不可避免的引入了Ripple电压。纹波代表了模块对与输出端用电器的影响,过大的纹波会造成输出用电器工作不正常。客人可以通过增加输出滤波电路来减小输出纹波电压。
左图为ripple电压波形,它可以反应模块的开关频率(一般开关频率等于ripple频率,部分拓扑ripple频率是模块开关频率的倍数)

  


▲动态响应:

动态响应是指模块输出端负载突然变化时模块的输出电压变化程度和恢复速度。一般来说动态响应用动态响应电压和响应时间来描述。纹波代表了模块对输出负载变化的响应速度,较小的动态电压和较短的响应时间对于输出端用电器会有好处。客人可以通过增加输出滤波电路来提升动态响应表现。

  

▲输入电压:
我们用的电源往往会写到正常工作范围比如说是40Vdc-100Vdc,但是往往外加38Vdc的时候模块就开始输出了,所以这个38Vdc就叫做开机输入电压。

▲空载输入电流:
我们用的电源有的时候后端用电器没有工作,这个时候相当于我们的电源空载工作,但是此时模块上也有器件有损耗,所以此时有输入电流没有输出电流,所有输入的能量都在模块内损耗掉。此时的输入电流就叫空载输入电流。很多国家提出希望降低模块在空载工作时的损耗,也就是这个电流乘以输入电压的值。

▲输出电压设置点:
我们用的稳压电源输出端可以提供一个稳定的输出电压,这个电压到底是多少就可以从输出电压设置点看到。但是输出电压不可能稳定在一个点这么精准,往往有1%甚至更大的输出范围。

▲电压调整率
电压调整率,模块的输出电压在不同的输入电压,输出功率,工作温度等情况下会有差异。
比如说在所有的输入电压情况最大的输出电压和最小的输出电压之间的差异就是输入电压线性调整率。调整率越小说明模块在各种情况下的输出一致性越好

▲启动时间:
电源从发开机信号到模块输出上升到额定值的90%的时间称为开机时间。开机时间会影响后端用电器的上电时序所以有时候会影响整个系统的表现。

▲最大输出电容:
刚才我们谈到增加输出端电容对模块的ripple和dynamic都有好处,但是大的输出电容会增加开机电容并且会影响环路稳定。所以一般的模块都会规定输出电容的范围。系统选用在规定范围内的电容就不会因为输出电容问题出现不能启动或者系统不稳定情况。

▲开关频率:
开关电源里面的半导体不停地开关,他们开关的频率被称为模块的开关频率。开关频率影响到ripple的频率以及模块在电磁兼容方面的表现。开关电源里面的半导体不停地开关,他们开关的频率被称为模块的开关频率。开关频率影响到ripple的频率以及模块在电磁兼容方面的表现。

▲逻辑电平:
打个比方我们的电灯启动需要有供电并且开关打开。我们模块里面往往也有一个开关那就是逻辑输入管脚。逻辑管脚一般有一个范围比方说我们给这个管脚一个0V~1V的电压模块开机,给一个2V~8V的电压这个模块关机。所以逻辑电平起到开关的作用。
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