开关电源的基本概念.ppt
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?,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,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*Io=Vo*(1-D)T,Is,根据L在1-D时间的基本方程：,Io=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无穷大,I1,电压基本方程:,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,N1,1,2,Lk,2.变压器有气隙或磁芯的导磁率有限,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,k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：,变压器的伏秒平衡原则:在稳态工作过程中变压器绕组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,理想变压器的电路变换关系：,u1,u2,I2,n:1,I1,R,u1,I1,R,u2=I2R,u1=nu2,I1=I2/n,R=u1/I1=(nu2)/(I2/n)=n2R,Ns:Np=n:1,正激变换器（Forward）工作原理分析：,Io,(Vin/n-Vo)DT=Vo(1-D)T,n:n:1,根据电感的伏秒平衡：,Vo=VinD/n,根据变压器的伏秒衡：,VinDT=VinTr,Tr=DT,Tr(1-D)T,D50%,IL,根据电感的储能关系：,LIL=(1-D)T*Vo,IL=(1-D)T*Vo/L,Ip,IL,正激变换器的输入输出关系:,Vo=VinD/n,反激变换器（Flyback）工作原理分析：,Io,Vin,Vo,G,DS,Vgs,ID,Vds,D,1-D,T,Ip,VL,Io,Vin,-nVo,Lm,Vin,Vin+nVo,根据变压器的伏秒平衡：,D,Im,n:1,反激变换器的输入输出关系：,小 结,开关电源功率电路的五个基本元件：开关,二极管,电容,电感,变压器,开关电源功率电路分析要点,电容的电压不能突变,电感的电流不能突变流经电容的电流平均值为零,电感两端电压的平均值为零理想变压器电压与匝数成比且同名同极性,电流与匝数成反比且点进点出电容恒流充电的公式为,电感恒压储能的公式为变压器与电感的伏秒积必须平衡,
