高频开关电源工作原理课件.ppt

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1、高频开关电源工作原理,培训内容,1、开关电源的概念2、开关电源的主要指标3、开关电源的概念和开关电源的分类4、开关电源的工作原理5、通信设备对开关电源的要求,一、开关电源的概念,1、开关电源的概念 开关电源是一个能量转换器，作为电源的功率器件工作在开关状态（开关管、电感、高频变压器、电容、整流二极管）开或关状态，其特点是频率高、功耗低、工作效率高、体积小、输入范围宽(Switching Regulator-A switching circuit that operates in a closed loopsystem to regulate the power supply output)通过

2、闭环系统调节，使输出电压保持稳定。,一、开关电源的概念,2、开关电源和线性电源、相控电源的比较 线性电源：线性电源的主要特点就是功率器件工作在放大状态，具有稳定度高、可靠性好、成本低等优点，但是效率低、笨重和体积大的缺点。只能做中、小功率的电源。相控电源：是通过控制可控硅的导通角来达到稳压作用，功率因数比较低、效率低、笨重、体积大。,一、开关电源的概念,3、开关电源（swichingmode power supply）开关电源因为体积小、效率高已经充斥了我们的日常生活，从移动电话的充电器，到我们的彩电、音像供电电源；从路边的霓虹灯，到车站的电子显示牌，这些都用到了开关电源；从我们的台式计算机，

3、到便携笔记本电脑等等，这些都离不开开关电源。当然开关电源的输入并不限于是交流（AC/DC电源），还可以是直流（DC/DC电源和DC/AC电源）。开关电源交流输入电压范围比较宽，可以从几十伏到上千伏。就目前而言，开关电源的控制方式有两种：脉宽调制和频率调制（Pulse Frequency Modulation PFM）。脉宽调制（Pulse Width ModulationPWM）方式比较常见，我们中兴通讯电源均采用的是这种方式。,一、开关电源的概念,4、开关电源的主要指标无故障运行间隔时间 这是开关电源最重要的指标，衡量了开关电源的工作可靠性。一般说的是开关电源平均无故障运行间隔时间越长约好。

4、工作效率 输出功率与输入功率的比值就是开关电源的工作效率，衡量开关电源在变换过程中所产生的损耗，对于目前我们的开关电源工作效率在85%以上。电压调整率 指在负载保持不变的情况下，输出电压变化与单位输出电源和输入电压变化量的百分比。Sv（V0V0 Vi）。该参数表示了电源的稳压特性。,一、开关电源的概念,4、开关电源的主要指标负载调整率 指的是输出负载变化时，引起的输出电压的变化。SL（V0V0）。输出纹波（峰峰值）这个指标衡量了开关电源的电磁兼容性，纹波越小越好。一般小于输出电压的百分之三毫伏，例如对于53.5V电压来说，输出纹波就位150毫伏。,一、开关电源的概念,、开关电源的一些名词概念有

5、功功率（Acitive power):电能转换成其他能量所消耗的功率，单位为瓦（W），用P表示。无功功率(Unactive power):没有消耗功率，只是能量在电感和电容之间转换的功率部分，单位为VA，用Q表示。视在功率(Aparent power):指的是交流输入功耗，也叫表观功率，其单位是VA，用S表示。S2=P2+Q2功率因数(Power factor):有功功率与视在功率的比值，它表示交流电转化成其他能量的能力。功率因数P/S。功率因数校正后为0.9999。,二、开关电源的电路组成,不管什么样的开关电源必须包括以下几个部分：1、输入电路 D级防雷电路、交流输入的EMI电路、输入整流器

6、滤波电路、输入缓启动电路、APFC电路。D级防雷是吸收雷电残压，保护开关电源不受损坏，一般是由压敏电阻和放电管组合使用；交流输入的EMI电路一般是用来抑制共模噪声干扰的，是由共模电感、X、Y电容组成，将噪声吸收到大地（机壳）；输入缓启动电路如下图所示,由于电容电压不能突变，所以在刚接通电源的瞬间，电容的充电电流比较大，需要采取措施进行限制，否则电源设备无法供电。,二、开关电源的电路组成,1、输入电路（续）APFC电路，是有源功率因数校正电路。它是一个升压电路，电路结构采用的是BOOT电路，输出电压一般规定在410VDC左右。由于开关电源所采用的器件全部工作在非线性状态，电路上有电感和电容，所以

7、会造成交流输入电压和电流的相位存在相位差，导致交流电不能全部做功，一部分在电感和电容中转换。另外交流电压和电流波形出现畸变，造成谐波分量增加，干扰增加。功率因数校正电路就是将电压和电流相位强制到一致，同时对波形给予修正。,二、开关电源的电路组成,开关电源APFC电路,二、开关电源的电路组成,输入缓启动电路原理图,二、开关电源的电路组成,2、功率变换电路 将PFC输出的410VDC高压进行变换，变成高频高压脉冲电压，然后驱动高频变压器，变压器将高压脉冲电压变成低压脉冲电压。该部分的主要器件是开关功率器件和高频变压器。3、输出电路 输出电路主要是全波整流电路和滤波电路、输出EMI电路。全波整流器电

8、路所用的整流二极管不是普通的，一般用采用快恢复二极管或肖特基；滤波电容用的是高频低阻电容。,二、开关电源的电路组成,4、控制电路 控制电路是开关电源电路的核心之一。PWM控制芯片决定开关电源的工作模式，该芯片产生两路相位相反的驱动信号来驱动功率开关器件工作，通过脉冲宽度来控制开关管的导通时间，从而调节能量传递的大小。开关电源的控制电路是一个闭环控制系统，所以能及时保证输出电压稳定不变，闭环有两个环来调节，内环是电流环调节，确保开关电源的动态响应时间，速度比较快。外环是电压调节环，确保电压的稳定，速度相对较慢。输出过压保护、均流电路、过热保护、限流保护、短路保护以及交流输入过欠压保护是开关电源的

9、辅助电路。,二、开关电源的电路组成,三、开关电源的常用电路类型,我们一般按照DC/DC变换的方式来划分开关电源的电路类型，包括单端正激电路、单端反激电路、推挽电路、半桥电路和全桥电路。下面我们对每个电路的情况给予简单的描述。1、单端反激电路 反激式开关电源的核心部分是反激式直流直流变换器，基本电路如下图所示：单端反激电路一般用在小功率电源和开关电源的辅助电源上。其占空比可达100，控制芯片一般用的是UC3842和UC3843。,三、开关电源的常用电路类型,反激式电路原理图,三、开关电源的常用电路类型,3、单端正激电路 正激式开关电源的核心部分是正激式直流直流变换器，基本电路如下图所示。正激电路

10、变压器的利用率比较高，工作时的占空比小于50，工作频率是振荡频率的一半，所使用的控制芯片一般是UC3844和UC3845。可以做中型功率的开关电源，使用双管正激电路，其功率可以做得更高一点。虽然功率变压器不像反激式电路要开气隙，但是一般要在变压器中加去磁绕组，在关断时将付边的能量反射到交流输入上。,三、开关电源的常用电路类型,正激电路原理图（单管正激）,三、开关电源的常用电路类型,正激电路原理图（双管正激）,三、开关电源的常用电路类型,4、推挽电路 推挽式功率变换电路原理图，如图下图所示。推挽电路要求输入电压低，两个开关管的耐压要求是输入电压的2倍，所以一般用在DC/DC电源中。推挽电路一般用

11、在中型功率电路上，变压器双向激励，变压器效率高,但是变压器容易出现磁偏现象。它的功率比正激电路稍微大一点，但是存在开关管“直通”的危险。工作时两个功率开关管V1、V2交替导通或截止。当V1和V2分别导通时，W1和W2有相应的电流流过，这时变换器次级将有功率输出。当V1导通，V2截止时，V2集射两端承受的电压为2倍的Uin，而在V1、V2都处于截止时它们所承受的电压为输入直流电压Uin。,三、开关电源的常用电路类型,推挽电路原理图,三、开关电源的常用电路类型,5、半桥电路 半桥电路有两个功率开关管，通过两个串连的电容器来构成工作回路，这两个功率管交替导通驱动高频变压器进行能量传递，变压器是双向激

12、励的。半桥电路同样存在变压器磁偏现象，会出现“直通”问题。同样的变压器的情况，半桥的输出功率大于推挽电路。如下图所示：C1和C2的作用主要是实现静态时分压，使Ua=1/2Uin。当V1导通，V2截止时，输入电流方向为图中虚线方向，向C2充电；当V1截止，V2导通时，输入电流方向为图中实线方向，向C1充电。当V1导通，V2截止时，V2两端承受的电压为输入直流电压Uin。,三、开关电源的常用电路类型,半桥型开关电源原理图,三、开关电源的常用电路类型,6、全桥电路 全桥电路是大功率电源常用的电路，有四个开关管组成两个桥臂。两个桥臂分别导通激励高频功率变压器，进行能量变换，但是存在开关管“直通”的危险

13、。全桥电路原理图如下图所示。由四个功率开关器件V1V4组成，变压器T连接在四桥臂中间，相对的两只功率开关器件V1、V4和V2、V3分别交替导通或截止，使变压器T的次级有功率输出。当功率开关器件V1、V4导通时，另一对V2、V3则截止，这时V2和V3两端承受的电压为输入电压Uin在功率开关器件关断过程中产生的尖峰电压被二极管V5V8箝位于输入电压Uin。,三、开关电源的常用电路类型,全桥型电路原理图,三、开关电源的常用电路类型,7、几种类型电路比较,四、通信用开关电源的基本要求,1、开关电源的均流 一套开关电源系统至少需要两个开关电源模块并联工作，大的系统甚至多达数十个电源模块并联工作，这就要求

14、并联工作的电源模块能够共同平均分担负载电流，即均分负载电流。均分负载电流的作用是使系统中的每个模块有效地输出功率，使系统中各模块处于最佳工作状态，以保证电源系统的稳定、可靠、高效地工作。负载均分性能一般以不平衡度指标来衡量，不平衡度越小，其均分性能越好，即各模块实际输出电流值距系统要求值的偏离点和离散性越小。国家有关标准和信息产业部入网要求其均分负载不平衡度5%输出额定电流值。,四、开关电源的分类,一般是按照开关电源的输入和输出进行分类 Acdc：把交流输入变换成直流输出，一次电源。Dcdc：把直流输入变换成直流输出，二次电源。DcAc：把直流输入变换成交流输出，逆变器电源。AcAc：把交流输

15、入变换成交流输出，UPS电源。,四、通信用开关电源的基本要求,2、均流在组合开关电源柜中的体现 对于组合电源来说，一般要配置2台以上的整流器，如果均流效果好，那么每个整流器的输出电流基本“相近”。但是并不是理想状态下的“非常均匀”，当负载比较小的情况下（负载电流为2A左右，平均状态下每个整流器的输出不超过1A），有可能某一个整流器输出电流2A，而其他整流器的输出电流为零，这并不是电源系统不均流，而是在小电流情况下是否均流对组合电源系统来说意义并不是很大。均流的真正意义在于在整流器输出电流比较大的情况下（30以上负载），各个整流器的输出电流在小于5%范围之内，保证整流器的可靠性。这个指标是以单个

16、整流器的额定输出电流为依据的，详细情况请看下面的例子。,五、通信用开关电源的基本要求,3、组合开关电源柜均流说明举例 例如有一个通信基站用的是一套ZXDU300 V2.0电源设备，配置了5个整流器，负载使用的电流是30A。假如5个整流器的输出电流分别是：7.5A、6A、6A、7A、4.5A，那么按照标准情况该组合电源的整流器均流是符合条件的，即电流最大和最小之间的相差不超过30A103A（最大是7.5A，最小是4.5A），偏离中心值6A也符合要求。假如这个基站设备的电流是3A，那么有可能出现某一个整流器的输出电流3A，而其他整流器的输出电流很小，几乎为零。这种现象是正常现象，按照标准计算符合要

17、求。另外对这么小的电流，均流已经失去意义。,五、通信用开关电源的基本要求,4、开关电源的保护功能 对于通信设备使用的开关电源来说，需要有以下几个保护：输出过压保护、过热保护、输出短路保护、限流功能、输入过欠压保护。输出过压保护 开关电源的输出电压一般不会超出正常范围，但是一旦超出正常范围，那么可能会对通信设备造成损坏。所以开关电源整流器设有输出过压保护，一旦输出电压超过设定值，那么开关电源会将输出闭锁。此闭锁是不能自恢复的，需要断电重启才可以。,五、通信用开关电源的基本要求,4、开关电源的保护功能(续）输入过欠压保护 输入过欠压保护指的是在交流电压过高或过低时关闭电源输出，此关闭是可以自动恢复

18、的，一旦条件满足，开关电源会自动开始工作的。过压保护是避免在输入电压高的时候，因功率开关管工作，而引起其损坏；欠压保护是避免在输入电压低的时候，因输入电流过大，而造成输入器件（整流桥、开关管、变压器）通过电流超过额定值而损坏，另外也是保证整流器工作在最佳状态。,五、通信用开关电源的基本要求,4、开关电源的保护功能（续）限流保护 开关电源的限流是通过降低输出电压来实现的，这种保护电路一般设在开关电源的付边。其限流有两个方面的作用，一个方面就是保证开关电源输出功率不超过额定值而损坏，提高可靠性（开关电源的限流点为输出额定电流的110）；另外一方面就是在给蓄电池充电时限流，确保不过充（按照设定的限流

19、值限流）。短路保护 短路保护检测原边的电流，采用控制芯片自带的电流检测电路来进行，短路保护响应速度快，采用的是逐脉冲限流方式，通过封锁开关管驱动脉冲来达到限流的目的。短路保护是开关电源必须具备的最基本。,五、通信用开关电源的基本要求,4、开关电源的保护功能（续）过热保护（Overheating protection)开关电源在工作时会产生一定的热量，如果这些热量释放不出去或没有达到发热和散热平衡，那么开关电源的内部的温度会上升。此时如果没有保护，那么会造成功率器件过热而损坏。我们的过热保护是和冷却风扇配合起来的，当温度达到65时将电源降半载工作，当温度继续上升到75时整流器会关闭输出，这种保护

20、是可以自恢复的。当然过热保护并不能完全保护所有元器件，所以我们要尽量保证机房环境温度在合适范围内，确保通信设备安全可靠运行。,五、通信用开关电源要求,4、开关电源的可靠性要求 可靠性是开关电源的重要指标，衡量标准是“平均无故障间隔时间”。当然这个指标是在理想状态下的，交流电压在220Vac15内变化，机房环境符合设备使用条件，配置合理等。所以当大家在比较不同产品或不同型号的电源可靠性时，要注意使用条件和环境，例如加有交流稳压器的站点要比没有交流稳压器的可靠，故障率低；平地站点的电源故障率比高山站的低；规范的机房的电源故障率要比不规范的低；机房条件好的要比条件差的故障率低出很多。因而我们不能一概

21、而论电源可靠性是好还是坏，需要根据具体情况而定。,六、思考题,1、目前通信用48v供电系统的开关电源输出电压为什么要设定为53.5V?2、通信电源的均流非常重要，要求在小负载情况也必须均流，这种说法对吗？3、开关电源的输入必须是交流吗？为什么？4、组合电源柜中有一台整流器的输出电流为零，那么说明这台整流器坏了，对吗？为什么？5、如果开关电源整流器的限流灯亮，那么说明整流器有问题，这句话对吗？,六、思考题,6、整流器的输入灯亮，限流灯不亮，故障灯不亮，但是输出灯不亮，整流器没有电流输出。请您分析原因所在，并将故障排除掉。、开关电源前级为什么用电路？属于什么样的电路结构？,历史岳麓版第13课交通与

22、通讯的变化资料,精品课件欢迎使用,自读教材填要点,一、铁路，更多的铁路 1地位 铁路是 建设的重点，便于国计民生，成为国民经济发展的动脉。2出现 1881年，中国自建的第一条铁路唐山 至胥各庄铁路建成通车。1888年，宫廷专用铁路落成。,交通运输,开平,3发展(1)原因：甲午战争以后列强激烈争夺在华铁路的。修路成为中国人 的强烈愿望。(2)成果：1909年 建成通车；民国以后，各条商路修筑权收归国有。4制约因素 政潮迭起，军阀混战，社会经济凋敝，铁路建设始终未入正轨。,修筑权,救亡图存,京张铁路,二、水运与航空 1水运(1)1872年,正式成立，标志着中国新式航运业的诞生。(2)1900年前后

23、，民间兴办的各种轮船航运公司近百家，几乎都是在列强排挤中艰难求生。2航空(1)起步：1918年，附设在福建马尾造船厂的海军飞机工程处开始研制。(2)发展：1918年，北洋政府在交通部下设“”；此后十年间，航空事业获得较快发展。,轮船招商局,水上飞机,筹办航空事宜,处,三、从驿传到邮政 1邮政(1)初办邮政：1896年成立“大清邮政局”，此后又设，邮传正式脱离海关。(2)进一步发展：1913年，北洋政府宣布裁撤全部驿站；1920年，中国首次参加。,邮传部,万国邮联大会,2电讯(1)开端：1877年，福建巡抚在 架设第一条电报线，成为中国自办电报的开端。(2)特点：进程曲折，发展缓慢，直到20世纪

24、30年代情况才发生变化。3交通通讯变化的影响(1)新式交通促进了经济发展，改变了人们的通讯手段和，转变了人们的思想观念。(2)交通近代化使中国同世界的联系大大增强，使异地传输更为便捷。(3)促进了中国的经济与社会发展，也使人们的生活。,台湾,出行,方式,多姿多彩,合作探究提认知,电视剧闯关东讲述了济南章丘朱家峪人朱开山一家，从清末到九一八事变爆发闯关东的前尘往事。下图是朱开山一家从山东辗转逃亡到东北途中可能用到的四种交通工具。,依据材料概括晚清中国交通方式的特点，并分析其成因。提示：特点：新旧交通工具并存(或：传统的帆船、独轮车，近代的小火轮、火车同时使用)。原因：近代西方列强的侵略加剧了中国

25、的贫困，阻碍社会发展；西方工业文明的冲击与示范；中国民族工业的兴起与发展；政府及各阶层人士的提倡与推动。,串点成面握全局,一、近代交通业发展的原因、特点及影响 1原因(1)先进的中国人为救国救民，积极兴办近代交通业，促进中国社会发展。(2)列强侵华的需要。为扩大在华利益，加强控制、镇压中国人民的反抗，控制和操纵中国交通建设。(3)工业革命的成果传入中国，为近代交通业的发展提供了物质条件。,2特点(1)近代中国交通业逐渐开始近代化的进程，铁路、水运和航空都获得了一定程度的发展。(2)近代中国交通业受到西方列强的控制和操纵。(3)地域之间的发展不平衡。3影响(1)积极影响：促进了经济发展，改变了人

26、们的出行方式，一定程度上转变了人们的思想观念；加强了中国与世界各地的联系，丰富了人们的生活。(2)消极影响：有利于西方列强的政治侵略和经济掠夺。,1李鸿章1872年在上海创办轮船招商局，“前10年盈和，成为长江上重要商局，招商局和英商太古、怡和三家呈鼎立之势”。这说明该企业的创办()A打破了外商对中国航运业的垄断B阻止了外国对中国的经济侵略C标志着中国近代化的起步D使李鸿章转变为民族资本家,解析：李鸿章是地主阶级的代表，并未转化为民族资本家；洋务运动标志着中国近代化的开端，但不是具体以某个企业的创办为标志；洋务运动中民用企业的创办在一定程度上抵制了列强的经济侵略，但是并未能阻止其侵略。故B、C

27、、D三项表述都有错误。答案：A,二、近代以来交通、通讯工具的进步对人们社会生活的影响(1)交通工具和交通事业的发展，不仅推动各地经济文化交流和发展，而且也促进信息的传播，开阔人们的视野，加快生活的节奏，对人们的社会生活产生了深刻影响。(2)通讯工具的变迁和电讯事业的发展，使信息的传递变得快捷简便，深刻地改变着人们的思想观念，影响着人们的社会生活。,2清朝黄遵宪曾作诗曰：“钟声一及时，顷刻不少留。虽有万钧柁，动如绕指柔。”这是在描写()A电话 B汽车C电报 D火车解析：从“万钧柁”“动如绕指柔”可推断为火车。答案：D,典题例析,例1上海世博会曾吸引了大批海内外人士利用各种交通工具前往参观。然而在

28、19世纪七十年代，江苏沿江居民到上海，最有可能乘坐的交通工具是()A江南制造总局的汽车 B洋人发明的火车 C轮船招商局的轮船 D福州船政局的军舰,解析由材料信息“19世纪七十年代，由江苏沿江居民到上海”可判断最有可能是轮船招商局的轮船。答案C,题组冲关,1中国近代史上首次打破列强垄断局面的交通行业是()A公路运输 B铁路运输C轮船运输 D航空运输解析：根据所学1872年李鸿章创办轮船招商局，这是洋务运动中由军工企业转向兼办民用企业、由官办转向官督商办的第一个企业。具有打破外轮垄断中国航运业的积极意义，这在一定程度上保护了中国的权利。据此本题选C项。答案：C,2.右图是1909年民呼日报上登载的

29、一幅漫画，其要表达的主题是()A帝国主义掠夺中国铁路权益B西方国家学习中国文化C西方列强掀起瓜分中国狂潮D西方八国组成联军侵略中国,解析：从图片中可以了解到各国举的灯笼是火车形状，20世纪初的这一幅漫画正反映了帝国主义掠夺中国铁路权益。B项说法错误，C项不能反映漫画的主题，D项时间上不一致。答案：A,典题例析,例2(2010福建高考)上海是近代中国茶叶的一个外销中心。1884年，福建茶叶市场出现了茶叶收购价格与上海出口价格同步变动的现象。与这一现象直接相关的近代事业是()A电报业 B大众报业 C铁路交通业 D轮船航运业 解析材料主要反映了信息交流的快捷，故选A。答案A,题组冲关,3假如某爱国实业家在20世纪初需要了解全国各地商业信息，可采用的最快捷的方式是()A乘坐飞机赴各地了解 B通过无线电报输送讯息C通过互联网 D乘坐火车赴各地了解解析：本题考查中国近代物质生活的变迁。注意题干信息“20世纪初”“最快捷的方式”，因此应选B，火车速度远不及电报快。20世纪30年代民航飞机才在中国出现，互联网出现在20世纪90年代。答案：B,4下列不属于通讯工具变迁和电讯事业发展影响的是()A信息传递快捷简便B改变着人们的思想观念C阻碍了人们的感情交流D影响着人们的社会生活解析：新式通讯工具方便快捷，便于人们感情的沟通和交流。答案：C,