【禹舜】開關電源工作原理詳解!
2020-12-09 11:43:16閱讀量:1994
廣東禹舜電子公司成立于2012年,前身廣州市華芯電子廠,坐落在廣州新白云機場東南邊上,工廠總占地面積8000平方;是目前國內小功率電源模塊、多路電源模塊品種最全的一家;本司是一家集研發、生產、銷售(內銷、外銷)于一體的科技型企業,主要產品涵蓋大小功率1路~15路輸出開關電源模塊、工業設備電源、儀器儀表電源、LED驅動電源、5W~80W電源適配器、3W~80KW全系列多功能電源、新能源汽車充電器、自動化儀器儀表等;公司現擁有研發技術人員12名,銷售人員13名,管理人員13名,車間員工80人;產品已獲得ETL、CCC、CE、FCC、Rosh等認證,公司已獲得國家高新科技企業證書,并通過ISO9001質量體系、知識產權管理體系等認證,擁有專業的電源產品測試實驗室,其中實驗儀器包括:EMC測試系統、高低溫試驗箱、雷擊浪涌測試儀、EFT群脈沖干擾測試儀、絕緣耐壓測試儀、紅外成像測完系統等,車間擁有現代化自動生產測試設備15套,其中包括高速進口西門子SMT貼生產線兩條、大型波峰焊、無鉛波峰焊、多功能電源老化生產線、多功能電源綜合測試系統、多功能變壓器繞線機、變壓器多功能綜合測試儀、及其其他生產及測試設備等;公司始終把品質和效率放在第一位,腳踏實地、力求穩定、追求創新,我們堅信我們能給客戶提供他們想要的配套產品,同時我們也會堅持不懈的為您創造出更好的產品。正在服務的客戶有:正泰電器、TCL、香港佳飛集團、樂鳥集團,賀氏集團,南方信息安全部,江山鑫源電氣等,國外客戶有:意大利電信、意大利GISO、德國dick smith等。
★開關電源工作原理:
開關電源的工作流程是:
電源→輸入濾波器→全橋整流→直流濾波→開關管(振蕩逆變)→開關變壓器→輸出整流與濾波。
交流電源輸入經整流濾波成直流通過高頻PWM(脈沖寬度調制)信號控制開關管,將那個直流加到開關變壓器初級上開關變壓器次級感應出高頻電壓,經整流濾波供給負載輸出部分通過一定的電路反饋給控制電路,控制PWM占空比,以達到穩定輸出的目的交流電源輸入時一般要經過厄流圈一類的東西,過濾掉電網上的干擾,同時也過濾掉電源對電網的干擾;在功率相同時,開關頻率越高,開關變壓器的體積就越小,但對開關管的要求就越高;開關變壓器的次級可以有多個繞組或一個繞組有多個抽頭,以得到需要的輸出;一般還應該增加一些保護電路,比如空載、短路等保護,否則可能會燒毀開關電源。主要用于工業以及一些家用電器上,如電視機,電腦等開關電源原理圖分析。
a》 開關S開通后,變壓器繞組N1兩端的電壓為上正下負,與其耦合的N2繞組兩端的電壓也是上正下負。因此VD1處于通態,VD2為斷態,電感L的電流逐漸增長;
b》 S關斷后,電感L通過VD2續流,VD1關斷.S關斷后變壓器的激磁電流經N3繞組和VD3流回電源,所以S關斷后承受電壓。
c》 變壓器的磁心復位:開關S開通后,變壓器的激磁電流由零開始,隨著時間的增加而線性的增長,直到S關斷。為防止變壓器的激磁電感飽和,必須設法使激磁電流在S關斷后到下一次再開通的一段時間內降回零,這一過程稱為變壓器的磁心復位。
正激電路的理想化波形:??

變壓器的磁心復位時間為:TIst=N3*Ton/N1
反激電路原理圖:
反激電路中的變壓器起著儲能元件的作用,可以看作是一對相互耦合的電感。
S開通后,VD處于斷態,N1繞組的電流線性增長,電感儲能增加;
S關斷后,N1繞組的電流被切斷,變壓器中的磁場能量通過N2繞組和VD向輸出端釋放.S關斷后的電壓為:us=Ui+N1*Uo/N2
反激電路的工作模式:
電流連續模式:當S開通時,N2繞組中的電流尚未下降到零。
輸出電壓關系:Uo/Ui=N2*ton/N1*toff
電流斷續模式:S開通前,N2繞組中的電流已經下降到零。
輸出電壓高于上式的計算值,并隨負載減小而升高,在負載為零的極限情況下, ,因此反激電路不應工作于負載開路狀態。
??
反激電路的理想化波形
輸入電壓范圍,輸出電壓,輸出功率,效率等幾個開關電源重要的參數。這里再介紹開關電源需要關注的電氣參數輸出紋波電壓(ripple),動態(dynamic),工作溫度(operating temperature),開機電壓(trun on voltage),空載輸入電流(no load input current),輸出電壓設置點(output voltage set point),電壓調整率(regulation),開機時間(turn on time),最大輸出電容(max output capacitance),開關頻率(switching frequency),邏輯電平(on/off
control logic) 。
▲輸出紋波電壓(ripple):
紋波是指一個直流電壓中的交流部分。開關電源通過半導體器件的開通與關斷獲得希望的輸出電壓值,這個過程中輸出電壓不可避免的引入了Ripple電壓。紋波代表了模塊對與輸出端用電器的影響,過大的紋波會造成輸出用電器工作不正常。客人可以通過增加輸出濾波電路來減小輸出紋波電壓。
左圖為ripple電壓波形,它可以反應模塊的開關頻率(一般開關頻率等于ripple頻率,部分拓撲ripple頻率是模塊開關頻率的倍數)

▲動態響應:
動態響應是指模塊輸出端負載突然變化時模塊的輸出電壓變化程度和恢復速度。一般來說動態響應用動態響應電壓和響應時間來描述。紋波代表了模塊對輸出負載變化的響應速度,較小的動態電壓和較短的響應時間對于輸出端用電器會有好處。客人可以通過增加輸出濾波電路來提升動態響應表現。
▲輸入電壓:
我們用的電源往往會寫到正常工作范圍比如說是40Vdc-100Vdc,但是往往外加38Vdc的時候模塊就開始輸出了,所以這個38Vdc就叫做開機輸入電壓。
▲空載輸入電流:
我們用的電源有的時候后端用電器沒有工作,這個時候相當于我們的電源空載工作,但是此時模塊上也有器件有損耗,所以此時有輸入電流沒有輸出電流,所有輸入的能量都在模塊內損耗掉。此時的輸入電流就叫空載輸入電流。很多國家提出希望降低模塊在空載工作時的損耗,也就是這個電流乘以輸入電壓的值。
▲輸出電壓設置點:
我們用的穩壓電源輸出端可以提供一個穩定的輸出電壓,這個電壓到底是多少就可以從輸出電壓設置點看到。但是輸出電壓不可能穩定在一個點這么精準,往往有1%甚至更大的輸出范圍。
▲電壓調整率
電壓調整率,模塊的輸出電壓在不同的輸入電壓,輸出功率,工作溫度等情況下會有差異。
比如說在所有的輸入電壓情況最大的輸出電壓和最小的輸出電壓之間的差異就是輸入電壓線性調整率。調整率越小說明模塊在各種情況下的輸出一致性越好
▲啟動時間:
電源從發開機信號到模塊輸出上升到額定值的90%的時間稱為開機時間。開機時間會影響后端用電器的上電時序所以有時候會影響整個系統的表現。
▲最大輸出電容:
剛才我們談到增加輸出端電容對模塊的ripple和dynamic都有好處,但是大的輸出電容會增加開機電容并且會影響環路穩定。所以一般的模塊都會規定輸出電容的范圍。系統選用在規定范圍內的電容就不會因為輸出電容問題出現不能啟動或者系統不穩定情況。
▲開關頻率:
開關電源里面的半導體不停地開關,他們開關的頻率被稱為模塊的開關頻率。開關頻率影響到ripple的頻率以及模塊在電磁兼容方面的表現。開關電源里面的半導體不停地開關,他們開關的頻率被稱為模塊的開關頻率。開關頻率影響到ripple的頻率以及模塊在電磁兼容方面的表現。
▲邏輯電平:
打個比方我們的電燈啟動需要有供電并且開關打開。我們模塊里面往往也有一個開關那就是邏輯輸入管腳。邏輯管腳一般有一個范圍比方說我們給這個管腳一個0V~1V的電壓模塊開機,給一個2V~8V的電壓這個模塊關機。所以邏輯電平起到開關的作用。

LM1117IMPX-3.3/NOPB/線性穩壓器(LDO) | 0.7147 | |
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LM358BIDR/運算放大器 | 0.35 | |
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LM5164DDAR/DC-DC電源芯片 | 3.19 | |
ADS1299IPAGR/模擬前端(AFE) | 222.43 | |
TPS82130SILR/DC-DC電源模塊 | 6.13 | |
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