开关电源原理及调试课件.ppt

1、开关电源原理及调试电感的充放电波形图电感的充放电 开关K闭合，电感两端的电压逐渐下降，而电感电流逐渐增大，电感的感应电压V=LdI/dt，电感两端的电压只与流过电感的电流变化率成正比，那怕有电流，但是电流不变，电感两端也无感应电压，开关K闭合的瞬间电流为零，感应电压等于电源电压，随时间变化，感应电压有降低趋势，因为如果感应电压不降低，一直等于电源电压，电感中将无电流，电流的变化率为零，感应电压将变为零，实际情况是感应电压一下降回路中将出现电流，按照这个规律感应电压越变越小，电流越变越大，为什么外加电压大于感应电压，如果不是这样，假设外加电压同感应电压最终趋近平衡，则回路中电流将为零，然而这是不

2、可能的，因为电流变化率为零，则感应电压将为零,换言之，感应电压有赖于电流变化，电流必须变化才能产生感应电压。 如果环路中电阻为零，根据感应电压V=LdI/dt，得V/L=dI/dt，可知电流以固定斜率增大，而感应电压不变，如果电流在上升过程中突然断开开关K，环路中电流不可能立刻变为零，而是沿原方向逐渐变为零，所产生的反向感应电压同电源电压之和加在开关两端，并在断开的开关触点之间产生电弧放电，如果触点之间距离变大感应电压会自动变大以维持此电弧，在此节段电流很快变为零，电感储存的能量以电火花和热量的形式消耗掉，由此可见电感中的电流是不能断续的，而电流变化率可以突变，既感应电压可以突变，电感两端的电

3、压随着开关的闭合或断开，方向在变化，开关闭合，电感两端的感应电压与电源电压反向，开关断开，电感两端的感应电压与电源电压同向，顾名思义，开关电源就是开关不断的闭合或断开，使电感不断的储能和放能，当开关闭合时电源电压加在电感两端，电流沿斜线上升，当开关断开电感两端的感应电压反向，电流沿斜线下降，如果电感上电流增加量等于电感上电流减小量，则电感在每个开关周期处于稳态，并能持续不断的工作下去，VoN*ToN=VoFF*ToFF,既开关导通时加在电感两端的电压乘以导通时间等于开关断开时加在电感两端的电压乘以断开时间，电压同时间之积称为伏秒数，既开关导通伏秒数等于开关断开时伏秒数。开关电源的三种拓扑开关电

4、源的工作原理1：参考图A: 开关导通时电源电压加在电感两端，电感电流线性增加，电源能量储存在电感中，开关断开时，由于电感两端通过二极管串联了电容，电感两端产生的反向感应电压将不会通过开关触点放电而释放能量，而是通过二极管对电容进行充电，由于电容的加入，负载两端将出现固定的电压，如果电感上充电电流增加量等于电感上放电电流减小量,开关电源的开关不断通断将给电感不断充放电，平衡时开关导通时伏秒数等于开关断开时伏秒数， VoN*ToN=VoFF*ToFF,如果忽略开关压降及二极管压降，VoN/VoFF=ToFF/ToN,Vo=VIN*ToN/ToFF,占空比：D=ToN/ToN+ToFF=1/1+To

5、FF/ToN,最后推导得:ToN/ToFF=D/1-D,得到电容两端电压既负载电压Vo=VIN*ToN/ToFF=VIN*D/1-D，可见同过改变占空比就可以改变开关电源输出电压。2:参考图B: 开关导通时，伏秒数VIN*ToN，开关断开时，伏秒数(Vo-VIN)*ToFF, VIN*ToN=( Vo-VIN)*ToFF VIN*(ToN+ ToFF)=Vo* ToFF Vo = VIN (1+ToN/ ToFF)= VIN *(1+D/1-D) )= VIN *1/1-D,得到开关电源输出电压Vo = VIN *1/1-D,电源输出电压和输入电压与占空比相关。3:参考图A: 开关导通时伏秒数

6、(VIN-Vo)*ToN，开关断开时伏秒数Vo*ToFF, (VIN-Vo)*ToN =( Vo-VIN)*ToFF VIN*ToN- Vo *ToN=Vo* ToFF Vo(ToN+ ToFF) = VIN ToN VO= VIN ToN /(ToN+ ToFF),得到开关电源输出电压Vo = VIN *D,既开关电源输出电压等于输入电压与占空比之积半桥变换器原理图半桥变换器工作原理 分析半桥变换器电路我们可以看出，AC220V交流经过全波整流后直流电压DC320V加在串联电容C1和C2两端,如果以串联电容C1和C2的联接点为参考端，当开关管Q1导通，开关管Q2关断时，加在变压器T上的电压为

7、正DC160V，并且同名端为正，这时开关管Q2承受320V电压，电流从C1正端流经Q1， T后返回到C1负端，当开关管Q2导通，开关管Q1关断时，加在变压器T上的电压为负DC160V，并且同名端为负，这时开关管Q1承受320V电压，电流从C2正端流经 T， Q2后返回到C1负端，这样在一个开关周期内正负电压交替加在变压器T的初级端，从而完成了将直流电压转换成高频交流电压的过程。 为避免开关管Q1 ，Q2同时导通导致开关电源直流侧短路，线路设计时，当开关管Q1 由导通转换为关断时，停留一个死区时间再导通Q2，同理当开关管Q2 由导通转换为关断时，停留一个死区时间再导通Q1，如果高频变压器的次级是

8、全波整流，开关管Q1导通时变压器同名端加正电压， Q1 刚关断时变压器初级侧电流不能瞬时就变为零，并且要沿原来的流向继续流动，这时变压器同名端电压为负，这 将导致并在开关管Q2上的二极管D2导通，将存在初级线圈的能量反馈到电容C2上，变压器同名端电压比C2负端低一个二极管压降，形成电流泄放通道，同理Q2 由导通转换为关断时二极管D1导通，将存在初级线圈的能量反馈到电容C1上，形成另一路电流泄放通道。 在Q1 由导通转换为截止时的半个周期中，电感L上的电流增加量等于电流减小量。 Q1 导通， VL-Vo=L* dI/dt =L * dI/ToN dI=(VL-Vo)*ToN /L Q1 截止，

9、Vo=L* dI/dt =L * dI/ToFF dI=Vo*ToFF /L Q1 导通到截止时，电流增加量dI等于电流减小量dI ( VL-Vo)*ToN /L=Vo*ToFF/L VL* ToN=Vo(ToN+ToFF)=Vo*Ts, Vo= VL *ToN/Ts= VL*D 从以上的推导可以看出，半桥型开关电源输出全波整流时输出电压等于输入电压与占空比之积。开关电源调压原理 开关电源通过对占空比的调节，就能达到稳压的目的，当负载加大，输出电压被拉低，通过反馈，脉宽调制器让开关管导通时间延长，占空比变大，导致输出电压又变高，实现输出电压的稳定，当负载变小，输出电压就会升高，通过反馈，脉宽调

10、制器让开关管导通时间变小，占空比变小，导致输出电压又变低，这样输出电压不随负载的变化而变化，实现了输出电压稳定的目的。 当输入电压Vdc不稳定，输入电压变大或变小，脉宽调制器将以同样的比例增大或减小输出脉冲宽度，导致开关管导通或截止时间变化，既占空比跟随输入电压变化而改变，使输出电压不随输入电压的变化而变化，实现了输出电压稳定的目的。TL494框图脉宽调制控制波形图脉宽调制控制器工作原理 脉宽调制控制器TL494是16脚集成电路，14脚输出+5V基准电压，振荡频率由5脚外接电容及6脚外接电阻决定频率大小，f=1.1/R*C,电路内锯齿波发生器产生锯齿波信号与控制信号同时输入电路内的脉宽调制比较

11、器PWM进行比较，随着控制信号电平的变化，脉宽调制比较器PWM将输出不同脉宽的脉冲，同理死区比较器产生一个固定脉宽的脉冲保证输出脉冲不会导致半桥的两个开关管同时导通， 锯齿波信号脉冲同时输入电路内T触发器,每输入一个脉冲，输出端就变化一次，这样T触发器输出Q和Q非将固定频率的脉冲2分频产生两路反向的输出，分别去控制半桥的两个开关管，使开关管Q1导通时开关管Q2断开，而开关管Q2导通时开关管Q1断开，从而形成两个开关管交替导通断开，把直流电变成高频的交流电，再通过高频变压器的升降压，整流及滤波产生我们需要的电压。 TL494是如何实现稳压的，给定电位器将+5V电压变为可调电压 (0-5V),加到

12、TL494电路内的误差放大器反相输入端2脚，而输出电压的反馈值加到电路内的误差放大器同相输入端1脚，正常情况下， 1脚电平与2脚电平相等或略高，当输出电压变高时，1脚电平高于2脚电平，误差放大器输出误差电压与电路内锯齿波发生器产生的锯齿波信号在PWM比较器中进行比较使输出的脉冲宽度变窄，从而导至输出电压回落到标准值，反之则促使脉冲宽度增加，输出电压回升，调节给定电位器将产生不同的输出电压。高压开关电源原理图高压电源调试参考原理图；下板接通AC220电源，观察以下情况：控制变压器输出AC8V-AC9V电压。稳压管D26输出+15V电压。稳压管D25输出+15V电压。二极管D7，D12输出+20V

13、-+21V电压。稳压器U1输出+5V电压。电阻R33. R39输出+7V左右电压。电容C40, C41, 端电压相等，输出+160V左右电压。输出端子T0电压0-180V可调。电位器W3调整到1.65K。示波器地线接D16负端，探头接D17负端，有35KHz脉冲波，幅值+12,-8V 示波器地线接D11负端，探头接D10负端，有35KHz脉冲波，幅值+12,-8V 将电源接通AC220电源，观察以下情况：1.控制变压器输出AC8V-AC9V电压。2.稳压管D20输出+15V电压。3.二极管D10输出+24V-+23V电压。4.二极管D15输出+24V-+23V电压。5.稳压器U1输出+5V电压

14、。6.电阻R46. R52输出+8V左右电压。7.电容C40, C41 端电压相等，输出+160V左右电压。8.电位器W1调整到0.75K。示波器地线接D14负端，探头接D13负端，有32KHz脉冲波，幅值+15,-8V 示波器地线接D19负端，探头接D18负端，有32KHz脉冲波，幅值+15,-8V 整机调试整机调试 ：输出地线与机壳地线是否连通不连接高压输出线，连接好工作地，注意高压输出端应绝缘，启动仪器，升电压值30000V左右停止，观察表头是否有异常，听仪器是否有异常声音，保持30分钟左右，连接高压输出线，此时高压输出线应接到电容端，注意接好地线，启动电源根据故障距离升至电压到25000V到28000V左右，打火30分钟，间隔7秒左右， 观察打火的同时电源有无拉弧及局部打火，功率管是否过热，（80度以上过热） 作业1：描述电感的充放电过程，回路电阻为零时电感的充放电波形2：电感放电时，开关已经断开，电感中的能量如何释放掉。3：描述半桥开关电源原理，推导输出电压Vo与输入电压Vin关系。4：电源调试中，如何检测电源给定值与反馈值处在正常的工作状态。