医用开关电源课件.ppt

1、医疗开关电源n开关电源是各种电子设备的能量供给中心，其工作正常与否，直接影响着电子设备能否工作及工作是否正常。开关电源工作时，处于高电压、大电流、高频率的特殊工作状态，因而相对故障率很高。其出故障的概率，要占医疗仪器设备整机故障率的80左右，医疗设备中的很多故障，往往是因其开关电源电路工作不正常所致。n开关电源打破了传统的稳压模式，它的调整元器件工作在开关状态，即通过调整开关元器件的开关时间来实现稳压。开关电源具有体积小、重量轻、功耗小、稳压范围宽等特点，所以也被广泛地应用在各种电子产品中。1稳压电源 n医疗设备离不开电源，电源供给医疗设备所需要的能量，这就决定了电源在医疗设备中的重要性。电源

2、的质量直接影响着医疗设备的工作可靠性，所以医疗设备对电源的要求也日益提高。n现有的电源主要由线性稳压电源（简称线性电源）和开关稳压电源（简称开关电源）两大类组成。这两类电源由于各具特色而被广泛应用。1.1线性电源n线性电源一般由变压、整流、滤波、稳压这四大部分组成。n变压将交流电网电压变成所需的交流电压。变压过程通常由变压器来完成，有些采用电容降压。n整流将交流电压变成直流电压。整流电路通常有半波整流电路、全波整流电路、桥式整流电路等，桥式整流电路较为常用。n滤波将整流所得的脉动直流电（大小发生规律性变化）中的交流成分滤除。常用的滤波电路有电容滤波电路、电感滤波电路及阻容滤波电路等。n稳压将滤

3、波电路输出的直流电压稳定不变，即使输出直流电压不随电网电压、负载等的变化而变化。稳压功能可由稳压二极管、串联式稳压电路等来完成。n线性电源的优点是稳定性好、可靠性高、输出电压精度高、输出纹波电压小。它的不足之处是要求采用工频变压器和滤波器，它们的重量和体积都很大，并且调整管的功耗较大，使电源的效率大大降低，一般情况电源效率均不会超过50。但它优良的输出特性，使其在对电源性能要求较高的场合仍得到了广泛的应用。1.2开关电源n开关电源因其控制器件工作在导通（ON）和截止（OFF）状态而得名，其实质是通过改变电路中控制器件的导通时间来改变输出电压的大小，达到维持输出电压稳定的目的。n相对于线性电源，

4、开关电源更能满足现代电子设备的要求，自20世纪中期开关电源问世以来，由于它突出的优点，其在计算机、通信、航天、办公和家用电器尤其是医疗仪器等方面得到广泛应用，大有取代线性电源之势。n开关电源具有以下特点。n效率高n开关电源的调整管工作在开关状态，可以通过改变调整管导通与截止时间的比例来改变.输出电压的大小。当调整管饱和导电时，虽然流过较大的电流，但他和管压降很小；n当调整管截止时，管子将承受较高的电压，但流过调整管的电流基本等于0。可见，工作在开关状态调整管的功耗很小，因此，开关电源的效率较高，一般可达6590。n体积小、重量轻n因调整管的功耗小，故散热器也可随之减小。而且，开关电源还可省去

5、50Hz工频变压器，而开关频率通常为几十千赫，故滤波电感、电容的容量均可大大减小。所以，开关电源与同样功率的线性电源相比，体积和重量都将小得多。n对电网电压的要求不高n由于开关电源的输出电压与调整管导通与截止时间的比例有关，而输入直流电压的幅度变化对其影响很小，因此，允许电网电压有较大的波动。一般线性稳压电路允许电网电压波动全10，而开关稳压电路在电网电压为140260V、电网频率变化土4时仍可正常工作。n调整管的控制电路比较复杂n为使调整管工作在开关状态，需要增加控制电路，调整管输出的脉冲波形还需经过LC滤波后再送到输出端，因此相对于线性电源，其结构比较复杂，调试比较麻烦。n输出电压中纹波和

6、噪声成分较大n调整管工作在开关状态，将产生尖峰干扰和谐波信号，虽经整流滤波，输出电压中的纹波和噪声成分仍比线性电源要大一些。n今后，开关稳压电源的发展，除了继续保持已有的优点外，主要是采用新技术和新工艺措施来克服自身存在的一些不足。2 开关电源的分类n开关电源的类型很多，而且可以按不同的方法来分类。n2.1按开关控制器件的连接方式分类，开关电源可分为串联型和并联型。自激式、单管他激式；单管正激励、单管反激励；半桥、全桥等3开关电源的基本组成及工作原理n31串联型开关电源基本组成及工作原理n 串联型开关电源输入和输出是串联的，输入和输出之间串以电感和续流二极管，二极管的作用是在开关管截止时为负载

7、提供供电通路。电感为储能电感（即开关变压器）。电感的输出端为开关电源输出滤波电容。n在串联型开关电源中如果没有续流二极管VD，则当开关管突然由饱和导通转为截止时，由于电感中的磁能不能释放，将感应出极高的电压。该电压极易导致开关管击穿。n而接入续流二极管后，当开关管由饱和导通转为截止时，电感中的磁能通过续流二极管向输出电容器及负载电路释放，一方面使电感两端的电压下降，使开关管集电极-发射极压降为输入电压值，并有足够的余量；n另一方面，在开关管截止期间，电感将通过续流二极管释放能量，使负载电路在开关管截止期间，得到能量的补充，这将使输出端电压更平滑，开关电源的效率更高。串联型开关电源的最大不足是初

8、次级不隔离，而且当开关管烧毁或失效时输出电压会比正常值高出很多，必须加过压保护措施。32并联型开关电源基本工作原理n 并联型开关电源有自激式，也有他激式，其中他激式应用广泛。n 1自激式并联开关电源n 自激式并联开关电源主要分为单端式、推挽式和桥式等，其中，单端自激式应用最多。n单端自激式相当于一个电感式自激振荡器，是一种利用间歇振荡电路组成的开关电源。n n电路不断的饱和导通又不断的截止，而后又使其重新导通，再次翻转达到饱和状态，电路就这样重复振荡下去。自激式并联开关电源中的开关管起着开关及振荡的双重作用，也省去了控制电路，这种电路不仅适用于大功率电源，亦适用于小功率电源。2他激式并联开关电

9、源n他激式并联开关电源分为单端反激式、单端正激式、推挽式、全桥式、半桥式等。推挽式n n 推挽驱动器要用一对功率场效应管，并将升压变压器的中心抽头接于直流电源，2只功率管交替工作，输出得到交流电压，推挽驱动器电路的可靠性较高，推挽式开关电源输出功率较大，一般在100500W范围内。n对于推挽结构的驱动电路，要求脉动直流电源的变化范围要小，否则，会便驱动电路的效率降低。另外需要注意的是，由于两个功率场效应管（开关管）是串联在电源的正负极之间的，因此应避免两个开关管同时导通。全桥式n全桥驱动电路需要两对功率场效应管，工作时在驱动控制器的控制下，四个功率场效应管呈对角线导通，使变压器一次测（初级）形

10、成交流电压，改变开关脉冲的占空比，就可以改变四个功率场效应管的导通与截止时间，从而改变了变压器的储能，也就改变了输出的电压值。n 需要注意的是，如果四个功率场效应管的导通时间不对称，则变压器一次侧的交流电压中将含有直流分量，会在变压器一次测产生很大的直流分量，造成磁路饱和，因此全桥电路应注意避免电压直流分量的产生。医用设备开关电源医用电源组成n功率因数控制器nPWM开关电源n保护电路（过压，过流，欠压）常见类型n1。反相激励（100-150瓦）n2。正相激励（150瓦-250瓦）n3。半桥式（250瓦-500瓦）n4。全桥 式 （大于500瓦）n5。单片模块式 （如TOP224。）功率因素控制

11、器n开关电源以其效率高、功率密度高而在电源领域中占主导地位。开关电源多数是通过整流器与电力网相接的，经典的整流器是由二极管或晶闸管组成的一个非线性电路，在电网中会产生大量的电流谐波和无功功率而污染电网，成为电力公害。n传统的开关电源存在一个致命的弱点，即功率因数较低，一般仅为0.450.75，而且其无功分量基本上为高次谐波，其中三次谐波的幅度约为基波幅度的95，五次谐波的幅度约为基波幅度的70，七次谐波的幅度约为基波幅度的45，九次谐波的幅度约为基波幅度的25。n开关电源已成为电网最主要的谐波源之一。针对高次谐波的危害，从1992年起国际上开始以立n法的形式限制高次谐波，传统的开关电源在此限制之列。The endn谢谢大家