关于开关电源设计
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开关电源的设计毕业论文开关电源是一种高效率、小体积、轻质化的电源,随着现代电子设备的发展,应用越来越广泛。
开关电源的设计是电子工程专业毕业设计中的一个热门方向,本文将介绍开关电源的基本工作原理及设计方法,并以一个实际开关电源的设计为例,进行详细说明。
一、开关电源的基本工作原理开关电源的基本工作原理是将交流电源转换为直流电源,其核心部分是开关管。
开关管工作时,会在电路中产生一个高频矩形波形。
再经过滤波电路、输出稳压电路等处理后,最终输出所需要的稳定直流电源。
在开关电源中,开关管的切换是关键,它的导通和截止决定程序的整个运行。
开关管的导通与截止又是由控制器控制的,所以控制器设计是非常重要的。
二、开关电源的设计方法1.功率计算开关电源的功率计算是设计的第一步。
功率 = 电流×电压,在设计前应要明确设备所需的电流和电压值并通过功率计算公式计算得出所需的功率。
2.电路设计电路设计是开关电源设计中较为复杂的一步。
主要包括直流输入电路、开关管、反馈电路、滤波电容、输出稳压电路等部分。
这些部分需要合理的组合和设计,并应通过电路仿真进行验证。
3.控制器设计在控制器设计中,主要有PWM控制器和开环控制器。
PWM控制器通常采用电流反馈控制方式,能够减少在输出处的纹波电压,提高稳定性。
开环控制器的设计要更为复杂,但是更容易实现。
4.保护电路设计保护电路是开关电源中非常重要的一部分,保护电路通常包括电流限制保护、过压保护、过载保护,以及温度保护等。
这些保护电路能够提高开关电源的使用寿命,避免因电路故障引起的安全事故。
三、开关电源设计实例以12V60W的开关电源设计为实例。
1.功率计算P = U × I = 12V × 5A = 60W。
2.电路设计直流输入电路:直流输入电路主要包括整流桥、电容滤波器和保险丝等。
整流桥需要选择合适的电流、电压值,电容滤波器应该选择合适的容量,保险丝则是起到安全保障作用。
开关电源工程化实用设计指南开关电源是一种非常重要的电力转换设备,它可以将输入的直流电压转换为输出的交流电压,从而满足各种电子设备的供电需求。
开关电源的工程化实用设计是一项涉及到多个领域的技术工作,包括电路设计、磁性元件设计、功率转换器设计、控制器设计和可靠性设计等。
下面将介绍开关电源的工程化实用设计指南。
一、电路设计开关电源的电路设计是整个设计的核心,也是最关键的一步。
在电路设计中,需要考虑以下几个方面的因素:输入和输出电压:开关电源的输入和输出电压需要根据电子设备的实际需求来确定。
在输入电压方面,需要考虑到电网电压的波动和噪声等因素,确保开关电源能够稳定工作。
在输出电压方面,需要根据电子设备的功率和负载特性来进行设计,确保输出的电压能够满足电子设备的供电需求。
功率容量:开关电源的功率容量需要根据电子设备的功率需求来确定。
在确定功率容量时,需要考虑到开关电源的最大负载和可能出现的峰值负载等因素,确保开关电源的功率容量足够且不会出现过载或损坏的情况。
电路拓扑:开关电源的电路拓扑是指其基本电路结构。
根据不同的需求,可以选择不同的电路拓扑来进行设计。
常用的电路拓扑包括BUCK型、BOOST型、BUCK-BOOST型等,需要根据实际情况来选择合适的电路拓扑。
控制方式:开关电源的控制方式是指如何控制开关管的导通和关断,以达到稳定输出电压的目的。
常用的控制方式包括脉冲宽度调制(PWM)、脉冲频率调制(PFM)和电流模式控制等,需要根据实际情况来选择合适的控制方式。
二、磁性元件设计开关电源中的磁性元件主要包括电感和变压器,它们在功率转换器中起到重要的作用。
在磁性元件设计中,需要考虑以下几个方面的因素:磁芯材料:磁芯材料的选择是磁性元件设计的关键。
常用的磁芯材料包括铁氧体、坡莫合金和非晶合金等,需要根据实际情况来选择合适的磁芯材料。
线圈设计:线圈设计是磁性元件设计的另一个关键因素。
在电感设计中,需要考虑到线圈的匝数、线径和绕制方式等因素,以确保电感能够满足开关电源的负载需求。
开关电源设计指南开关电源是将电能转换为特定电压或电流输出的电子设备,广泛应用于各种电子设备中。
本篇文章将为读者提供一份开关电源设计指南,帮助读者了解开关电源的基本原理以及设计过程中的关键要点。
一、开关电源的基本原理开关电源的基本原理是通过开关管的开关动作,实现电能的高效转换。
开关电源由输入端、开关管、变压器、输出滤波电路等组成。
输入端将交流电转换为直流电,经过开关管的开关动作,通过变压器进行电能转换,最终通过输出滤波电路得到稳定的输出电压或电流。
其中,开关管的开关频率决定了开关电源的工作方式,常见的有固定频率PWM调制和变频调制。
二、开关电源设计的关键要点1. 输入电压范围:根据实际应用需求确定开关电源的输入电压范围。
通常情况下,开关电源的输入电压范围为AC 100V-240V。
2. 输出电压和电流:根据实际应用需求确定开关电源的输出电压和电流。
输出电压可以通过变压器的变比来调整,输出电流则通过开关管的控制实现。
3. 效率和功率因数:开关电源的效率和功率因数是评估其性能的重要指标。
高效率可以减少能量损耗,提高系统的整体效能;高功率因数可以减少对电网的污染。
4. 过压保护和过流保护:在开关电源设计中,应考虑过压和过流等异常情况的保护措施,以确保系统的安全运行。
5. EMI滤波:开关电源在工作时会产生电磁干扰,为了避免对其他设备造成干扰,需要在设计中加入EMI滤波电路。
6. 温度管理:开关电源在工作时会产生一定的热量,为了确保系统的稳定运行,需要考虑散热设计和温度管理措施。
三、开关电源设计的步骤1. 确定输入输出参数:根据实际应用需求确定开关电源的输入输出电压和电流参数。
2. 选择开关管和变压器:根据确定的输入输出参数,选择合适的开关管和变压器。
3. 设计控制电路:设计开关电源的控制电路,包括开关管的驱动电路和PWM调制电路。
4. 设计滤波电路:根据需要设计输出滤波电路和EMI滤波电路。
5. 设计保护电路:设计过压保护和过流保护电路,确保系统的安全运行。
《开关电源设计》开关电源设计是一项重要的电子工程设计任务。
开关电源是一种将输入电源电压通过开关管的开关动作进行调节的电源,它具有高效率、小体积、轻量级等特点,因此在电子设备中得到广泛应用。
本文将介绍开关电源设计的基本原理以及设计步骤。
开关电源设计的基本原理是利用开关管来控制输入电源电压,使其经过变压和整流后得到所需的电压输出。
开关电源设计有两种基本结构:离散型开关电源和集成开关电源。
离散型开关电源的设计需要选取合适的开关管、变压器、滤波电容和整流二极管等元器件,并进行组装和调试。
这种设计方法的优点是灵活性高,可以根据具体需求进行选择和调整,但需要对电路设计和元器件选型有较高的要求。
集成开关电源是将开关管、变压器、滤波电容和整流二极管等元器件集成在一起,形成一个完整的开关电源模块。
这种设计方法的优点是结构紧凑,安装方便,不需要进行组装和调试,适用于大批量生产。
但由于元器件固定,对于特殊需求可能不那么灵活。
开关电源设计的步骤如下:1.需求分析:根据实际需求确定开关电源的输入电压范围、输出电压和输出功率等参数,并考虑到其它特殊要求,如电源稳定性和电磁兼容性等。
2.选型和安排:根据需求选取合适的开关管、变压器、滤波电容和整流二极管等元器件。
安排这些元器件的位置,考虑到散热和布线的需求。
3.设计电路:根据选定的元器件和需求进行电路设计,包括开关管驱动电路、变压器设计以及滤波和保护电路的设计等。
4.模拟仿真:使用电子设计自动化(EDA)软件对电路进行模拟仿真,验证电路的性能和可靠性。
5.原型制作:根据电路设计结果制作原型。
对于离散型开关电源,需要进行元器件的布线和焊接。
对于集成开关电源,则需要组装完整的开关电源模块。
6.测试和调试:对制作的原型进行测试,包括输出电压、输出功率、效率和稳定性等方面。
根据测试结果进行调试,优化电路性能。
7.优化和改进:根据测试结果和用户反馈,不断优化和改进电路设计,提高开关电源的性能和可靠性。
开关电源的原理与设计一、引言开关电源是一种将交流电转换为直流电的电子设备,广泛应用于各种电子设备中。
本文将介绍开关电源的原理与设计。
二、开关电源的原理开关电源的基本原理是利用开关管(MOS管)的导通和截止来控制电源输出。
其主要由输入滤波电路、整流电路、变换电路、输出电路和控制电路等组成。
1. 输入滤波电路输入滤波电路的作用是将交流电转换为稳定的直流电。
它由电容和电感构成,通过对电流的整流和滤波作用,使得输出电压平稳。
2. 整流电路整流电路主要由二极管桥整流电路组成,将交流电转换为脉冲直流电。
二极管桥整流电路具有整流和滤波功能,可以将交流电转换为脉动较小的直流电。
3. 变换电路变换电路是开关电源的核心部分,主要由开关管、变压器和输出电感组成。
开关管的导通和截止控制了电源的输出电压,变压器用于提高或降低电压。
通过开关管的开关动作,可以实现高效率的电能转换。
4. 输出电路输出电路由输出电容和负载组成,用于稳定输出电压并提供给负载使用。
输出电容的作用是存储能量,平稳输出直流电压。
5. 控制电路控制电路主要由控制芯片和反馈电路组成,用于监测和控制输出电压。
控制芯片通过反馈电路不断调整开关管的导通和截止,以保持输出电压的稳定。
三、开关电源的设计开关电源的设计需要考虑输入电压、输出电压、输出功率、效率和稳定性等因素。
1. 输入电压根据应用场景的不同,可以选择不同的输入电压范围。
常见的输入电压有220V交流电和110V交流电。
2. 输出电压输出电压是开关电源设计的关键参数之一,需根据实际需求确定。
常见的输出电压有5V、12V、24V等。
3. 输出功率输出功率是开关电源能够提供的最大功率,需根据负载的功率需求确定。
需要注意的是,输出功率不能超过开关电源的额定功率。
4. 效率开关电源的效率是指输出功率与输入功率的比值,通常以百分比表示。
较高的效率意味着更少的能量损耗,可提高整个系统的能量利用率。
5. 稳定性开关电源的稳定性是指输出电压的稳定性,即在负载变化或输入电压波动时,输出电压的变化情况。
毕业设计开关电源毕业设计开关电源随着科技的不断发展,电子产品已经成为人们生活中不可或缺的一部分。
而这些电子产品的正常运行离不开电源的供应。
在电源中,开关电源作为一种高效、稳定的供电方式,被广泛应用于各类电子设备中。
本文将从开关电源的原理、设计要点以及应用领域等方面进行论述。
一、开关电源的原理开关电源是一种将交流电转换为直流电供应给电子设备的电源。
其工作原理是通过开关管的开关动作来控制电源的输出电压。
开关电源的核心部件是开关管和变压器。
当交流电输入时,变压器将交流电转换为一定频率的高频交流电。
随后,开关管通过不断地开关动作,将高频交流电转换为直流电输出。
通过这样的方式,开关电源能够提供稳定且高效的电源供应。
二、开关电源的设计要点1. 输入电压范围:开关电源的输入电压范围是设计时需要考虑的重要因素。
一般来说,输入电压范围越宽,适用性就越广。
因此,在设计开关电源时,需要选择合适的电压范围,并采取相应的电路设计措施,以确保电源能够在不同电压条件下正常工作。
2. 输出电压稳定性:开关电源的输出电压稳定性是影响其性能的重要指标之一。
在设计过程中,需要通过合理的电路设计和控制手段,保证输出电压的稳定性。
常见的控制手段包括反馈控制和电压调节电路等。
3. 效率和功率因数:开关电源的效率和功率因数也是设计过程中需要考虑的重要因素。
高效率的开关电源能够减少能量的损耗,提高能源利用率。
而高功率因数则能够减少对电网的污染。
因此,在设计开关电源时,需要采取相应的措施,提高其效率和功率因数。
4. 过载和短路保护:开关电源在使用过程中,可能会遇到过载和短路等异常情况。
为了保护电源和电子设备的安全,需要在设计中考虑相应的过载和短路保护措施。
常见的保护措施包括过载保护、短路保护和过压保护等。
三、开关电源的应用领域开关电源由于其高效、稳定的特点,被广泛应用于各类电子设备中。
其中,常见的应用领域包括计算机、通信设备、工业自动化设备等。
开关电源典型设计实例精选
开关电源是一种常见的电源设计,它能够将输入电压转换为稳定的输出电压,常用于各种电子设备中。
以下是一些典型的开关电源设计实例:
1. Buck转换器,Buck转换器是一种常见的开关电源设计,它能够将高电压降低为稳定的较低电压。
这种设计常用于需要较低输出电压的应用,例如移动设备充电器和电源适配器。
2. Boost转换器,Boost转换器则是将输入电压升高为稳定的输出电压,常用于需要较高输出电压的场合,比如LED驱动器和太阳能电池充电器。
3. Buck-Boost转换器,Buck-Boost转换器能够实现输入电压的升压和降压,因此在需要输出电压高低变化范围较大的场合下应用广泛,比如电动汽车充电器和太阳能储能系统。
4. Flyback转换器,Flyback转换器是一种常见的离线开关电源设计,适用于输出功率较低的应用,例如家用电子设备和通信设备。
5. LLC谐振转换器,LLC谐振转换器结构简单,具有高效率和低电磁干扰等优点,适用于中高功率的电源设计,例如工业设备和服务器电源。
以上是一些典型的开关电源设计实例,每种设计都有其适用的场合和特点,工程师在实际设计中需要根据具体要求选择合适的设计方案。
希望以上信息能够对你有所帮助。
开关电源设计(精通型)一、开关电源基本原理及分类1. 基本原理开关电源的工作原理是通过控制开关器件的导通与关断,实现电能的高效转换。
它主要由输入整流滤波电路、开关变压器、输出整流滤波电路和控制电路组成。
在开关电源中,开关器件将输入的交流电压转换为高频脉冲电压,通过开关变压器实现电压的升降,经过输出整流滤波电路,得到稳定的直流电压。
2. 分类(1)PWM(脉冲宽度调制)型开关电源:通过调节脉冲宽度来控制输出电压,具有高效、高精度等特点。
(2)PFM(脉冲频率调制)型开关电源:通过调节脉冲频率来控制输出电压,适用于负载变化较大的场合。
二、开关电源关键技术与设计要点1. 高频变压器设计(1)选用合适的磁芯材料,保证变压器在高频工作时的磁通密度不超过饱和磁通密度。
(2)合理设计变压器的绕组匝数比,以满足输出电压和电流的要求。
(3)考虑变压器损耗,包括铜损、铁损和杂散损耗,确保变压器具有较高的效率。
2. 开关器件的选择与应用(1)开关频率:根据开关电源的设计要求,选择合适的开关频率。
(2)电压和电流等级:确保开关器件能承受最大电压和电流。
(3)功率损耗:选择低损耗的开关器件,提高开关电源的效率。
(4)驱动方式:根据开关器件的特点,选择合适的驱动电路。
3. 控制电路设计(1)稳定性:确保控制电路在各种工况下都能稳定工作。
(2)精度:提高控制电路的采样精度,降低输出电压的波动。
(3)保护功能:设置过压、过流、短路等保护功能,提高开关电源的可靠性。
三、开关电源设计实例分析1. 确定设计指标输入电压:AC 85265V输出电压:DC 24V输出电流:4.17A效率:≥90%2. 高频变压器设计选用EE型磁芯,计算磁芯尺寸、绕组匝数和线径。
3. 开关器件选择根据设计指标,选择一款适合的MOSFET作为开关器件。
4. 控制电路设计采用UC3842作为控制芯片,设计控制电路,实现开关电源的稳压输出。
5. 实验验证搭建实验平台,对设计的开关电源进行测试,验证其性能指标是否符合要求。
开关电源全套设计方案开关电源是一种常用的电源变换装置,它能将一种电源的电压变换为另一种电压,并可通过开关器件进行开关控制。
开关电源具有高效率、小体积、轻重量、稳定性好等特点,在各个领域得到广泛应用。
一、设计方案概述本设计方案通过分析需求,确定了设计目标和主要性能指标,然后选择适当的拓扑结构,确定了关键器件和参数,最后进行了电路设计和参数调试。
二、设计目标和主要性能指标1. 输入电压范围:AC 220V±10%2. 输出电压:DC 12V3. 输出功率:100W4. 效率:≥85%5. 输出稳定性:±2%6. 过载保护:输出短路时自动断开7. 过温保护:超过设定温度时自动断开三、选择适当的拓扑结构本设计采用了开关变换器的常见拓扑结构——反激式开关电源,具有简单的电路结构和较高的转换效率。
四、选择关键器件和参数1. 开关管(MOS管):根据输出功率和转换效率的要求,选择合适的MOS管,具有较低的开通电阻和导通损耗。
2. 反馈电路:通过反馈电路实现稳定输出电压和过载保护功能,选择合适的电压反馈元件和电流感测元件。
3. 输出滤波电容:选择合适的输出滤波电容,使输出电压具有较小的纹波和噪声。
4. 控制电路:选择合适的控制电路,实现对开关管的开关控制,避免过流和过载。
五、电路设计和参数调试1. 输入电路设计:包括输入滤波电容、输入稳压电路等,目的是提供稳定的输入电压。
2. 开关电源主要电路设计:包括开关管、反馈电路、输出滤波电容等,保证输出电压的稳定性和过载保护功能。
3. 控制电路设计:根据开关管的特性选择适当的控制电路,实现对开关管的开关控制。
4. 参数调试:根据设计目标和性能指标,通过不断调整各个元件的参数,以达到设计要求。
六、总结本设计方案采用反激式开关电源的拓扑结构,通过合理选择关键器件和参数,进行电路设计和参数调试,可以满足输入电压范围为AC 220V±10%,输出电压为DC 12V,输出功率为100W的要求。
开关电源设计毕业论文一、内容综述随着科技的飞速发展,开关电源设计已成为现代电子设备不可或缺的一环。
本文将带你走进开关电源设计的世界,一探其奥妙和实用之处。
在这里我们不仅仅是研究技术,更是在寻找实用性和性能之间的平衡。
我们所关心的不仅是理论数据,更是其在现实应用中的表现。
首先我们要了解开关电源设计的基本概念和原理,了解电源在电子设备中的角色和功能后,我们就会知道电源不仅仅是设备运行的能源供应者,更是整个设备稳定性的关键。
开关电源设计就是在这个基础上,通过技术和创新来提升电源的性能和效率。
1. 开关电源的背景和意义开关电源在我们的日常生活中可以说是无处不在,从家庭电器的使用到工业设备的运行,再到数据中心的高效运作,开关电源都是不可或缺的重要角色。
为什么我们会对开关电源的研究这么重视呢?这里面可是有深意的,听我慢慢道来。
2. 开关电源设计的研究现状和发展趋势开关电源设计在现代电子领域可是风头正劲的话题,大家都知道,开关电源是我们生活中电子产品的心脏,它不断地为我们身边的电子设备输送“能量”。
那么现在开关电源设计的研究现状是怎样的呢?随着科技的飞速发展,开关电源设计技术也在不断进步。
虽然传统的开关电源设计已经能满足一些基本需求,但随着人们对电子设备性能要求的提高,新的技术和方法也在不断涌现。
例如智能化、小型化、高效化已成为当下开关电源设计的重要方向。
3. 论文研究的目的、内容和方法首先写这篇论文的目的,就是想通过研究和设计开关电源,解决现实中遇到的一些问题,比如电源效率不高、稳定性不好等等。
毕竟开关电源在我们的日常生活中应用广泛,涉及到很多领域,比如计算机、通信、家电等等。
所以研究开关电源设计,不仅具有理论价值,还有很大的实际意义。
那么我们研究的内容是什么呢?简单来说就是分析开关电源的工作原理,研究其设计过程,然后设计出一个既实用又高效的开关电源。
在这个过程中,我们还要研究不同材料的选用、电路设计、散热方案等等。
一种基于TOP227Y 的脉冲开关电源设计摘要:在研究脉冲开关电源技术的基础上 ,提出一种基于 TOP227Y的脉冲开关电源设计。
首先给出脉冲开关电源的总体结构 ,分析其工作原理 ,对系统中高频变压器、主电路、控制电路进行设计。
接着介绍 TOP227Y芯片的工作原理及各个功能块的主要作用 ,最后设计系统总电路图。
关键词:PWM;TOP227Y;开关电源;高频变压器Design of Pulse Switch Power Supply Based on TOP227YAbstract:A pulse switch power supply based on TOP227Yis introduced in the paper ,after analsing its working principle ,the whole structure of switch power supply is also designed ,the main design content consists of the high frequency transformer ,the main circuit and the control circuit ,then the working principle and the main action of each function module ofTOP227Yare introduced in the paper ,finally the whole circuit of system is designed.Keywords:PWM;TOP227Y;switch power supply;high frequency transformer脉冲电源是各种电源设备中比较特殊的一种,它的电压或电流波形为脉冲状。
其实质上是一种通断的直流电源,其基本工作原理是首先经过慢储能 ,使初级能源具有足够的能量,然后向中间储能和脉冲成形系统电或流入能量 ,能量经化等复杂过程之后 ,形成脉冲电源。
随着开关电源的发展 ,电源的小型化、模块化、智能化越来越受到人们的关注。
各种电源控制芯片如雨后春笋纷纷涌现 ,美国电源集成 PI 公司相继推出 TOP系列芯片 ,这些芯片集脉冲信号控制电路和功率开关器件 MOSEFT 于一体 ,具有高集成度、最简外围电路、最佳性能指标等特点,能组成高效率无工频变压器的隔离式开关电源。
所以,本文设计基于 TOP227Y芯片控制的开关电源。
一、绪论1.设计的目的及意义开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关晶体管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。
开关电源和线性电源相比,二者的成本都随着输出功率的增加而增长,但二者增长速率各异。
线性电源成本在某一输出功率点上,反而高于开关电源,这一点称为成本反转点。
随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术也在不断地创新,这一成本反转点日益向低输出电力端移动,这为开关电源提供了广阔的发展空间。
开关电源高频化是其发展的方向,高频化使开关电源小型化,并使开关电源进入更广泛的应用领域,特别是在高新技术领域的应用,推动了高新技术产品的小型化、轻便化。
另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。
2开关电源的分类现代开关电源有两种:一种是直流开关电源;另一种是交流开关电源。
这里主要介绍的只是直流开关电源,其功能是将电能质量较差的原生态电源(粗电),如市电电源或蓄电池电源,转换成满足设备要求的质量较高的直流电压(精电)。
直流开关电源的核心是DC/DC转换器。
因此直流开关电源的分类是依赖DC/DC转换器分类的。
也就是说,直流开关电源的分类与DC/DC转换器的分类是基本相同的,DC/DC转换器的分类基本上就是直流开关电源的分类。
直流DC/DC转换器按输入与输出之间是否有电气隔离可以分为两类:一类是有隔离的称为隔离式DC/DC转换器;另一类是没有隔离的称为非隔离式DC/DC转换器。
隔离式DC/DC转换器也可以按有源功率器件的个数来分类。
单管的DC/DC转换器有正激式(Forward)和反激式(Flyback)两种。
双管DC/DC 转换器有双管正激式(DoubleTransistor Forward Converter),双管反激式(Double Transistr Flyback Converter)、推挽式(Push-Pull Converter)和半桥式(Half-Bridge Converter)四种。
四管DC/DC转换器就是全桥DC/DC转换器(Full-Bridge Converter)。
非隔离式DC/DC转换器,按有源功率器件的个数,可以分为单管、双管和四管三类。
单管DC/DC转换器共有六种,即降压式(Buck)DC/DC转换器,升压式(Boost)DC/DC转换器、升压降压式(Buck Boost)DC/DC转换器、Cuk DC/DC转换器、Zeta DC/DC转换器和SEPIC DC/DC转换器。
在这六种单管DC/DC转换器中,Buck和Boost式DC/DC转换器是基本的,Buck-Boost、Cuk、Zeta、SEPIC式DC/DC转换器是从中派生出来的。
双管DC/DC转换器有双管串接的升压式(Buck-Boost)DC/DC转换器。
四管DC/DC 转换器常用的是全桥DC/DC转换器(Full-Bridge Converter)。
隔离式DC/DC转换器在实现输出与输入电气隔离时,通常采用变压器来实现,由于变压器具有变压的功能,所以有利于扩大转换器的输出应用范围,也便于实现不同电压的多路输出,或相同电压的多种输出。
在功率开关管的电压和电流定额相同时,转换器的输出功率通常与所用开关管的数量成正比。
所以开关管数越多,DC/DC转换器的输出功率越大,四管式比两管式输出功率大一倍,单管式输出功率只有四管式的1/4。
非隔离式转换器与隔离式转换器的组合,可以得到单个转换器所不具备的一些特性。
按能量的传输来分,DC/DC转换器有单向传输和双向传输两种。
具有双向传输功能的DC/DC转换器,既可以从电源侧向负载侧传输功率,也可以从负载侧向电源侧传输功率。
DC/DC转换器也可以分为自激式和他控式。
借助转换器本身的正反馈信号实现开关管自持周期性开关的转换器,叫做自激式转换器,如洛耶尔(Royer)转换器就是一种典型的推挽自激式转换器。
他控式DC/DC转换器中的开关器件控制信号,是由外部专门的控制电路产生的。
按照开关管的开关条件,DC/DC转换器又可以分为硬开关(Hard Switching)和软开关(Soft Switching)两种。
硬开关DC/DC转换器的开关器件是在承受电压或流过电流的情况下,开通或关断电路的,因此在开通或关断过程中将会产生较大的交叠损耗,即所谓的开关损耗(Switching loss)。
当转换器的工作状态一定时开关损耗也是一定的,而且开关频率越高,开关损耗越大,同时在开关过程中还会激起电路分布电感和寄生电容的振荡,带来附加损耗,因此,硬开关DC/DC转换器的开关频率不能太高。
软开关DC/DC转换器的开关管,在开通或关断过程中,或是加于其上的电压为零,即零电压开关(Zero-Voltage-Switching,ZVS),或是通过开关管的电流为零,即零电流开关(Zero-Current·Switching, ZCS)。
这种软开关方式可以显着地减小开关损耗,以及开关过程中激起的振荡,使开关频率可以大幅度提高,为转换器的小型化和模块化创造了条件。
功率场效应管(MOSFET)是应用较多的开关器件,它有较高的开关速度,但同时也有较大的寄生电容。
它关断时,在外电压的作用下,其寄生电容充满电,如果在其开通前不将这一部分电荷放掉,则将消耗于器件内部,这就是容性开通损耗。
为了减小或消除这种损耗,功率场效应管宜采用零电压开通方式(ZVS)。
绝缘栅双极性晶体管(Insu1ated Gate Bipo1ar tansistor,IGBT)是一种复合开关器件,关断时的电流拖尾会导致较大的关断损耗,如果在关断前使流过它的电流降到零,则可以显着地降低开关损耗,因此IGBT宜采用零电流(ZCS)关断方式。
IGBT在零电压条件下关断,同样也能减小关断损耗,但是MOSFET在零电流条件下开通时,并不能减小容性开通损耗。
谐振转换器(ResonantConverter ,RC)、准谐振转换器(Qunsi-Tesonant Converter,QRC)、多谐振转换器(Mu1ti-ResonantConverter,MRC)、零电压开关PWM转换器(ZVS PWM Converter)、零电流开关PWM转换器(ZCS PWM Converter)、零电压转换(Zero-Vo1tage-Transition,ZVT)PWM转换器和零电流转换(Zero- Vo1tage-Transition,ZVT)PWM转换器等,均属于软开关直流转换器。
电力电子开关器件和零开关转换器技术的发展,促使了高频开关电源的发展。
3开关电源的工作原理开关电源的工作过程相当容易理解,在线性电源中,让功率晶体管工作在线性模式,与线性电源不同的是,PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态,在这两种状态中,加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的(在导通时,电压低,电流大;关断时,电压高,电流小)/功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗。
与线性电源相比,PWM开关电源更为有效的工作过程是通过“斩波”,即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。
脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节。
一旦输入电压被斩成交流方波,其幅值就可以通过变压器来升高或降低。
通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压组数。
最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。
控制器的主要目的是保持输出电压稳定,其工作过程与线性形式的控制器很类似。
也就是说控制器的功能块、电压参考和误差放大器,可以设计成与线性调节器相同。
他们的不同之处在于,误差放大器的输出(误差电压)在驱动功率管之前要经过一个电压/脉冲宽度转换单元。
开关电源有两种主要的工作方式:正激式变换和升压式变换。
尽管它们各部分的布置差别很小,但是工作过程相差很大,在特定的应用场合下各有优点。
图l所示是一个开关电源的典型电路图,图2是其原理框图。
从图2可以简单概述出开关电源的基本原理:50Hz单相交流220 v电压经过EMI防电磁干扰电源滤波器整流滤波后,再将滤波后的直流电压经变换电路变换为数十或数百千赫兹的高频方波或准方渡电压,然后通过高频变压器隔离并降压(或升压)后,再经高频整流、滤波电路,最后输出直流电压。