【禹舜】開(kāi)關(guān)電源工作原理詳解!
2020-12-09 11:43:16閱讀量:1989
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(jī)場(chǎng)東南邊上,工廠總占地面積8000平方;是目前國(guó)內(nèi)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(fā)、生產(chǎn)、銷售(內(nèi)銷、外銷)于一體的科技型企業(yè),主要產(chǎn)品涵蓋大小功率1路~15路輸出開(kāi)關(guān)電源模塊、工業(yè)設(shè)備電源、儀器儀表電源、LED驅(qū)動(dòng)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(dòng)化儀器儀表等;公司現(xiàn)擁有研發(fā)技術(shù)人員12名,銷售人員13名,管理人員13名,車間員工80人;產(chǎn)品已獲得ETL、CCC、CE、FCC、Rosh等認(rèn)證,公司已獲得國(guó)家高新科技企業(yè)證書(shū),并通過(guò)ISO9001質(zhì)量體系、知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理體系等認(rèn)證,擁有專業(yè)的電源產(chǎn)品測(cè)試實(shí)驗(yàn)室,其中實(shí)驗(yàn)儀器包括:EMC測(cè)試系統(tǒng)、高低溫試驗(yàn)箱、雷擊浪涌測(cè)試儀、EFT群脈沖干擾測(cè)試儀、絕緣耐壓測(cè)試儀、紅外成像測(cè)完系統(tǒng)等,車間擁有現(xiàn)代化自動(dòng)生產(chǎn)測(cè)試設(shè)備15套,其中包括高速進(jìn)口西門子SMT貼生產(chǎn)線兩條、大型波峰焊、無(wú)鉛波峰焊、多功能電源老化生產(chǎn)線、多功能電源綜合測(cè)試系統(tǒng)、多功能變壓器繞線機(jī)、變壓器多功能綜合測(cè)試儀、及其其他生產(chǎn)及測(cè)試設(shè)備等;公司始終把品質(zhì)和效率放在第一位,腳踏實(shí)地、力求穩(wěn)定、追求創(chuàng)新,我們堅(jiān)信我們能給客戶提供他們想要的配套產(chǎn)品,同時(shí)我們也會(huì)堅(jiān)持不懈的為您創(chuàng)造出更好的產(chǎn)品。正在服務(wù)的客戶有:正泰電器、TCL、香港佳飛集團(tuán)、樂(lè)鳥(niǎo)集團(tuán),賀氏集團(tuán),南方信息安全部,江山鑫源電氣等,國(guó)外客戶有:意大利電信、意大利GISO、德國(guó)dick smith等。
★開(kāi)關(guān)電源工作原理:
開(kāi)關(guān)電源的工作流程是:
電源→輸入濾波器→全橋整流→直流濾波→開(kāi)關(guān)管(振蕩逆變)→開(kāi)關(guān)變壓器→輸出整流與濾波。
交流電源輸入經(jīng)整流濾波成直流通過(guò)高頻PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)控制開(kāi)關(guān)管,將那個(gè)直流加到開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)上開(kāi)關(guān)變壓器次級(jí)感應(yīng)出高頻電壓,經(jīng)整流濾波供給負(fù)載輸出部分通過(guò)一定的電路反饋給控制電路,控制PWM占空比,以達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的交流電源輸入時(shí)一般要經(jīng)過(guò)厄流圈一類的東西,過(guò)濾掉電網(wǎng)上的干擾,同時(shí)也過(guò)濾掉電源對(duì)電網(wǎng)的干擾;在功率相同時(shí),開(kāi)關(guān)頻率越高,開(kāi)關(guān)變壓器的體積就越小,但對(duì)開(kāi)關(guān)管的要求就越高;開(kāi)關(guān)變壓器的次級(jí)可以有多個(gè)繞組或一個(gè)繞組有多個(gè)抽頭,以得到需要的輸出;一般還應(yīng)該增加一些保護(hù)電路,比如空載、短路等保護(hù),否則可能會(huì)燒毀開(kāi)關(guān)電源。主要用于工業(yè)以及一些家用電器上,如電視機(jī),電腦等開(kāi)關(guān)電源原理圖分析。
a》 開(kāi)關(guān)S開(kāi)通后,變壓器繞組N1兩端的電壓為上正下負(fù),與其耦合的N2繞組兩端的電壓也是上正下負(fù)。因此VD1處于通態(tài),VD2為斷態(tài),電感L的電流逐漸增長(zhǎng);
b》 S關(guān)斷后,電感L通過(guò)VD2續(xù)流,VD1關(guān)斷.S關(guān)斷后變壓器的激磁電流經(jīng)N3繞組和VD3流回電源,所以S關(guān)斷后承受電壓。
c》 變壓器的磁心復(fù)位:開(kāi)關(guān)S開(kāi)通后,變壓器的激磁電流由零開(kāi)始,隨著時(shí)間的增加而線性的增長(zhǎng),直到S關(guān)斷。為防止變壓器的激磁電感飽和,必須設(shè)法使激磁電流在S關(guān)斷后到下一次再開(kāi)通的一段時(shí)間內(nèi)降回零,這一過(guò)程稱為變壓器的磁心復(fù)位。
正激電路的理想化波形:??

變壓器的磁心復(fù)位時(shí)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(chǔ)能元件的作用,可以看作是一對(duì)相互耦合的電感。
S開(kāi)通后,VD處于斷態(tài),N1繞組的電流線性增長(zhǎng),電感儲(chǔ)能增加;
S關(guān)斷后,N1繞組的電流被切斷,變壓器中的磁場(chǎng)能量通過(guò)N2繞組和VD向輸出端釋放.S關(guān)斷后的電壓為:us=Ui+N1*Uo/N2
反激電路的工作模式:
電流連續(xù)模式:當(dāng)S開(kāi)通時(shí),N2繞組中的電流尚未下降到零。
輸出電壓關(guān)系:Uo/Ui=N2*ton/N1*toff
電流斷續(xù)模式:S開(kāi)通前,N2繞組中的電流已經(jīng)下降到零。
輸出電壓高于上式的計(jì)算值,并隨負(fù)載減小而升高,在負(fù)載為零的極限情況下, ,因此反激電路不應(yīng)工作于負(fù)載開(kāi)路狀態(tài)。
??
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(gè)開(kāi)關(guān)電源重要的參數(shù)。這里再介紹開(kāi)關(guān)電源需要關(guān)注的電氣參數(shù)輸出紋波電壓(ripple),動(dòng)態(tài)(dynamic),工作溫度(operating temperature),開(kāi)機(jī)電壓(trun on voltage),空載輸入電流(no load input current),輸出電壓設(shè)置點(diǎn)(output voltage set point),電壓調(diào)整率(regulation),開(kāi)機(jī)時(shí)間(turn on time),最大輸出電容(max output capacitance),開(kāi)關(guān)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(gè)直流電壓中的交流部分。開(kāi)關(guān)電源通過(guò)半導(dǎo)體器件的開(kāi)通與關(guān)斷獲得希望的輸出電壓值,這個(gè)過(guò)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(duì)與輸出端用電器的影響,過(guò)大的紋波會(huì)造成輸出用電器工作不正常??腿丝梢酝ㄟ^(guò)增加輸出濾波電路來(lái)減小輸出紋波電壓。
左圖為ripple電壓波形,它可以反應(yīng)模塊的開(kāi)關(guān)頻率(一般開(kāi)關(guān)頻率等于ripple頻率,部分拓?fù)鋜ipple頻率是模塊開(kāi)關(guān)頻率的倍數(shù))

▲動(dòng)態(tài)響應(yīng):
動(dòng)態(tài)響應(yīng)是指模塊輸出端負(fù)載突然變化時(shí)模塊的輸出電壓變化程度和恢復(fù)速度。一般來(lái)說(shuō)動(dòng)態(tài)響應(yīng)用動(dòng)態(tài)響應(yīng)電壓和響應(yīng)時(shí)間來(lái)描述。紋波代表了模塊對(duì)輸出負(fù)載變化的響應(yīng)速度,較小的動(dòng)態(tài)電壓和較短的響應(yīng)時(shí)間對(duì)于輸出端用電器會(huì)有好處??腿丝梢酝ㄟ^(guò)增加輸出濾波電路來(lái)提升動(dòng)態(tài)響應(yīng)表現(xiàn)。
▲輸入電壓:
我們用的電源往往會(huì)寫到正常工作范圍比如說(shuō)是40Vdc-100Vdc,但是往往外加38Vdc的時(shí)候模塊就開(kāi)始輸出了,所以這個(gè)38Vdc就叫做開(kāi)機(jī)輸入電壓。
▲空載輸入電流:
我們用的電源有的時(shí)候后端用電器沒(méi)有工作,這個(gè)時(shí)候相當(dāng)于我們的電源空載工作,但是此時(shí)模塊上也有器件有損耗,所以此時(shí)有輸入電流沒(méi)有輸出電流,所有輸入的能量都在模塊內(nèi)損耗掉。此時(shí)的輸入電流就叫空載輸入電流。很多國(guó)家提出希望降低模塊在空載工作時(shí)的損耗,也就是這個(gè)電流乘以輸入電壓的值。
▲輸出電壓設(shè)置點(diǎn):
我們用的穩(wěn)壓電源輸出端可以提供一個(gè)穩(wěn)定的輸出電壓,這個(gè)電壓到底是多少就可以從輸出電壓設(shè)置點(diǎn)看到。但是輸出電壓不可能穩(wěn)定在一個(gè)點(diǎn)這么精準(zhǔn),往往有1%甚至更大的輸出范圍。
▲電壓調(diào)整率
電壓調(diào)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(huì)有差異。
比如說(shuō)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(diào)整率。調(diào)整率越小說(shuō)明模塊在各種情況下的輸出一致性越好
▲啟動(dòng)時(shí)間:
電源從發(fā)開(kāi)機(jī)信號(hào)到模塊輸出上升到額定值的90%的時(shí)間稱為開(kāi)機(jī)時(shí)間。開(kāi)機(jī)時(shí)間會(huì)影響后端用電器的上電時(shí)序所以有時(shí)候會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的表現(xiàn)。
▲最大輸出電容:
剛才我們談到增加輸出端電容對(duì)模塊的ripple和dynamic都有好處,但是大的輸出電容會(huì)增加開(kāi)機(jī)電容并且會(huì)影響環(huán)路穩(wěn)定。所以一般的模塊都會(huì)規(guī)定輸出電容的范圍。系統(tǒng)選用在規(guī)定范圍內(nèi)的電容就不會(huì)因?yàn)檩敵鲭娙輪?wèn)題出現(xiàn)不能啟動(dòng)或者系統(tǒng)不穩(wěn)定情況。
▲開(kāi)關(guān)頻率:
開(kāi)關(guān)電源里面的半導(dǎo)體不停地開(kāi)關(guān),他們開(kāi)關(guān)的頻率被稱為模塊的開(kāi)關(guān)頻率。開(kāi)關(guān)頻率影響到ripple的頻率以及模塊在電磁兼容方面的表現(xiàn)。開(kāi)關(guān)電源里面的半導(dǎo)體不停地開(kāi)關(guān),他們開(kāi)關(guān)的頻率被稱為模塊的開(kāi)關(guān)頻率。開(kāi)關(guān)頻率影響到ripple的頻率以及模塊在電磁兼容方面的表現(xiàn)。
▲邏輯電平:
打個(gè)比方我們的電燈啟動(dòng)需要有供電并且開(kāi)關(guān)打開(kāi)。我們模塊里面往往也有一個(gè)開(kāi)關(guān)那就是邏輯輸入管腳。邏輯管腳一般有一個(gè)范圍比方說(shuō)我們給這個(gè)管腳一個(gè)0V~1V的電壓模塊開(kāi)機(jī),給一個(gè)2V~8V的電壓這個(gè)模塊關(guān)機(jī)。所以邏輯電平起到開(kāi)關(guān)的作用。

L7805CV-DG/線性穩(wěn)壓器(LDO) | 0.5401 | |
AMS1117-3.3/線性穩(wěn)壓器(LDO) | 0.1237 | |
BAT54C,215/肖特基二極管 | 0.0336 | |
LM358DR2G/運(yùn)算放大器 | 0.345 | |
CJ431/電壓基準(zhǔn)芯片 | 0.1157 | |
LM393DR2G/比較器 | 0.3153 | |
ADUM4160BRWZ-RL/隔離式USB芯片 | 34.83 | |
REF3012AIDBZR/電壓基準(zhǔn)芯片 | 0.9357 | |
SS8050/三極管(BJT) | 0.035 | |
8S005/錫膏/錫漿 | 17.67 |
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