1、长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系 电力电子技术电力电子技术2010年6月长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系项目六 开关电源主电路【学习目标【学习目标】掌握DC/DC变换电路的基本概念和工作原理。了解PWM控制电路的基本构成和原理。了解软开关技术的基本概念。在小组合作实施项目过程中培养与人合作的精神。学会分析问题和解决问题的方法。强化安全用电意识和职业行为规范。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系一、项目分析一、项目分析开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类。DC/DC已实现模块化，且设计技
2、术及生产工艺在国内外已相对成熟和标准化，并得到用户的认可，因而应用较广。而AC/DC因其自身特点使其在模块化进程中，遇到较为复杂的技术和工艺，应用相对较少。那么，什么是DC/DC变换电路？它是如何工作的？下面来介绍相关知识。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系二、相关知识（一）（一）DC/DC电路的工作原理电路的工作原理DC/DC电路也叫直流斩波电路，是将直流电压变换成固定的或可调的直流电压的电路。按输入、输出有无变压器可分有隔离型、非隔离型两类。1非隔离型电路非隔离型电路非隔离型电路根据电路形式的不同可以分为降压型电路、升压型电路、升降压电路、库克式斩波电路和
3、全桥式斩波电路。其中降压式和升压式斩波电路是基本形式，升降压式和库克式是它们的组合，而全桥式则属于降压式类型。下面重点介绍基本斩波器的工作原理、升压及降压斩波电路。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系（1）基本斩波器的工作原理）基本斩波器的工作原理 最基本的直流斩波电路如图所示，负载为纯电阻R。当开关S闭合时，负载电压uo=Ud，并持续时间TON；当开关S断开时，负载上电压uo=0V，并持续时间TOFF。则T=TON+TOFF为斩波电路的工作周期，斩波器的输出电压波形如图。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系若定义斩波器的占空比
4、，则由波形图上可得输出电压得平均值为 。只要调节k，即可调节负载的平均电压。占空比k的改变可以通过改变TON或TOFF来实现，通常斩波器的工作方式有两种：脉宽调制工作方式：维持T不变，改变TON；频率调制工作方式：维持TON不变，改变T。TTkONddONdOFFONONokUUTTUTTTU长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系（2）降压斩波电路）降压斩波电路1）电路的结构）电路的结构。降压斩波电路是一种输出电压的平均值低于输入直流电压的电路。它主要用于直流稳压电源和直流电机的调速。降压斩波电路的原理图及工作波形如图所示。图中，U为固定电压的直流电源，V为晶体管
5、开关（可以是大功率晶体管，也可以是功率场效应晶体管）。L、R、电动机为负载，为在V关断时给负载中的电感电流提供通道，还设置了续流二极管VD。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系2）电路的工作原理）电路的工作原理。t=0时刻，驱动V导通，电源U向负载供电，忽略V的导通压降，负载电压Uo=U，负载电流按指数规律上升。t=t1时刻，撤去V的驱动使其关断，因感性负载电流不能突变，负载电流通过续流二极管VD续流，忽略VD导通压降，负载电压Uo=0V，负载电流按指数规律下降。为使负载电流连续且脉动小，一般需串联较大的电感L，L也称为平波电感。t=t2时刻，再次驱动V导通，重
6、复上述工作过程。c)电流断续时的波形EV+-MRLVDioEMuoiGtttOOOb)电流连续时的波形TEiGtontoffioi1i2I10I20t1uoOOOtttTEEiGiGtontoffiotxi1i2I20t1t2uoEMa)电路图长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系（3）升压斩波电路）升压斩波电路1）电路的结构）电路的结构。升压斩波电路的输出电压总是高于输入电压。升压式斩波电路与降压式斩波电路最大的不同点是，斩波控制开关V与负载呈并联形式连接，储能电感与负载呈串联形式连接，升压斩波电路的原理图及工作波形如图 长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民
7、政职业技术学院电子信息工程系2）电路的工作原理）电路的工作原理。当V导通时（TON），能量储存在L中。由于VD截止，所以TON期间负载电流由C供给。在TOFF期间，V截止，储存在L中的能量通过VD传送到负载和C，其电压的极性与U相同，且与U相串联，提供一种升压作用。如果忽略损耗和开关器件上的电压降，则有UkUTTUTTTU11OFFOFFOFFONo长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系（4）升降压斩波电路）升降压斩波电路1）电路的结构）电路的结构。升降压斩波电路可以得到高于或低于输入电压的输出电压。电路原理图如图3-32所示，该电路的结构特征是储能电感与负载并联
8、，续流二极管VD反向串联接在储能电感与负载之间。电路分析前可先假设电路中电感L很大，使电感电流iL和电容电压及负载电压uo基本稳定。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系2）电路的工作原理）电路的工作原理。电路的基本工作原理是：V通时，电源U经V向L供电使其贮能，此时二极管VD反偏，流过V的电流为i1。由于VD反偏截止，电容C向负载R提供能量并维持输出电压基本稳定，负载R及电容C上的电压极性为上负下正，与电源极性相反。V断时，电感L极性变反，VD正偏导通，L中储存的能量通过VD向负载释放，电流为i2，同时电容C被充电储能。负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反
9、，该电路也称作反极性斩波电路长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系2隔离型电路隔离型电路隔离型电路可分为正激式和反激式两大类。反激式指在变压器原边导通时副边截止，变压器储能。原边截止时，副边导通，能量释放到负载的工作状态，一般常规反激式电源单管 多，双管的不常见。正激式指在变压器原边导通同时副边感应出对应电压输出到负载，能量通过变压器直接传递。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系（1）正激电路）正激电路长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系（2）反激电路）反激电路 长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙
10、民政职业技术学院电子信息工程系（3）半桥电路）半桥电路长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系（4）全桥电路）全桥电路长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系（5）推挽电路）推挽电路 长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系（二）开关状态控制电路（二）开关状态控制电路1开关状态控制方式的种类开关状态控制方式的种类开关电源中，开关器件开关状态的控制方式主要有占空比控制和幅度控制两大类。（1）占空比控制方式）占空比控制方式 占空比控制又包括脉冲宽度控制和脉冲频率控制两大类。1)脉冲宽度控制脉冲宽度控制 脉冲宽度控制
11、是指开关工作频率(即开关周期T)固定的情况下直接通过改变导通时间(TON)来控制输出电压Uo大小的一种方式。因为改变开关导通时间TON就是改变开关控制电压UC的脉冲宽度，因此又称脉冲宽度调制(PWM)控制。PWM控制方式的优点是，因为采用了固定的开关频率，因此，设计滤波电路时就简单方便；其缺点是，受功率开关管最小导通时间的限制，对输出电压不能作宽范围的调节，此外，为防止空载时输出电压升高，输出端一般要接假负载(预负载)。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系 目前，集成开关电源大多采用PWM控制方式。2)脉冲频率控制脉冲频率控制 脉冲频率控制是指开关控制电压UC的
12、脉冲宽度(即TON)不变的情况下，通过改变开关工作频率(改变单位时间的脉冲数，即改变T)而达到控制输出电压Uo大小的一种方式，又称脉冲频率调制(PFM)控制。（2）幅度控制方式）幅度控制方式 即通过改变开关的输入电压Us的幅值而控制输出电压Uo大小的控制方式，但要配以滑动调节器。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系2PWM控制电路的基本构成和原理控制电路的基本构成和原理长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系3 PWM控制器集成芯片介绍控制器集成芯片介绍（1）SG1524/2524/3524 系列系列PWM控制器控制器 长沙民政职业技
13、术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系（2）SG3525A PWM控制器控制器 长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系（3）SG3525A的典型应用电路的典型应用电路 1）SG3525A驱动MOSFET管的推挽式驱动电路 长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系2）SG3525A驱动MOS管的半桥式驱动电路 长沙民政职业
14、技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系（三）其他电路（三）其他电路1过电压保护电路过电压保护电路 长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系2过电流保护电路过电流保护电路长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系三、项目实施、项目实施（一）认识（一）认识DC/DC变换电路变换电路 长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系（二）控制电路调试（二）控制电路调试1）启动实验装置电源，开启DJK20控制电路电源开关。2）调节PWM脉宽调节电位器Ur，用双踪示波器分别观察SG3525的第11脚与第14脚的波
15、形，观察输出PWM信号的变化情况。3）用示波器分别观察A、B和PWM信号的波形，记录其波形、频率和幅值。4）用双踪示波器的两个探头同时观测11脚和14脚的输出波形，调节PWM脉宽调节电位器，观测两路输出的PWM信号，测出两路信号的相位差，并测出两路PWM信号之间的“死区”时间。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系（三）（三）DC/DC变换电路调试变换电路调试 1DC/DC变换电路接线 长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系2DC/DC变换电路测试（使用一个探头观测波形）（1）接通交流电源，观测Ui波形，记录其平均值（注：本装置限定直流输出最大值为50V，输入交流电压的大小由调压器调节输出）。（2）用示波器观测PWM信号的波形、UGE的电压波形、UCE的电压波形及输出电压Uo和二极管两端电压UD的波形，注意各波形间的相位关系。（3）调节PWM脉宽调节电位器Ur，观测在不同占空比（k）时，记录Ui、Uo和k的数值，并填入表中，从而画出Uof(k)的关系曲线。长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系（四）项目实施标准（四）项目实施标准长沙民政职业技术学院电子信息工程系长沙民政职业技术学院电子信息工程系
