开关电源和其软开关技术复习提纲13.docx

开关电源和其软开关技术复习提纲13.docx

《开关电源和其软开关技术复习提纲13.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《开关电源和其软开关技术复习提纲13.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

开关电源和其软开关技术复习提纲13

复习提纲

第一章

1.高频开关电源由哪几部分组成？

（画出原理方框图加以说明）

主电路

1.输入滤波电器：

其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂音反馈公共电网。

2.整流和滤波：

将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。

3.逆变：

将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关的核心部分。

4.输出整流滤波:

根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。

控制电路

1.从输出端取样→经和设定标准进行比较→控制逆变器，改变其频率或脉宽→达到稳定输出。

2.根据测试提供的数据→经保护电路鉴别→控制电

路提供对整机进行各种保护措施。

检测电路

1.提供保护电路中正在运行中的各种参数

2.提供各种显示仪表数据给值班人员观察，记录。

辅助电源

提供所有单一电路所谓不同要求电源。

第二章

1.串联型线性稳压电源的工作原理，开关型稳压电源的工作原理以及两种电源的优缺点比较。

一、串联线性调整型稳压电源

输入电压E和输出电压Vo之间串联

着一个可变电阻RW，在稳态条

件下，输入电源E和输出电压

之间，有下述关系Vo=E-ILRW

当E或RL变化时，可以调整RW的电阻，使输出电压Vo保持不变，这就是串联线性调整型稳压电源的基本工作原理。

二、开关型稳压电源

开关K接通时，输入电源E通过开关K和滤波电路提供负载RL且将能量储存至电感L。

在整个开关接通时，电源E向负载提供能量；当开关K断开时，输入电源E便中断能量提供，储存在电感L中的能量通过二极管释放给负载RL得以连续稳定的能量

三、串联型线性稳压电源和开关电源的比较

传统的晶体管串联调整型稳压电源是连续控制的线性稳压电源。

优点：

稳定性好，输出纹波电压小，使用可靠。

缺点：

1.体积大且笨重的工频变压器和滤波器。

2.功耗大，效率低，需要大功率调整管。

3.需要体积很大的散热器。

开关型稳压电源采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关管输出脉冲信号的占空比调制输出电源。

优点：

◆功耗小，效率可达70%-95%。

◆可靠性，稳定性高。

◆重量轻，体积小；散热器体积小；不需要电源变压器；工作频率高，滤波电容电感数值小。

◆对电网输入的适应能力提高。

2．TRC控制的方式和特点

TRC控制方式：

脉冲宽度调制方式、脉冲频率调制方式、混合调制方式。

●脉冲宽度调制方式（PulseWidthModulation,PWM）

开关周期恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。

优点：

周期恒定，滤波电路容易设计。

缺点：

连续可调的导通时间很小，会导致电压不稳定，要接一定数量的假负载。

●脉冲频率调制方式（PulseFrequencyModulation,PFM）：

导通脉冲宽度恒定，通过改变工作频率改变占空比。

优点：

因为ton/T可以在很宽范围内变化，输出电压可调范围较PWM大；只需要极小假负载。

缺点：

滤波电路要适应较宽的频段。

假负载：

假负载在很多开关电源中使用，主要的作用还是增加电源在空载时的稳定性。

应为在设计电源时，由于器件或电路的限制，不论是脉宽调制，频率调制，都有一个调节的上限和下限的问题。

空载时可能无法满足调节的下限，造成不稳定。

●混合调制方式：

导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定的方式。

ton和T相对地变化,使频率变化不大的情况下，输出电压的可调范围非常大。

3.PWM和PFM型TRC控制变换器型开关电源的工作原理的区别。

1、PWM方式：

●恒定频率的振荡源-时钟振荡器：

输出比较基准。

●脉冲宽度调制的电路（电压-脉宽转换电路：

V/W）：

将检测比较放大电路放大的误差电压信号转换为脉冲宽度信号。

●基极驱动电路：

激励高压开关管。

●开关电源稳压的基本原理：

输出电压增大→反馈电路检测该值，和基准电压比较，放大→脉宽-转换电路转换成脉冲宽度的变化（使脉冲变窄，即占空比变小）→输出电压值下降→输出电压稳定。

输出电压减小→控制回路输出脉宽增大→输出电压增大→输出电压稳定。

2、PFM方式：

●横脉宽发生电路（代替PWM时钟振荡器）。

●电压-频率转换电路（V/F电路）

●稳压过程：

输出电压上升→控制回路输出脉冲的工作周期增大（频率下降）；输出电压下降→控制回路输出脉冲的工作周期减小。

●过压过流保护电路：

发生过电压时，将电源和负载分开，对负载提供保护；发生过流时，将输出切断或将输出电流限制在允许的范围内，对电源本身

提供保护。

●过热保护电路：

对关键元件的局部发热进行监视以提供保护。

TRC控制变换器型开关电源是开关电源的主流，其中PWM控制方式最盛行。

4.PWM型稳压电源的优缺点。

PWM稳压电源的优点：

1.体积小，重量轻。

2.效率高。

3.适应性强。

4.可防止过电压的危害。

5.输入交流突然停电时，输出电压保持时间长。

6.输出电压越低，输出电流越大。

缺点：

1.电路复杂，元器件数量多。

2.输出纹波大3.动态响应差

第三章

1.推挽、全桥、半桥电路的电路结构，工作原理，各自的特点。

推挽工作过程:

●开关BG1和BG2交替导通，输入直流电压→高频方波交流电压。

●上绕组N1和下绕组N1两端

分别形成相位相反的交流电

压。

●BG1导通时，下面绕组N1

两端电压为E，BG2两端电

压2E。

●BG2导通时，上面绕组N1

两端电压为-E，BG1两端电压2E。

●当两个开关都关断时，VCE1和VCE2均为2E。

电路的缺点：

•开关导通时，产生尖峰冲击电流。

•关断瞬间，产生尖峰电压。

该尖峰电压可能使开关管承受两倍以上输入电压，开关器件选择困难。

如：

输入电压为220V±10%，稳态截止电压最大值为

•考虑暂态过程中的尖峰电压，开关管必须承受800V以上的电压。

全桥工作过程:

互为对角的两个开关同时导通，同一侧桥臂上下两开关交替导通，使变压器一次侧形成幅值为E的高频方波交流电压。

•当BG1和BG2开通，截止

晶体管（BG3、BG4）上的电

压为输入电压E。

•当4个开关都关断时，同桥臂上的每个开关承受电压为E/2。

•由于高频变压器漏感引起尖峰电压，当超过输入电压时，管子集电极电压被管子反向并联续流二极管箝位，管子集电极电压为E。

优点：

Ø管子稳态时，最高承受电压为输入电压E，暂态过程中，尖峰电压被箝位为E，比推挽电路低一半以上，管子选择方便。

Ø输入电压直接加在高频变压器上，开关管耐压要求低，适用于大功率输出。

缺点：

Ø需要使用四个开关管，需要彼此绝缘的基极驱动电路，电路复杂，元器件多。

半桥工作过程:

•当两个开关管BG1和

BG2都截止时，电容C01，

C02中点A的电压为E/2。

•当BG1导通时，C02充

电，C01放电，中点A电

位在BG1导通终了，将下降E/2-△E。

•当BG2导通，C01充电，C02放电，中点A电位在BG2导通终了增至E/2+△E。

•中点A点位在开关过程中，将在的E/2电位上以△E的幅度做指数变化

优点：

Ø管子稳态时，承受最高电压低于输入电压E。

Ø管子的数量只有全桥的一半。

Ø由于电容的隔直作用，半桥电路对由于两个开关导通时间不对称而造成的变压器一次侧电压的直流分量有自动平衡作用，因此不容易发生变压器的偏磁和直流磁饱和。

缺点：

Ø高频变压器上的电压只有输入电源电压的一半。

如果想要获得全桥，推挽电路相同的输出功率，开关管需要流过两倍的电流。

Ø电容充放电导致电压脉冲的顶部有倾斜，同时流过跟电路工作频率相同的充放电电流。

2．单端反激电路的电路结构，工作原理，电路波形。

单端端变压器：

变压器初级磁通是单向的。

反激式：

输出电容器C和负载是在开关管截止时从变压器次级获得能量。

工作过程:

1、第一阶段（t0,t1）。

开关管导通→变压器T的

初级线圈NP电流IP线性增加

→在NP上产生感应电动势（上正下负）→在NS上产生感应电

动势（上负下正）→二极管D反向截止，变压器初级线圈电感

储存能量。

3.单端正激电路的电路结构，工作原理，电路波形。

第一阶段（t0,t1）。

开关Q导通后，NP线圈流过电流iP。

NP线圈的产生感应电动势为上正下负，次级线圈NS感应电动势也是上正下负。

D2导通，D3截止，电感L的电流逐渐增长。

在开关导通末了，t1-t0=ton,iP的最大值

第二阶段（t1,t2）。

开关Q截止，iP趋于零，感应电动势反向。

D2截止，D3导通，电感L通过D3续流。

去磁线圈Nt感应电动势上负下正D1导通续流，使Nt上储存的能量通过D1回送到直流输入回路。

起到去磁作用。

开关截止末了t2-t1=toff，通过D1的电流iD1的最大值ID1M

4.合闸浪涌电流的起因，危害，限制合闸浪涌电流的方法。

起因：

电容输入式整流滤波器电路在接通交流电压时，在合闸时由于电容充电往往引起较大的浪涌电流

危害：

不仅会引起电源开关接点的熔断或是输入熔断器熔断，在浪涌电流出现时所产生的干扰将会给其他相邻的用电设备带来障碍，就电容器和整流器本身而言，多次、反复地经受大电流冲击，性能将会逐渐劣化。

限制方法：

1、再输入整流回路内串入限制电阻R。

2、短接限流电阻R。

第四章

1．输入滤波电路的作用，三种输入滤波电路的工作原理。

1输入滤波电路的作用

凡是接在交流电网和开关电源之间的滤波设备都叫做输入滤波电路，其主要作用：

抑制开关电源本身对交流电网的反干、扰抑制交流电源中的高频干扰串入开关电源。

2三种输入滤波电路的工作原理

①滤波电容C接在两根电源线之间，选取合适的电容值（0.01~0.1uF），可抑制高频干扰

②两个电容组成滤波设备。

每根线上相同干扰可通过电容入地，滤除共模干扰

③其中C1，C2滤除共模干扰（纵向），C3滤去常态干扰

2．共模扼流线圈的工作原理。

当流入方向相同的纵向噪声电流，两线圈产生的磁通是同方向的，电感呈现高阻抗，阻止共态噪声进入开关电源。

同时也阻止开关电源内产生的噪声向公共电网扩散。

3.工频滤波电路的工作原理。

工频滤波器又称为平滑滤波器，接在工频整流器和逆变电路之间。

能将工频整流器输出的脉动电流变成平滑直流和抑制高频干扰。

4.输出滤波电路的工作原理。

输出滤波电感和滤波电容一起对整流后的脉动电流起平滑作用，使之成为纹波很小的直流电流。

而输出电流受负载影响，超过电感磁芯材料的最大工作磁场强度，铁芯饱和，电感量将会明显下降，从而引起开关管脉冲峰值电流增加，导致噪声损坏开关管。

5.辐射干扰的种类，产生的原理，危害。

电磁干扰:

高频开关管和二极管以及功率转换变压器中电流、电压值的高速变化，构成电磁干扰。

电磁骚扰引起的装置、设备或系统性能降低

静电干扰：

来自开关电源中的高压切换，导致开关管，散热器和机壳及机内引线之间的分布电容产生瞬变电压。

磁的或电磁噪声：

来自大的脉冲电流。

电源内部元件，如开关管的存储时间，大电流开关二极管的反向恢复时间，将会照成回路瞬时短路，产生很大短路电流，该电流比正常工作电流

大很多。

短路回路中的导线，变压器，电感都是产生噪声干扰源

6.各种防止辐射干扰的方法、措施。

措施：

限制高压切换的转换速率和电流幅值，减弱由它们引起的干扰，限制这些电场和磁场的传播，避免对其他元件的感应耦合，采取有效的电路和元件。

第五章

1．控制电路的功能。

1.有足够的电路增益。

在输出电压和负载电流允许的变化范围内，稳压电源的输出电压要达到规定精度。

2.获得规定的输出电压值以及调节范围。

3.实现输出电压的软启动。

4.实现输入电压的软启动。

5.对负载和稳压电源提供保护。

负载发生过流或者短路时应能限制稳压电源的输出电流或切断输出。

6.稳压电源输出过电压，能对负载提供保护。

7.控制电路实现输出和反馈输入之间的绝缘

2．脉宽调制集成芯片的基本组成以及各部分的工作原理。

1、PWM信号产生电路

2、功率电路的故障保护

3、软启动

4、干扰抑制

5、死区时间控制

3.PWM信号产生的原理以及波形。

4.SG1525/SG1527集成PWM控制器的组成以及各部分的功能。

1.基准电源：

2.振荡器：

3.误差放大器

4.PWM比较器及琐存器

5.分相器

6.欠压琐定

7.输出级

5.软启动电路的种类以及工作原理。

1、输入电网电压分段启动。

在合闸时，先接入限流电阻R，将合闸浪涌电流限制在设定范围，待输入电容充满后，将该电阻短接。

2、输出电压软启动。

一般PWM低电压大电流稳压电源的输出滤波电容较大。

输出电压突然建立形成很大的电容充电电流。

6.过流保护电路的形式、工作原理，特点。

1.切断式保护。

特点：

属于一次性动作，对保护电路中电流检测或电压比较电路要求低，容易实现。

2.限流保护

特点：

抑制稳压电源启动时输出的浪涌电流

3.限流—切断式保护。

保护电流取样常用电流取样工作原理：

电流变压器原边串在高频变压器回路，检测高频变压器原边电流——用一根原边导线穿过小磁环，导线内交变电流在磁心内产生磁通密度，副边产生感应电动势。

原边电流增加→磁心安匝数增加→副边绕组感应电动势增加。

7.过压保护电路的工作原理。

过压保护电路工作原理：

过压→晶体管导通→输入电压短路→浪涌电流将穿在输入回路内的保险丝熔断。

过压保护电路工作原理：

当输出电压升高→达到稳压管击穿电压和触发电压之和→晶体管触发导通→输出过流→过流保护动作，切断电源输出。

只能在小电流输出时使用。

过压保护电路工作原理：

过电压→晶体管导通→阳极输出低电平→V/W电路停振或整个控制电路停止工作，→使高压开关管截止。

第六章

1．比较恒流驱动电路和比例电流驱动的特点。

恒流驱动其基极驱动电流保持恒值而基极驱动电流的最大值仅仅只有在高压开关管开通瞬间和变换器转换最大功率时才需要，电源空载或轻载等大多数场合下，它不仅多余而且大大增加了储存时间，如果基极驱动电流，能按集电极电流的大小自动地进行调整，始终维持一定的比例关系，如将晶体管工作于临导饱和状态，上述弊病便得以克服，这种驱动电路形式我们称为“比例电流驱动”

2．反向驱动电路的工作原理，特点：

1）无偏驱动电路；2）电容储能式驱动电路。

3.电压型驱动电路的种类以及各自的工作原理，特点。

不隔离型驱动电路：

不隔离电压型驱动电路，推挽式结构驱动电路

隔离型驱动电路：

直接式磁隔离电压型驱动电路，间接式磁隔离驱动电路

第二章、第三章软开关

1．硬开关的工作原理，存在的问题；软开关的工作原理，优点。

开关不是理想元件，开通时电压不能立即下降到零；电流不能立即上升到负载电流。

电流和电压有交叠区，产生开通损耗。

关断时，电压不能立即从零即上升到电源电压；电流不能立即下降到零。

电流和电压也有交叠区，产生关断损耗。

硬开关存在的问题：

关损耗→限制开关频率提高→限制小型化、轻量化。

产生高di/dt、du/dt→产生电磁干扰。

2．软开关的的种类以及各自的工作原理。

1.全谐振型变换器

2.准谐振型变换器

3.零开关PWM变换器

4.零转换PWM变换器

3.零电流谐振开关的工作原理、零电压谐振开关的工作原理。

零电流开关：

工作原理：

DQ1提供反向电流通路→Lr的电流双向流动→Lr，Cr自由谐振

零电压开关：

工作原理：

DQ1提供反向电流通路，S1可双向流过电流→Cr的电压被DQ1箝位为零→Cr的电压只能为正