艾默生开关电源基础解析资料

2019-05-14 11:37字体:
  

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  HUAWEI 真诚地感谢您 对艾默生支持 汇报提纲 1 HUAWEI 通信电源技术交流 主 讲 人:韩 职 务: 波 联系电线 HUAWEI 通信电源技术交流提纲 一、开关电源概论 1、开关电源发展里程 2、线性、相控、高频开关电源比较 二、开关电源典型电路 三、开关电源控制原理 四、开关电源技术 五、常用开关器件 汇报提纲 3 开关电源发展里程 HUAWEI 1、20世纪60年代中期,美国研制出了20KHZ的DC-DC变换器,为开关电源发明 创造了条件 2、70年代出现了用高频技术的整流器 3、80年代初,英国科学家制造出第一套实用的48V开关电源 4、改革开放后,国内电源行业迅速发展,相控电源迅速向开关电源过渡。 5、华为92年开始将自主开发,拥有独立知识产权的开关电源配套华为交换机 销售,94年成立专门的电源公司--华为电气股份有限公司。 6、97年动力环境监控系统PSMSTM获部里综合排序第一;经国家人事局批准, 成立全国唯一的电源专业博士后流动站是年,通信电源产值第一,成为国 内最大的电源开发供应商;获ISO9002质量体系认证; 7、1998 电源产品获ISO9001质量体系认证,全方位为中国电信提供动力设备 服务。电力操作电源产品进入电力系统。 汇报提纲 4 开关电源发展里程 HUAWEI 简单 电源 线性 电源 相控 电源 开关 电源 汇报提纲 5 线性稳压电源原理 变 压 器 整流 滤波 串联晶体管 误差放 大器 HUAWEI 采样 电压 Vo 基准电压 线性稳压电源是指完成电压调整功能的器件始终工作在于线性放大区的一种直 流稳压电源,是发展最早应用最广的一种电源 汇报提纲 6 相控稳压电源原理 HUAWEI u2 id ut rd ud u2 0 wt 汇报提纲 7 开关稳压电源原理 HUAWEI 开关稳压电源是指电压调整功能的器件以开关方式进行工作的一种 直流稳压电源,在此主要指利用高频开关功率器件通过变换技术而制 成的高频开关直流稳压电源,简称开关电源 电网滤波 整流 滤波 电压/脉冲转换器 误差 放大器 采样电压 Vo 基准电压 汇报提纲 8 线性、开关稳压电源特点 相控稳压电源:工频变压器体积庞大,晶闸管整流电路功率因数低, 噪音大。 HUAWEI 线性稳压电源: 功率转换效率为 20%~40%,发热损耗严重,体积大, 重量重,功率体积系数为 20~30w/dm3,对电网电压及频率大范围变化的 适应性较差,输出电压保持时间仅有 5ms,电压负载稳定度低,但线性稳 压电源具有线路简单、动态响应快、干扰小、稳压性能好等优点。 开关稳压电源: 与线性稳压电源相比,转换效率为 65%~90%,发热 少,体积小,重量轻,功率体积系数为 60~100w/dm3,对电网电压及频率 大范围变化具有较强的适应性,输出电压保持时间较长为 20ms,电压负载 稳定度高,但控制线路较复杂。 汇报提纲 9 HUAWEI 通信电源技术交流提纲 一、开关电源概论 二、开关电源典型电路 1、基本的PWM变换器 2、带变压隔离器的DC-DC变换器 三、开关电源控制原理 四、开关电源技术 五、常用开关器件 汇报提纲 10 基本变换器---BUCK电路 HUAWEI L T Vs D1 R C Buck 变换器 汇报提纲 11 基本变换器--BOOST电路 HUAWEI L D1 Vs T C R Boost 变换器 汇报提纲 12 带变压隔离器DC-DC变换电路 单端正激型变换电路 单端正激型变换电路和电路中变压器初级与次级绕组极性如图所示。 为了有效地传递能量,在输出电路中,必须有储能元件–––电感 L HUAWEI 单端正激型变换电路工作过程如下: 当功率管 T 导通时,根据图中变压器所示极性,二极管 D2 处于正向偏置, 同时把能量储存在电感 L 中,此时二极管 D1 处于反向偏置。T 管截止时, 输出回路中储存在电感中的能量通过续流二极管 D3 继续传递给负载 R1。 汇报提纲 13 带变压隔离器DC-DC变换电路 双正激型变换电路 当负载要求较大功率时,通常采用双正激型变换电路, T1 D2 D3 T D3 D1 T2 C Uo L HUAWEI U1 当功率管 T1、T2 导通时,根据图中变压器所示极性,二极管 D3 处于正向偏置,同时把能量储存 在电感 L 中,此时二极管 D1、D2处于反向偏置。T1、T2管截止时,D1、D2管导通,将变压 器中的剩磁反馈给电网,输出回路中储存在电感中的能量通过续流二极管 D3继续传递给负载。 由于单端正激型开关稳压电源具有电压调整率低,带负载能力强,输出电压纹波小,电路结构简 单,方便实现多路输出的优点。但单端正激型开关稳压电源的主要缺点是高频变压器铁芯仅工作于 B -H 曲线的一侧,因而利用率和效率都很低, 汇报提纲 14 带变压隔离器DC-DC变换电路 全桥式变换电路 HUAWEI 汇报提纲 15 HUAWEI 通信电源技术交流提纲 一、开关电源概论 二、开关电源典型电路 三、开关电源控制原理 四、开关电源技术 五、常用开关器件 汇报提纲 16 开关稳压电源原理图 HUAWEI 电路主要包括两部分。一是功率变换电路,由功率开关管和输出变压器构成。 二是控制电路,由基准振荡、检测放大、亚美国际娱乐。脉冲调制及分频驱动电路等组成。 汇报提纲 17 基本概念 HUAWEI PWM-脉宽调制法(Pulse-Width Modulation) 这一技术主要是在主电路工作周期不变的情况下, 通过改变功率管的导通截止时间,以控制输出电 压稳定在预先确定的电压值上,PWM 方式提供 了优越的性能如:良好的线性、负载调整率高以 及温度变化过程具有较高的稳定性等。 汇报提纲 18 常用术语 HUAWEI 占空比 开关频率 稳压精度 均流 EMC 汇报提纲 19 HUAWEI 通信电源技术交流提纲 一、开关电源概论 二、开关电源典型电路 三、开关电源控制原理 四、开关电源技术 五、常用开关器件 汇报提纲 20 传统PWM控制(硬开关) HUAWEI 硬开关模式 U i U i P = I * U = 0 P = i * U = 0 开关过程损耗大,开关器件频率较低, 几KHZ-二十KHZ,以避免较大的开关损耗。 汇报提纲 21 谐振技术 谐 振 技 术(ZCS,ZVS) S C1 L1 HUAWEI 谐振电路 I V V I P (开关损耗接近期望值) V I 器件工作电流峰值大 变频控制 国外电源多采用此技术 汇报提纲 22 软开关技术 PS系列电源采用的开关技术—软开关技术 .定频 .应力小 .与器件结合 MOSFET ZVS ON IGBT ZCS OFF HUAWEI U i P 0 汇报提纲 23 功率因数电路原理图 功率因数校正 功率因数定义 在正弦交流电路中,交流电压和交流电流均为同频率的正弦波,电路的功率因素定 义为: 功率因数 = 平均功率/视在功率 在单相电路中,平均功率 P=U φ Iφ Cosφ ,Uφ 相电压有效值,Iφ 相电流有效值, φ 为相电流与相电压之差,视在功率 S=Uφ Iφ 。 在对称三相电路中,平均功率 P=3 Uφ Iφ Cosφ ,视在功率 S=3Uφ Iφ 。 HUAWEI 汇报提纲 24 功率因数对电源系统的影响 HUAWEI 提高功率因数的意义 一般开关电源通常采用输入整流和滤波,不带任何功率因数校正措施,其功率因数 约为 0.65,若大量采用开关电流,会使电网电压波形失真,使三相四线制低压 电网失衡,主要危害: (1)严重的谐波电流污染电,干扰其他设备; (2)输入电流有效值大,保险丝增大,扩大了昂贵的开关电源滤波器的规格; (3)三相四线制,三次谐波在中线上同相位,合成后中线电流很大,可能超过相电流, 但中线无保护装置,可能过热起火发生安全危害。 汇报提纲 25 功率因数对电源系统的影响 HUAWEI ii V 电路图 输入电压电流波形 ?非线性元件和储能元件结合,电流波形严重畸形,呈脉冲状 ?严重畸形的非正弦电流危害电网,输入端功率因数下降 汇报提纲 26 功率变换电路原理图 通常有两种方法对电路进行功率因数校正:无源 PFC 电路和有源 PFC 电路。 无源 PFC 电路工作原理 无源滤波器 L HUAWEI R 体积、重量大,难以得到高功率因数 成本低、可靠性高、EMI 小 汇报提纲 27 功率变换电路原理图 iL vs L Vo Q1 HUAWEI Co Load 补偿器 E/A + vst v o(sensed) vs /k 乘法器 E/A + ve 瞬时 反馈 Z=XY i L,ref + vref (a) iL Vs Vcontr t ol ton Ts iref (b) 开关调制 信号 t (c) 平均电流控制调制信号(c)电感电流波形 方式(a)原理图(b)开关图 6-16 汇报提纲 28 功率变换电路原理图 有源 PFC 电路工作原理 (1) 峰值电流控制 峰值电流控制是早期发展出的一种 PFC 控制方式,是它工作于恒频开关方式。 (2) 平均电流控制 HUAWEI 平均电流控制方式是在峰值电流控制方式的基础上,改进峰值电流控制方式 的不足而发展起来的,现在已经成为应用最广泛的一种 PFC 控制方式。 平均电流检测法特点 1) 控制的准确性高。需要作控制的电量一电感电流平均值直接受控,电感电 流波形质量好,校正后的功率因数高,一般可达 0.99 以上,逼近 1。 2) 无须斜坡补偿。 3) 较好的抗噪声能力。控制电路中阻容网络起到抑制干扰尖峰的作用。 4) 大大减小了电流过零畸变。 汇报提纲 29 均流原理 HUAWEI ?软件均流 ?硬件均流 集中式电源系统 分布式电源系统 ?降低单个功率模块的应力 ?应用冗余技术提高系统可靠性 ?原邮电部标准:均流度?5% 汇报提纲 30 均流原理 HUAWEI ?软件均流 整 流 模 块 1 监控模块 整 流 模 块 2 整 流 模 块 N+1 ?监控软件均流控制 ?响应速度慢 ?稳定性、可靠性 汇报提纲 31 均流原理 HUAWEI ?硬件均流 整 流 模 块 1 整 流 模 块 ~ ?均流速度快 ?可靠度高 整 流 模 块 N+1 2 汇报提纲 32 先进的电力电子技术 —均流技术 HUAWEI 硬件低差自主均流技术--利用系统本身硬件 (均流控制芯片)实现均流功能。 特点:均流建立速度快; 可靠性高 均流不平衡度 ≤?3% 汇报提纲 33 HUAWEI 通信电源技术交流提纲 一、开关电源概论 二、开关电源典型电路 三、开关电源控制原理 四、开关电源技术 五、开关电源常用元器件 汇报提纲 34 开关电源常用元器件 HUAWEI 开关器件 GTR SCR GTO 汇报提纲 35 开关电源常用元器件 HUAWEI 开关器件 MOSFE T IGBT MCT 汇报提纲 36 开关电源常用元器件 HUAWEI 磁芯材料 电解电容器 汇报提纲 37 开关电源常用元器件 HUAWEI 控制电路芯片 UC3854 ? PFC ? PWM ? 均流 汇报提纲 38 开关电源常用元器件 HUAWEI 防护器件 压敏电阻器 气体放电管 TVS(瞬态抑制二极管) U ▼ ▲ ▼ ▲ 汇报提纲 39 开关电源常用元器件 HUAWEI 连接器件 ? 交流空气断路器、交流接触器 ? 直流接触器、熔断器 汇报提纲 40 HUAWEI 真诚祝愿 我们合作愉快! 汇报提纲 41



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