电源基础知识介绍.ppt
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1、电源基础知识介绍电源和通用芯片技术组内容提要 简介 开关电源的原理 开关电源技术发展趋势 电源基本指标测试简介l 广义上来讲,目前任何一个电子设备都需要一个直流电源来供电l 这个直流电源可以是电池或是一个电源(Power Supply);l 大多数电源需要一个经过输入输出滤波的,并且输出是需要精确控制的,等等n 电源:把一种电能变换成所需要的电能形式的装置。简介电源分类:1、电源按能量变换方向区分有以下四类:n AC/DC 电源 power;n DC/DC 变换器 converter;n DC/AC 逆变器 inverter;n AC/AC UPS/变频器 transducer;以上四类在通信
2、系统中都有应用,其中AC/DC 电源与 DC/DC变换器是应用最广的电源。简介2、按应用环境区分:n 通信电源、工业电源、军用电源、民用电源3、按结构和功能区分:n 一次电源模块、二次电源模块、电源系统4、按设计原理区分:n 传统的线性电源(包括单板内使用的电压调整器,利用开关管线性稳压)、n 现代开关电源(高频DC/DC变换器)简介目前在我司数通产品上应用的电源主要是AC/DC和DC/DC电源。n 不同点n AC/DC电源的输入电压为交流;n DC/DC电源的输入电压为直流,可以是电池或另外一个输出为直流的电源;n 相同点n 输出电压都是经过精密调整的直流电压;n 采用的电压变换技术基本都是
3、PWM技术;n 都可以根据客户的需求,提供原副边的高频隔离等;简介n 线性电源n 开关电源n DC/DC变换器n 开关电源的技术发展趋势线性电源1.线性电源的一般定义n 利用功率三极管或MOSFET放大区工作特性,和反馈网络控制其导通特性并依赖自身的损耗,保持输出电压稳定的转换装置。主要包括如下几个功能单元:n 整流变换:将AC输入电压变换成为直流输出电压;n 滤波:平滑整流输出中所含有的纹波电压;n 电压变换功能:将交流的输入电压转换为另一种合适的直流电压;n 调整:实现在输入电压变化、负载变化以及温度变化时,维持输出恒定的功能;n 隔离:电源中原边和副边在电气上的隔离;线性电源2):理想电
4、源的特征-稳定的电压输出,(与输入,负载,温度及时间等的变化无关);-零输出阻抗(对任何频率);-100%的变换效率;-纯净的直流输出波形(无噪音及纹波)等.线性电源虽然有很好的调整率,但实际上,输出电压是随着输入电压、输出负载、工作温度的变化等变化的;这些变化量是可以测量的,如:负载调整率,源调整率,温度变化率等;3、实际电源的特性线性电源n 4):线性电源的结构框图线性电源开关管功率损耗:Io x(Vg-Vo)输入功率:Pin=Vg x Io5.典型的线性电源电路线性电源6、线性电源的优点与缺点 优点:-实现简单、小功率变换成本低廉-低输出纹波与噪音-极好的电压与负载调整率-快速响应时间-
5、无高频开关纹波EMI 缺点:-功率密度不高,大功率体积大-低效率-消耗钢材-保持时间短、控制特性不好线性电源7、线性电源典型应用n AC/DC电源桌面办公小功率终端设备(Adapter,10w-20w):电话、MODEM、随身听、ISDN话机。n DC/DC线性变换小功率变换,电流一般小于3A,功率损耗一般建议小于2W;电路简单,占用单板面积小,典型器件:LM7805、LT1084、LT1085、等。超低压差电压变换,例如使用LT1764、MIC29302,压降满足0.5V以上即可以输出稳定电压。利用线性变换降低开关电源的纹波,给纹波敏感电路(例如敏感模拟电路)供电,抑制开关纹波的干扰。线性电
6、源8、线性电压调整器的设计考虑因素:n 压差n 输出电流n 损耗功率n 输入电压范围线性电源9、线性电压调整器的设计实例开关电源开关电源n 定义:利用功率半导体器件使变压器工作在高频开关状态(饱和导通或截止),利用L、C储能并通过PWM控制获得需要的电压的装置。1、开关电源的缺点与优点n 优点:-高效率、体积小;-高功率密度;-宽的输入电压范围及带载能力;-更多的功能,等.n 缺点:-高噪音及EMI;-慢响应时间;-较差的调整率,etc.开关电源2、开关电源与线性电源的优缺点比较 内容电源优点 缺点线性电源 电路简单 体积大、重量大输出纹波和噪声小 效率低源调整率和负载调整率高 功率密度低动态
7、响应速度快开关电源 效率高 EMI和纹波噪声大功率密度高 动态响应速度相对较慢输入电压范围和负载范围宽 调整率较低电源的功能多开关电源3、开关电源和线性电源的典型指标比较指标 线性电源 开关电源源调整率(%)0.02 0.05 0.05 0.1负载调整率(%)0.02 0.1 0.1 1.0输出纹波(mV)0.5 2.0 mVrms25 150 mVp-p输入电压范围(%)10 50效率(%)4060 6080(92)功率密度(W/in3)0.5 2.3(100)动态响应恢复时间(us)0.5 100300保持时间(ms)2 32开关电源4、开关电源的基本结构开关电源5、DC/DC 变换器原理
8、框图开关电源6、常用隔离DC/DC 变换器拓扑及工作原理介绍n 反激变换器n 适用与小功率应用场合,拓扑结构简单;n 噪声较大;n 控制性能较难优化;开关电源n 反激式工作波形波形开关电源n 单端正激变换:n 适用与中大功率应用场合;n 噪声小,控制性能容易优化;被广泛应用;n 类型:谐振复位;三绕组复位;有源复位等开关电源l正激式工作波形波形开关电源n 非隔离的DC/DC变换器基本的无隔离变换器拓朴 Buck变换器 Boost 变换器 Buck/boost 变换器 Basi Cuk 变换器 Cuk 变换器 Sepic变换器 Zeta 变换器开关电源n Buck(降压)变换开关电源n Buck
9、 电路的特点:1)Vo是Vs在Ts内的平均值,因此Vo总比Vs小。变换器可以看作是低通电压斩波器。2)输入电流是脉动的,纹波大;输出电流是连续的,纹波小。3)应该避免工作在断续状态,以防止开关管承受过高电压,及续流二极管承受过大电流。开关电源n Boost升压变换器开关电源n Boost 电路的特点1)输入电流纹波小,输出电流纹波大。开关管、二极管的电流总是脉动的。过大的电压、电流应力容易损坏器件。2)连续方式下,纹波电流随电感的增大而变小。3)在BOOST电路中,不能空载,否则输出电压很高,有可能损伤电路中器件。开关电源n Buckboost变换器开关电源n Buck-Boost 电路的特点
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