電源知識課件
導語(yǔ)：最開(kāi)始的時(shí)候，人們利用的是化學(xué)電源，主要是各種原電池。以下小編為大家介紹電源知識課件文章，歡迎大家閱讀參考!
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開(kāi)關(guān)電源的工作原理
我們通常所接觸的、所用的電源中，許多都是開(kāi)關(guān)電源。那么開(kāi)關(guān)電源到底是什么呢？
這個(gè)要從電源的發(fā)展說(shuō)起了。
最開(kāi)始的時(shí)候，人們利用的是化學(xué)電源，主要是各種原電池。當然，哪個(gè)時(shí)候電力系統遠沒(méi)有現在這么發(fā)達重要。電源主要是供一些物理學(xué)家研究電現象使用。
之后，隨著(zhù)電磁轉換的深入研究，實(shí)現了電-熱、電-光、電-動(dòng)等各種電到其他能量間的轉換手段和理論逐步完善，化學(xué)電源已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足應用了。于是基于發(fā)電機的動(dòng)-電轉換電源開(kāi)始走上舞臺。同我們今天普遍使用的交流電不同的是，起初人們是用直流發(fā)電機做電源的。愛(ài)迪生和他的同伙們成立了一個(gè)電力公司，就是架設的直流輸電系統。但是，因為直流電不能方便的轉換成各種電壓，所以，輸電線(xiàn)的電壓等級不能過(guò)高，導致線(xiàn)路壓降過(guò)大。當時(shí)最遠輸電不過(guò)幾英里范圍。由此，人們根據變壓器原理提出交流輸電系統，并迅速推廣。有趣的是，當時(shí)愛(ài)迪生異常頑固的反對交流輸電系統，甚至用高壓交流電電死一條狗--以此來(lái)說(shuō)明交流輸電系統的.不安全性。
到今天，電已經(jīng)深入生產(chǎn)生活的各個(gè)角落�？梢哉f(shuō)，電是人類(lèi)利用最廣泛的二次能源。
由于技術(shù)原因，電網(wǎng)的頻率通常是50/60HZ。飛機上是400HZ，普遍比較低。主要是因為當時(shí)的變壓器主要利用鐵心制造。而當時(shí)的冶金技術(shù)還不能制造出在高頻下?lián)p耗低的材料。
隨著(zhù)半導體業(yè)的發(fā)展，對電源的要求也越來(lái)越高。電壓朝著(zhù)低的方向發(fā)展，而體積重量要求也月來(lái)越苛刻。
最早采用開(kāi)關(guān)電源的，應該是美國的阿波羅登月計劃了。
由此而開(kāi)啟關(guān)于開(kāi)關(guān)電源的研究與生產(chǎn)序幕。
在最初電子管時(shí)代，就有一些利用氣體擊穿效應制造的穩壓管。屬于現代穩壓電源的鼻祖。然后也產(chǎn)生了利用電子三極管穩壓的一些穩壓裝置。當時(shí)主要是給一些要求嚴格的電子管電路供電，如飛機的航電系統、雷達系統等等。
隨著(zhù)晶體管時(shí)代的到來(lái)，電子管電路走向沒(méi)落。齊納擊穿二極管代替了電子穩壓管，晶體三極管代替了電子管。大量線(xiàn)性穩壓電路涌現出來(lái)，有簡(jiǎn)單的齊納二極管穩壓電路、射極跟隨器、帶負反饋調整的穩壓電路等等。
但是由于調整管處于線(xiàn)性放大區域，管子兩端的壓降不能過(guò)小，否則電源波動(dòng)會(huì )超出穩壓能力。管子耗散的功率=管壓降*管子電流（通常比輸出電流略大一點(diǎn)點(diǎn)）是很可觀(guān)的能量損失。并且產(chǎn)生了熱需要很大的散熱器。有些場(chǎng)合，需要高效率，有些場(chǎng)合需要高穩定性，有些場(chǎng)合又有體積要求（散熱器受限制）或是密封等等。
于此，提出了開(kāi)關(guān)電源電路。當時(shí)，開(kāi)關(guān)電源電路或多或少的受到一些數字電路的啟發(fā)。
因為在傳統的電源里，體積重量最大的往往是變壓器，而減小變壓器的直接有效的手段就是提高電源頻率。于是各種拓撲結構紛紛被提出。許多電路在今天依然在大量應用。
開(kāi)關(guān)電源是利用半導體器件將直流電源調制成可以通過(guò)變壓器傳遞的各種脈沖波形，并且頻率遠遠高于電網(wǎng)頻率，發(fā)這種高頻電流通過(guò)體積重量都小很多的高頻變壓器傳遞，然后在重新整流濾波作為輸出。
由于功率半導體只工作在開(kāi)通（過(guò)飽和）和關(guān)斷兩種狀態(tài)，故此稱(chēng)為開(kāi)關(guān)電源，國內早期譯做斬波電源。
當半導體器件工作在開(kāi)通和關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，其兩端的UI乘積遠遠小于通常線(xiàn)性狀態(tài)，所以損失的功率非常小。并且變壓器的體積重量也很小，所用材料成本也小很多。
體積小，重量輕，輸入電壓范圍大，效率高是其主要特點(diǎn)。
通過(guò)改變直流脈沖的頻率、相位、寬度，出現了三種工作模式PFM（ Pulse Frequency Munition）、PPM（Pulse Phase Modulation）、PWM（Pulse-Width Modulation ）。
PFM模式應用的比較早，主要特點(diǎn)是工作頻率比較高，所以功率密度大，開(kāi)關(guān)工作于“軟開(kāi)關(guān)”狀態(tài)。所謂軟開(kāi)關(guān)是指在半導體開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通或關(guān)斷前開(kāi)關(guān)器件兩端電壓或電流處于0狀態(tài)，此時(shí)關(guān)，則由于只有電壓或電流，故其乘積--開(kāi)關(guān)損耗為零，實(shí)際是一個(gè)很小值。所以器件工作時(shí)，并無(wú)多少熱量產(chǎn)生，器件壽命得以延長(cháng)。但是因為開(kāi)關(guān)頻率隨負載變動(dòng)，且范圍比較大，故后級濾波器比較難設計，部分抵消了他的優(yōu)勢。并且器件的應力也比較大。
PPM模式是通過(guò)改變脈沖的相位來(lái)工作的。典型電路是各種移相全橋軟開(kāi)關(guān)電路。其特點(diǎn)是拓撲結構適合大功率變換，并且容易實(shí)現軟開(kāi)關(guān)特性。頻率固定，控制相對容易。主要應用于各種高功率變換場(chǎng)合從幾百到幾十千瓦。
PWM模式是通過(guò)改變脈沖寬度實(shí)現穩壓功能的。是目前應用最多，最廣泛的一種模式。其特點(diǎn)是控制容易，拓撲選擇多，控制電路多，頻率固定。在幾瓦到幾千瓦的范圍內都有應用，并且通過(guò)適當的輔助電路也可以實(shí)現ZC（V）T軟開(kāi)關(guān)。
所以，開(kāi)關(guān)電源是指通過(guò)改變脈沖的頻率、相位、寬度等參數實(shí)現穩壓輸出的一種電源。
下面我們從最基本的PWM電路來(lái)分析開(kāi)關(guān)電源的工作狀態(tài)。
左邊是基本的BOOST電路（電感升壓電路）右邊是BUCK電路（電感降壓）。升壓電路通過(guò)電感將電壓提升使輸出電壓大于輸入電壓。而右邊電路是通過(guò)電感和電容將脈沖濾波得到輸出，故電壓低于輸入電壓。
下面分析幾個(gè)工作步驟。
首先，根據穩態(tài)時(shí)電感電流是否連續（就是在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內電感電流是否歸零，若歸零則不連續，也可以根據電容電壓是否連續分類(lèi)，不過(guò)通常沒(méi)有這么做的。因為電壓不連續的時(shí)候非常非常少見(jiàn)--電容電壓通常都是負載電壓，如果電容電壓不連續則輸出電壓也將是脈沖波形就不是穩壓電源了。）
先分析電感電流連續的情況（右上波形圖）
1、T0前開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，電感釋放先前存儲的能量。電感電流下降。負載由電感和電容聯(lián)合供電。
2、T0時(shí)刻開(kāi)關(guān)管閉和，頂部電路的電流按標出的箭頭方向流動(dòng)。電感電流增加，電感儲存能量。表達式為dE/dt=（（dI/dt）*（dI/dt））*L）/2既ΔE=ΔI*ΔI*L/2，電容電壓增加，存儲能量，表達式為ΔE=ΔU*ΔU*C/2。（I電流（安培）L電感量（亨利）U電壓（伏特）C電容量（法拉））
3、T1時(shí)刻，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，電感釋放先前存儲的能量。電感電流下降。
4、T2時(shí)刻，開(kāi)關(guān)閉合，同T0。
電感電流斷續（右中波形圖）
1、T0前開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，電感電流是0，負載由電容供電。
2、T0時(shí)刻，開(kāi)關(guān)閉合，中上部電路的電流按標出的箭頭方向流動(dòng)。電感電流增加，電感儲存能量。表達式為dE/dt=（（dI/dt）*（dI/dt））*L）/2既ΔE=ΔI*ΔI*L/2，電容電壓增加，存儲能量，表達式為ΔE=ΔU*ΔU*C/2。（I電流（安培）L電感量（亨利）U電壓（伏特）C電容量（法拉））
3、T1時(shí)刻，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，電感釋放先前存儲的能量。電感電流下降。
4、T2時(shí)刻前，電感存儲能量釋放完畢，電流歸零，負載由電容供電。
5、T2時(shí)刻，開(kāi)關(guān)閉合，同T0。
右下是電感電流斷續、電容電壓斷續的波形，大家自己分析。
這兩個(gè)拓撲結構是基本的PWM拓撲，可以通過(guò)串聯(lián)、并聯(lián)等形式派生出許多拓撲結構。并且通過(guò)在適當的地方插入變壓器來(lái)實(shí)現隔離拓撲。
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