開關(guān)電源的技術(shù)現(xiàn)狀及失效分析.ppt

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1、開關(guān)電源的技術(shù)現(xiàn)狀及失效分析一、開關(guān)電源技術(shù)現(xiàn)狀二、開關(guān)電源失效分析一、開關(guān)電源技術(shù)現(xiàn)狀(1)開關(guān)電源的發(fā)展方向及技術(shù)趨勢(2)開關(guān)電源基本拓樸(3)常用電路結(jié)構(gòu)(4)功率因數(shù)校正技術(shù)(5)開關(guān)電源常用PWM控制模式(6)同步整流簡介二、開關(guān)電源失效分析(1)概述(2)整機(jī)失效分析(3)器件失效模式及分析(1)開關(guān)電源的發(fā)展方向及技術(shù)趨勢開關(guān)電源體積小、重量輕、變換效率高，廣泛應(yīng)用于計算機(jī)、通信設(shè)備、控制裝置及家用電器等電子設(shè)備中。目前，各國正在努力開發(fā)新器件、新材料，進(jìn)一步提高效率、縮小體積、降低價格。發(fā)展方向：1）輸入電壓通用2）擴(kuò)大輸出電壓范圍3）提高輸入側(cè)功率因數(shù)相關(guān)技

2、術(shù)發(fā)展：1）SMT及自動化生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用，專用集成電路的發(fā)展技術(shù)2）軟開關(guān)技術(shù)3）電源系統(tǒng)的管理控制智能化4）CAD技術(shù)的應(yīng)用。(2)開關(guān)電源基本拓樸1)降壓變換器BUCK2)升壓變換器BOOST3)升降壓變換器BUCK-BOOST基本數(shù)量關(guān)系負(fù)載電壓平均值ton——V通的時間toff——V斷的時間α--導(dǎo)通占空比Uo最大為E，減小占空比α，Uo隨之減小。因此稱為降壓斬波電路。負(fù)載電流平均值：降壓變換器電路的原理圖及波形a）電路圖b）電流連續(xù)時的波形c）電流斷續(xù)時的波形降壓變換器BUCK穩(wěn)態(tài)時，一個周期T中L積蓄能量與釋放能量相等：化簡得：T/toff>1，輸出電壓高于電源電壓

3、，故稱該電路為升壓變換器升壓變換器BOOST升壓變換器工作原理（boost變換器）假設(shè)L值很大，C值也很大；V通時，E向L充電，充電電流恒為I1，同時C的電壓向負(fù)載供電，因C值很大，輸出電壓uo為恒值，記為Uo。設(shè)V通的時間為ton，此階段L上積蓄的能量為V斷時，E和L共同向C充電并向負(fù)載R供電。設(shè)V斷的時間為toff，則此期間電感L釋放能量為升壓變換器電路及其工作波形a）電路圖b）波形升壓變換器BOOST1.升降壓斬波電路設(shè)L值很大，C值也很大。使電感電流iL和電容電壓即負(fù)載電壓uo基本為恒值。基本工作原理V通時，電源E經(jīng)V向L供電使其貯能，此時電流為i1。同時，C維持輸出電

4、壓恒定并向負(fù)載R供電。V斷時，L的能量向負(fù)載釋放，同時向C充電，電流為i2。負(fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反，該電路也稱作反極性斬波電路。升降壓電路及其波形a）電路圖b）波形穩(wěn)態(tài)時，一個周期T內(nèi)電感L兩端電壓uL對時間的積分為零，即：當(dāng)V處于通態(tài)期間，uL=E；而當(dāng)V處于斷態(tài)期間，uL=-uo。于是：所以輸出電壓為：升壓變換器BOOST改變導(dǎo)通比α，輸出電壓既可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當(dāng)0<α<1/2時為降壓，當(dāng)1/2<α<1時為升壓，因此將該電路稱作升降壓斬波電路。也有文獻(xiàn)直接按英文稱之為buck-boost變換器（Buck-BoostConverter

5、）。圖中給出了電源電流i1和負(fù)載電流i2的波形，設(shè)兩者的平均值分別為I1和I2，當(dāng)電流脈動足夠小時，有:升降壓斬波電路及其波形a）電路圖b）波形升壓變換器BOOST(3)常用電路結(jié)構(gòu)1)反激變換器Flyback2)正激變換器Forward3)半橋變換器Half-Bridge4)全橋變換器Full-Bridge反激電路中的變壓器起著儲能元件的作用，可以看作是一對相互耦合的電感。工作過程：S開通后，VD處于斷態(tài)，N1繞組的電流線性增長，電感儲能增加；S關(guān)斷后，N1繞組的電流被切斷，變壓器中的磁場能量通過N2繞組和VD向輸出端釋放。S關(guān)斷后的電壓為：反激電路原理圖反激電路的理想化波形

6、反激變換器Flyback反激電路的工作模式：電流連續(xù)模式：當(dāng)S開通時，N2繞組中的電流尚未下降到零。輸出電壓關(guān)系：電流斷續(xù)模式：S開通前，N2繞組中的電流已經(jīng)下降到零。輸出電壓高于上式的計算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下，，因此反激電路不應(yīng)工作于負(fù)載開路狀態(tài)。反激變換器Flyback正激變換器Forward電路的工作過程開關(guān)S開通后，變壓器繞組N1兩端的電壓為上正下負(fù)，與其耦合的N2繞組兩端的電壓也是上正下負(fù)。因此VD1處于通態(tài)，VD2為斷態(tài)，電感L的電流逐漸增長；S關(guān)斷后，電感L通過VD2續(xù)流，VD1關(guān)斷。S關(guān)斷后變壓器的勵磁電流經(jīng)N3繞組和VD3流回電源，所

7、以S關(guān)斷后承受的電壓為。變壓器的磁心復(fù)位：開關(guān)S開通后，變壓器的激磁電流由零開始，隨著時間的增加而線性的增長，直到S關(guān)斷。為防止變壓器的激磁電感飽和，必須設(shè)法使激磁電流在S關(guān)斷后到下一次再開通的一段時間內(nèi)降回零，這一過程稱為變壓器的磁心復(fù)位。正激變換器Forward變壓器的磁心復(fù)位時間為輸出電壓：輸出濾波電感電流連續(xù)的情況下：輸出電感電流不連續(xù)時，輸出電壓Uo將高于式的計算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下，正激變換器Forward半橋電路原理圖半橋電路的理想化波形半橋變換器Ha