开关电源和有源功率因数校正技术

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1、第1章开关电源技术及PFC概述1.1什么是开关电源技术1.2开关电源的构成及特点1.3改善开关电源谐波和功率因数的方法1.1什么是开关电源技术◆直流电源分为：线性电源和开关电源。☞线性电源是指调整管工作在线性状态下的直流稳压电源。图1-1利用可变电阻稳压◆实际电源电路中，通常利用负反馈原理，以输出电压的变化量去控制晶体管集电极与发射极之间的电阻值，原理电路见图1-2。图1-2利用反馈加晶体管稳压1.1什么是开关电源技术☞常用的线性串联型稳压电源芯片有：78XX系列（正电压型），79XX系列（负电压型）（例如7805，输出电压为5V）；LM3

2、17（可调正电压型），LM337（可调负电压型）；☞由于调整管相当于一个电阻，电流流过电阻时会发热，所以工作在线性状态下的调整管，一般会产生大量的热，导致效率不高（满载才80%）。这是线性电源的一个主要缺点。1.1什么是开关电源技术1.1什么是开关电源技术☞线性电源特点优点：技术成熟，已有大量集成化的稳压电源模块，稳定性好，输出纹波电压小等。缺点：需要的变压器为工频变压器体积大，效率低。整流管流过和负责相同的电流，损耗增大；为减少纹波，输入滤波电容容量要求大，否则脉动电压增加；此外，由于调整管功耗大，所以需要装体积很大的散热片，很难满足现代

3、电力电子设备发展的需求。1.1什么是开关电源技术1.1什么是开关电源技术☞我们所说的开关电源技术特指采用PWM技术的DC/DC直流开关电源。☞我们所用的电源是指经过转换才能符合使用的需要。例如，交流变直流，高压变低压等。也就是我们所谓的粗电变精电的过程。☞广义的说，各种采用开关器件的电力变换电路都可以叫做开关电源。■开关电源1.1什么是开关电源技术◆开关电源的特点☞直流电直接由市电整流获得，不需要工频变压器，体积小重量轻。☞工作频率高，滤波电容数值小也使得整个电源体积小，重量轻。☞调整管工作在开关状态，功耗小，机内温升低，提升了整机的稳定性

4、和可靠性。◆开关电源技术即现代电源技术。1.1什么是开关电源技术◆电子设备的小型化和低成本化，使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。传统的线性稳压电源很难满足现代电子设备发展的要求。◆开关电源以其体积小、重量轻、效率高性能稳定等优点逐渐取代传统技术制造的线性电源，并广泛应用于电子整机和设备中。◆现代电源技术指开关电源技术1.1什么是开关电源技术1.2开关电源国内外发展状况◆20世纪50年代，美国宇航局最先为搭载火箭开发了体积小，重量轻的开关电源。◆20世纪80年代，计算机已经全面实现了开关电源化。随后90年代，开关电源在其他领域（电子，电气

5、设备、家电领域）得到了广泛应用。◆开关电源技术的发展趋势☞高频化、小型化。开关电源的体积、重量主要是由储能元件决定。在一定范围内，开关频率的提高，不仅能有效的减少储能元件的体积、重量，而且还能抑制干扰，改善系统的动态性能。因此，高频化是开关电源的主要发展方向。☞高可靠性。从寿命的角度，提高电解电容，光耦，排风扇的寿命。从设计的角度，提高电源集成度，减少元器件，简化电路，提高可靠性。1.2开关电源国内外发展状况☞低噪声。开关电源的频率越高，噪声也就越大。这是开关电源的缺点之一。因此，尽可能降低噪声是开关电源的发展方向（目前是谐振转换技术）☞采

6、用计算机辅助设计和控制。采用CAD设计（拓扑结构和参数)，使开关电源具有最简结构和最佳工况。在电路中引入微机监测，构成多功能监系统，实现实时监测、自动报警等。1.2开关电源国内外发展状况☞电力电子器件和磁性元件的发展与开关电源发展是息息相关的。☞研究低损耗，低噪声技术以及开发新型（高速高频）元器件，是开关电源实现小型化、高频化以及高可靠性的重要推动。☞总之，高效率、小型化、智能化以及高可靠性是大势所趋，也是开关电源今后的发展方向。1.2开关电源国内外发展状况1.3改善开关电源功率因数和谐波的方法◆开关电源谐波严重和功率因数低的原因：二极管整

7、流和电容滤波◆解决用电设备谐波污染的方法：（一）增设电网补偿装置（有源和无源滤波）（二）改进电力电子装置使之不产生或产生很小的谐波（PWM整流和功率因数校正技术）（3-4）◆功率因数校正(PowerFactorCorrection,PFC)实现的方法（一）无源功率因数校正（PassivePowerFactorCorrection,PPFC）（二）有源功率因数校正（ActivePowerFactorCorrection,APFC）3-17无源功率因数校正(PPFC)技术是通过在整流电路中加入电感和电容等无源元件，使整流桥中的二极管导通时间变长

8、，从而降低电流谐波，提高功率因数。它是传统补偿无功和抑制谐波的主要手段。PPFC技术具有结构简单及成本低的优点，虽然校正效果不如APFC技术理想，但在中小功率场合仍具有良好的应用