第4部分电源输入级电路.ppt

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1、2023/11/6,做实验不是简简单单的加输入，有输出就算成功了。这样的话，学不到真正的知识。遇到问题，要分析问题的原因，寻找到原因，才能找到解决的办法。这样才能学到真正的知识，对实践的能力有很大提高，对电路的工作原理理解很深入。学会分析电路的方法，学会排除故障的能力，这种能力在社会工作上才能应用上。下个星期二的课 调到18周星期1 3/4节。,2023/11/6,2,第4部分 电源输入级,1.离线运行：两种整流滤波方式和输入储能电容特性,2.射频干扰抑制-EMI滤波器和安规事项,3.功率因数校正-为什么要用功率因数校正及其方法,4.浪涌电流-产生及其抑制的方法,5.保持时间-定义及其增加保持

2、时间的方法,2023/11/6,3,1.离线运行-两种整流滤波方式和输入储能电容特性,高频开关电源大致分为离线式开关电源和DC-DC模块电源。通常在线性电源中使用低频（50-60Hz）隔离变压器（工频变压器），而高频开关电源直接从交流输入获得能量，没有使用工频变压器，所以称高频开关电源为离线式开关电源。,比如：PC电源，输入220V经过EMI滤波器，再经过桥式整流+电容储能，给DC-DC变换器提供直流电压。,2023/11/6,4,输入交流电压的类型主要有以下几种：（1）117V/60Hz(美国）（2）240V/50Hz（欧洲）（3）220/50Hz(中国）（4）100V/60Hz(日本）,通

3、用电源必须能够在90270V范围内工作。如：PC电源和笔记本的适配器上都标有输入电压的范围和频率。,2023/11/6,5,（1）220V输入全波桥式整流电容滤波电路如下图：,DC-DC变换器（隔离降压式变换器）,输出电压波形如右图,2023/11/6,6,如输入电压在117V15%时，经过整流滤波之后如何得到300V20%的直流电压？因为直流变换器是根据正常输入直流电压为300V设计的。,（2）117V输入全波整流倍压电容滤波电路如下图：,2023/11/6,7,全波倍压整流滤波电路图及两种整流方法的输出波形：,电阻的作用是使电压在两个电容上平均分配。,全波倍压整流滤波电路也可以应用到辅助电

4、源Vcc中。如下电路,2023/11/6,8,（3）输入储能电容特性,输入储能电容就是指整流桥输出的滤波电容。铝电解电容是唯一能够提供足够高的耐压值和电容值的元件。耐压值为400450V的电容对于240V的工作场合已经足够。对于母线电压为117V的倍压器，两个耐压值为200250V的电容比较适合。为保证足够的裕量，选择耐压值为300V或者更高的电容比较适合。电容上有ESR等效串联电阻，电容进行充电和放电时，等效串联电阻引起功率损耗，将会导致电容升温。如果长时间工作，超过它的最高工作温度，电容就会损坏。电容的“屁股”往上翘，表明已经损坏。,2023/11/6,9,2.射频干扰抑制-EMI滤波器和

5、安规事项,产生干扰信号的原因：开关电源在工作过程中会产生很多噪声及谐波，比如整流桥+大电容滤波储能时，输入电流是很窄的矩形脉冲，这种波形的谐波含量非常大；另外，PCB以及隔离变压器的匝间电容或者寄生的电感等引起的干扰信号。,抑制干扰信号：采用EMI滤波器来抑制干扰信号，使设备正常工作，使谐波含量满足欧洲的EN61000-3-2标准。常用的EMI滤波器结构如下图：,2023/11/6,10,EMI滤波电路,C1、C2、C3通常是X2电容，滤除差模信号；C4和C5通常是Y2电容，滤除共模信号；L1和L2是差模电感；L3是共模电感。,2023/11/6,11,Concerns harmonic cu

6、rrent emission limits for equipment having an input current 16A per phaseEquipment is divided up in 4 classes:A:Balanced three-phase equipment and that not included in the other classesB:Portable equipmentC:Lighting equipmentD:Equipment with special input current waveshape and input active power 600

7、W.No limitation is imposed on equipment with input active power 75W.,EN61000-3-2 regulation,EN61000-3-2谐波标准，输入功率大于75W的设备分成四个等级，来设定谐波的标准。,EN61000-3-2Limits for class A,B&C Equipment,EN61000-3-2Limits for class D Equipment,2023/11/6,14,3.功率因数校正-为什么要用功率因数校正及其方法,从220V交流电网经整流供给直流是电力电子及电子仪器中应用极为广泛的一种基本变流方

8、案。例如离线式开关电源的输入端，AC电源经全波整流后，一般接一个大电容，如图下图所示：,2023/11/6,15,输入电流和电压波形如下图所示，输入交流电压Vi是正弦的，但是交流电流ii波形却严重畸变，呈脉冲状。,由此可见，大量应用整流电路，要求电网供给严重畸变的非正弦电流，造成严重的后果，谐波电流对电网有危害作用，并且输入端功率因数下降。,2023/11/6,16,谐波电流对电网的危害,脉冲状的输入电流，含有大量谐波。右图给出了输入电流波形及电流谐波频谱分析，其中电流的三次谐波分量达77.5%，五次谐波分量达50.3%，总的谐波分量（或称总谐波畸变Total Harmonic Distort

9、ion，用THD表示）为95.6%，输入端功率因数仅有0.683，非常的低。,输入电流波形及其谐波分量频谱分析,2023/11/6,17,欧盟已经通过IEC555、EN61000-3-2等标准。这些标准实际上限制了各类电源系统的谐波含量。综上所述，功率因数校正则是满足这些要求的手段。功率因数校正：采用适当的电路，减小输入电流的谐波含量，使输入电流接近于正弦波；提高输入端的功率因数,提高AC-DC电路输入端功率因数和减小输入电流谐波的主要方法有以下两种：,2023/11/6,18,1.无源功率因数校正,在整流器和电容之间串联一个滤波电感（如课本图3-6），或者交流侧接入谐振滤波器。LC谐振整流滤

10、波电路如下图所示：,主要优点：简单、成本低、可靠性高。,主要缺点：尺寸、重量大，难以得到高的功率因数工作性能与频率、负载变化及输入电压变化有关，电感和电容之间有较大的充放电电流等。,2023/11/6,19,2.有源功率因数校正,在整流器和负载之间接入一个DC-DC变换器，应用电流反馈技术，使输入端电流i波形跟踪交流输入正弦电压波形，可以使i接近正弦。从而使输入端THD小于5%，而功率因数可提高到0.99或更高。由于这个方案中，应用了有源器件，故称为有源功率因数校正（Active-Power-Factor Correction），简称APFC。,优点：较高的功率因数，如0.970.99，甚至接

11、近1；THD小；可在较宽的输入电压范围（如90264Vac）和宽频带下工作；体积小、重量轻，输出电压保持恒定。,缺点：电路复杂；MTBF下降，成本高。,2023/11/6,20,带有源功率因数校正的电源系统输入电流电压的波形如下左图，相应的谐波含量的成分如下右图：,从上图可以看出，电流和电压的相位及形状都极为相似。各次谐波含量都非常的小。,2023/11/6,21,用控制芯片MC33260（安森美）的PFC电路如下图：,2023/11/6,22,4.浪涌电流-产生及其抑制的方法,输入交流电压的任意时刻通过开关管的控制传递能量给负载，电路刚开始启动工作时，大的储能电容相当于短路，如果在输入电压的峰值给电容充电，就会产生一个很大的电流，该浪涌电流可能是额定情况下系统峰值电流的201000倍，可能对储能电容、整流器和功率开关管造成破坏性影响。,2023/11/6,23,抑制浪涌电流的几种方法：,(1)在输入端直接串联热敏电阻（负温度系数），如下图所示：,2023/11/6,24,(2)在PFC的输出端串联热敏电阻，如下图所示：,2023/11/6,25,（3）PFC输出储能电容上串联一个电阻/MOS管，如下图,