开关电源原理与应用电子教案王水平教材.docx
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开关电源原理与应用电子教案王水平教材.docx
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开关电源原理与应用电子教案王水平教材
延边大学工学院
教师教案
老师姓名:
金永镐
学科名称:
电子信息
专业:
电子信息工程
课程名称:
开关电源原理与应用
延边大学教案
课程名称
开关电源原理与应用
授课对象
电子
授课教师
金永镐
职称
教授
授课时间
2015–2016
(2)学年2学期
课程类别
专业任选课
授课方式
多媒体教学
考核方式
考试(√);考查()
课程教学
总学时数
48学时
学分数
3
学时分配
课堂讲授48学时;实验课0学时
教科书
教科书名称
教材:
1、开关稳压电源-原理设计及实用电路
2、自编开关稳压电源讲义
作者
王水平
出版社及
出版时间
西安电子科技大学出版社2008.3
参
考
资
料
[1]张占松蔡宣三,开关电源的原理与设计电子工业出版社2006年6月
[2]刘贤兴李众,新型智能开关电源技术机械工业出版社2003年2月
[3]王志强,开关电源设计电子工业出版社2003年1月
注:
表中()选项请打“√”
延边大学教案
周次
第1周,第1次课
章节
名称
序论-前沿介绍及开关电源的技术领域
授课
方式
多媒体
教 学
时 数
2
教学
目的
要求
教学目的和要求:
了解和掌握电力电子技术的概念及研究领域、电力电子技术的发展历史、电力电子技术的应用、电力电子电路的仿真等基本知识
教学
重点
难点
教学重点:
电力电子技术的概念及研究领域、电力电子技术的应用、电力电子电路的仿真等
教学难点:
教学
方法
手段
教学方法:
教师的多媒体演示及讲解为主,结合提问为辅
教学基本内容、过程、学时分配;课堂讨论、练习、作业
备注
序论-前沿介绍及开关电源的技术领域-属于电力电子技术
电力电子技术-电力学、电子技术、控制理论三个学科的交叉
1.电力电子技术的概念及研究领域
电能的类别,交流电的三要素等
电力变换的四种类型
2.电力电子技术的发展历史
(1).电力电子器件的发展历史
(2).电力电子电路的发展历史
3.电力电子技术的应用
一般工业应用、交通运输中的应用、电力系统中的应用、新能源中的应用、电子装置在家用电器中的应用
4.电力电子技术的发展趋势
发展趋势主要包括电力电子器件的发展趋势、电力电子电路的发展趋势和控制技术的发展趋势几方面
5.电力电子电路的仿真
延边大学教案
周次
第1周,第2次课
章节
名称
第一部分开关电源相关的预备知识1
授课
方式
多媒体
教 学
时 数
2
教学
目的
要求
教学目的和要求:
了解和掌握滤波电路、储能元件的工作原理、电压时间乘积等
教学
重点
难点
教学重点:
储能元件的工作原理、电压时间乘积
教学难点:
电压时间乘积
教学
方法
手段
教学方法:
教师的多媒体演示及讲解为主,结合提问为辅
教学基本内容、过程、学时分配;课堂讨论、练习、作业
备注
一、滤波电路、储能元件的工作原理、电压时间成积。
(1)滤波器的分类
按元件分为:
有源滤波器、无源滤波器、陶瓷滤波器、晶体滤波器、机械滤波器、锁相环滤波器、开关电容滤波器等。
按信号处理的方式分类:
模拟滤波器、数字滤波器。
按通频带分:
有源滤波器可分为:
低通滤波器(LPF)、高通滤波器(HPF)、带通滤波器(BPF)、带阻滤波器(BEF)等。
*简单介绍有源滤波器:
RLC元件和有源器件(三极管、场效应管、运算放大器等)组合,可进行无衰减地滤波。
(2)储能元件
电容元件、电感元件的特性
*恒定电压时电感的电压时间乘积:
(3)释放模式
(4)发生高压的举例
延边大学教案
周次
第2周,第1次课
章节
名称
第一部分开关电源相关的预备知识2
授课
方式
多媒体
教 学
时 数
2
教学
目的
要求
教学目的和要求:
了解和掌握各种波形发生器原理,矩形波,三角波,锯齿波,正弦波等
教学
重点
难点
教学重点:
矩形波,三角波,锯齿波,正弦波发生器原理
教学难点:
锯齿波,正弦波发生器原理
教学
方法
手段
教学方法:
教师的多媒体演示及讲解为主,结合提问为辅
教学基本内容、过程、学时分配;课堂讨论、练习、作业
备注
二、各种波形发生器原理,矩形波,三角波,锯齿波,正弦波
(1)一般比较器
(2)施密特比较器-具有两个比较点,且比较后自动改变下一个比较点电压
思考题:
如果R2的位置上替换稳压管,则波形如何?
(3)矩形波、三角波发生器(双电源)
(4)可调节占空比D的电路
思路:
改变充电和放电支路的时间常数
(5)锯齿波发生器
(6)正弦波发生器
延边大学教案
周次
第3周,第1次课
章节
名称
第一部分开关电源相关的预备知识3
授课
方式
多媒体
教 学
时 数
2
教学
目的
要求
教学目的和要求:
了解和掌握各种PWM发生器的工作原理与设计
教学
重点
难点
教学重点:
掌握各种PWM发生器的工作原理
教学难点:
利用锯齿波、三角波产生PWM波形原理
教学
方法
手段
教学方法:
教师的多媒体演示及讲解为主,结合提问为辅
教学基本内容、过程、学时分配;课堂讨论、练习、作业
备注
三、各种PWM发生器的工作原理与设计
PWM(PulseWidthModulation)占空比可变的脉冲波-频率可变、可不变。
(1)利用锯齿波、三角波产生PWM波形原理
(2)集成电路NE555工作原理(Timer,定时器)
注:
内部具有三个R,对电源电压进行分压,(
)
设计举例:
思考题:
A、怎样获得占空比任意可调的脉冲波?
B、怎样获得占空为50%的脉冲波?
-可用二极管或充电电阻可直接接到输出端
C、分析图示电路图:
怎样获得梯形波和正弦波?
举例:
小孩和大人的驱动能力
(3)用比较器组成PWM型开关稳压电源(有反馈环)
(4)用NE555组成PWM型开关电源(无反馈环)
延边大学教案
周次
第3周,第2次课
章节
名称
第一部分开关电源相关的预备知识4-各种半导体元件的特性及驱动特性1
授课
方式
多媒体
教 学
时 数
2
教学
目的
要求
教学目的和要求:
了解和掌握三级管、结型场效应管、绝缘栅场效应管
的各种工作特性及应用方法
教学
重点
难点
教学重点:
三级管、结型场效应管、绝缘栅场效应管的应用方法
教学难点:
三级管、结型场效应管、绝缘栅场效应管的应用方法
教学
方法
手段
教学方法:
教师的多媒体演示及讲解为主,结合提问为辅
教学基本内容、过程、学时分配;课堂讨论、练习、作业
备注
四、各种半导体元件的特性及驱动特性1
(1)三级管的种类及基本特性
(2)三级管的复合应用
复合时结论:
同型管复合、异型管复合
(3)结型场效应管的工作特性—N沟道、P沟道(JFET)
(4)绝缘栅场效应管:
分为N沟道和P沟道(增强型、耗尽型)
场效应管的特点:
举例:
两种器件做开关,控制不同电流时功率损耗比较
延边大学教案
周次
第4周,第1次课
章节
名称
第一部分开关电源相关的预备知识4-各种半导体元件的特性及驱动特性2
授课
方式
多媒体
教 学
时 数
2
教学
目的
要求
教学目的和要求:
了解和掌握可控硅SCR的工作原理及特性和应用方法,三极管、场效应管的驱动特性
教学
重点
难点
教学重点:
可控硅SCR的特性和应用方法,三极管、场效应管的驱动特性
教学难点:
三极管、场效应管的驱动特性
教学
方法
手段
教学方法:
教师的多媒体演示及讲解为主,结合提问为辅
教学基本内容、过程、学时分配;课堂讨论、练习、作业
备注
四、各种半导体元件的特性及驱动特性2
(5)可控硅SCR的工作原理及特性和应用方法-可做交流电子开关
单向可控硅:
具有单向触发导通功能,*导通角越大,负载的电压越大
双向可控硅:
具有双向触发导通功能
光电耦合可控硅的特性及应用-在电路上起隔离作用
集成光电耦合可控硅MOC3020,集成光电耦合可控硅(过零点触发功能)MOC3061
*通常可控硅用于交流开关,工作频率较低,100HZ以下,但特殊的可控硅可工作在高频的场合
(6)三极管、场效应管的驱动特性
结论:
为了缩短寄生电容C的充放电效应,增加波形的斜率,采取的方法有:
应减少驱动器的输出电阻R,增加驱动器的输出电流,提高驱动器的输出电压
延边大学教案
周次
第5周,第1次课
章节
名称
第一部分开关电源相关的预备知识5
授课
方式
多媒体
教 学
时 数
2
教学
目的
要求
教学目的和要求:
了解和掌握变压器、电感和光电耦合器的工作特性及应用
教学
重点
难点
教学重点:
变压器、电感和光电耦合器的应用
教学难点:
变压器、电感和光电耦合器的应用
教学
方法
手段
教学方法:
教师的多媒体演示及讲解为主,结合提问为辅
教学基本内容、过程、学时分配;课堂讨论、练习、作业
备注
五、变压器、电感和光电耦合器的工作特性及应用
1、变压器、电感特性
同名端(同极性端):
工作时出现同极性的引脚称为同名端
变压作用、变流作用:
利用P入=P出可推导多个绕组变压器的变压、变流关系和-证明(思考题)
磁动式平衡方程:
-证明(思考题)
3个以上绕组工作时N1I1=N2I2+N3I3-证明(思考题)
举例阻抗放大作用,用于农村广播网系统,离广播站的A、B、C、D点的电压近似为输出电压UI,减少线路损耗。
变压器特性及分析:
2、光电耦合器及特性-光电耦合三极管、光电耦合二极管
作用:
在电路中通过光和电转换方式实现
(1)隔离输入和输出,
(2)同相或反相方式传递信号
特点:
1、光电耦合三极管,由于存在电流放大倍数,因此输入端的驱动电流较小;
2、光电耦合二极管无电流放大作用,因此需要的驱动电流较大
用法:
输入和输出之间,可同相驱动和反相驱动
通常使用的型号:
单光耦、双光耦,并举例具体使用的型号
延边大学教案
周次
第5周,第2次课
章节
名称
第一部分综合练习及总结
授课
方式
多媒体
教 学
时 数
2
教学
目的
要求
教学目的和要求:
全面总结一部分的内容,巩固第一部分掌握的知识
教学
重点
难点
教学重点:
教学难点:
教学
方法
手段
教学方法:
教师的多媒体演示及讲解为主,结合提问为辅
教学基本内容、过程、学时分配;课堂讨论、练习、作业
备注
全面总结一部分的内容,巩固第一部分掌握的知识
延边大学教案
周次
第6周,第1次课
章节
名称
第一部分平时考试
授课
方式
多媒体
教 学
时 数
2
教学
目的
要求
教学目的和要求:
教学
重点
难点
教学重点:
教学难点:
教学
方法
手段
教学方法:
教学基本内容、过程、学时分配;课堂讨论、练习、作业
备注
通过平时考试,进一步巩固第一部分的内容
延边大学教案
周次
第7周,第1次课
章节
名称
第二部分:
开关稳压电源-原理设计及实用电路-第一章开关稳压电源概述
1.1线性稳压电源与开关稳压电源
授课
方式
多媒体
教 学
时 数
2
教学
目的
要求
教学目的和要求:
了解和掌握线性稳压电源、开关稳压电源的优缺点及开关稳压电源的种类
教学
重点
难点
教学重点:
开关稳压电源的优缺点及开关稳压电源的种类
教学难点:
开关稳压电源的工作原理
教学
方法
手段
教学方法:
教师的多媒体演示及讲解为主,结合提问为辅
教学基本内容、过程、学时分配;课堂讨论、练习、作业
备注
第一章开关稳压电源概述
1.1线性稳压电源与开关稳压电源
基本原理-利用电感储存能量
1.1.1线性稳压电源概述
讲解线性稳压电源的工作原理及电路分析方法——调整功率管工作在线性放大区
求输出电压
(1)线性电源的优点-电源稳定度及负载稳定度
(2)线性稳压电源的缺点
(3)造成这些缺点的原因
1.1.2开关稳压电源概述
(1)开关电源的结构-开关变换方式:
DC-AC变换器、DC-DC变换器、有源功率因素补偿电路(APFC)
讲解降压式原理框图
(2)开关稳压电源的优点
(3)开关电源的缺点
1.1.3开关稳压电源的发展
(1)国际发展状况
目前存在克服的困难(书5页),新突破和新进展(书6页)
(2)国内发展情况
1.1.4开关稳压电源的种类
延边大学教案
周次
第7周,第2次课
章节
名称
1.2串联型开关稳压电源-PWM型(降压)
授课
方式
多媒体
教 学
时 数
2
教学
目的
要求
教学目的和要求:
了解和掌握电路结构、工作原理、降压型开关稳压电源设计方法
教学
重点
难点
教学重点:
降压型开关稳压电源工作原理、降压型开关稳压电源设计方法
教学难点:
降压型开关稳压电源设计方法
教学
方法
手段
教学方法:
教师的多媒体演示及讲解为主,结合提问为辅
教学基本内容、过程、学时分配;课堂讨论、练习、作业
备注
1.2串联型开关稳压电源-PWM型(降压)
1.2.1电路结构
1.2.2工作原理
A、稳压过程工作原理
B、储存能量和释放能量过程
C、各点的波形
D、各元件的作用
E、输出电压计算-当无反馈时,当有反馈时
F、输出电压和占空比关系
思考题:
D=1时开关管处于什么状态?
1.2.4降压型开关稳压电源设计
(1)功率开关Q的选择
(2)续流二极管D的选择
各种二极管的特性介绍:
普通二极管、快恢复二极管、超快恢复二极管、肖特基二极管
(3)储能电感L的选择
(4)输出滤波电容C的选择
延边大学教案
周次
第8周,第1次课
章节
名称
1.2.5混合型串联降压型开关电源-频率、占空比改变
1.2.6用NE555设计混合型串联降压型开关电源
授课
方式
多媒体
教 学
时 数
2
教学
目的
要求
教学目的和要求:
了解和掌握混合型串联降压型开关电源,用NE555设计混合型串联降压型开关电源的设计思路及工作原理及分析方法。
教学
重点
难点
教学重点:
用NE555设计混合型串联降压型开关电源的设计思路及工作原理及分析方法
教学难点:
混合型串联降压型开关电源
教学
方法
手段
教学方法:
教师的多媒体演示及讲解为主,结合提问为辅
教学基本内容、过程、学时分配;课堂讨论、练习、作业
备注
1.2.5混合型串联降压型开关电源-频率、占空比改变
详细讲解工作原理及分析方法。
1.2.6用NE555设计混合型串联降压型开关电源
详细讲解设计思路及工作原理及分析方法。
延边大学教案
周次
第9周,第1次课
章节
名称
1.2.7补充部分-利用L4960设计输出可调的降压型开关电源
1.2.8补充部分-介绍其他芯片LM22679和LM2594的功能及设计技巧
授课
方式
多媒体
教 学
时 数
2
教学
目的
要求
教学目的和要求:
了解和掌握利用L4960设计输出可调的降压型开关电源,介绍其他芯片LM22679和LM2594的功能及设计技巧
教学
重点
难点
教学重点:
利用L4960设计输出可调的降压型开关电源
教学难点:
利用L4960设计输出可调的降压型开关电源
教学
方法
手段
教学方法:
教师的多媒体演示及讲解为主,结合提问为辅
教学基本内容、过程、学时分配;课堂讨论、练习、作业
备注
1.2.7补充部分-利用L4960设计输出可调的降压型开关电源
详细讲解利用L4960设计输出可调的降压型开关电源的方法及工作原理,输出电压的推导等
1.2.8补充部分-介绍其他芯片LM22679和LM2594的功能及设计技巧
介绍其他芯片LM22679和LM2594的功能及设计技巧
延边大学教案
周次
第9周,第2次课
章节
名称
1.3升压型开关电源(反激式-串联型)
授课
方式
多媒体
教 学
时 数
2
教学
目的
要求
教学目的和要求:
了解和掌握升压型开关电源电路结构及具体电路及工作原理,重要参数计算方法
教学
重点
难点
教学重点:
升压型开关电源工作原理,重要参数计算方法
教学难点:
升压型开关电源工作原理
教学
方法
手段
教学方法:
教师的多媒体演示及讲解为主,结合提问为辅
教学基本内容、过程、学时分配;课堂讨论、练习、作业
备注
1.3升压型开关电源(反激式-串联型)
1.3.1电路结构及具体电路
工作波形图分析
1.3.2工作原理(稳压过程)
(1)储能过程
(2)释放过程(3)稳压过程(4)波形(5)计算输出电压
结论:
1.3.3重要参数计算
(1)功率开关Q1的选择
(2)Q1的Ic选择
(3)二极管UD的选择
(4)输出滤波电容C
(5)储能电感L的选择
延边大学教案
周次
第10周,第1次课
章节
名称
1.4极性反转型开关稳压电源
授课
方式
多媒体
教 学
时 数
2
教学
目的
要求
教学目的和要求:
了解和掌握电路结构、工作原理、重要参数计算、控制电路、保护电路的作用
教学
重点
难点
教学重点:
工作原理、重要参数计算、控制电路的作用
教学难点:
工作原理、控制电路的作用
教学
方法
手段
教学方法:
教师的多媒体演示及讲解为主,结合提问为辅
教学基本内容、过程、学时分配;课堂讨论、练习、作业
备注
1.4极性反转型开关稳压电源
1.4.1电路结构(并联型)
1.4.2工作原理
(1)稳压过程
(2)储能过程和释放过程
(3)波形-与升压型差不多,简略
(4)无反馈时输出电压计算
结论:
对所得的结果进行分析
(5)光电耦合器的作用
1.4.3重要参数计算
1.5开关稳压电源中的控制、驱动和保护电路
1.5.1控制电路
1.5.2驱动电路
(1)对驱动信号波形的要求
(2)驱动电路的种类-讲解6个种类
1.5.3保护电路
(1)保护电路的要求
(2)保护电路的种类
延边大学教案
周次
第11周,第1次课
章节
名称
1.6开关稳压电源中的几个重要问题
1.7开关变压器的加工工艺及绝缘处理
授课
方式
多媒体
教 学
时 数
2
教学
目的
要求
教学目的和要求:
了解和掌握一次击穿和二次击穿、安全工作区、有源滤波器、功率开关变压器的工作状态、磁性材料、趋肤效应等
教学
重点
难点
教学重点:
安全工作区、有源滤波器、功率开关变压器的工作状态、磁性材料、趋肤效应等
教学难点:
有源滤波器、功率开关变压器的工作状态、趋肤效应
教学
方法
手段
教学方法:
教师的多媒体演示及讲解为主,结合提问为辅
教学基本内容、过程、学时分配;课堂讨论、练习、作业
备注
1.6开关稳压电源中的几个重要问题
1.6.1功率开关管的二次击穿问题
1、二次击穿现象
讲解一次击穿和二次击穿
2、一次与二次击穿的区别
3、安全工作区
选用功率管时应注意:
4、功率管芯的结构
1.6.2开关稳压电源中的整流和滤波问题-一次整流、二次整流、滤波电路(filter)
并讲解简单的有源滤波器―密勒效应
1.7开关变压器的加工工艺及绝缘处理
1.7.1功率开关变压器的工作状态(磁滞回线)
1.7.2磁性材料
1、磁性材料的作用
2、常用的磁芯:
铁氧体磁芯、坡莫合金或非晶态合金的特点介绍
1.7.3漏感和分布电容的计算(自学)
1.7.4趋肤效应(skineffect)-集肤效应
(1)穿透深度
(2)导线选择原则
延边大学教案
周次
第11周,第2次课
章节
名称
第2章单端式开关稳压电源的实际电路
2.1实际电路类型2.4单管它激式正激型直流变换器
授课
方式
多媒体
教 学
时 数
2
教学
目的
要求
教学目的和要求:
了解和掌握实际电路类型,单管它激式正激型直流变换器的原理图及工作过程分析
教学
重点
难点
教学重点:
单管它激式正激型直流变换器的原理图及工作过程分析
教学难点:
单管它激式正激型直流变换器的原理图及工作过程分析
教学
方法
手段
教学方法:
教师的多媒体演示及讲解为主,结合提问为辅
教学基本内容、过程、学时分配;课堂讨论、练习、作业
备注
第2章单端式开关稳压电源的实际电路
2.1实际电路类型
2.1.1按激励方式分:
(1)自激式单管直流变换器
(2)它激式单管直流变换器(3)自激式双管直流变换器(4)它激式双管直流变换器(5)它激式全桥型直流变换器
2.1.2按开关变压器的极性分
1、单管正激式直流变换器结构及特点
2、单管反激式直流变换器(带变压器)结构及特点
2.1.3按功率开关的种类划分
2.3单管自激式反激型直流变换器(选讲)
2.4单管它激式正激型直流变换器(有变压器)
1、框图
2、原理图及工作过程分析
(1)开关导通期间(传送能量过程)
(2)开关截止期间(不传送能量)
(3)稳压过程
(4)输出电压计算-无反馈时输出电压及有反馈时输出电压
(5)各元件的功能
延边大学教案
周次
第12周,第1次课
章节
名称
2.5单管它激式反激型直流变换器电路
授课
方式
多媒体
教 学
时 数
2
教学
目的
要求
教学目的和要求:
了解和掌握基本电路形式、用KA3842构成的实际电路形式,包括储能过程、释放过程、稳压过程、输出电压计算等
教学
重点
难点
教学重点:
用KA3842构成的实际电路形式,包括储能过程、释放过程、稳压过程、输出电压计算。
教学难点:
用KA3842构成的实际电路的储能、释放、稳压及输出电压计算。
教学
方法
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