开关电源技术
开关电源的工作原理及技术趋势
开关电源的工作原理及技术趋势开关电源是一种电能转换装置，它将功率电子器件（如开关管）工作在开关状态下，通过电子开关的控制，将输入电源的电能转换为所需的输出电能。
开关电源的工作原理及技术趋势如下：1. 工作原理：开关电源主要由输入端（输入电源和输入滤波器）、控制电路、功率器件（开关管）、输出变压器、输出滤波电路和反馈电路等部分组成。
工作过程如下：当输入电源通电时，输入滤波器将电源的交流电转换为稳定的直流电。
然后，控制电路控制开关管工作在开关状态下，通过控制开关管的导通和断开，将输入电源的直流电按一定频率进行开关操作。
开关管导通时，输入电源的直流电被输入到输出变压器，通过变压器的变压作用，将输入电压调整到所需的输出电压。
当开关管断开时，输入电源的直流电被关闭，通过变压器的变压作用，将变压器的能量传递给输出滤波电路，得到稳定的输出电压。
输出电压经过反馈电路与控制电路相连接，实现对输出电压的稳定控制。
2. 技术趋势：（1）高效率：随着人们对能源的节约要求越来越高，开关电源不断追求更高的能源转换效率。
高效率能够减少功耗和热量产生，降低能源浪费。
（2）小型化：开关电源的体积越小越便于携带和集成。
随着现代电子产品尺寸的减小，开关电源要求更小巧的尺寸以适应产品设计。
（3）轻量化：开关电源的重量越低越有利于产品的携带和移动性。
减轻开关电源的重量可以带来更高的便携性和用户体验。
（4）可靠性：开关电源的可靠性是保障设备正常工作的重要因素。
随着电子产品的使用要求日益严格，开关电源的可靠性要求也日益增强。
（5）环保性：环境保护意识的增强，使得开关电源要求具备低噪声、低辐射等特性，减少电磁污染对周围环境和人体的影响。
（6）智能化：随着信息技术的不断发展，开关电源要求智能化、数字化。
通过微处理器、集成电路和专用芯片等技术，实现对开关电源的智能控制和状态监测。
随着科技的不断进步和社会对电力需求的日益增长，开关电源的工作原理和技术趋势将不断演进。
开关电源技术与设计pdf
开关电源技术与设计pdf开关电源技术与设计一直是电子工程师需要掌握的核心技术之一。
在电源电子学中，开关电源是一种将直流电变成所需电压的电路，广泛应用于计算机、通信、工业控制、家用电器等领域。
本文将对开关电源技术与设计进行简要介绍。
一、开关电源技术简介开关电源技术是利用开关管的导通和截止来改变电路的导通状态，通过变换电路元器件的电容、电感和电阻等特性来实现所需电流与电压变化的电路技术。
开关电源技术的最大特点是具有高效率、小体积、高可靠性和灵活性等优势。
二、开关电源设计要点1.开关管的选择：开关管是开关电源设计的核心元器件，选择适合的开关管能够使开关电源的效率和可靠性得到保证。
同时需要充分考虑开关管的耐压、导通电阻和开关速度等因素。
2.输出滤波电路：开关电源输出会产生噪声和干扰信号，需要通过输出滤波电路来减小这些干扰。
常见的输出滤波电路包括低通滤波器和Pi 型滤波器。
3.稳压控制电路：开关电源需要稳定的电压输出，需要通过稳压控制电路来实现。
常见的稳压控制电路包括线性稳压器和开关稳压器。
4.过流过压保护电路：在电路工作过程中，可能会出现过流或过压现象，需要具备相应的保护电路来避免由此带来的危险。
常见的过流过压保护电路包括电流保护器和限流电路。
5.开关电源的散热设计：由于开关电源功率密度较高，会产生大量的热量，需要通过散热设计来保证电路正常运行。
常见的散热设计包括散热器的选择和散热片的设计。
三、开关电源常见故障及排除方法1.输出电压不稳定：可以检查稳压控制电路是否正常，输出滤波电路是否失效。
2.开关管损坏：检查开关管的选型是否合适，开关管的驱动电路是否正常。
3.电路启动不正常：可以检查开关管是否导通，控制电路是否启动。
四、开关电源的未来发展趋势随着新能源、智能家居、工业自动化等领域的不断拓展，开关电源将会以更高效、更小型、更智能的形式得到广泛应用。
在新材料、新工艺的技术驱动下，开关电源的未来发展趋势将会更加多样化和创新化。
开关电源设计(精通型)
开关电源设计（精通型）一、开关电源基本原理及分类1. 基本原理开关电源的工作原理是通过控制开关器件的导通与关断，实现电能的高效转换。
它主要由输入整流滤波电路、开关变压器、输出整流滤波电路和控制电路组成。
在开关电源中，开关器件将输入的交流电压转换为高频脉冲电压，通过开关变压器实现电压的升降，经过输出整流滤波电路，得到稳定的直流电压。
2. 分类（1）PWM（脉冲宽度调制）型开关电源：通过调节脉冲宽度来控制输出电压，具有高效、高精度等特点。
（2）PFM（脉冲频率调制）型开关电源：通过调节脉冲频率来控制输出电压，适用于负载变化较大的场合。
二、开关电源关键技术与设计要点1. 高频变压器设计（1）选用合适的磁芯材料，保证变压器在高频工作时的磁通密度不超过饱和磁通密度。
（2）合理设计变压器的绕组匝数比，以满足输出电压和电流的要求。
（3）考虑变压器损耗，包括铜损、铁损和杂散损耗，确保变压器具有较高的效率。
2. 开关器件的选择与应用（1）开关频率：根据开关电源的设计要求，选择合适的开关频率。
（2）电压和电流等级：确保开关器件能承受最大电压和电流。
（3）功率损耗：选择低损耗的开关器件，提高开关电源的效率。
（4）驱动方式：根据开关器件的特点，选择合适的驱动电路。
3. 控制电路设计（1）稳定性：确保控制电路在各种工况下都能稳定工作。
（2）精度：提高控制电路的采样精度，降低输出电压的波动。
（3）保护功能：设置过压、过流、短路等保护功能，提高开关电源的可靠性。
三、开关电源设计实例分析1. 确定设计指标输入电压：AC 85265V输出电压：DC 24V输出电流：4.17A效率：≥90%2. 高频变压器设计选用EE型磁芯，计算磁芯尺寸、绕组匝数和线径。
3. 开关器件选择根据设计指标，选择一款适合的MOSFET作为开关器件。
4. 控制电路设计采用UC3842作为控制芯片，设计控制电路，实现开关电源的稳压输出。
5. 实验验证搭建实验平台，对设计的开关电源进行测试，验证其性能指标是否符合要求。
电源电路设计与开关电源技术
工业自动化领域开关电源解决方案
高可靠性工业自动化电源
针对工业自动化领域对电源高可靠性的要求，采用高品质 的开关电源元器件和先进的电路设计，提高电源的稳定性 和可靠性。
强大的抗干扰能力
针对工业自动化现场复杂的电磁环境，设计具有强大抗干 扰能力的开关电源，确保设备在恶劣环境下也能稳定工作 。
灵活可扩展的电源解决方案
温度监测和过热保护电路设计
温度监测
通过热敏电阻等温度传感器实时监测电路温度，将温度变化转换为电信号进行 处理。
过热保护
当监测到电路温度超过安全范围时，过热保护电路会启动，切断输出或降低功 率，防止设备过热损坏。
短路保护和自恢复功能实现
短路保护
在电路中设置短路检测电路，一旦检测 到短路故障，立即切断输出，避免短路 电流对设备造成损坏。
散热方式选择
根据功率、效率、体积等要求选择合适的散热方式，如自然冷却 、强制风冷、液冷等。
散热器设计
选择合适的散热器材料和尺寸，以满足散热要求；优化散热器的结 构和布局，提高散热效率。
散热方案实施
将散热器与开关电源电路紧密结合，确保热量能够及时传递；注意 散热器与其他元器件之间的绝缘和安装问题。
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应用范围
线性稳压电源适用于对电源精度要求 较高、负载变化较小的场合，如精密 仪器、模拟电路等。
开关稳压电源优势与局限性
优势
开关稳压电源通过控制开关管的导通 与截止，实现对输出电压的调节。它 具有效率高、体积小、重量轻等优点 ，适用于大功率、大电流的场合。
局限性
开关稳压电源的输出纹波较大，对负 载的变化较为敏感，且需要较为复杂 的控制电路。
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PWM调制原理
开关电源技术与典型应用
开关电源技术与典型应用
开关电源技术是一种通过开关元件（如晶体管或MOSFET）
周期性地开关来实现能量转换的技术。
它主要使用高频开关来实现电源的高效率转换，使电能以低电压、高电流的形式供应给负载。
典型的应用包括：
1. 计算机和服务器电源：开关电源可以提供高效率的直流电压给计算机和服务器，使其能够正常运行。
同时，开关电源的小体积和低噪声特性也符合计算机和服务器的需求。
2. 通信设备电源：开关电源可为通信设备提供稳定的电源，使其能够正常通信。
在移动通信设备如手机和无线路由器中，开关电源的小尺寸和高效率对于延长电池寿命非常重要。
3. 工业设备电源：开关电源广泛应用于工业自动化领域，如机床、电焊机、工业机器人等。
开关电源具有高效率和可靠性，能够满足工业设备对电源的高要求。
4. LED照明电源：开关电源可驱动LED照明设备，通过调整
开关频率和占空比来控制LED的亮度。
开关电源还可以提供
高功率因素校正和电流稳定性，提高LED照明的效果和寿命。
5. 高速电源：开关电源可用于提供高速开关的电源，如高速列车、高速电梯等。
开关电源可以快速响应负载变化，提供稳定的电源给要求高速响应的设备。
总的来说，开关电源技术的优点包括高效率、小尺寸、低噪声，适用于各种不同的应用领域。
开关电源培训资料
03
开关电源电路分析和常见故障排 查
开关电源电路分析
电路组成
开关电源电路通常由输入滤波电路、整流电路、功率因数校正电路、逆变电路、输出整流 滤波电路等部分组成。对于不同的应用需求和设计目标，电路的组成可能会有所变化。
工作原理
开关电源通过高频开关管的开关动作，将直流电压变换为高频脉冲电压，再经过变压器、 整流滤波等元件实现电压的变换和输出。其工作效率高、体积小、重量轻等特点使其在电 子设备中得到广泛应用。
控制策略
开关电源的控制策略常见的有PWM（脉冲宽度调制）和PFM（脉冲频率调制）等。控制 策略的选择会影响到电源的效率、稳定性、响应速度等性能。
常见故障排查
无输出或输出电压低：可能 的原因包括输入电压过低、 开关管故障、变压器故障、 整流滤波电路故障等。排查 方法包括检查输入电压、测 量开关管驱动波形、检查变 压器及整流滤波元件等。
• 家用电器
开关电源也广泛应用于各种家用 电器中，如电视机、音响等。
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开关电源主要技术和设计要点
开关电源主要技术
脉宽调制技术
脉宽调制技术是开关电源中最常 用的技术，通过调节开关管的导 通时间来控制输出电压。具有响
应速度快、输出稳定等特点。
谐振变换技术
谐振变换技术利用谐振元件的特 性进行能量转换，具有高效率和 高功率密度的优势。在开关电源 中常用于高压、大功率应用场合
防水防潮
保持开关电源工作环境干 燥，避免长时间暴露在潮 湿环境中。潮湿可能导致 电气短路、绝缘性能下降 等问题。
THANKS
感谢观看
能和寿命。
维护方法
清洁散热系统
定期清理开关电源散热系 统中的灰尘和杂物，保持 散热良好。可以使用吸尘 器、压缩空气或软刷等工 具进行清洁。
《开关电源技术》PPT课件
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图5-2 硬开关电路及波形
a）电路图 b）理想化波形
（显示放大图）
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5－31.2 零电压开关与零电流开关
❖ 零电压开通和零电流关断要靠电路中的谐振来实现。
❖ 零电压关断：与开关并联的电容能使开关关断后电 压上升延缓，从而降低关断损耗，有时称这种关断 过程为零电压关断。
❖ 软开关： – 在电路中增加了小电感、电容等谐振元件，在开关过程前后 引入谐振，使开关条件得以改善。 – 降低开关损耗和开关噪声。 – 软开关有时也被成为谐振开关。
❖ 工作原理： – 软开关电路中S关断后Lr与Cr间发生谐振，电路中电压和电流 的波形类似于正弦半波。谐振减缓了开关过程中电压、电流 的变化，而且使S两端的电压在其开通前就降为零。
a）基本开关单元 b）降压斩波器中的基本开关单元
c）升压斩波器中的基本开关单元 d）升降压斩波器中的基 本开关单元
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5－3.2 软开关电路的分类
1． 准谐振电路 ❖ 准谐振电路中电压或电流的波形为正弦半波，因此称之为准谐振。 ❖ 为最早出现的软开关电路，可以分为：
– 零电压开关准谐振电路(Zero-Voltage-Switching Quasi-Resonant Converter—ZVS QRC）；
– 零电压开关多谐振电路(Zero-Voltage-Switching Multi-Resonant Converter—ZVS MRC）；
– 用于逆变器的谐振直流环节(Resonant DC Link）。
特点：
– 谐振电压峰值很高，要求器件耐压必须提高；
开关电源培训资料
开关电源培训资料开关电源培训资料【第一篇】开关电源是一种常见的电源供应器件，被广泛用于各种电子装置中。
它具有高效率、小体积和轻量化的特点，因此在现代电子设备中得到了广泛的应用。
本篇文章将介绍开关电源的基本工作原理和一些常用的开关电源类型。
1. 基本工作原理开关电源的基本工作原理是利用开关管实现电源输入电压的高效率转换。
通常，开关电源有以下几个基本组成部分：(1) 输入滤波电路：用来对输入电压进行滤波，防止高频噪声对电源的影响。
(2) 整流电路：将交流电源输入转换为直流电压。
(3) 稳压调整电路：对直流电压进行稳压调整，以确保输出电压的稳定性。
(4) 开关转换电路：通过开关和控制电路实现输入电压的高效率转换。
(5) 输出滤波电路：对开关电源输出电压进行滤波处理，提供干净稳定的输出电压。
2. 常用的开关电源类型根据不同的应用需求和输出功率的大小，开关电源可分为多种类型。
以下是一些常见的开关电源类型：(1) 开环开关电源：这种类型的开关电源不具备反馈控制回路，输出电压不稳定且容易受到输入电压变化的影响。
它适用于一些对电源质量要求较低的应用场景。
(2) 闭环开关电源：闭环开关电源通过反馈控制回路对输出电压进行稳定控制，能够有效地抑制输入电压的波动对输出电压的影响。
它适用于对电源质量要求较高的应用场景。
(3) 开关电源的调整方式：开关电源的输出电压可以通过直接改变变压器的变比或通过在控制回路中加入调整电路来实现。
前者适用于输出电压变化范围较大的场景，后者适用于输出电压变化范围较小的场景。
(4) 开关电源的拓扑结构：开关电源的拓扑结构有很多种，如反激式、降压式、升压式、反激降压式等。
不同的拓扑结构适用于不同的输出功率和电源输入条件。
以上只是对开关电源的基本工作原理和一些常用类型的简要介绍，如果想深入了解开关电源的设计和应用，还需进一步学习相关领域的知识。
下一篇将继续介绍开关电源的设计方法和一些要注意的问题。
开关电源 软开关技术
通过减小电压和电流的突变，软开关技术可以有效降低电 磁干扰，提高电源的电磁兼容性。
减小开关损耗
软开关技术可以减小开关过程中的电压和电流变化率，从 而降低开关损耗。
提高电源效率
开关损耗的减小可以提高电源效率，使得电源在转换效率 上有更好的表现。
软开关技术的应用与发展
应用
软开关技术广泛应用于各种开关电源领域，如通信电源、电 力电子、电动汽车等。通过采用软开关技术，可以提高电源 的性能和可靠性，满足各种高效率、高功率密度的应用需求 。
功率波形
分析软开关技术中功率波 形的变化规律，研究功率 波形与电路参数之间的关 系。
04 软开关技术的优势与挑战
软开关技术的优势
高效节能
软开关技术能够减少开 关损耗，提高电源效率，
从而降低能源消耗。
降低噪声
软开关技术可以降低电 源产生的电磁干扰和噪 声，提高电源的电磁兼
容性。
延长寿命
软开关技术能够减少开 关器件的应力，降低其 温度，从而延长其使用
脉冲频率调制（PFM）
通过调节脉冲频率，控制开关管导通和截止时间，实现电压和电流 的软切换。
混合调制
结合PWM和PFM的优点，通过优化控制方式，提高软开关技术的 性能。
软开关技术的波形分析
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电压波形
分析软开关技术中电压波 形的变化规律，研究电压 波形与电路参数之间的关 系。
电流波形
分析软开关技术中电流波 形的变化规律，研究电流 波形与电路参数之间的关 系。
特点
高效节能、体积小、重量轻、可 靠性高、稳压范围宽等。
开关电源的应用与发展
应用
广泛应用于计算机、通信、家电、工 业控制等领域。
开关电源技术与典型应用
开关电源技术与典型应用引言：在现代电子设备中，电源是一个关键的部分，为各种电子器件和系统提供稳定、可靠的电能。
随着科技的发展，传统的线性电源逐渐被开关电源（Switching Power Supply，简称SPS）取代。
开关电源技术通过开关管的开关动作，将输入电源的直流电压转换为高频脉冲或方波信号，然后再通过滤波和稳压电路进行处理，最终得到所需的稳定输出电压。
一、开关电源的基本工作原理开关电源通常由四个主要部分组成：输入滤波电路、整流电路、能量存储元件和输出稳压电路。
其基本工作原理如下：1.输入滤波电路：用于对输入电源进行滤波和去噪声处理，以确保输出端产生稳定的直流电。
2.整流电路：将滤波后的输入电流转换为脉冲信号，常用的有单相桥式整流电路和三相桥式整流电路。
3.能量存储元件：由电感和电容构成，电感负责储存能量，电容用于平滑输出电压。
4.输出稳压电路：用于对脉冲信号进行滤波和调整，使输出电压稳定在所需的数值范围内。
二、开关电源的优势与特点相比传统的线性电源，开关电源具有以下优势和特点：1.高效率：通过高频开关动作，减小了开关管导通时的功率损耗，从而提高了电能的利用率，一般可达到80%以上。
2.小体积：由于高效率的设计，开关电源的散热量少，可以采用小体积的组件，适用于高密度集成电路或便携式设备。
3.宽输入电压范围：开关电源具备较宽的输入电压范围，可以适应不同地区的电源标准或不同负载条件。
4.输出稳定性好：通过闭环控制和反馈电路，开关电源可以实现较小的输出电压波动和较高的稳定性，适应各种工作环境。
5.工作频率高：开关电源的工作频率通常在10kHz至1MHz之间，相比线性电源的50Hz或60Hz频率，能有效减小开关电源的尺寸和重量。
三、开关电源的典型应用开关电源技术在现代电子设备中得到了广泛的应用，以下是一些典型的应用领域：1.电子计算机与通信设备：在计算机主机、服务器、网络交换机等设备中，开关电源能够提供高效、稳定的电能供应，满足大功率、高密度的需求。
开关电源通用技术规范要求
开关电源通用技术规范要求开关电源是一种将交流电转化为直流电的供电设备，广泛应用于各个行业和领域。
为了保证开关电源的安全和可靠性，有必要制定一些通用的技术规范要求。
以下是一些常见的规范要求。
首先，开关电源应符合国家相关的安全标准和规定。
例如，在中国，开关电源必须符合国家强制性产品认证（CCC认证）的要求，以确保产品的安全性。
其次，开关电源应具有良好的电气性能。
包括输入和输出电压的稳定性、纹波和噪声水平、效率等。
输入电压的稳定性要求开关电源能够适应输入电压的波动范围，并能够保持输出电压的稳定。
纹波和噪声是指电源输出电压中的交流成分和附加杂散分量，应控制在一定的范围内以避免对负载设备的干扰。
效率是指电源转换输入和转换输出之间的能量转换效率，应尽可能提高，以减少能源的浪费。
第三，开关电源应具有适当的保护功能。
例如，过电流保护、过压保护、短路保护等。
过电流保护是指当电源输出电流超过额定值时，电源应自动切断输出以避免损坏。
过压保护是指当电源输出电压超过额定值时，电源应自动切断输出，以防止对负载设备的损坏。
短路保护是指当电源输出端出现短路时，电源应自动切断输出以防止过大的电流流过负载。
第四，开关电源应具有一定的环境适应能力。
包括工作温度范围、工作湿度范围等。
开关电源的工作温度范围应能适应不同环境下的温度条件。
工作湿度范围是指电源可以正常工作的湿度范围，应能适应不同湿度环境下的工作。
第五，开关电源应具有合理的外观和机械设计。
外观设计应美观、大方，机械结构应牢固可靠，方便安装和维修。
最后，开关电源应具有合理的价格和可靠的售后服务。
价格应合理，以满足市场需求。
售后服务包括产品质保期、维修周期等，以提供全面的支持和保障。
总之，以上是关于开关电源通用技术规范要求的一些基本内容。
不同领域和行业可能会有一些特殊的要求，但以上规范要求是开关电源设计和生产过程中需要考虑的基本方面。
通过制定和遵守这些规范，可以保证开关电源的安全性和可靠性，满足用户的需求。
开关电源技术发展综述
开关电源技术发展综述引言开关电源技术作为一种高效、稳定的电源供应方案，在现代电子设备中得到广泛应用。
本文将全面、详细、完整地探讨开关电源技术的发展历程、现状和未来趋势。
开关电源的基本原理开关电源是通过周期性开关和断开来实现电源输出的一种电源供应方式。
其基本原理是利用开关管的导通和截止，控制输入电源与负载之间的有效连接和断开。
开关电源的发展历程1.第一代开关电源：早期的开关电源技术主要采用线性稳压方式，效率低下，体积庞大。
2.第二代开关电源：20世纪70年代，随着微电子技术的进步，开关电源逐渐发展为直流-直流转换器（DC-DC Converter），提高了效率和功率密度。
3.第三代开关电源：21世纪初，高频开关电源得到快速发展，采用谐振技术、软开关等新技术，进一步提高了效率和可靠性。
4.当前开关电源技术：当前，开关电源技术已广泛应用于电子设备、通信设备、工业控制等领域，并在功率密度、效率和可靠性方面实现了显著的进步。
开关电源技术的应用领域1.电子设备：开关电源广泛应用于计算机、手机、平板电脑等消费电子产品的电源模块中，提供稳定、高效的电源供应。
2.通信设备：移动通信基站、通信交换设备等通信设备对电源稳定性和效率要求高，开关电源成为首选。
3.工业控制：工业设备对电源的要求较高，开关电源可以提供稳定的电源输出，并具有较强的抗干扰能力。
4.其他领域：医疗设备、航空航天、车载设备等领域也都广泛应用了开关电源技术。
开关电源技术的优势和挑战优势1.高效率：开关电源相比线性稳压方式，具有更高的能量转换效率，减少能源浪费。
2.小体积：开关电源可以实现更小的体积和重量，有利于提高设备的便携性和集成度。
3.稳定性好：开关电源能够提供稳定的输出电压和电流，对电源波动和负载变化具有较强的适应性。
4.可靠性高：现代开关电源技术采用先进的保护电路和故障检测机制，提高了系统的可靠性和稳定性。
挑战1.电磁干扰：开关电源在切换过程中产生较大的电磁干扰，需要采取措施进行抑制，以免影响设备的正常工作。
开关电源入门必读开关电源工作原理超详细解析
开关电源入门必读开关电源工作原理超详细解析开关电源是电源技术中常见的一种类型，它的工作原理相对较复杂。
本文将详细解析开关电源的工作原理，帮助读者快速入门。
开关电源的基本工作原理是将交流电源转换为高频脉冲电源，再经过变压、整流和滤波等步骤，最终获得所需的直流电压输出。
下面将分为几个方面详细解析开关电源的工作原理。
一、开关电源的基本组成部分开关电源包括输入端、控制电路、开关元件、变压器、整流滤波电路和输出端等组成部分。
1.输入端：接收外部交流电源输入，并经过保险丝和滤波电路等进行初步处理。
2.控制电路：负责控制开关元件的开关行为，控制电路由集成电路、电感和电容等组成。
3.开关元件：由开关管和二极管组成，承担着将交流信号转换为脉冲信号的关键任务。
4.变压器：通过变换输入电压和电流的比值，实现电压和电流的变换。
5.整流滤波电路：包括整流电路和滤波电路。
整流电路将脉冲电流转化为直流电流，滤波电路将直流电流进行进一步平滑处理。
6.输出端：将经过整流滤波处理后的直流电压输出给负载。
二、开关电源的工作原理开关电源的工作原理主要分为以下几个步骤：1.输入端处理：输入端首先通过保险丝保护电路，然后通过滤波电路对输入信号进行初步处理，去除杂质和干扰。
2.控制电路：控制电路根据输入端的信号控制开关元件的开关行为。
当开关元件关闭时，电源工作在储能状态，当开关元件开启时，电源进入释放能量状态。
3.开关元件：开关元件由开关管和二极管组成。
当开关管导通时，电源中的输入电流和能量通过变压器传递给负载，当开关管关断时，电源中的储能电流和能量通过二极管回流到输入端。
4.变压器：变压器将输入电压和电流进行变换，通过磁性耦合实现输出端所需的电压和电流。
5.整流滤波电路：整流电路将经过变压器变换后的输出信号转化为直流电压，滤波电路将直流电压进行平滑处理，去除残余脉冲和噪声。
6.输出端：经过整流滤波电路处理后的直流电压输出给负载，从而实现电源对负载的供电支持。
开关电源简介介绍
• 开关电源的工作原理可以分为三个部分：输入整流滤波、开关变换和输出整流滤波。首先，输入电源经过整流滤波得到平 滑的直流电压。然后，通过开关管的开关控制，将直流电压转换成高频脉冲电压。最后，经过输出整流滤波，得到所需的 稳定直流电压。开关电源的核心部分是开关变换器，它采用高频开关技术，实现电压的转换和控制。
开关电源的应用领域
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通信设备：开关电源为 通信设备提供稳定可靠 的直流电源，确保设备 的正常运行。
计算机设备：计算机内 部的各个部件都需要稳 定的电源供应，开关电 源为计算机提供高效、 稳定的电压转换。
家用电器：如家电、音 响等设备中，开关电源 实现电压转换，满足设 备的工作需求。
CHAPTER 04
开关电源的发展趋势与挑战
开关电源的发展趋势与挑战
• 开关电源是一种利用现代电力电子技术控制的电源，具有高 效率、小型化、轻量化等优点，被广泛应用于各种电子设备 中。随着科技的不断发展，开关电源也在不断发展和完善。 本文将重点介绍开关电源的发展趋势与挑战。
THANKS FOR WATCHING
工业自动化设备：在工 业自动化领域，开关电 源为各种传感器、执行 器等提供稳定的电源支 持。
总之，开关电源作为一 种重要的电压转换设备 ，在各个领域都发挥着 重要作用。随着科技的 不断发展，开关电源的 性能将不断提升，应用 领域也将更加广泛。
CHAPTER 02
开关电源的类型及特点
开关电源的类型及特点
• 开关电源是一种利用现代电力电子技术，通过控制开关管开 通和关断的时间和比率，维持稳定输出电压的一种电源。具 有体积小、重量轻、效率高、发热量低等优点，广泛应用于 各种电子设备中。
开关电源的原理与设计
开关电源的原理与设计开关电源是一种高效、稳定并且广泛应用于各种电子设备中的电源供应方式。
本文将探讨开关电源的原理与设计方法，帮助读者理解和应用开关电源技术。
一、开关电源的原理开关电源的工作原理主要基于开关器件（如晶体管或MOSFET）、变压器和滤波电路。
其基本原理如下：1. 输入电压通过整流桥变成直流电压，然后经过输入滤波电路去除大部分的纹波。
2. 直流电压通过PWM（脉宽调制）技术控制开关器件，使其周期性地开关。
3. 开关器件的快速开关与关断导致电压和电流的变化，并通过变压器传导到输出端。
4. 输出电压经过输出滤波电路去除纹波，然后供应给负载。
二、开关电源的设计要素1. 选定开关器件：合适的开关器件应具备低导通电阻、快速开关速度和高耐受电压等特点。
2. 设计变压器：变压器的设计应根据输入输出电压比例、功率需求和开关频率来选择合适的磁芯和线圈参数。
3. 输出滤波：合理设计输出滤波电路以减小输出纹波，采用合适的电容和电感来实现滤波效果。
4. 转换控制电路：PWM技术常用于控制开关器件的开关频率和占空比，需要设计合适的控制电路来实现转换。
三、开关电源的设计步骤1. 确定功率需求：根据需求确定开关电源的输出功率和电压范围。
2. 选择开关器件：根据功率需求选择适合的开关器件，考虑其导通电阻、开关速度和电压容忍度等。
3. 设计变压器：根据输入输出电压比例和功率需求设计变压器的磁芯和线圈参数。
4. 设计滤波电路：根据输出电压的纹波要求确定输出滤波电路的参数，包括电容和电感等。
5. 设计转换控制电路：选择合适的PWM控制芯片或设计自己的控制电路，实现开关器件的控制。
四、开关电源的优点1. 高效性：相比线性电源，开关电源的转换效率更高，能够节省能源并减少功耗。
2. 稳定性：开关电源具有更好的稳定性和调节性能，能够在不同负载条件下保持输出电压的稳定。
3. 体积小巧：开关电源采用高频开关器件和储能元件，使得电源尺寸更小、重量更轻。
第六讲：开关电源新技术
第六讲：开关电源新技术这里所说的新技术，是指最近20年内发展起来的技术内容，涉及开关电源的效率、动态响应、功率因数等概念。
1．1、软开关技术开关管的损耗一直是开关变换器设计中的一个核心问题。
要减小开关电源的体积，降低输出电压纹波，提高开关频率是最直接有效的方法，但开关管的损耗正是限制开关频率提高的最大原因，开关管在导通或关断状态下的损耗（称为通态损耗和断态损耗）是比较小的，但在导通和关断动作过程中的损耗（称为导通损耗和关断损耗，即开关损耗）非常大，因为在这时开关管要同时承受高电压和大电流。
开关频率越高，开关损耗就越严重。
要降低开关损耗就必须从控制开关管的开关过程着手，使开关管上不能同时出现高电压和大电流。
传统的缓冲器（Snubber）电路（常用的电路，主要是保证开关管安全工作），能减小一些开关损耗，但程度非常有限而且又引入了缓冲电路的损耗。
给出一个典型的缓冲电路的形式（图3），图中虚线框内部分为缓冲器电路。
谐振（Resonant）的方法是能够大幅度降低开关损耗的方法。
谐振概念的产生比较早，广泛用于机械工业的中频感应加热炉其实就是一个利用负载产生谐振的例子。
但谐振的方法用于直流变换器则是在上世纪80年代才有较大的发展，首先建立起了零电压开关ZVS （Zero Voltage Switch）和零电流开关ZCS（Zero Current Switch）的概念，其基本思路是使开关管的电压或电流与外部谐振回路产生谐振，从而使开关管可以在零电压状态导通或是在零电流状态下关断。
这种方法的困难在于保证开关管的零压或零流条件（不同输电压和不同负载条件入），为解决这一问题发展了准谐振变换器QRC（Quasi Resonant Converter）的技术，也有ZVS-QRC和ZCS-QRC两类。
谐振方式的变换器最突出的优点就是极大地降低了开关损耗，使变换器的工作频率提高到了MHz量级的水平，适合在一些对体积和重量要求极为严格的场合（比如飞行器）中使用。
开关电源软开关技术
§5.1 软开关旳基本概念 §5.2 软开关电路旳分类 §5.3 经典旳软开关电路
1
引言
➢ 开关电源旳发展趋势 ☼ 小型化、轻量化，对效率和电磁兼容性也有很高要求。
➢ 电力电子装置高频化 ☼ 减小滤波器、变压器旳体积和重量，电力电子装置小 型化、轻量化。 ☼ 开关损耗增长，电路效率严重下降，电磁干扰增大。
关承受旳电压明显降低，电路能够采用开关频率固定旳
PWM控制方式。
Cr
S1
L
S
Lr
VD
Lr
L
S
S1
VD
Cr
a) 零电压开关PWM电路旳基本 b) 零电流开关PWM电路旳基 12
开关单元
本开关单元
5.2.3 零转换PWM电路
采用辅助开关控制谐振旳开始时刻，谐振电路与主开关并联。
零转换PWM电路可分为零电压转换PWM电路（ZVT PWM） 和零电流转换PWM电路（ZCT PWM）。
零电流开关准谐振电路 （Zero-Current-Switching
Lr
L
S
Cr
VD
Quasi-Resonant Converter—ZCS QRC）
b) 零电流开关准谐振电路旳基本开关单元
Cr1
零电压开关多谐振电路
Lr
L
（Zero-Voltage-Switch Multi-Redonant Converter—
零电压开通 开关开通前其两端电压为零,开通时不会产生损耗和 噪声。
零电流关断 开关关断前电流为零,关断时不会产生损耗和噪声。
一般简称零电压开关和零电流开关。零电压开通和 零电流关断主要依托电路中旳谐振来实现。
零电压关断 开关并联旳电容能延缓开关关断后电压上升旳速度， 降低开关损耗。
开关电源的基本控制原理
开关电源的基本控制原理开关电源是一种将直流电转换为交流电的电源装置。
其基本控制原理是通过开关管（晶体管或功率MOS管等）的开关动作，控制输入电源电压的连续开闭，以达到输出电压的变化。
1.输入电压整流与滤波：开关电源通常使用交流输入电源，首先需要使用整流电路将交流电转换为直流电。
整流电路可以采用二极管桥式整流电路，将交流信号变为全波整流的直流电。
然后采用滤波电路对整流电压进行平滑，以消除残余的交流成分。
2.输入电压调整电路：开关电源还需要一种输入电压调节电路，用来改变输入电压的大小，以实现对输出电压的调节。
调节电路一般采用电位器、电阻、可调电压稳压器等元件组成，通过改变电路的电阻或给定的精确电压来调整输入电压的大小。
3.输入电流控制：开关电源中的输入电流通常由输入电源提供。
通过对电源输入电流进行控制，可以实现对输出电流的控制。
电流控制主要依靠反馈电路实现，通过对反馈信号进行放大、调节，以达到期望的输出电流。
4.正弦波PWM控制：开关电源的核心控制方式是采用脉宽调制（PWM）技术，通过调节开关元件的导通时间和关断时间来控制输出电压。
通常使用比较器比较输入信号和三角波信号，产生PWM信号。
PWM信号通过控制开关管的导通和关断，实现对输出电压的调节。
5.输出电压滤波：开关电源输出的是脉冲信号，需要通过滤波电路将其转变为平滑的直流电压。
滤波电路一般采用电感、电容等元件组成的低通滤波电路，将高频脉冲信号滤除，得到平稳的输出电压。
开关电源通过以上控制原理实现对输入电压、电流的调节和对输出电压的稳定控制。
其核心是PWM技术的应用，通过高频开关控制实现对输出电压的精确调节。
开关电源具有高效率、便携性和稳定性好的特点，广泛应用于计算机、通信设备、工业设备等领域。
开关电源的工作原理及技术趋势
开关电源的工作原理及技术趋势开关电源是一种将交流电转换成直流电的电力转换装置。
它通过开关元件（如晶体管或MOS管等）的开通与断开，控制输入电流的通断，从而实现电能的转换。
开关电源的基本工作原理是将交流电输入后，通过整流电路将交流电转换成直流电。
然后，通过控制开关元件的开通与断开，将直流电转换成一系列的短脉冲信号。
接着，通过滤波电路将短脉冲信号转换成平稳的直流电。
通过稳压电路对输出电压进行调整和稳定。
开关电源的技术趋势主要体现在以下几个方面：1.高频化：为了提高能量转换效率和减小电路体积，开关电源逐渐向高频方向发展。
高频化可以缩小电感和电容的尺寸，降低开关元件的开关损耗，并减小输出滤波器的体积。
2.数字化：随着数字电源控制技术的发展，开关电源逐渐向数字化方向靠拢。
数字控制可以实现精确的开关控制比例，并具有较高的稳定性和可编程性。
数字化还可实现远程控制和监测。
3.集成化：为了减小电路体积和提高工作效率，开关电源逐渐向集成化方向发展。
集成化可以将多个电路组件集成到一个芯片或模块中，从而减少电路元件的数量和连接线路的长度，提高电路的可靠性和稳定性。
4.节能环保：随着全球环保意识的增强，开关电源逐渐向节能环保的方向发展。
新型开关电源采用先进的能量管理技术和低功耗元件，以提高能量转换效率，并减少对环境的影响。
5.可靠性增强：开关电源在工业控制、通信、计算机等领域的应用越来越广泛。
提高开关电源的可靠性成为一个重要的技术趋势。
通过使用高可靠性的元件、设计合理的散热系统和增强的故障保护措施，可以提高开关电源的可靠性和稳定性。
开关电源的工作原理是通过开关元件的开通与断开，实现交流电到直流电的转换。
未来开关电源的技术趋势主要包括高频化、数字化、集成化、节能环保和可靠性增强。
这些趋势将为开关电源的应用提供更高效、可靠和环保的解决方案。
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DC input
隔离的 DC
降压电路
或者Boost output
2020/6/27
Buck变换器
4
离线式电源电路图 模块电源电路图1 模块电源电路图2
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5
3. 功率器件之一：MOS管
1. MOS管的等效电路 （输入输出电容 Cgs Cds，反并联二极管） 2. MOS管的三个工作区域条件 2. MOS管的参数：Rds（on），Vds Ids（与温度有关） 功率损耗
iL(f) iL(f) iLf
由前面的分析可以得到： Vin L fV0*D y*TsV L0 f *(1D y)*Ts
化简得到：
V0 V in
Dy
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稳态时，一个开关周期内输出滤波电容Cf的平均充电
与放电电流为零，故变换器输出电流I0就是iLf的平均值，
即
I0
ILfminILfmax 2
在t=Ts时，iLf达到最小值ILfmin。在Q截止期间，iLf
的减小量ΔiLf（-）= V L0 f *(TsTo)nV L0 f *(1Dy)*Ts
在t=Ts时，Q1又导通，开始下一个开关周期。
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3. Buck变换器的基本关系式
稳态工作时，电感电流iLf的波形为一个三角波，周 期性地在ILfmin到ILfmax的范围内变化。Q导通期间ILf的增长 量等于它在Q截止期间的减小量。即：
讨论电感电流连续时变换器的工作原理(稳态）：
分析之前作如下假设： （1） 所有有源器件Q和D导通和关断时间为零。导通 时电压为零，关断时漏电流为零。 （2） 在一个开关周期中，滤波电容电压，即输出电 压Vout，有很小纹波(电压），但可认为基本保持不变, 其值为Vo。 （3） 电感和电容均为无损耗的储能元件。
浮地的时候，比如Buck变换器或者双管正激变换器中的
MOS管，利用变压器进行耦合驱动。驱动变压器的作用：
1. 解决驱动MOS管浮地的问题；2. 减少干扰。
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9
4. 拓扑结构
1. 拓扑结构的类型：非隔离：Buck 、Boost和Buck-Boost； 隔离的： flyback、forward、half bridge、full bridge、 push-pull
在t=Ton时，iLf达到最大值ILfmax。在Q导通期间，iLf
的增长量ΔiLf（+）= Vin LfV0*TonVin LfV0*Dy*Ts
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(2) 模态2 [Ton—Ts] [对应于图 (b)]
在t=Ton时，Q1关断， iLf 通过二极管D1 继续流通。加 在Lf 上的电压为-V0， iLf线性减小。下降斜率为-Vo/Lf。
电阻R1和R3的作用是限流和抑制寄生振荡，一般 为10ohm到100ohm，R2是为关断时提供放电回路的；二 极管D1是加速MOS的关断。
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8
3) 耦合驱动（利用驱动变压器耦合驱动）
47 R1
V1
TX1
D1 Q2
IRF530
Q1
20k R2
当驱动信号和功率MOS管不共地或者MOS管的源极
2. 分析拓扑的工作原理（稳态分析）（CCM和DCM）：Buck、Boost 和 double forward 等。
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10
降压式变换器（Buck Converter）的介绍
1. Buck变换器的结构
Buck变换器的结 构如右图所示：
Q1 IRF530
48 V1
470u
L1
47 R2
D3 47 R1 V1
D4
D1
IRF530
Q1 20k R2
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7
2) 互补三极管驱动
当MOS管的功率很大 时，而PWM控制芯片输出 的PWM信号不足已驱动MOS
PWM
管时，加互补三极管来提 供较大的驱动电流来驱动 MOS管。
Vcc
Q3 R1
D1 R3 Q2
IRF530
Q1
20k R2
复习：开关电源的内容
一、 电源的重要性：
一切设备需要电源；设备的更新，电源也跟随更新 。
电源无法集成：
（1）电源的功率很大； （2）不同的设备需要不同的电源，包括电压、电流、功率密度、 体积、效率、EMI等等。 （3）变压器、电感、大的电解电容也无法集成。 （4）电源的功率大，损耗也很大，散热也是一个问题。
I0 I in
1 Dy
式中，I0和Ii分别为变换器输出电流和输入电流平均
值。通过D的电流平均值ID等于负载电流I0 。
通过Q的电流平均值IQ为：
IQ
Ii
I0
Dy 1Dy
*I0
通过Q和D的电流最大值与电感电流最大值相等。 Q和D分别截止时加在它们上的电压均为输出电压V0。
学习网址 21dianyuan dianyuan onsemi st ti
dzdiy
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反激式变换器 （Flyback Converter）的介绍
反激变换中变压器有两个绕组：原边绕组W1和 副边绕组W2，两绕组要紧密耦合。
反激式变换器的电路图如下图所示：
等 3. MOS管的驱动：三种驱动方法（MOS管属于电压型控制器件，GS之
间的电压来控制D、S之间的导通情况。） 4. MOS管的封装以及生产的公司
HAT2140的datasheet1 STD5NM50T4的datasheet
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6
B. MOS管的门极驱动电路： 1) 直接驱动
电阻R1的作用是限流和抑制 寄生振荡，一般为10ohm到 100ohm，R2是为关断时提供放电 回路的；稳压二极管D1和D2是保 护MOS管的门极和源极；二极管 D3是加速MOS的关断。
Boost变换器工作在不同模态的等效电路
470u L2
IRF530
36
47
C2 R3
V3
R4
Q2
12 Pulse(0 1 0 39.604n 39.604n 3.9604u 10u)
V4
470u L3
D2 D1N4148
C3 R5 36 V5
C2 R3
(a)
(b)
(c)
Boost变换器在连续模式和不连续模式的主要波 形
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(1) 模态1 [0—Ton] [对应于图 (a)]
在t=0时，Q1导通，Vin通过Q1 加到二极管D1 和输出滤 波电感Lf 、输出滤波电容Cf上以及给负载供电，因此续 流二极管D1截止，电源Vin对电感Lf充电，其电流iLf线性 上升，上升斜率为 (Vin-Vo)/Lf。
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21
升压式变换器（Boost Converter）的介绍
1. Boost 变换器的结构
Boost变换器的 结构如右图所 示：
470u L1
D1 D1N4148
IRF530
C1 R1
36
47
V1
R2
Q1
12 Pulse(0 1 0 39.604n 39.604n 3.9604u 10u)
*Ts
(2) 模态2 [Ton—Ts] [对应于图 (b)]
在t=Ton时，Q1关断， iLf 通过二极管D向输出侧流动， 继续流通。电源和电感Lf的储能向负载和电容Cf转移，给 Cf充电。此时加在Lf上的电压为Vin-V0，因为Vin<V0，故iLf 线性减小。
在t=Ts时，iLf达到最小值ILfmin。在Q截止期间，iLf 的减小量ΔiLf（-）= V 0L fV in *(T sT o)nV 0L fV in *(1D y)*T s
8. 功率因数校正（PFC）。
9.同步整流及其控制方法。
10. 用UC3842控制的反激电路的工作原理，每个元器件在电路中的作
用，每一部分电路的作用。
11. 规格说明书---IPS和Test Plan。
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2
二、 开关电源的内容 (技能和能力）
1. 学会分析电路工作原理。 2. 掌握调试电路的方法，明白每一步调试的作用。 3. 掌握测试电路的方法。 4. 学会如何分析电路故障和排除电路故障。 5. 熟悉电路中元件布局的一些简单规则。
D1 D1N4148 12 Pulse(0 1 0 39.604n 39.604n 3.9604u 10u) V2
C1 R1
MOS管；续流二极管（freewheel）D；滤波电感L；
滤波电容C；负载RL。
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11
2. Buck变换器的工作原理分析
Buck变换器存在两种导电模式，即连续导电模式CCM (Continuous Conduction Mode)和不连续导电模式DCM (Discontinuous Conduction Mode)。连续导电模式是 指在一个周期内电感电流是连续的（两种开关模态a和b)； 而不连续导电模式是指电感电流在一个周期内是断续的 也就是有一段时间电感电流为零(三种开关模态a、b 和 c)。
假定变换器的损耗为零，那么输出功率P0=V0*I0等于
输入功率Pin=Vin*Iin ，即
Ii I0
Dy
推导 ILfmax 和 ILfmin
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电感电流最大值和最小值分别为： 通过开关管Q和二极管D的平均电流为：
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实际电容有损耗，即具有等效串联电阻ESR，这时输出电 压脉动的计算公式为：
V2
MOS管；升压二极管（step-up）D；滤波电感L； 滤 波电容C；负载RL。