开关电源培训资料

交流或直流电流表
供电 电源 SW
A V
测试方法 • a、先如图布置好测试电路。 • b、给电源提供最低的输入电压并给电源带上最大的负载，这都是在测 试条件允许情况下的。 • c、读取交流或直流电流表的数值，此即为最大输入电流。
被 测 电 源
A
最大负载
24
2.2 启动冲击电流
指标定义：即为电源在输入开启的瞬间在输入线路上产生的最大瞬间电流。(由 EMI电路引起的μs级电流不在考虑之内) 测试条件 a、电源输出满载。 b、启动电流测试装置（或供电电源）的输入电压为电源工作电压上限值，但测 试装置的输入电压不应超过300Vac。 c、电源应区分为热态（电源已满载工作5分钟以上）与冷态（电源已停止工作10 分钟以上）。 测试方框图
5
1.3常用开关电源电路分类
1.3.1按稳压控制方式：
脉冲宽度调制方式(PWM)，脉冲频率调制方式(PFM)，混合调制 方式。
1.3.2按变压器激励方式分： 反激式、正激式 1.3.3按开关器件与负载电路的连接方式：
串联式开关电源 并联式开关电源 变压器耦合开关电源（常用）
6
1.3.1按稳压控制方式分类
图二
9
1.3.3 按开关管与负载的连接方式分
1.3.3.1串联调整型开关电源
Ui
原理框图
10
1.3.3.1串联式开关电源的工作原理
下图是串联式开关电源的最简工作原理图。Ui是开关电源的工作
电压，通过控制开关K不停地“接通”和“关断”在负载两端就可 以得到一个脉冲调制的输出电压Uo 。
下式中Ton为控制开关K接通的时间，T为控制开关K的工作周期。
7
1.3.1PWM和PFM波形比较
8
1.3.2 按变压器激励方式分
1. 反激式
凡是在开关管截止期间向负载提 供能量的统称反激变换器。主要应用
于小功率电源（100W以下）变压器主要 作用为电压变换和储能。
2. 正激式
用于中大功率电源（500W）左右， 变压器作为电压变换，输出有一个 储能电感，开关管导通时,释放能量。
间Ton，由此可求得串联式开关电源输出电压Uo的平均 值Ua为：
12
1.3.3.1串联式开关电源特点
串联型开关电源具有带负载能力较强、开关管和续流二极管 所承受的峰值电压较低电路结构简单，工作效率很高，因此 其在输出功率控制方面应用很广。串联式开关电源的缺点是
输入与输出共用一个地，容易产生EMI干扰和地板带电，当
开关电源知识学习
• 学习目的：本次学习作为一个基础知识讲 解，旨在使大家对开关电源的原理加深认 识，熟悉电源的指标和测试，以及了解电 源的可靠性等知识。
2017 年 12月
1
目录
1.开关电源基本原理 1.1 名词解释 1.2 开关电源基本原理 1.3 常用开关电源类别 1.4 开关电源和线性电源区别 2.常用电气指标即测试方法 2.2 最大输入电流 2.3 启动冲击电流 2.4 交调测试 2.5 电压调整率 2.6 负载调整率 3.电源可靠性
4
1.2 开关电源基本原理
开关电源的基本工作原理是：用一个半导体功率器件（功率晶 体管或功率场效应管）作为开关，该器件不断地重复开启和关 断，使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波， 该方波经过电感、电容等组成的滤波器滤波之后便得到了另一 个直流电压。 在一个开关周期内，开关管导通的时间占整个周期的比 例称为导通占空比D。很明显，当开关周期不变时，导通占空 比越大，负载上获得的直流电压越大。这就是PWM在开关电源 中的应用。
20
1.4开关电源和线性电源区别
• 线性电源的调整管工作在放大状态，因而发热量大，效率低（35% 左右），需要加体积庞大的散热器，而且还需要同样也是大体积的变 压器，当要制作多组输出时变压器会更庞大。
• 开关电源的调整管工作在截止和饱和状态，因而发热量小，效率高
（75%以上），而且省掉了大体积的变压器。但是开关电源输出的直流
V
小 载
满 载
测试方法 a、先如图连接好测试电路，对于每一路输出都应准备小载、满载。如果负载调整率、 稳压精度的限值用百分比表示，则应进行额定输入电压下的全部半载测量。 b、对于各种正交情况，应统一汇制成一张记录表格。 c、对于每一种情况都进行测试并记录数据。 d、此交调测试记录数据作为计算输出电压范围，电压调整率、负载调整率，稳压精度 的原始数据。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ28
2.4电压调整率
指标定义：即为电源稳定输出电压对电源输入电压的变化（最小值—最大值）的 调整性。(来源于电源在满载时，其输出电压因该电源的供电电压波 动引起的变化。) 计算方法 a、负载电流为额定值（满载电流），源电压为标称值时，测出稳定输出电压UO b、负载电流为额定值时，求出源电压从最小值（下限）到最大值（上限）时输 出电压的最大值与最小值U. c、电压调整率= U-Uo ×100% Uo d、对于多路输出，其它各路应与被测一路同时带满载。
22
开关电源
高（大于60%） 小 轻 较复杂 普通 大 普通 >20KHz 普通 大 范围较大可做直流 输入 任何电源系统 降低温度影响将提 高可靠性 零件轻巧可安装印 制板
2.常用电气指标及测试方法
23
2.1最大输入电流
指标定义：在允许的工作条件下，电源可能达到的最大输入电流。 测试条件 • a、电源工作电压为其输入电压范围的下限值。 • b、电源所带负载为最大负载条件。 测试方框图
Uo是开关电源输出的电压，Up是开关电源输出的峰值电压，Ua是 开关电源输出的平均电压。 Uo=Ui/(1-D) D为占空比
15
1.3.3.2并联式开关电源的工作原理
当控制开关K接通时，输入电源Ui开始对储能电感L 加电，流过储能电感L的电流开始增加，同时电流在储能 电感中也要产生磁场；当控制开关K由接通转为关断的时 候，储能电感会产生反电动势，反电动势产生电流的方向 与原来电流的方向相同，因此，在负载上会产生很高的电 压。 当并联式开关电源的负载R很大或开路时，输出脉冲 电压的幅度将非常高。因此，并联式开关电源经常用于高 压脉冲发生电路。
26
2.2 启动冲击电流
二、电源输入低电压（Vin≤75V） a、先如上图2接好测试电路。
b 、先把数字示波器调到自动触发捕获状态 （一般： v/div ： 1V ， time/div: 5ms, trigger level:1V, trigger Mode: Normal ,slope: ）。 c、合上开关K，让电源工作，示波器即会捕获到一上冲信号， d、用信号上冲电压幅度（V）除以0.1Ω 即为启动冲击电流值。
3
1.1名词解释
效率： 有效功率/总功率。 消耗功率=输出端各电压（接负载）*电流，总和为有效功率 总功率=工作电压*电流 一般开关电源的效率能达到80%以上，比传统的线性稳压电源 提高近一倍
占空比： 在一串理想的脉冲周期序列中，正脉冲的持续时间与脉冲总周期 的比值。方波的占空比为50%，占空比为0.5，说明正电平所占时间为0.5 个周期。占空比是电源适应负载大小的结果，负载大，占空比就高。
2
2.8 输出纹波即杂音 2.14绝缘阻抗 2.9 瞬态响应 2.15效率 2.10开机延时 2.11输出电压动态响应 2.12保护电路
1.1名词解释
纹波
纹波电压，是指输出直流电压中含有的交流成分。直流电压本来
应该是一个固定的值， 但是很多时候它是通过交流电压整流、滤波后得 来的，由于滤波不彻底，就会有剩余的交流成分，即使采用电池供电也会
改变控制开关K接通时间（Ton）与关断时间（Toff）的比例， 就可以改变输出电压Uo的平均值Ua 。占空比用D来表示，即：
或
11
1.3.3.1串联式开关电源的工作原理
•
下图是串联式开关电源输出电压的波形，由图中看出， 控制开关K输出电压Uo是一个脉冲调制方波，脉冲幅度
Up等于输入电压Ui，脉冲宽度等于控制开关K的接通时
（1）脉冲宽度调制方式（PWM)。其主要特点是开关频率不变,通过改变 脉冲宽度来调节占空比,实现稳压目的。其核心是脉宽调制器（常用型）
（2）脉冲频率调制方式(PFM) 。其特点是将脉冲宽度固定,通过改变开关 频率来调节占空比,实现稳压的目的。其核心是脉频调制器。
（3）混合调制方式：是指脉冲宽度与开关频率均不固定，彼此都能改变 的方式。
因负载的波动而产生波纹。事实上，即便是最好的基准电压源器件，其输
出电压也是有波纹的。 尖脉冲 纹波电压通常用有效值或峰值表示
指电压或者电流的短暂突变，开关电源中的高速开关电路会产生
尖峰脉冲电压。常见的脉冲形状有矩形脉冲，方波脉冲，尖脉冲，锯 齿脉冲，阶梯脉冲，间歇正弦脉冲等等，尖脉冲电压具有突变性和不 连续性！
初级产生变化磁场的方法?
变化的电流
2） MOS管的输入特性为容性特性，所以输
入阻抗极高。
18
1.3.3.3变压器耦合型开关电源
原理框图
19
1.3.3.3变压器耦合型开关电源
V为开关调整管,Ｔ是脉冲变压器(又称储能变压器)，由于工作频率较高， 故采用铁氧体材料的铁心，同名端如图中所标；ＶD为脉冲整流二极管； Ｃ是滤波电容器，也有储能作用；ＲL为电源的负载。正脉冲作用到开关 管V的基极使其饱和导通（Ｕce=0），则脉冲变压器初级线圈Ｌ1上产生 的感应电压ＵL1为上正下负，当开关断开时，初级线圈L1上的电压为上负 下正。
输入电压为市电整流输出电压的时候，容易引起触电，对人 身不安全。
13
1.3.3.2并联式开关电源的工作原理
Ui 24v
原理框图
14
1.3.3.2并联式开关电源的工作原理
如图所示：a是并联式开关电源的最简工作原理图，图b是并联式开 关电源输出电压的波形。图a中Ui是开关电源的工作电压，L是储能
电感，K是控制开关，R是负载。图b中Ui是开关电源的输入电压，
16
1.3.3.2并联式开关电源的特点
• 当并联式开关电源的负载R很大或开路时，输出脉冲电压 的幅度将非常高。因此并联式开关电源常用于高压脉冲发
生电路。
• 并联式开关电源具有稳压范围宽、工作性能稳定、机芯底 板不带电安全性能好等优点，但是开关管和整流二极管所 承受的反峰电压较高。
17
1.3.3.3变压器耦合型开关电源
上面会叠加较大 的纹波。
21
1.4开关电源和线性电源区别
项目
效率 尺寸 重量 电路 稳定性 纹波 瞬时响应 工作频率 成本 电磁干扰 输入电压范 围 用途 可靠性 组装容易性
线性电源
低（30%-50%） 大 重 简单 高 小 快 50-100Hz 低 小 范围较小不可做直流 输入 任何电源系统 可靠性较高但会因温 度上升而降低 变压器重，无法装印 制板
供 电 电 源
启动电流 测试工装
被测 电源
满载
V
数字示波器
25
2.2启动冲击电流
测试方法 针对电源输入电压的高低而使用不同的测试工装，测试方框图如上图1、2， 测试方法如下： 一、电源输入高电压（Vin>75V） a、先如上图1接好测试电路。 b 、 先 把 数 字 示 波 器 调 到 自 动 触 发 捕 获 状 态 （ 一 般 ： v/div ： 1 或 2V ， time/div:5ms,trigger level:1V,trigger Mode: Normal ,slope: ） c、再给启动电流测试装置充电（ K1开），充电稳定后即可给被测电源加上 启动电流（先K3开后K4开） d、示波器捕获到信号后，把K1、 K3、 K4 关，K2 开把启动电流测试工装里面 的电荷放掉，以免产生电击危险。 e、示波器捕获到的尖刺峰值（如：1.5V）乘以10（15V）即为启动冲击电流 的数值（即为15A）
27
2.3交调测试
指标定义：在相应的输入电压范围内（取范围下限、额定电压、范围上限三点），对 各路输出分别为小载或满载条件进行正交后进行输出电压的测试。 测试条件 a、输入电压分别为范围下限，额定值、范围上限。 b、负载条件为各路的小载及满载的正交。 测试方框图
小 载 满 载
V
可调 供电 电源
V
被测 电源
T 初 级 次 级
MOS管的英文全称叫MOSFET(Metal Oxide
次级产生感应电压的条件?
变化的磁场
Semiconductor Field Effect Transistor)，即金 属氧化物半导体型场效应管，属于场效应管 中的绝缘栅型。 1） MOS管是一个由改变电压来控制电流的 器件，所以是电压器件。