开关电源基础介绍
TI_开关电源基础知识
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转换器效率和损耗
“损耗” = 任何从输入吸收而未传送至输出的能量
MOSFET • 开关损耗 • 栅极驱动损耗 • 传导损耗
无源组件 • L：绕组和磁芯损耗 • 阻性损耗 • 电容器 ESR 损耗
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反激式转换器特性
缺点：
• 高输出纹波电流。 • 高输入纹波电流。 • 环路带宽可能受限于右半平面 (RHP) 零点。
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反激式的优点及应用
采用最简单的隔离式拓扑，因而具有最低的成本 使用了数量最少的功率组件：4 个 最为人们所了解、 实现的数量最多而且得到最广泛支持 的拓扑之一
由于上述原因，对于功率范围 <150W 的应用而言 反激式转换器是一种上佳的选择
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将脉冲输出电压转换为稳定的电压
需要某种将在开关接通期间存储能量而在开关切断 时提供此能量的手段 在电子行业中有两种主要储能器件：电容器和电感 器
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实例：简化的降压开关电源
S1 L1 输出 输入 C1
控制器
D1
C2
RL
VO = VIN · DC
输入电容器 (C1) 用于使输入电压平稳 输出电容器 (C2) 负责使输出电压平稳 箝位二极管 (D1) 在开关开路时为电感器提供一条电流通路 电感器 (L1) 用于存储即将传送至负载的能量
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滞环模式控制
FET 的接通和关断基于输出电压的检测
开关式 (Bang-Bang) 控制：输出电压始终恰好高于或低于理想设定点 比较器迟滞用于保持可预测的操作并避免开关“跳动”。
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脉冲跳跃 / 省电模式
在轻负载时，PWM 转换器能自动切换至一种“低功耗”模 式以最大限度地减少电池电流消耗 该模式有时被称为“PFM”– 但实际上是一个间歇式地接通 和关断的固定频率 (PWM) 转换器
开关电源学习介绍
开关电源学习介绍开关电源是一种转换电压类型和/或电流大小的电源，其工作原理是通过使用开关管和其他电子元件来实现定期切换电源输入和输出的方式。
相较于传统的线性电源，开关电源具有高效率、小体积、轻重量等优点，在现代电子设备中应用广泛。
接下来将介绍开关电源的基本原理、工作方式、应用领域以及相关的学习内容。
一、开关电源的基本原理：开关电源的工作原理是利用了开关管的开关特性，通过改变电源输入电压形式和周期，来实现变换输出电压类型和/或电流大小。
开关管将输出电流连续地开关导通和截断，通过调制开关周期和占空比来控制输出电压和电流。
二、开关电源的工作方式：开关电源工作原理分为两种方式，分别为单端工作和双端工作。
单端工作方式是通过一段纯电感元件和一个存储元件来实现，而双端工作方式则需要两段纯电感元件和两个存储元件。
三、开关电源的应用领域：开关电源广泛应用于各种电子设备和系统中，例如计算机、通信设备、电视机、音响、工业自动化、医疗器械等。
由于其效率高、可靠性好、稳定性强，因此成为现代电子设备不可或缺的供电方式。
四、开关电源学习内容：1.开关电源的基本原理和工作方式：学习开关电源的工作原理和基本电路结构，掌握开关管、电感、电容、二极管等元件的使用方法和特性。
2.开关电源的设计和调试方法：学习开关电源的设计流程和方法，了解开关电源的电路布局、元件选型和组装技巧，掌握开关电源的调试和故障排除方法。
3.开关电源的应用与实践：学习开关电源在各种电子设备中的应用技术和实践经验，了解开关电源在不同应用领域的设计要求和特点，掌握根据实际需求设计和优化开关电源的能力。
4.开关电源的性能测试与评估：学习开关电源的性能指标和测试方法，掌握开关电源输出电压、电流、效率等性能参数的测试技术和评估方法。
在学习开关电源的过程中，可以通过相关教材、网络资源、实验等多种途径进行学习和实践。
同时，了解电力电子学、模拟电路和数字电路等相关知识也是深入学习开关电源的基础。
开关电源基础讲解
开关电源基础引言电源发展是趋于轻小。
而关键是既要小又要高效。
近几年的优秀半导体、磁材和无源器件，使得功率变换的选择余地越来越大。
线性和开关电压线性电源和开关电压都是把不稳定的输入变换成稳定的输出，但是却是完全不同的技术，它们各有优缺点。
线性电源只能是降压型的。
它们是用双极型晶体管或MOSFET 的线性工作，保持输出电压的稳定。
半导体调整器件上的电压就是输入输出电压差，半导体损耗就是调整器件上的电压乘负载电流，即V dr I o 。
所以，变换效率只在35-65％。
例如，把12V 输入变换成5V 输出，输出电流100mA ，输出功率只有500mW ，而损耗是700mW ，效率是42％。
所以，散热片的体积大成本高。
但是线性电源在输入电压变化范围小的小功率应用场合，也有它的优点，比如电路简单，没有开关电压的开关噪音。
开关电压的开关器件，只工作在截止和饱和导通状态，损耗低，效率可到65-95％。
开关电压即可降压也可升压。
但是，开关电压电路复杂，输出电压包含着开关噪音，必须虑除。
开关电源基础PWM 开关电压有两种基本结构，即正激型和升压型。
正激型变换器正激变换器的输出LC 滤波器给出DC 输出电压。
输出电压为D VV ino(1)降压变换器是最简单的正激型变换器，如图1所示。
图1 基本正激型(降压)变换器及其波形它的工作可以分成两个不同的方式，即开关导通和关断。
当开关导通时，输入电压加到LC滤波器的输入端。
假设变换器工作在稳态，滤波器输出端的电压就是输出电压。
电感电流开始由开关周期开始时的初始值线性上升。
电感电流为ti VVioninit oin Lontt L≤≤+ -=(2)在这个时期里，电感磁芯里存储能量。
当功率开关关断时，磁芯存储的能量传输到负载。
当功率开关关断时，电感输入端的电压被拉到地，被正向偏置的二极管D而箝位。
电感磁芯储能通过续流二极管D传向负载。
电感电流由初始的峰值i pk而减小为t Vi ioff opk Lofftt L≤≤-=(3)关断阶段一直持续到开关在控制电路控制下开启，下一个开关周期开始。
开关电源基础知识介绍
开关电源基础知识介绍•目录开关电源基础知识开关电源框架图及功能简介开关电源基本问题分析2017-3-142开关电源基础知识1、开关电源定义•••••开关电源就是通过控制电路，使电子开关器件不停地“开通”和“关断”，让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现电压变换，以及实现输出电压的可调和自动稳压的电源装置。
2017-3-143开关电源基础知识2、开关电源（PWM模式）的工作原理•••••••右图为最简单的开关电源，Ui是开关电源的输入电压，K是控制开关，R是负载。
••••••当控制开关K接通的时候，开关电源就向负载R输出一个脉冲宽度为Ton、幅度为Ui的脉冲电压；当控制开关K关断的时候，又相当于开关电源向负载R输出一个脉冲宽度为Toff，幅度为0的脉冲电压。
这样，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。
2017-3-14开关电源基础知识3、开关电源常用拓扑介绍开关电源的基本拓扑可以分为两大类，一是非隔离拓扑，二是隔离拓扑。
非隔离拓扑•••••••••••••••••Buck•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••Boost2017-3-145开关电源基础知识Buck‐boost非隔离拓扑的共性为输入输出共地，安全性能不佳。
2017-3-146开关电源基础知识隔离拓扑隔离拓扑是在非隔离拓扑的基础上发展起来的。
••••••••••••••••反激变换器••••••••••••••••••••••••••••••••••正激变换器2017-3-147开关电源基础知识•••••隔离型拓扑的优点是原副边地实现了电气隔离，且通过变压器绕组可以容易实现多路输出。
••••目前我司常用的拓扑主要为Boost（如PFC电路），反激变换器、半桥谐振LLC变换器。
2017-3-148目录开关电源基础知识开关电源框架图及功能简介开关电源基本问题分析2017-3-149开关电源框架图及功能简介反激框图2017-3-1410开关电源框架图及功能简介反激简介EMC电路：主要由保险丝，热敏电阻，压敏电阻，共模电感，X电容及Y电容整流二极管组成。
开关电源知识
开关电源知识一、开关电源的概念和分类开关电源是一种将交流电转换为直流电供给电子设备使用的电源。
按照输出功率的大小，可以分为小功率开关电源和大功率开关电源。
按照工作方式的不同，可以分为单端开关电源和双端开关电源。
二、开关电源的工作原理1.整流滤波：将输入的交流电通过整流桥变成直流信号，再通过滤波器去除掉残留的交流成分，得到平滑的直流信号。
2.功率因数校正：由于负载变化导致输入功率因数不稳定，需要进行校正。
3.逆变：将直流信号通过高频变压器转换成高频交流信号。
4.输出整形：将逆变后得到的高频交流信号通过输出整形器转换成稳定的直流输出。
三、开关管1. MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）：具有低导通阻抗、高速度等优点，常用于低压、小功率开关电源中。
2. IGBT（绝缘栅双极性晶体管）：具有大功率承载能力、可靠性好等优点，常用于大功率开关电源中。
3. 晶闸管：具有低导通阻抗、高稳定性等优点，常用于直流电机控制中。
四、开关电源的优缺点1. 优点：效率高、体积小、重量轻、稳定性好。
2. 缺点：噪音大、EMI（电磁干扰）严重，需要进行滤波处理。
五、开关电源的应用1. 通讯领域：手机充电器、路由器、交换机等。
2. 工控领域：PLC（可编程逻辑控制器）、伺服驱动器等。
3. 家用电器领域：LED灯带驱动器、音响等。
六、开关电源的故障及维修1. 故障表现：输出电压不稳定，有杂音或噪声等。
2. 维修方法：（1）检查输入端是否接触良好；（2）检查整流桥是否损坏；（3）检查滤波器是否失效；（4）检查输出整形器是否正常工作。
开关电源基本知识介绍
隔離型: 正激式(Forward Converter)﹑反激式(Flyback Converter)﹑推挽式(Push-pull converter) ﹑半橋式 (Half-bridge converter)﹑全橋式(Full-bridge 按DC/DC變換器 converter) 的工作方式划分 非隔離型: 降壓式(Buck Converter)﹑升壓式(Boost Converter)﹑ 升降壓式(Buck/Boost Converter)﹑Cuk Converter﹑Zeta Converter﹑Sepic Converter
AT: 6Pin+6Pin
PC機電源在286到早 期的586是AT電源。 AT電源共有四路輸出 （+5V、-5V、+12V、 -12V），另外還向主 板提供一個P.G信號
ATX: 20Pin
Intel 在1997年推出的 ATX電源標準，它主要增 加了3.3V和+5VSB兩路輸 出電壓和一個PS-ON信號。 利用+5VSB和PS-ON信號， 就可以實現軟件關機、鍵 盤開機、網絡遠程喚醒等 功能。
开关电源的新技術:
軟開關技術--減小開 關晶體管在轉換过程 中產生的損耗功率。
零電壓开关: 1)在开关管 開通前﹐ 使 其電壓下降 到零﹔ 2)在开关管 關斷時﹐使 其電壓保持 在零﹐或限 制電壓上昇 率
零電流开关
开关电源基本知识零介绍電壓开关
二.開關電源的分類
分類方法
類別
他激式(開關器件控制信號由專門的控制電路產生)﹑ 按激励方式划分 自激式(借助于變換器本身的正反饋信號實現開關管自持
一.开关电源同线性电源比較
線性电源 簡單示意圖
超详细！开关电源基础知识讲解
超详细！开关电源基础知识讲解一、前言：PC电源知多少个人PC所采用的电源都是基于一种名为“开关模式”的技术，所以我们经常会将个人PC电源称之为——开关电源（Switching Mode Power Supplies，简称SMPS），它还有一个绰号——DC-DC转化器。
本次文章我们将会为您解读开关电源的工作模式和原理、开关电源内部的元器件的介绍以及这些元器件的功能。
●线性电源知多少目前主要包括两种电源类型：线性电源（linear）和开关电源（switching）。
线性电源的工作原理是首先将127 V或者220 V市电通过变压器转为低压电，比如说12V，而且经过转换后的低压依然是AC交流电；然后再通过一系列的二极管进行矫正和整流，并将低压AC交流电转化为脉动电压（配图1和2中的“3”）；下一步需要对脉动电压进行滤波，通过电容完成，然后将经过滤波后的低压交流电转换成DC直流电（配图1和2中的“4”）；此时得到的低压直流电依然不够纯净，会有一定的波动（这种电压波动就是我们常说的纹波），所以还需要稳压二极管或者电压整流电路进行矫正。
最后，我们就可以得到纯净的低压DC直流电输出了（配图1和2中的“5”）配图1：标准的线性电源设计图配图2：线性电源的波形尽管说线性电源非常适合为低功耗设备供电，比如说无绳电话、PlayStation/Wii/Xbox等游戏主机等等，但是对于高功耗设备而言，线性电源将会力不从心。
对于线性电源而言，其内部电容以及变压器的大小和AC市电的频率成反比：也即说如果输入市电的频率越低时，线性电源就需要越大的电容和变压器，反之亦然。
由于当前一直采用的是60Hz（有些国家是50Hz）频率的AC市电，这是一个相对较低的频率，所以其变压器以及电容的个头往往都相对比较大。
此外，AC市电的浪涌越大，线性电源的变压器的个头就越大。
由此可见，对于个人PC领域而言，制造一台线性电源将会是一件疯狂的举动，因为它的体积将会非常大、重量也会非常的重。
开关电源基础
详细描述
为了提高开关电源的功率密度，研究者们不断优化磁性元件和散热设计，减小产品的体 积和重量。同时，采用宽输入电压范围设计，使电源能够在较宽的电压范围内稳定运行， 提高了电源的适应性和可靠性。高功率密度与宽输入电压范围的开关电源能够更好地满
04 开关电源的性能指标
输入特性
输入电压范围
表示开关电源可以在一定范围内正常工作的 输入电压值。
电磁兼容性（EMC）
表示开关电源对电磁干扰的抑制能力，以确 保稳定运行。
输入电流
表示开关电源输入端允许的最大电流值。
浪涌电流
表示开关电源在启动时可以承受的电流峰值。
输出特性
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输出电压范围
开关电源的效率与损耗
效率
开关电源的效率是指输出功率与 输入功率的比值，效率越高，表 示能量转换越充分。
损耗
开关电源的损耗包括开关管损耗 、磁性元件损耗、整流二极管损 耗等，这些损耗都会导致电源效 率降低。
03 开关电源的电路设计
输入滤波电路设计
输入滤波电路的主要功能是滤除电网 中的谐波和干扰，同时防止开关电源 产生的高频噪声对电网造成影响。
输出电压不稳定
问题2
分析
可能是反馈环路增益不足或负载变化剧烈。
解决
调整反馈环路增益；优化负载变化剧烈的情况。
06 开关电源的发展趋势与展 望
高效率与高可靠性
总结词
随着能源资源的日益紧张，高效利用能源已成为社会的共识。开关电源作为能源转换的重要设备，其 高效率和可靠性是未来发展的必然趋势。
详细描述
《开关电源基础讲解》课件
常见的开关电源类型
AC-DC开关电源
将交流电转换为直流电的开关电源，广泛应用于各种电子设备。
DC-DC开关电源
实现不同电压级别的转换，常用于电子设备中的电源管理。
DC-AC逆变器
将直流电转换为交流电的开关电源，用于太阳能发电等领域。
开关开关电路
实现高频脉冲开关，控制电能的转换。
整流电路
将交流输入电压转换为直流电压。
输出滤波电路
消除开关电源输出的纹波电压，保证输出稳定性。
开关电源的输入端和输出端
开关电源的输入端接入交流电源，输出端连接电子设备，通过变换和稳定电 能实现设备的正常工作。
开关电源的保护电路
为了保护开关电源和电子设备，通常会采用过压保护、过流保护、短路保护 等多种保护电路。
电源管理芯片的作用
电源管理芯片用于监控和控制开关电源的工作状态和性能，提高系统稳定性和效率。
《开关电源基础讲解》 PPT课件
本PPT课件详细介绍了开关电源的基础知识和应用领域，包括历史发展、原理、 优缺点、组成部分、工作原理和性能参数等。
什么是开关电源？
开关电源是一种通过将输入电能转换为高频脉冲信号，经过变变换、整流 和滤波等处理后，获得稳定输出电压或电流的电源。
开关电源的历史和发展
开关电源的优缺点
1 优点
高效率、稳定性好、体积小、重量轻、可靠 性高。
2 缺点
造价较高、存在电磁干扰等问题。
开关电源的工作原理和性能参数
工作原理
通过控制开关管的通断状态，实现电能的转换和稳 定输出。
性能参数
包括输入输出电压、电流、效率、负载调整率等。
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。
开关电源基础知识学习资料
T = tON + tOFF
volatge, vL(t)
Buck的两个基本的公式
在电感电流连续模式CCM下： Vo=（Ton/T）×Vin=D × Vin
L=（(Vபைடு நூலகம்n-Vout)*Vout） /(ΔI*f*Vin)，这里的ΔI一般 取输出电流的10~30%。
2024/8/31
tON
VIN - VO
➢ 保护功能及附属功能： 1、OCP，OVP，OTP，欠压保护，限功率； 2、 绝缘电阻、绝缘电压、漏电流。
➢ 结构要求： 1、外形尺寸，2、外包装，3、安装条件，4、冷却方式，5、接口方式，6、 重量，7、名牌。
➢ 安规标准及EMC标准： 1、认证标志，3C，UL，GS，PSE，2、EMI测试标准。
工作原理： 通市电，经起动电阻R32 R33 R34给电容C8充电到15V-UVLO(OFF)。IC 开始工作， 输出PWM 脉冲，驱动MOSFET Q2导通，由于输出整流二极管D5、D6反偏截止，能 量存储在变压器T2原边电感。当变压器原边电流上升到输出反馈的设定值，无输出脉 冲，MOSFET Q2关断，D5、D6导通，进入反激阶段，能量从变压器原边传递到变压 器次级，经整流滤波给客户负载供电。如此周而复始，直至关机或保护。
开关电源基本概念3--主要技术指标
➢ 输入要求； 1、输入电压范围，2、输入电压频率，3、额定输入电流，4、输入电压跌落 及瞬间停电，5、浪涌冲击电流，6、静态功耗效率，能效标准，7、输入单 相或三相制，单相分两线制或三线制（classⅠ，classⅡ)，8、保险管。
➢ 输出要求： 1、额定输出电压，2、额定输出电流，3、稳压精度：电压调整率，负载调整 率，纹波及噪声；4、瞬态特性：启动时间，保持时间，输出电压的上升时间、 下降时间、过冲、欠冲。
开关电源知识点总结
开关电源知识点总结开关电源是一种将交流电转换为直流电供应给电子设备使用的电源装置。
在现代电子设备中广泛应用，如计算机、手机、电视等。
本文将从开关电源的原理、分类、工作方式和应用等方面进行总结。
一、开关电源的原理开关电源的核心是开关电源变换器。
它通过开关管的开关动作，将交流电转换为直流电。
其工作原理主要包括两个过程：变压和整流。
变压过程是通过变压器将输入电压变换为适合开关管工作的电压，然后经过整流电路将交流电转换为直流电。
二、开关电源的分类开关电源可以根据输出电压的稳定性、输入电压范围、功率和用途等特点进行分类。
1. 从输出电压的稳定性来看，开关电源可以分为线性稳压电源和开关稳压电源。
线性稳压电源通过线性调整器来稳定输出电压，但效率较低。
而开关稳压电源则通过开关管的开关动作来调整输出电压，效率较高。
2. 从输入电压范围来看，开关电源可以分为宽输入电压范围和窄输入电压范围的电源。
宽输入电压范围的电源适用于输入电压波动较大的场合，而窄输入电压范围的电源则适用于输入电压稳定的场合。
3. 从功率来看，开关电源可以分为小功率开关电源和大功率开关电源。
小功率开关电源适用于低功率设备，大功率开关电源适用于高功率设备。
4. 从用途来看，开关电源可以分为通用开关电源和专用开关电源。
通用开关电源适用于多种电子设备，而专用开关电源则针对特定设备进行设计。
三、开关电源的工作方式开关电源有两种主要的工作方式：连续导通模式和断续导通模式。
1. 连续导通模式是指开关管在每个工作周期内都处于导通状态。
这种工作方式的优点是输出电流波形较为平滑，适用于大功率输出。
但是由于开关管一直导通，会产生较大功率损耗。
2. 断续导通模式是指开关管在每个工作周期内都处于导通和截止两种状态之间切换。
这种工作方式的优点是开关管的功率损耗较小，适用于小功率输出。
但是由于开关管的开关频率较高，可能会产生较大的干扰。
四、开关电源的应用开关电源由于其高效率、小体积和稳定性好的特点，在各个领域得到了广泛应用。
开关电源的基础知识 ppt课件
(2).开关管V的截止期内，储能电感中 电流的最大变化量为
ILma1xUi LUO•tON
ILm
a2x
UO L
•tOFF
(3).开关管V导通期与截止期能量转换的条件：
Ui LUO•tONU LO•tOFF 即 U OtOt N O tO NF •U FiD •U itT O• N U i
另一种并联独立输出型开关电源
开关由一个功率场效应管构成（兼脉冲发生），也称为单端型。
脉宽调制等由集成电路UC3842 完成。
开关管导通时储能，开关截止时，储能释放给负载，称为单端型反激式。 开关管导通时间长，传输电能多，变压器次级绕组输出电压高、电流大。 用PWM控制功率开关管， 就可以改变次级绕组输出的电压和电流，同时， 使用闭环反馈可以稳定电压、电流或限制功率。
1.1开关电源组成及开关电源实例
3、并联独立输出型：通过续流电感的电磁耦合，实现隔离输出。 （电源输入端不使用变压器、实现多种电压输出）
＊应用最多的一种电路形式
＊三极管V可使用功率场效应管 ＊脉冲调宽、脉冲发生及误差信号的产生等可集成化例如TOP221TOP227
1.1开关电源组成及开关电源实例
(1).串联调整式线性性稳压器 (2).并联调整式线性性稳压器 (3).开关式稳压器
1.2 稳压电源的分类 二、开关电源的分类 1. 按激励方式分类
1.2 稳压电源的分类 二、开关电源的分类 2. 按控制原理(调制方式)分类
(1)脉宽调制型(PDM)开关电源
(2)脉频调制型(PFM)开关电源 (3)混合型开关电源 (4)脉冲密度调制型(PDM)开关电源
2. 开关稳压电源的缺点
(1)电压调整率和负载调整率较差 (2)存在较严重的开关噪声和干扰 (3)电路复杂，不便于维修
开关电源基础知识
• 其中1.2项与客户使用有关。3-5项由生产厂家掌 握，产品在计算MTBF时环境温度取25℃，使用 环境为“一般地面环境”。如客户在使用环境过 高，工作环境过于严酷会直接影响λ的值，从而降 低MTBF的值。为保证MTBF达到要求，在产品设 计上依据GJB/Z35采用冗余、降额方法，元器件 采购方面采用高等级产品，并按照GJB128A、 GJB548A进行老化、筛选，电路结构上尽量简捷， 在保证功能的前提下，尽量减少器件的数目，以 提高平均无故障时间MTBF。
• MTBF是Mean Time Between Failures的简写。指两次相连故障间的 平均工作时间，而不是指产品报废（失效）的时间
• 有两种计算方法：一是用长时间大量的统计数字来计算，二是用 MILHDBK-217F2，国军标为GJB299标准规定的方法来计算，即 MTBF=1／λ，计算方法非常烦琐。最关键是求得λ得值，λ得值与以 下几项内容有关：
②输入电容
• 在模块的输入端应加装一只电解电容，这个电容有两个作用； • 1）吸收模块输入端的电压尖峰；
• 2）在输入母线上出现瞬间电压跌落时，给模块提供一定时间的维持电压。
反极性保护
③反极性保护
❖为了防止模块在输入极性接错，在输入端安装一只二极管，这只二 极管可串在输入回路，对低电压输入电源，可并联在输入回路（如 图接法）。如果使用瞬抑制二极管作为瞬态过压保护，则省略串联
• 该指标其实是将源效应、负载效应和温度 时的 稳定性，当纹波问题过大时造成客户系统 当机或丢失数据的情况时有发生。
• 纹波的大小按照1%V0来定义，但一般而言， 纹波均定义不大于50mV除非客户有特殊要 求。
《开关电源基础教程》课件
开关电源的工作流程
01
输入电路将交流电转换 为直流电。
02
通过开关管的控制，将 直流电输入变压器进行 电压转换。
03
通过输出电路的滤波和 稳定，输出稳定的直流 电。
04
控制电路监测电源的工 作状态，根据需要调整 开关管的通断。
开关电源的波形分析
01
02
03
04
输入波形
分析输入电压和电流的波形， 了解其是否满足开关电源的要
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详细描述
开关电源是一种将电能进行转换的设备，通过控制开关管开通和关断的时间比率 ，将输入的直流电压转换成特定的输出电压或电流。开关电源的核心是开关管， 通过控制其开通和关断的时间比率，实现电能的转换。
开关电源的特点
总结词
开关电源具有效率高、体积小、重量轻、动态性能好等特点。
详细描述
开关电源的效率一般在80%以上，甚至可以达到90%以上，相比传统的线性电源，具有更高的能源利用效率。由 于开关电源的开关管工作在高频率，使得其体积和重量相对较小，有利于设备的紧凑设计和轻量化。此外，开关 电源的动态性能较好，能够快速响应负载的变化，维持稳定的输出电压或电流。
高频化与小型化
随着技术的进步，开关电源正朝 着更高频率和更小体积的方向发 展，以满足便携式设备和穿戴设
备等新兴市场的需求。
智能化与网络化
智能化和网络化技术使得开关电源 具备远程监控、故障诊断和自动调 整等功能，提高了电源的管理效率 和可靠性。
绿色环保
随着环保意识的提高，低噪声、低 辐射、低能耗的绿色开关电源成为 未来的发展趋势，有助于减少对环 境的负面影响。
开关电源的应用前景
电动汽车与充电设施
开关电源基础知识培训
辅助电路与元件
辅助电路
辅助电路负责对开关电源进行辅助控 制和管理，包括指示灯、散热器等。 辅助电路通常采用LED灯、散热片等 元件，实现辅助功能。
元件
元件是构成开关电源的基本单元，包 括电阻、电容、电感等。这些元件在 开关电源中发挥着不同的作用，共同 协作实现电源的正常工作。
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开关电源的性能指标与测试
详细描述
拓扑结构是指开关电源的电路组成形式，常见的有降压 、升压、反激、正激等类型。应根据应用需求，如电压 、电流、功率等级以及负载特性等因素，选择合适的拓 扑结构。同时，还需要对所选拓扑进行优化，通过参数 调整和改进，进一步提高电源性能和降低成本。
开关电源的控制策略与优化
总结词
控制策略是开关电源的核心技术之一，对电源性能起 着至关重要的作用。
开关电源的设计流程通常包括需求分析、方案设计、原理 图设计、PCB设计、样机制作和测试等阶段。设计时应遵 循高效、可靠、安全和环保等原则，确保电源在性能、寿 命、安全和环境适应性等方面达到预期要求。
开关电源的拓扑结构选择与优化
总结词
选择合适的拓扑结构是开关电源设计的核心，直接影响 到电源的性能和成本。
详细描述
控制策略包括电压控制、电流控制、功率控制等，应 根据具体应用需求选择合适的控制方式。同时，还需 要对控制策略进行优化，如PID调节、模糊控制等， 以提高电源的动态响应速度、稳定性和鲁棒性。此外 ，智能控制策略的应用也是当前研究的热点，通过引 入人工智能和机器学习等技术，实现对开关电源的智 能控制和自适应调节。
电磁兼容性与安规要求
电磁兼容性（EMC）
评估电源在电磁环境中对电磁干扰的 抑制能力，确保电源正常工作且不对 其他设备产生干扰。
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（開關電源設計技術）一、 關電源的用途開關電源體積小、重量輕、轉換效率高，因此它被廣泛應用於電腦、通信設備、控制裝置及家用電器等電子設備中；二、 開關電源的分類按轉換方式可分為: ①交流/直流(AC/DC) ②直流/直流(DC/DC) ③直流/交流(DC/AC) 三大類按變換器的基本形式可分為：①單端反激式 ②單端正激式 ③推挽式 ④橋式 ⑤半橋式三、R.C.C變換器（Ringing Choke Converter）1.此變換器廣泛應用於50W以下的開關電源中，它不需要自激振盪電路，結構簡單，由輸入電壓與輸出電流改變頻率。
2.工作過程：在VT1導通TON期間，變換器TR1初級從輸入側蓄積能量，在下一次VT1截止TOFF期間, 變換器初級蓄積能量釋放給輸出負載。
TOFF結束時變換器初級電壓從自由振盪返回到0V,這個電壓通過基極繞組加到開關電晶體VT1的基極，因此電晶體VT1觸發導通，進入下一個工作週期。
3.電路特點：①改變基極電位可改變其TON/TOFF時間（占空比D）②改變占空比D可改變輸出電流和電壓③占空比D較大，IC(VT1集電極電流) 較小，但VCE較高；④占空比D較小，IC(VT1集電極電流) 較大，但VCE較低；⑤占空比 D=TON（導通時間）/ T（工作週期）；⑥改便輸入電壓與輸出電流可改變工作頻率；⑦電路成本低，實用於50W以下的開關電源設計。
四、單端正激式變換器1. 工作原理：交流輸入電壓經過線路濾波器，再通過橋式一次整流與電容平滑濾波後變為直流電壓，此直流電壓加到開關元件上變為脈衝狀的直流電壓，此直流電壓通過高頻變壓器隔離並可變換成任意大小的直流電壓，再經二極體進行二次整流與電容平滑後變為直流輸出電壓，直流輸出電壓的一部分通過比較電路與基準電壓進行比較，其誤差電壓通過通/斷時間比例控制電路，控制開關元件的通斷時間，從而調整輸出直流電壓。
2. 電路特點：①開關管在Ton/Toff的同時，都有能量輸出給負載；②輸出端需要續流二極體；③輸出端需要儲能電感；④變壓器設計時不需要加氣隙，初極電感量越大越好；⑤功率可從幾十瓦設計到幾百瓦；3. 變壓器設計方法：（實例）①設計條件a. 輸入電壓範圍：180-260Vacb. 額定輸入電壓：230Vacc. 輸出電壓/電流：5V/20Ad. 工作頻率f：f = 80KHze. 最大工作占空比D：D = 0.4②工作週期TT = 1/f = 1/80000 =12.5(us)③最大導通時間TonmaxTonmax = T*D = 12.5*0.4 = 5(us)④求變壓器之輸出功率：P T =(V O+V F+V L)*I OP T = (5+0.5+0.2)*20P T = 114W式中V O是輸出直流電壓，V F是次級整流二極體的導通壓降，V L是次級扼流圈的壓降。
⑤根據輸出功率及變壓器允許最高溫升查表決定鐵芯規格，包括最大磁通密度（最大飽和磁感應強度）Bm; 磁通密度變化量△Bm(△Bm= Bm-Br Br是剩餘磁通密度)；鐵芯截面積S. 現查表選用鐵芯規格為PQ32/20 ，△Bm=3500GS , S=80.8mm²⑥初級繞組匝數計算：（Np）Np = Vi* Tonmax / S*△Bm 或 Np =( Vi*D / S*△Bm*f)*10¯б=325*5 / 80.8*0.35 =325*0.4 / 80.8*0.35*80000*10¯б≒58(T) ≒58(T)式中Vi是變壓器的額定直流輸入電壓，(Vi = 230*1.414 = 325V)；Tonmax的單位是(us); S的單位是(mm²);△Bm的單位是(T),1T = 10000GS.⑦次級繞組輸出最低電壓計算：（Vsmin）Vsmin = (V O+V F+V L)*T / Ton 或 Vsmin = (V O+V F+V L)/ D= (5+0.5+0.2)*12.5 / 5 = (5+0.5+0.2) / 0.4=14.25V = 14.25V⑧次級繞組匝數計算：（Ns）因：(Ns/ Np) * Vi*D = V O+V F+V L故：Ns = （V O+V F+V L）* Np / Vi*DNs = （5+0.5+0.2）*58 / 325*0.4Ns ≒ 3(T)或Vs / Vi = Ns / Np14.25 / 325 = Ns / 58Ns = 0.043846*58Ns ≒ 3(T)⑨設計結果：設計選用鐵芯規格為PQ32/20 ，△Bm=3500GS , S=80.8mm²；初級繞組匝數： Np = 58 (T)次級繞組匝數： Ns = 3 (T)採用三明治繞法，初級先繞29(T)後，再繞完次級繞組，最後再繞完初級繞組29(T)，初級感量越大越好，初級漏感應小於10uH。
五、半橋式變換器1．工作原理：因為減小了一次側開關管的電壓承受能力，所以半橋式變換器是隔離式開關電源較好的拓撲結構，上圖為半橋式變換器電路圖，電容C1 .C2與開關電晶體Q1.Q2組成橋，橋的對角線接變壓器T1的原邊繞組，故稱半橋式變換器，如果C1= C2，某一開關電晶體導通時，繞組上電壓只有電源電壓一半。
穩態條件下，在C1= C2，Q1導通時，C1上的1/2Vs加在原邊線圈上，Q1流過負載電流Io折算至原邊電流加上磁化電流，經占空比所定的時間後，Q1關斷，此時，由於原邊繞組和漏電感的作用，電流繼續流入原邊繞組黑點標示端，但B接點擺動到負電位（A為0電位），如果原邊繞組漏電感儲存的能量是夠大時，二極體D6將導通，鉗位元電壓進一步變負，D6導通的過程把反激能量再生對C2進行充電。
B連接點的電壓在阻尼電阻作用下，以振盪形式最後回復到原來的中心值，這時，Q1.Q2的緩衝器電容、電阻（圖未畫）也參與振盪作用。
如果這時Q2加有導通脈衝，Q2導通，原邊繞組黑點端變負，負載電流Io 折算至原邊電流加上磁化電流，流經原邊線組和 Q2，然後重複以前的過程，不同的是，Ip反方向了, Q2關斷時，接點B擺動到正，D5導通鉗位，反激能量再生對C1進行充電。
副邊電路工作如下：當Q1導通時，副邊繞組+Vi電壓使D7導通，如正激變換器工作相似，當Q1關斷，二個繞組電壓均朝零變化，副邊回路電感反激，儲能繼續供能負載，當副邊繞組電壓降到零時，二極體D7.D8都起續流作用，分得的電流近似相等，在D7.D8都導通時，副邊繞組電壓鉗位到零。
穩態條件下，在電晶體導通期間，通過L的電流增加，關斷期間L的電流減小，其平均值等於輸出電流Io。
2．電路特點：通過使用合適的控制線路調整工作占空比，在電源電壓和負載變化時可以保持輸出電壓不變。
V o = (1/2Vs*2D) / n = (Vs*Ton / Np*Ts)*Ns式中：Vs ──原邊繞組電壓(V)Np ──原邊繞組匝數（匝）Ns ──副邊繞組匝數（匝）D ──導通占空比D = Ton / Tn ──原邊副邊匝數比六、開關電源的安規（Safety）安規標誌：美國的UL；加拿大的CSA；德國的VDE、TUV、GS；中國大陸的CCC；澳大利亞的SAA；荷蘭的KEMA；芬蘭的SETI；比利時的CEBCE；奧地利的OVE；英國的BS；挪威的NEMKO；美國加拿大墨西哥三個北美國家的C-UL，歐洲國家的CE/LVD,同時還有MET,IEC,DSG, ETL,SEMKO,DEMKO,FI等等。
以下內容主要是針對ITE設備（ITE---Information Technology Equipment）來講。
ITE Safety法規：IEC—60950它延伸到各個地域就有了：歐洲國家的--- EN 60950美國的--------- UL 60950北美國家的--- C22.2NO.950中國的--------- GB-4943…………………………………..在它們之間有些差異，但大部分是相同的。
1．一次側二資側的定義：一次側二次側主要是以高頻隔離變壓器來區分；與高頻變壓器初級相關聯的為一次側，與高頻變壓器次級相關聯為二次側。
2．地的劃分：安規地（也即與市電零線相連接的地線）一次地（AC整流的地）二次地（輸出地）3．安規認證中檢測的主要目的是看該產品是否有會對人生會造成傷害。
比如存在諸如起火、漏電的可能等等。
4．測試的專案（不同地域有不同的要求）a. 標記和說明…………. （輸入輸出功率待標識）b. 電擊和能量危險的防護………..(操作使用者應沒有觸電危險)c. 絕緣（關於絕緣措施、材料、潮濕處理、電氣間隙、爬點距離）d. 安全特低電壓電路（SELV）….（此電路在任何情況下都不會有危及人生安全的電壓出現；即交流不超過42.4V 直流不超過60V）e. 保護接地措施……..（可靠的接地；接地標識；接地線為綠/黃兩色；所有的接地均為並聯；接地連接端在載流電極連接之前接通，載流電極斷開之後斷開）f. 一次電源隔離………（需用斷接裝置）g. 一次電路過流保護和接地故障保護……..（有過流保護裝置；熔斷器安裝於相線）h. 電氣間隙、爬電距離和絕緣穿透距離i. 溫度………………….(發熱元件的最高溫度，以及元器件的防火等級)j. 對地洩漏電流………(在最大的額定電壓下)k. 抗電強度 ……………(耐壓測試)l.電氣要求…………….(基本的設講要求)m. 元器件……………..(關鍵元器件的清單以及其電氣規格參數，還有其所通過的安規認證)。
5.關鍵元器件大致包括如下：（UL-60950）1;AC部分：EMI濾波器、電源開關、選擇開關連接器、X電容、Y電容、保險絲。
2;其他部分：變壓器、PCB板、整流橋、整流濾波電容、功率管風扇、熱敏電阻、壓敏電阻、熱縮套管、絕緣片。
6.關鍵元器件在不同的規範裏其定義不是一致的。
＊謀產品要通過安規認證其規定的關鍵元器件必須是使用的有通過相關安規認證的，否則該元器件必須給出樣品予以必要的安規檢測。
7.以下是安規裏面的幾項極限參數：a：安規距離* 一次側與二次側的沿面距離為：5mm (IEC60950 AC220V)一次側與二次側的空間距離為：4mm (IEC60950 AC220V)一次側與二次側的沿面距離為：1.6mm (UL-60950 AC115V)一次側與二次側的空間距離為：1.6mm (UL-60950 AC115V)一次側元器件以及銅鉑對安規地的距離：1.7mm (UL-60950 )2mm (GB-4943 )b：高壓測試一次側電路與二次側電路的耐壓測試為： DC4242V (EN-60950)一次側電路與地電路的耐壓測試為： DC2117V (EN-60950)變壓一次側與二次側的耐壓測試為： AC3000V (EN-60950)AC1400V (UL-1778) 變壓各層之間的耐壓測試為： AC3000V (EN-60950)火線及零線對地的耐壓測試為：AC 1500V (EN-60950)AC1400V (UL-1778)c.產品的對地洩漏電流最大值不得超過3.5mAd.產品的對地電阻不得大於 0.1歐七、開關電源的電磁相容性：（EMC）EMC標誌有美國的FCC；德國的TUV/EMC；歐洲國家的CE/EMC；澳大利亞的C-Tick；比利時的VCCI；中國大陸的CCC等等。