开关电源的基本工作原理和实例 共22页
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和次级线圈的漏感都比较大，开关电源变压器的工作效率较低。
结合机顶盒对供电电源的要求，我们一般选用反激式变换器作为机顶盒电源的拓扑。
反激式开关电源基本框图
AC 输入
EMI 滤波
整流 桥
输入 电容
隔离 变压器
启动 电路
PWM 控制器
开 关 管
二极管 整流
电容电 感滤波
直流 输出
反馈 限流
反馈 回路
光电 耦合器
合、成本高） 七 LLC谐振转换式（LLC Resonant Converter) （适合要求高效率、低EMI干扰场
合、成本高）
正激式变换器的工作原理
正激式变换器的典型电路
工作原理(只分析常态)： 当开关K闭合时，变压器的初级线圈N1被直流电压激励，线圈N1电压为上正下负；次级线圈N2感
应的电压也为上正下负，二极管D1导通，通过电感L给负载R供电和给电容C充电。 当开关K断开时，变压器的初级线圈N1产生很大的反电动势电压，为了防止变压器初级线圈产生
需要满足防雷标准:EN 61000-4-5的要求
家用电器中电源的防雷通常属于2级甚至3级防雷，具体方案是： 1、增加防雷元件：根据不同的防雷要求，适当选择输入端保险丝Fuse、压 敏电阻ZNR的规格，规格越大则元件本身防雷效果越好；但规格过大时，就 无法对电源内部元件取到良好的保护作用；
在有特别要求的情况下，可选择气体放电管或陶瓷放电管(反应速度快、 可恢复)。 2、优化PCB LAYOUT:合理的走线，足够的安全距离，共模电感引脚焊盘增 加放电针等方法，可以有效的提高电源内部元件承受雷击的能力。
1
2
3
4
NTC1
D1
1N4007
1A 1000V
HV
T2
6
R11
CF
C15
N
R20
R4
C7
5
100R
C/C
1/4W
102K
10D9
CF
MOF
C/C
500V
2A 10R
750K
100K
102K
L3
D
ZNR1 10D561K
1
R1 empty
T1 1 CX1 104K
4 D3
C2
1/2WS
1W
E/C 22uF
开关电源的防雷设计
保险丝Fuse、压敏电阻ZNR
1、合理的走线 2、足够的安全距离 3、共模电感引脚焊盘增加放电针等方法
常用的EMI滤波器拓扑
LLcC
LDk
L
50Ω
Cx1
E
50Ω
N
Cy1 干干扰源
Cx2
扰
Cy2 源
L、N
E
L 100Ω
E
N
LLcC 25Ω
LLCc Cx1
LLDk //22
共
模干扰
Cy (Cy 1+Cy 2)
噪源
声
22LLDk Cx2
差
Cy CCyy11+CCyy22
模 噪
声
共模衰减 等效电路
差模衰减 等效电路
开关电源IC的选用
1、集成IC方案：(IC内部集成了PWM控制器和MOS管)
优点：IC外围元件数量少,产品一致性较好，便于LAYOUT和生产； 缺点：IC输出功率已固定，参数选择的灵活性较差；由于集成了功
R21 + CF
450V
750K
1KV
7 2
D8
275V 2
3
1N4007
D2
1/2WS
D11
FR107
1
2
D6
C16 JUMPER
开关电源基本原理和实例
2019-11-22
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
开关电源基本拓扑
一 正激转换式（Forward Converter) （适合输出电压精度要求高的场合） 二 反激转换式（Flyback Converter)（适合功率较小或是多路输出的场合） 三 推挽转换式（Push-Pull Converter)（适合用于低电压输入场合，电压特性好） 四 半桥转换式（Half-Bridge Converter)（适合中大功率输出场合、成本高） 五 全桥转换式（Full-Bridge Converter) （适合大功率输出场合、成本高） 六 准谐振转换式（Quasi-Resonant Converter) （适合要求高效率、低EMI干扰场
当开关管VT1 导通时，高频变压器Ｔ初级绕组 的感应电压为上正下负，次级绕组的感应电压为上 负下正，整流二极管VD1处于截止状态，此时初级绕 组中储存能量。
反激式变换器的典型电路
当开关管VT1截止时，由于电感电流不能突变， 高频变压器Ｔ初级绕组的感应电压为上负下正，次 级绕组的感应电压为上正下负；变压器Ｔ初级绕组 中存储的能量，通过次级绕组及VD1 整流和电容Ｃ 滤波后向负载输出。
率元件MOS，散热效果差，不适用大功率电源。
2、分离IC方案：（IC内部仅有PWM控制器，外围需要增加MOS管）
优点：搭配外部的MOS管，可应用于更大功率的电源需求，外围元 件参数灵活，可根据具体需求增加或删减部分功能；
缺点：控制IC外围元件数量多，不便于LAYOUT和生产。
集成MOS管和PWM的IC (LD7660J)（海信STI5197）
的反电动势把开关管击穿，正激式变压器开关电源的变压器增加一个反电动势吸收绕组；同时，次级 二极管也截止，由于次级电感L电流不能突变，通过二极管D2继续给负载供电；同时电容C也为负载供 电。
正激式变换器只有传输能量的功能，储存能量是通过次级的电感L和电容C来完成的。
反激变换器的工作原理
工作原理（只分析常态）：
基准 电压
分压 取样
輸入回路：由EMI滤波、高压整流滤波、变压器初级、开关管MOSFET組成。 輸出回路：由变压器次级、输出整流、滤波等组成； 控制回路：由低压电子元器件組成.
输入回路与输出回路两者间采用变压器进行隔离，既可以实现高低电压间的转换， 又可以确保人身与低电压器件的安全。
开关电源的防雷设计
反激式变换器不仅可以传输能量，还可以储存能量，无需利用输出电感和电容进 行储能，因此输出电感和电容规格比正激式小很多。
反激式开关管工作波形
相对于正激式变换器，反激式变换器的优缺点
反激式开关电源的优点 1、 反激式变换器中，变压器既具有具有变压和隔离的功能，还具有储能的作用； 2 、反激式变换器占空比变化范围宽，输出受输入电压影响小，适应宽输入电压范围； 3、 反激式变换器不需要加磁复位绕组； 4、 反激式变换器电路比较简单，体积比较小，成本也要低； 5、 反激式变换器一般多用于功率较小或是多路输出的场合 反激式开关电源的缺点 1、 反激式变换器的瞬态控制特性相对较差，不适合用在电压精度要求高的场合。 2、 由于反激式开关电源变压器具有储能的功能，变压器磁芯之间留有气隙，所以初级
结合机顶盒对供电电源的要求，我们一般选用反激式变换器作为机顶盒电源的拓扑。
反激式开关电源基本框图
AC 输入
EMI 滤波
整流 桥
输入 电容
隔离 变压器
启动 电路
PWM 控制器
开 关 管
二极管 整流
电容电 感滤波
直流 输出
反馈 限流
反馈 回路
光电 耦合器
合、成本高） 七 LLC谐振转换式（LLC Resonant Converter) （适合要求高效率、低EMI干扰场
合、成本高）
正激式变换器的工作原理
正激式变换器的典型电路
工作原理(只分析常态)： 当开关K闭合时，变压器的初级线圈N1被直流电压激励，线圈N1电压为上正下负；次级线圈N2感
应的电压也为上正下负，二极管D1导通，通过电感L给负载R供电和给电容C充电。 当开关K断开时，变压器的初级线圈N1产生很大的反电动势电压，为了防止变压器初级线圈产生
需要满足防雷标准:EN 61000-4-5的要求
家用电器中电源的防雷通常属于2级甚至3级防雷，具体方案是： 1、增加防雷元件：根据不同的防雷要求，适当选择输入端保险丝Fuse、压 敏电阻ZNR的规格，规格越大则元件本身防雷效果越好；但规格过大时，就 无法对电源内部元件取到良好的保护作用；
在有特别要求的情况下，可选择气体放电管或陶瓷放电管(反应速度快、 可恢复)。 2、优化PCB LAYOUT:合理的走线，足够的安全距离，共模电感引脚焊盘增 加放电针等方法，可以有效的提高电源内部元件承受雷击的能力。
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NTC1
D1
1N4007
1A 1000V
HV
T2
6
R11
CF
C15
N
R20
R4
C7
5
100R
C/C
1/4W
102K
10D9
CF
MOF
C/C
500V
2A 10R
750K
100K
102K
L3
D
ZNR1 10D561K
1
R1 empty
T1 1 CX1 104K
4 D3
C2
1/2WS
1W
E/C 22uF
开关电源的防雷设计
保险丝Fuse、压敏电阻ZNR
1、合理的走线 2、足够的安全距离 3、共模电感引脚焊盘增加放电针等方法
常用的EMI滤波器拓扑
LLcC
LDk
L
50Ω
Cx1
E
50Ω
N
Cy1 干干扰源
Cx2
扰
Cy2 源
L、N
E
L 100Ω
E
N
LLcC 25Ω
LLCc Cx1
LLDk //22
共
模干扰
Cy (Cy 1+Cy 2)
噪源
声
22LLDk Cx2
差
Cy CCyy11+CCyy22
模 噪
声
共模衰减 等效电路
差模衰减 等效电路
开关电源IC的选用
1、集成IC方案：(IC内部集成了PWM控制器和MOS管)
优点：IC外围元件数量少,产品一致性较好，便于LAYOUT和生产； 缺点：IC输出功率已固定，参数选择的灵活性较差；由于集成了功
R21 + CF
450V
750K
1KV
7 2
D8
275V 2
3
1N4007
D2
1/2WS
D11
FR107
1
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D6
C16 JUMPER
开关电源基本原理和实例
2019-11-22
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
开关电源基本拓扑
一 正激转换式（Forward Converter) （适合输出电压精度要求高的场合） 二 反激转换式（Flyback Converter)（适合功率较小或是多路输出的场合） 三 推挽转换式（Push-Pull Converter)（适合用于低电压输入场合，电压特性好） 四 半桥转换式（Half-Bridge Converter)（适合中大功率输出场合、成本高） 五 全桥转换式（Full-Bridge Converter) （适合大功率输出场合、成本高） 六 准谐振转换式（Quasi-Resonant Converter) （适合要求高效率、低EMI干扰场
当开关管VT1 导通时，高频变压器Ｔ初级绕组 的感应电压为上正下负，次级绕组的感应电压为上 负下正，整流二极管VD1处于截止状态，此时初级绕 组中储存能量。
反激式变换器的典型电路
当开关管VT1截止时，由于电感电流不能突变， 高频变压器Ｔ初级绕组的感应电压为上负下正，次 级绕组的感应电压为上正下负；变压器Ｔ初级绕组 中存储的能量，通过次级绕组及VD1 整流和电容Ｃ 滤波后向负载输出。
率元件MOS，散热效果差，不适用大功率电源。
2、分离IC方案：（IC内部仅有PWM控制器，外围需要增加MOS管）
优点：搭配外部的MOS管，可应用于更大功率的电源需求，外围元 件参数灵活，可根据具体需求增加或删减部分功能；
缺点：控制IC外围元件数量多，不便于LAYOUT和生产。
集成MOS管和PWM的IC (LD7660J)（海信STI5197）
的反电动势把开关管击穿，正激式变压器开关电源的变压器增加一个反电动势吸收绕组；同时，次级 二极管也截止，由于次级电感L电流不能突变，通过二极管D2继续给负载供电；同时电容C也为负载供 电。
正激式变换器只有传输能量的功能，储存能量是通过次级的电感L和电容C来完成的。
反激变换器的工作原理
工作原理（只分析常态）：
基准 电压
分压 取样
輸入回路：由EMI滤波、高压整流滤波、变压器初级、开关管MOSFET組成。 輸出回路：由变压器次级、输出整流、滤波等组成； 控制回路：由低压电子元器件組成.
输入回路与输出回路两者间采用变压器进行隔离，既可以实现高低电压间的转换， 又可以确保人身与低电压器件的安全。
开关电源的防雷设计
反激式变换器不仅可以传输能量，还可以储存能量，无需利用输出电感和电容进 行储能，因此输出电感和电容规格比正激式小很多。
反激式开关管工作波形
相对于正激式变换器，反激式变换器的优缺点
反激式开关电源的优点 1、 反激式变换器中，变压器既具有具有变压和隔离的功能，还具有储能的作用； 2 、反激式变换器占空比变化范围宽，输出受输入电压影响小，适应宽输入电压范围； 3、 反激式变换器不需要加磁复位绕组； 4、 反激式变换器电路比较简单，体积比较小，成本也要低； 5、 反激式变换器一般多用于功率较小或是多路输出的场合 反激式开关电源的缺点 1、 反激式变换器的瞬态控制特性相对较差，不适合用在电压精度要求高的场合。 2、 由于反激式开关电源变压器具有储能的功能，变压器磁芯之间留有气隙，所以初级