数字开关电源基础(凌特资料)
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。
凌特电源
1
LTC4411
ABSOLUTE
(Note 1)
AXI U RATI GS
PACKAGE/ORDER I FOR ATIO
ORDER PART NUMBER
TOP VIEW IN 1 GND 2 CTL 3 4 STAT 5 OUT
IN, OUT, STAT, CTL Voltage .......................... –0.3 to 6V Operating Ambient Temperature Range (Note 2) ...............................................–40°C to 85°C Operating Junction Temperature (Note 3) .............................................–40°C to 125°C Storage Temperature Range ..................–65°C to 125°C Lead Temperature (Soldering, 10 sec).................. 300°C
TO LOAD VCC 4.7µF 470k
IMAX
IOC
LTC4411 SLOPE 1/RON CONSTANT RON
CURRENT (A)
STATUS OUTPUT IS LOW WHEN WALL ADAPTER IS SUPPLYING LOAD CURRENT
4411 F01
IFWD
Figure 1. Automatic Switchover of Load Between a Battery and a Wall Adapter
开关电源培训资料
控制芯片
根据采样电路提供的信号，控 制开关管的通断，实现电源的
稳压、稳流输出。
03
开关电源的调试与测试
开关电源的调试方法
调试步骤
调试过程中，逐步增加输入电压，并观察电源输出是 否稳定，是否达到预期的输出电压和电流。
检查电源输入是否正确，确保电源连接正确，不会出 现短路等情况。
在调试过程中，注意观察开关电源的发热情况，确保 不会出现过热导致损坏。
工作效率
开关电源的转换效率较高，一般在 80% 以上，而线性电源的效率相对较低，一般在 50%-70% 之间。
输出电压稳定性
开关电源的输出电压稳定性较高，受负载影响较小，而线性电源的输出电压稳定性相对较 差，受负载影响较大。
开关电源的安规要求
01
电磁兼容性（EMC）
开关电源在工作中会产生一定的电磁干扰（EMI），为了确保其对外
开关电源的常见故障案例分析
• 案例一：输入异常导致开关电源无法正常工作。 • 问题描述：开关电源在工作时突然停止工作，检查发现输入电压异常。 • 解决方法：调整输入电压至正常范围，开关电源恢复正常工作。 • 案例二：输出异常导致负载设备无法正常工作。 • 问题描述：开关电源输出电流异常，导致负载设备无法正常工作。 • 解决方法：调整开关电源的输出电流至正常范围，负载设备恢复正常工作。 • 案例三：温升过高导致开关电源内部元器件损坏。 • 问题描述：开关电源在工作时突然冒烟，检查发现温升过高。 • 解决方法：加强散热设计，选用导热性能好的材料，降低温升，避免类似故障再次发生。 • 案例四：噪声过大导致电磁干扰过大。 • 问题描述：开关电源在工作时产生大量电磁干扰，影响周围设备的正常工作。 • 解决方法：加强EMI滤波设计，选用低噪声元件，降低噪声，避免类似故障再次发生。
《开关电源基础》课件
绿色环保
环保意识的提高促使开关电 源向更加绿色、环保的方向 发展，如采用高频化技术减 少电磁干扰和散热噪声等。
开关电源的应用前景展望
电动汽车与充电设施 随着电动汽车市场的不断扩大， 开关电源在充电设施领域的应用 将更加广泛，要求更高效率、更 安全可靠。
工业自动化与智能制造 工业自动化和智能制造领域对开 关电源的需求持续增长，要求其 具备高效、可靠、安全等特点。
开关电源的特点
总结词
高效率、高可靠性、体积小、重量轻
详细描述
开关电源具有高效率、高可靠性、体积小、重量轻等优点，在电子设备中广泛应 用。
开关电源的应用
总结词
计算机、通信、工业控制等领域
详细描述
开关电源在计算机、通信、工业控制等领域得到广泛应用，为各种电子设备提供稳定的电能供应。
02
开关电源的工作原理
冗余设计
采用并联、备份等冗余措施，提高电源的可用性和可靠性。
电磁兼容性设计
优化电路布局和元件选型，降低电磁干扰和噪声，提高电源的电 磁兼容性。
环境适应性设计
考虑电源在不同环境下的适应性，如温度、湿度、振动等，提高 电源的环境适应性。
05
开关电源的测试与调试
开关电源的测试项目
输入电压范围测试
检查开关电源在输入电压范围内的正 常工作情况，确保电源在各种电压条 件下都能稳定运行。
故障率。
开关电源的优化方法
最优控制策略
采用先进的控制算法，如PID、模糊控制等，实现快速响应、高精 度调节和高效运行。
元件选择与匹配
根据电路需求选择合适的元件类型和规格，优化元件参数匹配，降 低内阻和损耗。
热设计优化
合理设计散热结构和散热器，降低电源温升，提高元件寿命和电源 可靠性。
开关电源基础知识学习资料PPT课件
开关电源最常用的三种拓朴电路1—BUCK Converter 工作原理 降压电路（Buck）其主要原件为：开关管SW、续流流二级管D、
电感L、电容C和负载电阻RL。
ON-Stage:当SW导通时，电流经S、L到负载，能量同时储存在电感中，输出平均 直流电压Vo；
2020/11/13
➢ 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。
分类方法多种多样。分为AC/DC和DC/DC两大类，DC/DC变换器现已实 现模块化，且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，并已得到 用户的认可。但AC/DC的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中， 遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。又可分为离线式非离线式，反激式、 正激式、半桥式全桥式， Adaptor/内置式开关电源open open frame等。
开关电源中应用的电力电子器件主要为快速恢复二极管、肖特基二极管和 MOSFET，SCR在开关电源输入整流电路及软启动电路中有少量应用。 开关电源的三大特征
1、开关：电力电子器件工作在开关接近工频的低频；
3、直流：开关电源输出的是直流而不是交流。 开关电源的种类
开关电源： 优点：体积小重量轻(线性电源的20~30%)；效率高70~95%,易满足 各国的能效要求；输入输出电压范围宽，模块化。 缺点：电路复杂、开发、制程难度较大，由于工作在高频 （50K~300K），干扰大、EMC难解决。
总而言之，开关电源正逐渐取代线性电源，应用领域越来越广泛。
开关电源原理简介 ppt课件
14
PFC (Power Factor Correction)之意义----Passive PFC
PFC Choke
15
PFC (Power Factor Correction)之意义---Active PFC
其具有功耗小效率高(可达70~95%)， 稳压范围宽，可靠安全，体积小、 重量轻、转换效率高、自身发热量 小
缺点
调整管工作状态
变压器工作频率和 材料 特点原因
承受过载﹑短路能力差﹑效率低 电磁辐射和干扰会比较大,纹波比较
(35~60%),体积庞大，不具有保 大. 瞬态响应较差﹐控制电路要复
护功能等特点
调整管损耗功率大,尤其是大功 率的线性电源往往是重量重, 体 积大，不适合计算机工业化的轻 便设计原则 .
调整管功耗小,机内温升低, 输出多 路的低电压大电流的直流电要具备 各种保护功能。
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
隔离型: 正激式(Forward Converter)﹑反激式(Fly-back Converter)﹑推挽式(Push-pull converter) ﹑半桥式 (Half-bridge converter)﹑全桥式(Full-bridge converter)
非隔离型: 降压式(Buck Converter)﹑升压式(Boost Converter)﹑ 升降压式(Buck/Boost Converter)﹑ Cuk Converter ﹑Zeta Converter ﹑Sepic Converter
开关电源培训资料
开关电源在新能源领域的应用实例
太阳能发电系统
太阳能发电系统中，开关电源用于控制太阳能电池板的充电和放 电过程，提高系统效率和稳定性。
风能发电系统
风能发电系统中，开关电源用于控制风力发电机的并网和电力输出 ，保证电力系统的稳定运行。
电动汽车
电动汽车中，开关电源用于直流/直流转换，将电池输出的高压直 流电转换为低压直流电，为车辆电器和电机提供电力。
实现高效的功率转换。
热设计
进行适当的热设计，以确保功率 转换器在运行时的散热需求得到
满足。
输出滤波器的设计
滤波器类型
选择适当的输出滤波器类型，如LC滤波器、π型滤 波器等，以减小输出电压和电流的噪声。
元器件选择
选择适当的电子元器件，如电容、电感和电阻等 ，以实现输出滤波器的功能。
性能测试
进行性能测试，以验证输出滤波器的效果是否满 足要求。
3. 实施定期维护和检查
对开关电源进行定期维护和检查，及时发现并解决潜在问 题。
1. 选择高质量的元器件
采用高品质的元器件，降低故障率。
4. 采用备份和冗余设计
在关键系统中使用备份和冗余电源设计，以确保系统的正 常运行。
06
CATALOGUE
开关电源应用实例
开关电源在电子产品中的应用实例
1 2 3
02
用于控制开关管的导通时间，从而控制输出功率。
保护电路
03
用于检测开关电源的状态，如过压、欠压、过流和过温等异常
情况，并采取相应的保护措施。
03
CATALOGUE
开关电源设计与优化
开关电源的参数设计
01
02
03
04
输入电压范围
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。
开关电源的基本知识介绍
三.開關電源的原理介紹
PFC(Power Factor Correction)之意義
二端網絡的功率(單相電路) 視在功率 S=V*I (伏安VA) 有功功率 P=VR*I=V*Cosφ *I=S *Cosφ (瓦W) 實部 無功功率 Q=VX*I=V*Sinφ *I=S *Sinφ (乏Var) 虛部 Q>0時﹐電路呈感性﹐ Q<0時﹐電路呈容性。 功率因數 λ =PF= Cosφ, φ角為功率因數角﹐S2=P2+Q2 φ角為功率因數角, 是電 壓與電流的相位差,開關電 源中容性負載重,Q<0﹐電 路呈容性,電壓V落後於電 流I.所以可串聯電感以中 和容性,減小φ角,以提高功 率因數 PF.
三.開關電源的原理介紹
主變換電路
高頻開關變壓器同樣是整個 電路中的核心部件,高頻開關 變壓器能夠提供我們所需要 的幾組直流電壓。驅動變壓 器將PWM積體電路輸出的 控制信號進行放大以驅動開 關管進行工作，同時還可以 將開關管工作的高壓區和積 體電路工作的低壓區進行物 理隔離 。待機電源是一套獨 立的小型開關電源，這就是 我們所說的待機電路，其輸 出的電壓為電源的主電路供 電，同時通過+5VSB端輸出 到主板來實現喚醒功能。
保险丝能在电源功率太大或元 件出现短路时熔断以保护电源 内部的元件， 而限流熱敏電阻 含有金属氧化物成分，能限制 瞬间的大电流，减少电源对内 部元件的电流冲击。
三.開關電源的原理介紹
輸入電網濾波電路圖
1. 2. 3. 4. 5. 6.
R1為470千毆(1/2W),當AC拔掉時,AC電須1秒內歸0 (安規要求) Lx為differential mode noise 專抑制低頻部份 FL2,FL1為common mode noise 專抑制高頻部份 CX1~CX3之電容是來抑制低頻noise,設計值約(0.1uf~1uf) CY1~CY6之電容是來抑制高頻noise,設計值約(4700PF~1000PF) CY1~CY6 電容加大會增leakage current,在安規里有一定洩漏 電流值.
开关电源基础知识简介
1、输出纹波噪声的测量及输出电路的处理PWM 开关电源的输出的纹波噪声与开产频率有关。
其纹波噪声分为两大部分:纹波(包括开关频率的纹波和周期及随机性漂移和噪声(开关过程中产生。
周期及随机性漂移在纹波与噪声的测量过程中,如果不使用正确的测量方法将无法正确地测量出真出的输出纹波噪声。
下面是推荐的测量方法:平行线测量法 :输出管脚接平行线后接电容 , 在电容两端使用 20MHz C 为瓷片电容,负载与模块之间的距离在 51mm 和 76mm(2in.和 3in 之间。
在大多数电路中 , 2、多路输出的交互调节及其应用交互调节的优点。
图中 lo1路负载电流、 Vo2为辅助路输出电压。
由图可见, 20%100% Io2在主路负载从 20%~100%变化时,辅助路输出电压随辅助路负载电流的变化曲线中,辅助路输出电压始终在 ±4%范围之内。
即使在最坏的情况,即主路空载、辅助路江载,主路满载、辅助路空载时其输出电压也能保证在标称电压的 ±10%范围之内。
由此,对于输出稳压精度要求不太高的情况下,这种不稳压的辅助输出不仅能够满足供电的条件, 而且相对成本低、器件少、可靠性高。
建议用户首先考虑不稳压的辅助输出的电源模块。
开关电源基础知识简介3、容性负载能力与电源输出保护建议用户对电源模块的阻性负载取大于 10%额定负载,这样模块工作比较稳定。
电容作为电源去耦及抗干扰的手段,在现代电子线路中必不可少,本公司的电源模块考虑此因素,都有相当的容性负载能力。
但由于考虑到电源的综合保护能力,尤其是输出过载保护, 容性负载能力不可能太大,否则保护特性将变差。
因此用户在使用过程中负载电容总量不应超过最大容性负载能力。
Vo输出电流保护一般有四种方式:●恒流式:当到达电流保护点时,输出电流随负载的进一步的加重,略有增加,输出电压不断下降。
●回折式:当到达电流保护点时,输出电流随负载的的加重,输出电压不断下降,同时输出电流也不断下降。
开关电源培训资料
测量条件
a、输入电压一般为额定值（具体依产品规格要求）。
b、各路输出一般带上满载。
c、测量端并联一个0.1μF的无极性电容和一个10μF的电解电容，如产品规格无 要求则在测量端并联一个0.1μF的无极性电容。
测试方框图
供电 电源
被测 电源
V
纯电阻负 载
C
示波器、杂音计、 选频表
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2.8 输出纹波即杂音
输入滤波大电解 输入整流桥
6
1.3 15W电简介
PWM控制IC
7
1.3 15W电源简介
15W 原理图
8
1.3 15W电源简介
PWM LD7522 芯片资料
9
1.3 15W电源简介
EMI电路: 电源工作时，电源的功率开关管、变压器处于高频的开关状态，电压、电流的快速跳变会
产生很干扰噪音，而EMI电路主要是阻止这些干扰噪声串入电网影响其它的电子设备，也能防 止一部分电网的干扰噪音进入电源造成干扰。 防浪涌电路：
测试方法 a、如图布置好测试电路 b、将数字示波器设置到正常捕获状态。SLOPE为。 c、然后即可开启电源，开启瞬间，示波器即会捕捉到一过冲信
号，分别在以上各种条件下开启几次电源，取其中最大者，此 即为开机过冲幅度。 d、当电源在工作时 ，关闭电源，示波器即会捕捉到输出电压下 降信号，测量电压在下降之前的过冲值，在各种条件下多关闭 几次电源，取其中最大者，即为关机过冲幅度。 e、将示波器设为自动状态，把电子负载设为动态模式（在25%与 50%额定电流之间阶跃或在50%与75%额定电流之间阶跃），开 启电源及电子负载，测量其瞬态过冲幅度及瞬态恢复时间（可 调节电子负载的开关周期时间以获得易于测量的波形；过冲幅 度的测量需剔除毛刺部分）。
开关电源基础知识学习资料PPT课件
工程技术研发中心 何爱平 2010.5.12
目录
一、开关电源的基本概念 二、开关电源最常用的三种拓朴电路 三、典型反激式开关电源的电路分析 四、开关的电源的工程设计 五、开关电源常见的故障分析 六、有关开关电源的概念问题 七、开关电源的发展方向
2020/11/13
开关电源的基本概念1--什么是开关电源
电气照明是建筑电气技术的基本内容是保证建筑物发挥基本功能的必要条件合理的照明对提高工作效率保证安全生产和保护视力都具有重要的意义2020103工程技术研发中心何爱平2010512目录一开关电源的基本概念二开关电源最常用的三种拓朴电路三典型反激式开关电源的电路分析四开关的电源的工程设计五开关电源常见的故障分析六有关开关电源的概念问题七开关电源的发展方向电气照明是建筑电气技术的基本内容是保证建筑物发挥基本功能的必要条件合理的照明对提高工作效率保证安全生产和保护视力都具有重要的意义2020103开关电源的基本概念1什么是开关电源什么是开关电源
我们公司常用的是AC/DC开关电源，都是离线反激式，2W~120W，有Adapter也有 内置式。都由以下几部分组成：输入滤波器、整流、逆变器、输出整流器及输出滤 波电路，控制电路保护电路等。
2020/11/13
开关电源基本概念2--线性电源PK开关电源
线性电源： 优点：线性电源将交流电先经工频变压器变压、再整流滤波，线性调 整电路使输出稳定度很高、纹波很小，基本无干扰及噪声，技术成熟， 在一定功率范围内有成本优势； 缺点：调整管工作在线性状态，调整管上的压差，导致损耗大，效率 低，35~60%，很难满足能效指令；体积大笨重；当电源功率达到一 定程度（10~15W）时，其与开关电源相比已无成本优势；输入电压 范围受限，只能用在降压条件下。
开关电源基础知识讲义
第一部分：开关电源基础一、什么是开关电源标志电源特性的参数有功率、电压、频率、噪声等等；在同一参数要求下，又有体积、重时、形态、功率、可靠性等指标。
凡用半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变成另一种形态的主电路都叫做开关变换器电路；转变时用自动控制闭环稳定输出并有保护环节则称为开关电源（Switching Power Supply）。
开关电源主要组成部分是DC-DC变换器，因为它是转换的核心，涉及频率变换，目前DC-DC变换中所用的频率提高最快。
它要提高频率中碰到的开关过程、损失机制，为提高效率而采用的方法，也可为其它转换方法参考。
值得指出，常见到离线式开关变换器（off-line Switching Converter）名称，是AC-DC变换，也常称开关整流器；它不单是整流的意义，而且整流后又作了DC-DC变换。
所以说离线并不是变换器与市电线路无关的意思，只是变换器中因有高频变压器隔离，故称离线。
二、开关电源设计总原则及总要求：1. 设计总原则：产品的设计和结构必须符合适用国家适用类别的安规及EMC。
2. 设计总要求：产品的设计和结构必须能够保证在正常使用和可能的失败条件下，不会对使用者产生触电和其它危险, 及不会对周围环境产生危害,如火灾等.3. 设计具体要求：满足客户的需求（如电气、安规、价格及其它特殊需求）。
三、开关电源分类：1. 按激励形式不同，可分为自激式与他激式两种自激式：单管式与推挽式（开关晶体管的激励信号如来自本身输出负载藕合而得，称之为自激）他激式：调频，调宽，调幅，谐振目前应用较广的为调宽型，它又包括正激，反激，半桥，全桥四种。
2. 以应用线路分类：顺向式( Forward ) --- 60W~600W返驰式 ( Flyback ) --- 100W~半桥式 ( Half-Bridge ) --- 200W ~ 500W全桥式( Full-Bridge ) --- 500W~推挽式( Push-Pull ) --- 500W~铃流扼制式( Ringing Choke Converter ) --- 20W~CUK式 --- 无输出连波(Output Ripple-less)SEPIC式 --- 无输入连波(Input Ripple-less)共振式 ( Resonant ) --- 低损失(Loss-less)四．开关电源中的常用术语效率：电源的输出功率和输入功率的百分比。
开关电源基础知识
•开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的道通与截止．将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压！转华为高频交流电的原因是高频交流在变压器变压电路中的效率要比50Hz高很多．所以开关变压器可以做的很小，而且工作时不是很热！成本很低．如果不将50Hz变为高频那开关电源就没有意义开关电源大体可以分为隔离和非隔离两种,隔离型的必定有开关变压器,而非隔离的未必一定有.开关电源的工作原理是:1.交流电源输入经整流滤波成直流;2.通过高频PWM(脉冲宽度调制)信号控制开关管,将那个直流加到开关变压器初级上;3.开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载;4.输出部分通过一定的电路反馈给控制电路,控制PWM占空比,以达到稳定输出的目的.交流电源输入时一般要经过厄流圈一类的东西,过滤掉电网上的干扰,同时也过滤掉电源对电网的干扰;在功率相同时,开关频率越高,开关变压器的体积就越小,但对开关管的要求就越高;开关变压器的次级可以有多个绕组或一个绕组有多个抽头,以得到需要的输出;一般还应该增加一些保护电路,比如空载、短路等保护,否则可能会烧毁开关电源ATX电源的主要组成部分EMI滤波电路：EMI滤波电路主要作用是滤除外界电网的高频脉冲对电源的干扰，同时也起到减少开关电源本身对外界的电磁干扰，在优质电源中一般都有两极EMI滤波电路。
一级EMI电路：交流电源插座上焊接的是一级EMI电源滤波器电路，这是一块独立的电路板，是交流电输入后所经过的第一组电路，这个由扼流圈和电容组成的低通网络能滤除电源线上的高频杂波和同相干扰信号，同时也将电源部的干扰信号屏蔽起来，构成了电源抗电磁干扰的第一道防线。
二级EMI电路：市电进入电源板后先通过电源保险丝，然后再次经过由电感和电容组成的第二道EMI电路以充分滤除高频杂波，然后再经过限流电阻进入高压整流滤波电路。
保险丝能在电源功率太大或元件出现短路时熔断以保护电源部的元件，而限流电阻含有金属氧化物成分，能限制瞬间的大电流，减少电源对部元件的电流冲击。
开关电源的基本常识
• IQC培训教材 • 讲解:林小喜
2020/4/19
電源的基本常識
➢基 本 概 念 :
➢電
源:
➢
1.自身能直接提供電能滿足用電器需
➢
要的裝置(非所講內容)
➢
2.自身不能提供能量但可以通過轉化
➢
來滿足用電器的需要
➢分
類 : (按轉換形式)
➢
線性電源
➢
開關電源
2020/4/19
線性電源與開關電源區別
• 2.當Q b極加入0v時Q ce截止 電路斷開R不消耗能量
2020/4/19
開關電源簡介
•.
T D5
+
D1
D2
L
R1
C3
-
C1
N Q1
R4
D3
D4
R2
1
C2
Q2 3
4 PC R3
R7
C4
K SHR
R5 2
R
A R6
2020/4/19
重要元件解析
•.
R
A
K
K K
R R
A 2.5V
A
• .A431特性:
2020/4/19THE END2020 Nhomakorabea4/19
➢線 性 電 源 :
➢優
點:
➢
輸出波動小,輻射干擾小
➢缺
點:
➢
體積大,笨重,輸入范圍小,效率低,輸出
➢
功率小
➢開 關 電 源 :
➢優
點:
➢
體積小,重量輕,輸入范圍寬,效率高,輸
➢
出功率較大
➢缺
點:
➢
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BOOST
同步BOOST变换器
1 输出二极管换为功率MOSFET 2 应用于高功率输出大电流 3 高效率
多相BOOST变换器
1 低的输出电压纹波 2 小的电感和小的电容 3 高效率
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BOOST
元件选取
①功率MOSFET VDDS > Vo， IDmax > Io/(1-D)+ΔI/2 ②续流二极管或同步MOSFET VRRM > Vo， IF(AV) > Io ③电感 L >VINDMAX / f ΔI ， ΔI = 0.2~0.4 IIN ， 饱和电流Isat > IIN+ΔI/2 ④PCB：输入地回路电流连续，输入地为干净地
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LDO
3）NPN准LDO调节器利用一个非达林 顿结构的NPN作为主要传输晶体管 ，由PNP提供驱动。由于单独NPN的 电流增益通常要高于PNP，因此该 调节器的电流增益要比传统的PNP LDO要高，且负载调节更佳、接地 引脚电流更低，但还是稍逊于标准 的NPN达林顿调节器。由于在传输 器件中只用一个NPN而非达林顿， 因此准LDO的压降仅为VCESAT与VBE 的和（约1～1.5伏）。
LTC1628/1629
CLK
1:1 Gain Diff Op-Amp
电流检测比较 ITH电压环补偿
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BUCK
峰值电流模式控制BUCK变换器 优点: 1 内在固有的精确/快速脉冲限流,可靠性高 2 真正的电感电流软起始 3系统是一阶，稳定的余量大稳定性好,对于所有陶冶电容 容易设计补偿环路 4 易实现多个相位/多个变换器并联操作得到更大输出电流 5 精确/快速的电流均流 6 输出电压与输入电压无关，允许大的输入电压纹波， 减小输入滤波电容从而提高了输入的功率因素 缺点 需要精密的电流检测电阻,影响效率和成本
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BOOST升压变换器
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BOOST
Boost变换器
升压调节器
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BOOST
开关管导通，电感激磁电流线性上升
L di L = Vin dt
V D = in Lf S
5
LDO
2）PNP低压差（PNP LDO）调节器的 传输晶体管更为简单，包括一个由 二级低电流NPN驱动的PNP。其压差 就是PNP晶体管饱和电压，根据负 载电流地引脚电流（等于负载电 流除以PNP的β值）。接地引脚电 流高（导致功率损耗）是PNP-LDO 设计的一个重要缺陷。PNP-LDO调 节器的回路带宽通常在数百KHz
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BUCK
20
BUCK
同步Buck变换器
1 续流二极管换为功率MOSFET 2 应用于低电压大电流 低电压⇒低占空比,续流管导通更长时间 3 高效率
大的输出电流时,同步管用 几个MOSFET并联以减小 导通电阻同时有利于散热
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BUCK
22
BUCK
23
BUCK
CCM连续电流模式
在重负载电流时
LDO
1
LDO
线性电源LDO ①低效率,短电池寿命,效率 = Vo/Vin 压差 = Vin- Vo ②小尺寸,低输出电流,成本低,容易设计 ③输出干净 ④只能降压
工作在线性区 相当于一个可变电阻
2
LDO
3
LDO
1） NPN达林顿调节器利用一个由 PNP驱动的NPN达林顿传输晶体管 作为其传输器件。它需要来自误 差放大器的非常小的驱动电流来 处理大载荷电流，但它要求的输 入－输出的最小压降值最高（2～ 2.5V）。由于传输晶体管的基电 流“贡献”给载荷电流，因此接 地电流非常低；这是第一个三端 可调调节器（其负载额定电流为 几安培）设计通过的关键因素。 NPN调节器的回路带宽接近或超过 1MHz。
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LDO
9
LDO
10
LDO
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功耗计算
热设计LDO及开关电源
LDO
主功率损耗:输入电压和输出电压(压降),输出电流 器件静态功耗
开关电源控制器
驱动损耗 器件静态功耗
开关电源单芯片
驱动损耗 器件静态功耗 开关管开关损耗和导通损耗 输入电压,输出电压,输入电流,输出电流
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LDO
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开关电源
开关管关断，电感去磁电流线性下降
−L diL = Vin − Vo dt
(Vo − Vin )(1 − D) Lf S
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ΔI pk
ΔI pk =
BOOST
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BOOST
CCM
输出负载电流下降 从CCM-DCM
CCM有最小输出负载电流要求
DCM
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BOOST
输出电容纹波:
注意: iD>Io时Cout 充电 方法1: 在充电时间积分
考虑ESR:
ΔU o 2 = ESR • ΔI Lpk =
(1 − D)Vo • ESR Lf fS
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BUCK
临界工作模式(介于DCM和CCM边界)
Io = 1 (V in − V o ) D I L max = 2 2L f fS
DCM
Io
Toff Vo Vin
(Vin − Vo ) D 1 < I L max = 2 2L f f S (V − V ) D = D' TS = in o TS < (1 − D)TS Vo D = D + D'
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BUCK
电压模式控制BUCK变换器 优点: 不需要精密的电流检测电阻供最缺点 缺点 1 环路增益是输入电压的函数,需要输入电压前馈 2 环路增益是输出电容ESR的函数,需要仔细设计补 偿环路 3 电流检测/限流控制缓慢不准确 4 如果多个电源和多个并联相位操作,需要外部电 路进行均流控制
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BUCK
功率电感提供商 1 Pulse 2 TDK 3 Panasonic 4 Sumida 5 Murata 6 Delta
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BUCK
BUCK变换器轻载时操作控制技术
1 强迫CCM模式 2 跳脉冲模式(定频DCM到变频) 3 突发模式Burst Mode
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BUCK
突发模式 跳脉冲模式
提供最好的低负载电流效率 但输出电压纹波高
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开关电源
开关电源 ①高效率,长电池寿命,大电流 ②大尺寸,成本高 ③输出噪声,降压/升压/负压
BUCK
SEPIC
BOOST
CUK
BUCKBOOST
15
BUCK降压变换器
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BUCK
Buck变换器
降压调节器
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BUCK
开关管导通,电感激磁,电流线性上升
di L L = Vin − Vo dt
ΔI pk = (Vin − Vo ) D Lf S
开关管关断,电感去磁, 电流线性下降
−L di L = Vo dt
Vo (1 − D) Lf S
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ΔI pk =
BUCK
ΔBAe N =V Δt
伏秒值平衡:
V Δ t =恒定
toff: 去磁
ton: 激磁
ΔB
Vo ⋅ toff = (Vin – Vo) ⋅ ton Vo = D ⋅ Vin 其中: D = Ton/ T 忽略功率损耗: Vin ⋅ Iin = Vo ⋅ Io Iin = IL = Io/D
峰值电流模式控制BUCK变换器
L Rsense rc d Vin
PWM
Ki
R C
Vo
vo
d slope comp
iL feedback
Kref(s) EAIN
R2
C2
比较器
vc
Rth 补偿网络 Cth
ITH
igm
gm veainR1
C1
Cthp
Ro
Vref 误差放大器
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BUCK
峰值电流模式控制图
P∝fs CV2/2
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BUCK
元件选取
②续流二极管或BOT同步MOSFET VRRM 或 VDDS > Vinmax ， IF(AV) 或 IDmax > Io(1-D) 导通损耗:
续流二极管功耗死区时间
下管选取主要考虑RDSON
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BUCK
元件选取:电感 L >VODMIN/f ΔI
ΔI = 0.2~0.4 Io 饱和电流Isat > Io+ΔI/2,注意工作温度
提供最低的输出电压电流纹波 但低负载电流效率差
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BUCK
效率与轻载调整率 突发模式具有最高轻载效率，其次是跳脉冲模式，强迫CCM模式轻载 效率最低 强迫CCM模式具有最好轻载调整率，其次跳脉冲模式， 突发模式轻 载调整率最差
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BUCK
电压模式控制BUCK变换器
L Vin d
PWM
rc R C
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LDO
P沟道CMOS 低压差调节器（P-FET CMOS LDO）与PNP LDO非常类似， 但是P-PET并不需要大量的接地引 脚电流。该设计的缺陷在于最小 VIN的范围受到P-PET的限制，且需 要注意大量门电容，以保持回路稳 定。P-FET LDO调节器的回路带宽 通常在数百KHz。
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LDO
1 伏秒值平衡
Ton + Toff D2 V −V 1 Vin in o Io = I L max = TS Vo 2 2LfS