开关电源的分类和结构形式

2018/10/5
模块化设计的方法

选择合适的技术和拓扑形式
比较熟悉的原则（包括IC、拓扑方式、控制电路、变压器和骨架）；


进行估算
功率的大小、变压器和骨架的大小、选择合理的功率元器件；
设计原理图 搭建简单模块电源中的单元电路： 试验： 确定物理机构
散热片、PCB板、风扇；
对EMI/RFI进行测试（改板和设计的可能） 产品加工生产

2018/10/5
计算Boost电路L公式

计算L的公式很多，我们列出一个： L=Vin2*Ton/0.2Po=Vin2*Ton/0.2Io*Vo 也有人用： L=Vin*Ton/0.2Ii； 这里也有人取： L=Vin*(Vout-Vin)/(ΔI*f*Vout)
2018/10/5
反转式变换器图
2018/10/5
开关电源的术语
1、电压调整率：输入电压变化时，输出电压的变化率， 即 电压调整率 = （（最高输出电压Voutmax-最低输出 电Voutmin）/ 额定输出电压Vout） x 100% 2、负载调整率：负载电流从半载到额定负载时，输出 电压的变化率，即 负载调整率 = （V满 – V半）/ V额 × 100% 3、效率：电源的输出功率与输入功率的百分比，即 效率 = Pout / Pin × 100%
2018/10/5
反转式变换器原理说明
定义： 所谓反转式，就是输入电压的正负极性颠倒后输出。 原理是怎样的？ 1、当开关管Q导通Ton时，输入的直流电压Vi全部加在电感 L两端，电感上的电压是上正下负，电感中的电流方向是由 上向下流的，在原来的基础上线性增加，此时的电感储存 能量； 2、当开关管Q截止Toff时，电感中的磁能变成电能，电感L两 端相当于一个电源变压器的绕组两端一样向外供电，电感 中的电流方向与原来方向相同，仍由上向下流动，但电压 极性是上负下正，这个负电压，通过二极管D整流和电容 器C2滤波后，输出负的直流电压加在负载RL上。 这里的二极管起到阻碍作用。
2018/10/5
问题的解答2



共模噪声： 两条共电线端一起与大地（参考地）公共端之间出现的电磁噪 声，对于某些医疗器械要求电源线与大地公共端之间地回路电流 是要严格控制的，一般不允许在火线与地之间有超过0.01uF的电 容，这在许多安全标准中都有规定。 保险丝： 为了最佳的保护，电源输入处使用的保险丝应取最小的额定 值，此值应该在最低电源输入电压时能可靠承受浪涌电流和电源 的最大工作电流 ，一般取额定功率0.6-0.7。 浪涌限制 一般用晶闸管、负温度系数的热敏电阻等。

2018/10/5


输出电压为： Vo/Vi = -d/1-d 这里给出电感的计算公式： L=(Vin-Vout)/((ΔI*f)*(Vout-Vin))
2018/10/5
电源的技术指标


线形电源： 工作在线形放大区内；纹波小；电路比较简单； 效率低，35~60%； 形式比较简单，只能用在降压环境下； 开关电源： 效率高。70~95%； 形式多种多样，升压、降压、升降压等； 适用范围广，40V~480V； 小巧轻便。
2018/10/5
电源在产品中占重要角色



Βιβλιοθήκη Baidu
电源是各种电子设备中不可或缺的一部分，它 是各种电压和电流的源泉。首先只有电源正常 工作，才能谈上其他设备正常工作。 优秀合格的电源，可以避免其他电子设备的干 扰（保护自己被干扰）； 良好的电源在任何设备中都不会干扰其他设备 （保护干扰其它设备）； 防止自身的干扰（相互）。

2018/10/5
三种最长用的电源电路

降压电路（Buck）其主要原件为：电压源、 压控开关、二极管、电感、电容和负载电阻。
2018/10/5
Buck电路原理的分析



左边的Vin经S变成矩形波，并由DLC滤波器输 出； 当S导通时，电流经S、L到负载，输出平均直 流电压Vo； 当S截至时，D上负下正，是由L感应的电压所 至，由于没有能量补充，所以电感IL是下降的；
2018/10/5
从设计的角度设计电源
问题提出：你作为一名电源工程师设计一款手 机充电器（IN：90V，OUT：12V3A），你将 怎样考虑设计此电源呢？ （大约思考15分钟的时间，可以讨论） 在能满足技术指标的情况下，选择自己熟悉的 元件（KA3844B、UC2845、TOP221~227 等）； 输出负载（留有5%的余量、纹波控制在1%以 下）；
开关电源的组成2

PWM控制部分 主要包括：取样、供电、辅助供电、开关
2018/10/5
开关电源的组成3

输出（滤波、整流、稳压）：
2018/10/5
开关电源的分类和结构形式

什么是开关电源？ 所谓AC/DC就是交流变换为直流； AC/AC就是交流变交流，即为DC/AC称为 逆变，DC/DC就是直流变交流后又变为直 流； 凡是用半导体功率器件作为开关，将一 种电源形态的电路变换成另一种形态的电 路，叫开关变换，以自动控制稳定输出并 有各种保护环节电路的电源，叫开关电源 （Switching Power Supply）。
电源的基本概念问题

什么是“离线”开关电源？ 什么是差模噪声？什么是共模噪声？ 我们在设计电源时，输入保险丝是怎样选择的？ 浪涌限制一般采用哪些元器件？
2018/10/5
问题的解答1


“离线”开关电源： 直接由交流电源供电，不用体积庞大的 50-60Hz低频隔离变压器，而线形电源通常采 用这种变压器。 差模噪声： 涉及任何两个电源端和输出端之间的高频 电磁噪声的分量，如在火线与中线输入端之间 或在正极与负极输出端之间可以测得 。
2018/10/5
Boost电路原理图

升压电路（Boost）其主要元件：电压源、压 控开关、二极管、电感、电容和负载电阻。
2018/10/5
Boost电路原理说明
Q导通时，输入电压Vin全部加在电感上，这时IL=IC，IC是线性增 长的，同时在L上储存能量，R全靠C放电； Q截止时，L磁能转换为自感电压，电压的极性与原来电流方向相 同，这时L上的电压为左负右正，L上的自感电压和Vin相加为输出 电压Vo，所以Vo高于Vin，这个高电压经D一部分为R供电，另一 部分为C充电，当在导通时再补给L，这里的D是阻碍C的输出电压 给Q短路烧坏Q，这里的C在设计时要求大点，用CLC滤波，纹波 更小。 这里的：Vo=（（Ton+Toff）/Toff）*Vin 又因Ton+Toff=T， 所以：Vo/Vin=1/（1-D）
2018/10/5
开关电源设计参数



开关电源的重要参数： Vinmin：电源运行时输入最低电压；
如：AC90~265V 这里Vinmin = 90V 。
Vinman：电源运行时输入最高电压；
如：AC90~265V 这里Vinman = 265V 。
噪声和纹波：附加在直流输出信号上的交流电压和 高频尖峰的峰值，通常为mv级。 占空比：在高频开关电源中，开关元件的导通时间 和变换器的工作之比。 ESR：等效串联电阻，它表示电解电容呈现的电阻 值的总合，ESR越小，性能越好。
2018/10/5
从市场的角度设计电源



电源方案的选择： 采用何种工作方式反激、正激、推挽、半桥、 全桥等； 产品的工作环境： 主要考虑温度、湿度和灰尘等（例如销往 海南的电源和销往黑龙江的就不一样，一个是 注意温度和湿度，另一个要注意温度和干燥防 尘）； 产品的保护方面考虑。
2018/10/5
2018/10/5
上述两种电源的重要参数



提供能量的范围： U 输出电压、I 输出电流、P 输出功率。 稳定度： 变化量 / 输出量 = 调整率 纹波的大小： （0.5~1）% 综合功能的要求： 保护、过压、过流等；
2018/10/5
开关电源的组成1

输入部分（滤波、整流、稳压）：
2018/10/5
从设计的角度设计电源



对噪声抑制的控制电路，采用共模（高频 150K以上，高导磁）还是差模（150K以下， 磁通密度大）； 结构空间的选择： 主要考虑体积小、形状不同（怪异）、元 器件摆放位置的差异、散热的需求、耐压安 规的需求。 保护电路：过压、过流、欠压、提示等； 电源的拓扑形式。
2018/10/5
所以：Vo=（Ton/T）×Vin=D × Vin
2018/10/5
计算Buck电路L公式

Buck的公式很多常用的公式： L=(5(Vin-Vout)*Vout*T)/Vin*Iout 这里的Vin和Iout是输入电压和输出电流的额 定值。 L=（(Vin-Vout)*Vout）/(ΔI*f*Vin)，这里的ΔI 一般取输出电流的10~30%。