开关电源学习笔记

开关电源学习笔记

阅读书记名称《集成开关电源的设计调试与维修》

开关电源术语：

效率：电源的输出功率与输入功率的百分比。其测量条件是满负载，输入交流电压标准值。

ESR：等效串联电阻。它表示电解电容呈现的电阻值的总和。一般情况下，ESR值越低的电容，性能越好

输出电压保持时间：在开关电源输出电压撤消后，依然保持其额定输出电压的时间。

启动浪涌保护：它属于保护电路。它对电源启动时产生的尖蜂电流起限制作作用。为了防止不必要的功率损耗，在设计这一电路时候，一定要保证滤波电容充满电之前，就起到限流的作用。

隔离电压：电源电路中的任何一部分与电源基板之间的最大电压。或者能够加在开关电源的输入与输出端之间的最大直流电压。

线性调整率：输出电压随负载在指定范围内的变化百分率。条件是线电压和环境温度不变。

噪音和波纹：附加在直流信号上的交流电压的高频尖锋信号的峰值。通常是mV度量。

隔离式开关电源：一般指开关电源。它从输入的交流电源直接进行整流滤波，不使用低频隔离变压器。

输出瞬态响应时间：从输出负载电路产生变化开始，经过整个电路的调节作用，到输出电压恢复额定值所需要的时间。

过载过流保护：防止因负载过重，是电流超过原设计的额定值而造成电源的损坏的电。

远程检测：电压检测的一种方法。为了补偿电源输出的电压降，直接从负载上检测输出电压的方法。

软启动：在系统启动时，一种延长开关波形的工作周期的方法。工作周期是从零到它的正常工作点所用的时间。

快速短路保护电路：一种用于电源输出端的保护电路。当出现过压现象时，保护电路启动，将电源输出端电压快速短路。

占空比：开关电源中，开关元件导通的时间和变换工作周期之比。

元件选择和电路设计：

一：输入整流器的一些参数

最大正向整流电流：这个参数主要根据开关电源输出功率决定，所选择的整流二极管的稳态电流容量至少应是计算值的2倍。

峰值反向截止电压（PIV）：由于整流器工作在高压的环境，所以它们必须有较高的PIV值。一般600V以上。

要有能承受高的浪涌电流的能力：浪涌电源是用开关管导通时的峰值电流产生。

二：输入滤波电容

输入滤波电容对开关电源的影响

电源输出端的低频交流纹波电压

输出电压的保持时间

滤波电容的计算公式：

C=（I*t）/ΔV

C：电容量，F I：负载电流，A t：电容提供电流的时间，S

ΔV：所允许的峰-峰值纹波电压，V

例题：计算50W开关电源的输入滤波电容值。输入电压为115V，60HZ。

解：

第一步是计算支流负载电流：假定一个最坏的情况，电源有效率为70%，那么，输出功率为50W的电源输入功率应该是：

Pin=Pout/л=50/0.7=71.5W

利用倍压技术时，输入交流为115V，直流输出点验是2X（115X1.4）=320V。因此，负载直流电流应为

I=P/E=71.5/320=0.22A

现在假定设计允许30V峰-峰值的纹波电压，并且电泳要维持电平的时间为半周期，也就是说，半周期的线性频率或则说60HZ的交流电压大约是8ms,利用公式：

C=（I*t）/ΔV=(0.22*（8*0.001）)/30=58ЦF

选择50uF的电容。

如果在倍压结构中，1/C=1/C1+1/C2 就选择100uF的电容。

三：输入保护器件：

浪涌电流

原因：开关电源上电时，会产生极高的浪涌电流。浪涌电流主要是由滤波电容引起的。如不采取任何措施，浪涌电流可以达到几百安培。

措施：

1：利用电阻-双向可控硅并联网络。

上电时；VS截止，电流经过R1，R1起到限流作用

达到一定条件，VS导通，将R1短路。

2：利用负温度系数的NTC电阻

上电时候，NTC电阻值很大，有限制电流的作用，。当滤波电容开始充电的时，充电电流流过热敏电阻，开始对其加热。由于NTC是负温度系数，随着加热，电阻值开始下降，在负载平衡的情况下，其阻值应该最小，但是NTC电阻有惯性，如果电源从工作状态掉电，要1分钟左右时间才能恢复到标称阻值，所以开关电源要防止掉电后马上重新启动，那样NTC电阻就不能起到防止浪涌的作用。

输入瞬间电压保护：

引起原因：1 电网附近有电感性开关

L：电感器的漏感I：通过线圈的电流

2：雷电影响：电网上的高压尖峰可达5KV

可能损坏部分：输入滤波器，开关电源晶体管

措施：在输入端加压敏电阻（MOV）

保护原理：当高压尖峰瞬间出现在压敏电阻两端时，它的阻抗急剧减小到一个低值，消除尖峰电压，瞬间能量消耗在压敏电阻上。

选择步骤：额定值应比电压稳定值大10%~20%

计算或估计出电路所要承受的最大瞬间能量的焦耳数

最大能承受的最大尖峰电流

第三章高频电源变换器的基本类型

一：单端反激式

工作过程：当S闭合，如a 图，电流经过电感L，并在其中存储能量，由于电压的作用，二极管VD处于截止，故RL负载上无电压，当S打开，如b 图，电感上的感应电压极性相反，就在RL负载电阻上出现一个与输入电压相反的电压。开关不断闭合，打开，电路中的电流就以脉冲的形式出现。

二：单端正激式：

工作过程：S闭合，电流流过电感L，负载两端产生电压，S打开时，电感L的磁场发生变化，因而二极管处于正向偏置，并产生电流Ic流过电容C，负载两端输出电压极性仍保持不变，所以二极管也被称为续流二极管。

推挽式：

工作过程：是两个单端正激式工作在推挽式下。S1，S2交替打开或者关闭。

隔离单端反激式变换电路

工作过程：当晶体管VT1导通时，变压器初级电感线圈中储存能量，与变压器次级连接的二极管反偏压状，VD截止，次级无电流流过。当VT1截止，变压器次级电感线圈中的电压极性反过来，是的二极管导通，给输出电容充电，同时RL上也有电流。由于变压器处理隔离初级和次级外，它还有变压器和扼流圈的作用，所以反激式变换器的输出部分一般不需要加电感，但在实际应用中，往往在整流器和滤波电容之间加一个小电感，用来降低高频开关噪声的峰值。