开关电源中控制器特性分析举例

最详细的开关电源分析

最详细的开关电源分析开关电源是一种能将输入电源电能高效地转换成输出电源电能的电子装置，广泛应用于各种电子设备和系统中。

本文将详细介绍开关电源的工作原理、分类、特点以及常见故障分析。

开关电源的工作原理：开关电源通过使用开关器件（如MOS管、可控硅等）的开通和关断来对输入电源进行周期性切换，从而实现输入电源电能到输出电源电能的转换。

开关电源的主要工作原理可以分为四个阶段：整流、滤波、变压和稳压。

1.整流：开关电源的输入一般是交流电，首先需要将交流电转换为直流电。

整流电路可以使用整流桥或者整流二极管进行半波或全波整流，将交流电转换为脉冲电流。

2.滤波：在整流后，脉冲电流中还存在很多纹波，需要通过滤波电路将其滤除，使得输出电压更加平稳。

常见的滤波电路有电容滤波器和电感滤波器，它们通过对电流进行平滑处理来得到稳定的直流电压。

3.变压：在滤波后，输出电压一般较低，需要通过变压器将其升高或降低。

变压器的工作原理是利用磁性耦合将输入电压传递到输出端，通过变压器的变比关系调整输出电压。

4.稳压：得到了所需的输出电压后，还需要对输出电压进行稳定控制。

稳压电路通过反馈控制将输出电压与设定值进行比较，调整开关器件的开闭时间，使得输出电压稳定在设定值。

开关电源的分类：按照输入电源类型，开关电源可以分为交流输入开关电源（AC/DC）和直流输入开关电源（DC/DC）两种类型。

交流输入开关电源主要被应用于家用电器、工业设备等领域，直流输入开关电源则主要用于电子设备和通信设备等领域。

按照结构形式，开关电源可以分为离线式开关电源和在线式开关电源。

离线式开关电源将输入电流与输出电路通过电压变换器隔离，具有较好的安全性能。

在线式开关电源则可以将输入电流直接传导至输出电路，体积小巧，但对工作环境要求较高。

开关电源的特点：1.高效性：开关电源采用开关器件进行切换，可以实现高效率的能量转换，尤其在大功率和高频率应用中效果显著。

2.稳定性：开关电源采用稳压反馈控制，能够在输入电压范围和负载变化时保持稳定的输出电压。

开关电源控制模式分析

开关电源控制模式分析摘要:开关电源高频化、模块化、数字化的实现,标志着开关电源控制技术的成熟,本文分析了开关电源控制模式,在总结了开关电源发展历程的基础上分析了数字化控制及电流型控制模式的优点。

关键词:开关电源控制模式数字化控制模块化开关电源作为一种能够稳定持续输出电压的电源,其主要是由控制开关晶体管控制开通和关断时间的,因此,在开关电源中最重要、最核心的部分就是控制电路,本文进行了开关电源控制模式分析。

1 开关电源概述开关电源是伴随着电力电子技术的进步而发展起来的,由于具有高效节能、轻巧便捷等特点,开关电源得到了越来越广泛的应用。

开关电源的效率可达到85%以上,与普通的线性电源相比其效率提高了近一倍,且其可靠性也较高,采用了体积较小的散热器和滤波元件,具有良好的发展前途。

可将开关电源分为AC/AC和DC/DC电源等类型,其中DC/DC电源变换器已实现了模块化的设计和发展,得到了广大用户的普遍认可。

2 开关电源发展历程开关电源的发展已经经历了40多年,早期开发的开关频率非常低,且价格较高,只能应用于卫星等少数要求电源质量较高的领域。

但自20世纪60年代晶闸管相位控制模式出现后开关电源经历了较快的发展,70年代时制约开关电源发展的瓶颈主要是效率问题,同时由于调试工作困难而难以大规模的推广应用。

70年代后期,随着大规模集成电路技术的出现,各种专用的开关电源芯片进入市场,将控制电路、驱动电路、保护电路和检测电路封装在一起的模式非常有利于开关电源的发展,由于焊点减小提高了开关电源的可靠性,同时也由于集成化的发展是开关电源的体积减小,为应用带来了极大的便利。

如今,集成化的电源已被广泛应用于计算机、航天、彩色电视等各个领域,且随着微电子技术、半导体技术的进一步发展,功能更强大,集成度更高的超大规模集成电路的出现,电子设备的体积和重量仍在不断减小,但与之相匹配的电源体积却大的多,在现代化的电子产品中,电源的体积要比微处理器大10倍以上,因此,如何缩小电源的体积就是一项非常具有意义的研究课题。

五种开关电源特性分析、优缺点(优点、缺点)解析

五种开关电源特性分析、优缺点（优点、缺点）解析1、单端正激式单端。

通过一只开关器件单向驱动脉冲变压器.正激：其脉冲变压器的原/副边相位关系确保在开关管导通，驱动脉冲变压器原边时，变压器副边同时对负载供电。

该电路的最大问题是：开关管T交替工作于通/断两种状态，当开关管关断时，脉冲变压器处于“空载”状态，其中储存的磁能将积累到下一个周期，直至电感器饱和，使开关器件烧毁。

图中的D3与N3构成的磁通复位电路，提供了泄放多余磁能的渠道。

2、单端反激式。

反激式电路与正激式电路相反，其脉冲变压器的原/副边相位关系确保当开关管导通，驱动脉冲变压器原边时，变压器副边不对负载供电，即原/副边交错通断。

脉冲变压器积累磁能问题容易解决，但是，由于变压器存在漏感，将在原边形成电压尖峰，可能击穿开关器件，需要设置电压钳位电路予以保护D3、N3构成的回路。

从电路原理图上看，反激式与正激式很相像，表面上只是变压器同名端的区别，但电路的工作方式不同，D3、N3的作用也不同。

3、推挽（变压器中心抽头）式。

这种电路结构的特点是：对称性结构，脉冲变压器原边是两个对称线圈，两只开关管接成对称关系，轮流通断，工作过程类似于线性放大电路中的乙类推挽功率放大器。

主要优点：高频变压器磁芯利用率高（与单端电路相比）、电源电压利用率高（与后面要叙述的半桥电路相比）、输出功率大、两管基极均为低电平，驱动电路简单。

主要缺点：变压器绕组利用率低、对开关管的耐压要求比较高（至少是电源电压的两倍）。

4、全桥式。

这种电路结构的特点是：由四只相同的开关管接成电桥结构驱动脉冲变压器原边。

图中T1、T4为一对，由同一组信号驱动，同时导通/关断；T2、T3为另一对，由另一组信号驱动，同时导通/关断。

两对开关管轮流通/断，在变压器原边线圈中形成正/负交变的脉冲电流。

主要优点：与推挽结构相比，原边绕组减少了一半，开关管耐压降低一半。

主要缺点：使用的开关管数量多，且要求参数一致性好，驱动电路复杂，实现同步比较困难。

模拟开关的关键技术特性和应用实例分析

模拟开关的关键技术特性和应用实例分析近年来，便携式产品越来越多地采用多源设计，因此开关功能是视频、音频传输及处理过程中的一个重要组成部分。

早期采用的机械开关具有可靠性低、体积大、功耗大的缺点，所以模拟开关已经引起了越来越多人的重视，并已被广泛应用于各种电子产品中。

尽管模拟开关具有机械开关不可取代的优势，然而它的应用较机械开关稍微复杂些，初次使用模拟开关的工程人员往往会由于模拟开关使用不当，引起整个系统的故障。

本文通过将模拟开关与普通机械开关作比较，论述了模拟开关的若干基本概念，并结合实例对模拟开关应用的关键技术进行研究。

模拟开关的模拟特性许多工程师第一次使用模拟开关，往往会把模拟开关完全等同于机械开关。

其实模拟开关虽然具备开关性，但和机械开关有所不同，它本身还具有半导体特性：1. 导通电阻(R on )随输入信号(V IN )变化而变化图1a 是模拟开关的简单示意图，由图中可以看出模拟开关的常开常闭通道实际上是由两个对偶的N 沟道MOSFET 与P 沟道MOSFET 构成，可使信号双向传输，如果将不同V IN 值所对应的P 沟道MOSFET 与N 沟道MOSFET 的导通电阻并联，可得到图1b 并联结构下R on 随输入电压(V IN )的变化关系，如果不考虑温度、电源电压的影响，R on 随V in 呈线性关系，将导致插入损耗的变化，使模拟开关产生总谐波失真(THD)。

此外，R on 也受电源电压的影响，通常随着电源电压的上升而减小。

2. 模拟开关输入有严格的输入信号范围由于模拟开关是半导体器件，当输入信号过低(低于零电势)或者过高(高于电源电压)时，MOSFET 处于反向偏置，当电压达到某一值时(超出限值0.3V)，此时开关无法正常工作，严重者甚至损坏。

因此模拟开关在应用中，一定要注意输入信号不要超出规定的范围。

3. 注入电荷应用机械开关我们当然希望R on 越低越好，因为低阻可以降低信号的损耗。

【很完整】牛人教你开关电源各功能部分原理分析、计算与选型

【很完整】⽜⼈教你开关电源各功能部分原理分析、计算与选型1 开关电源介绍此⽂档是作为张占松⾼级开关电源设计之后的强化培训，基于计划安排，由申⼯讲解了变压器设计之后，在此⽂章中简单带过变压器设计原理，重点讲解电路⼯作原理和设计过程中关键器件计算与选型。

开关电源的⼯作过程相当容易理解，其拥有三个明显特征：开关：电⼒电⼦器件⼯作在开关状态⽽不是线性状态⾼频：电⼒电⼦器件⼯作在⾼频⽽不是接近⼯频的低频直流：开关电源输出的是直流⽽不是交流也可以输出⾼频交流如电⼦变压器1.1 开关电源基本组成部分1.2 开关电源分类：开关电源按照拓扑分很多类型：buck boost 正激反激半桥全桥 LLC 等等，但是从本质上区分，开关电源只有两种⼯作⽅式：正激：是开关管开通时传输能量，反激：开关管关断时传输能量。

下⾯将以反激电源为例进⾏讲解。

1.3 反激开关电源简介反激⼜被称为隔离buck-boost 电路。

基本⼯作原理：开关管打开时变压器存储能量，开关管关断时释放存储的能量反激开关电源根据开关管数⽬可分为双端和单端反激。

根据反激变压器⼯作模式可分为CCM 和DCM 模式反激电源。

根据控制⽅式可分为PFM 和PWM 型反激电源。

根据驱动占空⽐的产⽣⽅式可分为电压型和电流型反激开关电源。

我们所要讲的反激电源精确定义为：电流型PWM 单端反激电源。

1.4 电流型PWM 单端反激电源此类反激电源优点：结构简单价格便宜，适⽤⼩功率电源。

此类反激电源缺点：功率较⼩，⼀般在150w 以下，纹波较⼤，电压负载调整率低，⼀般⼤于5%。

此类反激电源设计难点主要是变压器的设计，特别是宽输⼊电压，多路输出的变压器。

2 举例讲解设计过程为了更清楚了解设计中详细计算过程，我们将以220VAC-380VAC 输⼊，+5V±3%（5A），±15±5%（0.5A）三路共地输出反激电源为例讲解设计过程。

提出上⾯要求，选择思路如下：提出上⾯要求，选择思路如下：电源总输出功率P=5*5W+15*0.5*2=40W 功率较⼩，可以选择反激开关电源。

开关电源的基本概念和分析方法

有源开关(Switch)
二极管(Diode)
电感(Inductor)
电容器(Capacitor)
变压器(Transformer)
+ u(t) -
i(t)
电容的基本方程
1. 当一电流流经电容, 电容两端的电压逐渐增加, 并且电容量越大电流增加越慢.
C
I
+ U -
2. 在稳态工作的开关电源中流经电容的电流对时间的积分为零。
有源开关(Switch)
二极管 (Diode)
电感器 (Inductor)
电容器(Capacitor)
电阻器(Resistor)
开关电源 (Switching Power)
开关工作主动控制功率流向与流量
单向导电被动控制功率流向
以电流形式储能
以电压形式储能
不在功率回路中除出现
线性电源 (Linear Power)
恒流充电
恒压储能
两个有用的公式：
C:
L:
Buck电路工作原理分析：
Vin
Vo
D
L
Io
S
S
UL
IL
Vin-Vo
-Vo
Io
D
1-D
T
根据L的伏秒平衡原则：
(Vin-Vo)*DT=Vo*(1-D)T
Vo=Vin *D
L*ΔIo=Vo *(1-D)T
Is
根据L在1-D时间的基本方程：
ΔIo=Vo *(1-D)T/L
I+
I-
A
B
面积A=面积B
+ u(t) -
i(t)
电感的基本方程
1. 当一电感突然加上一个电压时, 其中的电流逐渐增加, 并且电感量越大电流增加越慢.

开关电源电压和电流两种控制类型

开关电源电压和电流两种控制类型开关电源有两种控制类型，一种是电压控制（Voltage Mode Control），另一种是电流控制（Current Mode Control）。

二者有各自的优缺点，很难讲某种控制类型对所有应用都是最优化的，应根据实际情况加以选择。

1、电压控制型开关电源的基本原理是什么？电压控制是开关电源最常用的一种控制类型。

以降压式开关稳压器（即Buck变换器）为例，电压控制型的基本原理及工作波形分别如图2-2-2（a）、（b）所示。

电压控制型的特点是首先通过对输出电压进行取样（必要时还可增加取样电阻分压器），所得到的取样电压UQ就作为控制环路的输入信号；然后对取样电压UQ和基准电压UREF进行比较，并将比较结果放大成误差电压Ur，再将Ur送至PWM 比较器与锯齿波电压UJ进行比较，获得脉冲宽度与误差电压成正比的调制信号。

图中的振荡器有两路输出，一路输出为时钟信号（方波或矩形波），另一路为锯齿波信号，CT为锯齿波振荡器的定时电容。

T为高频变压器，VT为功率开关管。

降压式输出电路由整流管VD1、续流二极管VD2、储能电感L和滤波电容CO组成。

PWM锁存器的R 为复位端，S为置位端，Q为锁存器输出端，输出波形如图2-2-2（b）所示。

图2-2-2电压控制型开关电源的基本原理及工作波形（a）基本原理；（b）工作波形2、电压控制型开关电源有哪些优点？电压控制型开关电源具有以下优点：（1）它属于闭环控制系统，且只有一个电压反馈回路（即电压控制环），电路设计比较简单。

（2）在调制过程中工作稳定。

（3）输出阻抗低，可采用多路电源给同一个负载供电。

3、电压控制型开关电源有哪些缺点？电压控制型开关电源的主要缺点如下：（1）响应速度较慢。

虽然在电压控制型电路中使用了电流检测电阻RS，但RS并未接入控制环路。

因此，当输入电压发生变化时，必须等输出电压发生变化之后，才能对脉冲宽度进行调节。

由于滤波电路存在滞后时间，输出电压的变化要经过多个周期后才能表现出来。

最详细的开关电源分析报告

2、短路保护电路通常有两种，下图是小功率短路保护电路，其原理简述如下：
当输出电路短路，输出电压消失，光耦OT1不导通，UC3842①脚电压上升至5V左右，R1与R2的分压超过TL431基准，使之导通，UC3842⑦脚VCC电位被拉低，IC停止工作。UC3842停止工作后①脚电位消失，TL431不导通UC3842⑦脚电位上升，UC3842重新启动，周而复始。当短路现象消失后，电路可以自动恢复成正常工作状态。
九、功率因数校正电路（PFC）
1、原理示意图：
2、工作原理：输入电压经L1、L2、L3等组成的EMI滤波器，BRG1整流一路送PFC电感，另一路经R1、R2分压后送入PFC控制器作为输入电压的取样，用以调整控制信号的占空比，即改变Q1的导通和关断时间，稳定PFC输出电压。L4是PFC电感，它在Q1导通时储存能量，在Q1关断时施放能量。D1是启动二极管。D2是PFC整流二极管，C6、C7滤波。PFC电压一路送后级电路，另一路经R3、R4分压后送入PFC控制器作为PFC输出电压的取样，用以调整控制信号的占空比，稳定PFC输出电压。
4、下图是常见的限流、短路保护电路。其工作原理简述如下：
当输出电路短路或过流，变压器原边电流增大，R3 两端电压降增大，③脚电压升高，UC3842⑥脚输出占空比逐渐增大，③脚电压超过1V时，UC3842关闭无输出。
5、下图是用电流互感器取样电流的保护电路，有着功耗小，但成本高和电路较为复杂，其工作原理简述如下：
整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电。
逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分。
输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。
2．控制电路
一方面从输出端取样，与设定值进行比较，然后去控制逆变器，改变其脉宽或脉频，使输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对电源进行各种保护措施。

开关电源PCB设计要点及实例分析

开关电源PCB设计要点及实例分析开关电源PCB设计要点及实例分析开关电源PCB设计要点及实例分析为了适应电子产品飞快的更新换代节奏，产品设计工程师更倾向于选择在市场上很容易采购到的AC/DC适配器，并把多组直流电源直接安装在系统的线路板上。

由于开关电源产生的电磁干扰会影响到其电子产品的正常工作，正确的电源PCB设计就变得非常重要。

开关电源PCB设计与数字电路PCB设计完全不一样。

在数字电路排版中，许多数字芯片可以通过PCB软件来自动排列，且芯片之间的连接线可以通过PCB软件来自动连接。

用自动排版方式排出的开关电源肯定无法正常工作。

所以,设计人员需要对开关电源PCB设计基本规则和开关电源工作原理有一定的了解。

1 开关电源PCB设计基本要点1.1 电容高频滤波特性图1是电容器基本结构和高频等效模型。

图1 电容器结构和寄生等效串联电阻和电感电容的基本公式是C=Εrε0 （1）式（1）显示，减小电容器极板之间的距离（D）和增加极板的截面积（A）将增加电容器的电容量。

电容通常存在等效串联电阻（ESR）和等效串联电感（ESL）二个寄生参数。

图2是电容器在不同工作频率下的阻抗（ZC）。

图2 电容阻抗（ZC）曲线一个电容器的谐振频率（F0）可以从它自身电容量（C）和等效串联电感量（LESL）得到，即F0= （2）当一个电容器工作频率在F0以下时，其阻抗随频率的上升而减小，即ZC= （3）当电容器工作频率在F0以上时，其阻抗会随频率的上升而增加，即ZC=J2πfLESL（4）当电容器工作频率接近F0时，电容阻抗就等于它的等效串联电阻（RESR）。

电解电容器一般都有很大的电容量和很大的等效串联电感。

由于它的谐振频率很低，所以只能使用在低频滤波上。

钽电容器一般都有较大电容量和较小等效串联电感，因而它的谐振频率会高于电解电容器，并能使用在中高频滤波上。

瓷片电容器电容量和等效串联电感一般都很小，因而它的谐振频率远高于电解电容器和钽电容器，所以能使用在高频滤波和旁路电路上。

开关电源的主要性能指标及其分析

开关电源的主要性能指标及其分析开关电源主要性能指标分为输入参数、输出参数、电磁兼容性能指标和其他标准等４类，它们是开关电源选择和设计制造的依据。

1、输入参数（1）输入电压国内应用的民用交流三相电源电压为３８０Ｖ，单相为２２０Ｖ。

目前，开关电源多采用国际通用电压范围，即单相交流８５～２６５Ｖ，这一范围覆盖了全球各种民用电源标准所限定的电压。

直流输入电压情况较复杂，从２４～６００Ｖ均有可能。

由于输入电压变化范围过宽，在设计开关电源过程中就必须留下较大裕量而造成浪费，因此，变化范围应在满足实际要求的前提下尽可能小。

（2）输入频率我国市电频率为５０Ｈｚ。

航空、航天及船舶用电源常采用４００Ｈｚ，它们的输入电压通常为单相或三相１１５Ｖ，整流后的脉动频率远高于工频，因而整流后所接滤波电容的电容量可减小很多。

（3）输入相数三相输入的情况下，整流后直流电压约为单相输入时的１．７倍，当开关电源功率大于５ｋＷ时，应选三相输入，以避免引起电网三相间的不平衡，同时可减小主电路的电流，以降低损耗。

功率为３～５ｋＷ时可选单相输入，以降低主电路电压等级，以降低成本。

（4）输入谐波电流和功率因数为保护电网环境、降低谐波污染、提高电能效率，许多国家和地区已出台相应的更高的标准要求（ＩＥＣ６１０００－３系列），对用电装置的输入谐波电流和功率因数做出较严格的规定，因而，输入谐波和功率因数成为开关电源的一个重要指标，也成为设计、应用开关电源产品的一个重点。

但减小谐波电流和提高功率因数会增大电路的复杂程度，增加成本，可靠性也会随着元器件的增加而下降。

因此，应根据实际需要和有关标准来制定指标。

目前单相有源功率因数校正（ＰＦＣ）技术已基本成熟，附加成本也较低，可很容易使输入功率因数达到０．９９以上，输入总谐波电流小于５％。

三相ＰＦＣ技术还不成熟，若要使功率因数达到较高值（如高于０．９９），则需要６开关ＰＷＭ整流电路，其成本很可能会高于后级ＤＣ／ＤＣ变换器成本。

开关电源元件特性与应用电路图

开关电源元件特性与应用电路图变压器kd35-b芯片uc3842开关三极管W431MOS管5n60调整管SF1040CT `稳压管in5234(6.2V)恢复二极管her302滤波器电解电容瓷片电容压敏电阻热敏电阻变压器变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心（磁芯）。

在电器设备和无线电路中，常用作升降电压、匹配阻抗，安全隔离等。

在发电机中，不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈，均能在线圈中感应电势，此两种情况，磁通的值均不变，但与线圈相交链的磁通数量却有变动，这是互感应的原理。

变压器就是一种利用电磁互感应，变换电压，电流和阻抗的器件。

变压器的功能主要有：电压变换；电流变换，阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等。

此实验中，使用kd35-b。

变压器如图：芯片 uc3842内部结构:应用电路:过载和短路保护，一般是通过在开关管的源极串一个电阻（R4），把电流信号送到3842的第3脚来实现保护。

当电源过载时，3842保护动作，使占空比减小，输出电压降低，3842的供电电压Vaux也跟着降低，当低到3842不能工作时，整个电路关闭，然后靠R1、R2开始下一次启动过程。

这被称为“打嗝”式（hiccup）保护。

在这种保护状态下，电源只工作几个开关周期，然后进入很长时间（几百ms到几s）的启动过程，平均功率很低，即使长时间输出短路也不会导致电源的损坏。

由于漏感等原因，有的开关电源在每个开关周期有很大的开关尖峰，即使在占空比很小时，辅助电压Vaux也不能降到足够低，所以一般在辅助电源的整流二极管上串一个电阻（R3），它和C1形成RC滤波，滤掉开通瞬间的尖峰。

仔细调整这个电阻的数值，一般都可以达到满意的保护。

使用这个电路，必须注意选取比较低的辅助电压Vaux，对3842一般为13～15V，使电路容易保护。

开关三极管 W431：开关三极管的外形与普通三极管外形相同，它工作于截止区和饱和区，相当于电路的切断和导通。

开关电源原理与分析

开关电源原理与分析开关电源是一种将电能进行转换的电源设备。

它通过快速开关器件的控制，将输入电源信号转换为高频脉冲信号，然后经过滤波和稳压电路的处理，输出稳定的直流电压。

开关电源具有体积小、效率高、可靠性强等优点，已广泛应用于各个领域。

一、开关电源工作原理开关电源的主要工作原理是利用开关器件（如晶体管、MOSFET等）的导通和截断特性，在开关状态之间进行快速切换，将输入电源信号转换为高频脉冲信号。

开关电源的核心是开关转换器，包括输入滤波电路、开关管、变压器、输出整流滤波电路等组成。

1. 输入滤波电路输入滤波电路的作用是将输入电源中的高频噪声滤除，保证后续电路的稳定工作。

一般采用电容滤波和电感滤波的方式，将高频噪声滤除。

2. 开关管开关管是开关电源的核心元件之一，负责开关电源的开关操作。

常用的开关管有晶体管、MOSFET等。

开关管在导通和截断状态之间快速切换，将输入电源信号转换为高频脉冲信号。

3. 变压器变压器是开关电源的重要组成部分，用于将高频脉冲信号进行变压变换。

通过变压器的差分传递，从而实现输入输出电压的转换。

变压器通常采用高频变压器，具有体积小、效率高等特点。

4. 输出整流滤波电路输出整流滤波电路负责将高频脉冲信号转换为稳定的直流电压。

一般采用二极管整流和电容滤波的方式，将脉冲波形变为平滑的直流电压。

通过稳压电路对输出电压进行调整，以保证输出的稳定性。

二、开关电源的优点与应用开关电源相比传统的线性电源，具有以下优点：1. 效率高：开关电源的转换效率通常在80%以上，比线性电源高很多，能够更好地节约能源。

2. 体积小：开关电源采用高频脉冲转换，减小了变压器和滤波电容的体积，因此体积小巧，适合应用于有空间限制的场合。

3. 可靠性强：采用开关器件进行转换，工作频率高，寿命长，可靠性较高。

开关电源广泛应用于各个领域，包括但不限于：1. 通信领域：用于通信基站、无线电台等设备的电源供应，具有高效率和稳定性的特点。

开关电源分析

开关电源分析开关电源具有体积小，重量轻，因而被应用到电路系统的各个领域，作为最基本的供电部分，也是任何电子设备不可缺少的部分。

可见其重要性。

下面，我们就以下这个开关电源为例，进行定性分析：请看电路：图一如图一所示，上面给出了开关电源的一种常见形式。

开关电源一般分为如下几个基本部分（当然，有些电源还有新的模块，加入智能化控制等，这里就不都罗列出来了）：1.整流滤波部分；2.振荡电路部分；3.稳压电路部分；4.保护电路部分；5.抗干扰电路等。

一般常见的电源是对市电进行变换，将交流电压变换成设备所需要的各类电压。

这个根据设备的具体需要而定，有时候需要降压，有时候需要升压，有时候需要直流，有时候需要形成一定的波形电流。

而常见的是，我们将其变换成电子设备的直流电，而且大部分是低压的，如12V，24V等。

好吧，言归正传，我们分析一下上面那个开关电源。

220V交流电压经过由D3,D4,D5,D6二极管组成的桥式整流电路进行全波整流，变成直流脉动电流，然后经过C7滤波，变成相对平滑的小脉动直流电。

这是整流滤波部分，是对市电进行初步加工。

下面就准备送入开关电路中去进行变换。

由整流滤波电路整流出来的高压直流电，分两路：一路送到开关变压器T1的一个N1线圈上，从线圈出来送到加开关管Q1（场效应管）的漏极上；另一路依次经过R2,R1，将起始电压加到Q1的栅极上。

R2.R1叫电源的启动电阻，如果该电阻开路，就会造成无电源输出的故障。

ZD1是稳压二极管，用来保护Q1的。

Q1得到启动电压后，源漏极导通，电流经过N1到Q1再经过R11到GND，N1线圈电流从无到有开始增加，根据法拉第电磁感应定律，在N2就产生感生电动势，经过R4,C8将正反馈信号送到Q1栅极上，C9,R12是构成正反馈回路的，并且具有调整振荡频率的功能）。

Q1源漏极导通程度增加，经过较短时间后，源漏极进入饱和状态.此时，N1线圈电流不再增加。

根据法拉第电磁感应定律，就在这瞬间，正反馈信号消失，栅极电压变低，Q1从饱区进入放大区，于是N1电流变小。

开关电源的工作条件、工作特点与工作模式

开关电源的工作条件、工作特点与工作模式随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。

目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。

开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器，电子冰箱，液晶显示器，LED灯具，通讯设备，视听产品，安防监控，LED灯袋，电脑机箱，数码产品和仪器类等领域。

开关电源的工作条件：1、开关：电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态2、高频：电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频3、直流：开关电源输出的是直流而不是交流开关电源的工作特点：功耗小，效率高。

在开关电源电路中，晶体管V在激励信号的激励下，它交替地工作在导通截止和截止导通的开关状态，转换速度很快，频率一般为50kHz 左右，在一些技术先进的国家，可以做到几百或者近1000kHz。

这使得开关晶体管V的功耗很小，电源的效率可以大幅度地提高，其效率可达到80%。

体积小，重量轻。

从开关电源的原理框图可以清楚地看到这里没有采用笨重的工频变压器。

由于调整管V上的耗散功率大幅度降低后，又省去了较大的散热片。

由于这两方面原因，所以开关电源的体积小，重量轻。

稳压范围宽。

从开关电源的输出电压是由激励信号的占空比来调节的，输入信号电压的变化可以通过调频或调宽来进行补偿。

这样，在工频电网电压变化较大时，它仍能够保证有较稳定的输出电压。

所以开关电源的稳压范围很宽，稳压效果很好。

此外，改变占空比的方法有脉宽调制型和频率调制型两种。

开关电源不仅具有稳压范围宽的优点，而且实现稳压的方法也较多，设计人员可以根据实际应用的要求，灵活地选用各种类型的开关电源。

滤波的效率大为提高，使滤波电容的容量和体积大为减少。

开关电源的工作频率目前基本上是工作在50kHz，是线性稳压电源的1000倍，这使整流后的滤波效率几乎也提高了1000倍；即使采用半波整流后加电容滤波，效率也提高了500倍。

开关电源控制器的结构与分析

微分先行 PID 运算形式
偏差型 PID 运算式测量值 Xm 与给定值 Xs 相减后，得到偏差 x，然后对偏差 x 进行比例、积分和微分的运算。
特点：对给定值的变化也进行 PID 运算
阶跃响应特性
微分先行 PID 运算式先对测量值 Xm 进行微分运算，再与给定值 Xs 相减，然后再进行比例积分运算。
b) 把以零伏为基准的、变化范围为 1～5V 的输入信号，转换成以 UB (10V)为基准的、变化范围为 0～±8V 的偏差输出信号 V01。
(2) 比例微分电路作用: 是对输入电路的输出信号 V01 进行比例微分运算，整机的比例度和微分时间通过本电路进行调整。
无源比例微分电路的传递函数：
同相端输入运放电路的传递函数为：比例微分电路的传递函数为：比例微分电路的传递函数为：在阶跃输入信号下，比例微分电路输出的时间函数表达式为：
2.2.2.基本构成环节的特性
模拟控制器都是由各种放大器和由电(气)阻、电(气)容构成的基本环节组合而成
1)比例环节 2) 积分环节
3) 微分环节
2.2.3.DDZ―Ⅲ型电动调节器
DDZ―Ⅲ型调节器有两种：全刻度指示调节器和偏差指示调节器，它们的结构和线路相同，仅指示电路有些差异。这两种基型调节器均具有一般调节器应具有的对偏差进行 PID 运算、偏差指示、正反作用切换、内外给定切换、产生内给定信号、手动/自动双向切换和阀位显示等功能。
在阶跃信号输入下，比例微分调节器的输出，从一开始的跳变值，下降了微分作用输出部分的 63.2%所经过的时间
4、比例微分控制规律的特点－超前
(四)比例积分微分控制规律理想的 PID 作用的微分方程为传递函数为
1、模拟控制器的 PID 运算式 PID 控制器的偏差构成形式

开关电源原理与分析

频率越低，这些元件的尺寸就越大。因为线性电源使用的市电频率是 50Hz— — 这是个非常
低的频率，所以变压器和电容会非常大。同样地，使用电力的设备电流需求越高，供应它们
的电源就需要越大尺寸的变压器。
２．开关电源原理
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！转化为高频交流电的原
一．芯片管脚排列及说明
图3-2：M51995APF管脚排列图
COLLECTOR：图腾柱输出集电极 Vout：图腾柱输出 EMITTER：图腾柱输出发射极 VF：VF控制端 ON/OFF：工作使能端 OVP：过压保护端 DET：检测端 F/B：电压反馈端 T－ON：计时电阻ON端 CF：计时电容端 T－OFF：计时电阻OFF端 CT：断续方式工作检测电容端 GND：芯片地 CLM－：负压过流检测端 CLM＋：正压过流检测端
源、比较放大、震荡器、Ｖ／Ｆ转换、基极驱动、输出整流、输出滤波电路等。
实际的开关电源还要有保护电路、功率因素校正电路、同步整流驱动电路
及其它一些辅助电路等。
下面是一个典型的开关电源原理框图，掌握它对我们理解开关电源有重要
意义。
输入电路
变换电路
输出电路
滤波
浪涌抑制整流开关器件变压器
１００ｋ１００ｋ１００ｋ
Ｎ
Ｇ
ＣＮ１
０．３３ｕＦＣ１１
Ｌ１１
ＳＳ１１４００Ｖ，１８０ｕＦ
Ｃ１４Ｃ１５
图２－３：电源输入电路
Ｊ２１ＴＨ１，９Ω
Ｃ１２Ｃ１３
Ｃ１８ＧｎｄＧ
该电路包含滤波、浪涌抑制及全波整流电路。

电源控制电路特性研究

电源控制电路特性研究
电源控制电路是电源系统中的重要部件，主要用于稳压、调节电流和保护电路等功能。

电源控制电路的特性主要包括以下几个方面：
1. 稳定性：电源控制电路的稳定性是指在不同的工作条件下，输出电压的稳定性程度。

一个好的电源控制电路应该具有良好的稳定性，可以保证输出电压在各种工作条件下都具有一定的稳定性。

2. 精度：电源控制电路的精度是指输出电压与期望电压之间的偏差程度。

一个高精度的电源控制电路可以确保输出电压始终稳定在期望值附近。

3. 动态响应速度：电源控制电路的动态响应速度是指它能够快速响应输入电压、负载变化等因素，以保持输出电压稳定的速度。

4. 效率：电源控制电路的效率是指从输入电源中转换为输出电源的能量比例。

较高的效率可以减少能量浪费，减少系统的发热，延长电源寿命。

5. 保护功能：电源控制电路应具备过电压保护、过流保护、过载保护等安全防护功能，确保输出电压不会超过安全范围，防止电路中出现故障。