最新开关电源-主电路设计

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稳压、稳流精度：通常以正负误差带的形式 给出。通常精度可以分为三个项目考核：① 输入电压调整率；②负载调整率；③时效偏 差。
输入电压调整率：在输出满载的情况下，输入电压 变化会引起输出电压波动，测试输入电压在全输入 范围内变化时输出电压偏离输出整定电压的百分比， 一般要求电压调整率不超过±0.1%。
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一.输入参数：输入电压、交流或直流、相数、频率、 输入电流、功率因数和谐波含量等
输入电压：目前开关电源流行采用国际通用电压 范围，即单相交流85~265V（100~240V）。 直流输入时情况复杂，范围在24~600V之间都 有可能。
输入电压的指标通常包含额定值和变化范围两方 面内容。电压下限影响变压器变比设计，电压上 限影响主电路元器件电压等级。电压范围过宽， 设计裕量大而造成浪费。因此，输入电压的变化 范围应在满足实际要求的前提下尽量小。
电压调整率={(U- U0)/U0}×100％ 式中：U为U1 和U2中相对U0变化较大的值；
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U1为输入电压下限对应的输出电压；U2为输入电压上限对应的输出电压。
负载调整率：输入额定电压时，因变换负载 引起的输出电压波动不应超出规定的范围。
负载调整率={(U- U0)Fra bibliotekU0}×100％ 式中：U为U1 和U2中相对U0变化较大的值；
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二. 输出参数：输出功率、输出电 压、输出电流、纹波、稳压精度、 稳流精度、效率和输出特性等
输出电压：通常给出额定值和调节范围两 项内容。输出电压上限关系到变压器设计 中电压比的计算，因此在满足实际要求的 前提下，上限应尽量靠近额定点。下限的 限制较宽松。
输出电流：通常给出额定值和一定条件下 的过载倍数，有稳流要求的电源还会指定 调节范围。有的电源不允许空载，此时应 指定电流下限。
⑴ 纹波系数：取输出电压中交流成分总有效
值与直流成分的比值定义为纹波系数。这是最常 用的量化方法，但不能反映幅值很高、有效值却 很小的的尖峰噪声的含量及其影响，而且用常规 仪表很难精确计量其总有效值。
⑵ 峰峰电压值：该方法计量了纹波电压的峰峰 值，但不能反映纹波有效值的大小，不够全面。
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⑶ 按三种频率成分分别计量幅值：该方法最 为直观、详细，也容易用示波器直接测量， 但对负载的干扰程度不容易界定。
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图6-2 典型的纹波波形
纹波：通常按频带可以分为三类： ①高频噪声，即图6-2中频率远高于开关频率 的尖刺； ②开关频率纹波，指开关频率附近的频率成分 即图6-2中锯齿状成分； ③低频纹波，频率低于开关频率的成分，即低 频波动。
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A( j)
对纹波有多种量化方法，常用的有： 0
2f S
图6-3 纹波电压的频谱
⑷ 衡重法：该方法强调纹波对工作在 300~3000Hz声音频带内设备的影响， 用于评价通信电源的性能指标。
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Po 100%
Pi
效率：是电源的重要指标，它通常定义为 式中，Pi为输入有功功率；Po为输出有功功率。 通常给出在额定输入电压和额定输出电压、额定输出电 流条件下的效率。 对于开关电源来说，效率提高意味损耗功率的下降，从 而降低电源温升，提高可靠性，节能的效果也很明显， 所以应尽量提高效率。
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输入电流：输入电流通常包含额定输入电流和 最大电流两项，是输入开关、接线端子、熔断 器和整流桥等元件的设计依据。
输入功率因数和谐波：开关电源的输入谐波电 流和功率因数是一个重要指标，也是设计中的 一个重点。但降低谐波电流和提高功率因数往 往需要付出电路复杂程度增加、成本上升、可 靠性下降的代价，因此应根据实际需要和有关 标准制定指标。
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三. 电磁兼容性能指标
电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility— EMC）包含两方面的内容： ①电磁敏感性（Electaonmagnetic Susceptibility—EMS） ②电磁干扰（Elec-Tromagnetic Interference— EMI） 分别指出电子装置抵抗外来干扰的能力和自身产生的干扰 强度。通过制定标准，使每个装置能够抵抗干扰的强度远 远大于各自发出的干扰强度，则这些装置在一起工作时， 相互干扰导致工作不正常的可能性就比较小，从而实现实 现电磁兼容。
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单相PFC技术基本成熟，附加成本较低，输入功率 因数很容易达到0.99以上，输入总谐波电流畸变 率小于5%。
三相PFC技术尚不成熟，单开关三相PFC技术， 功率因数只能达到0.95左右，且存在很多问题。 采用无源PFC技术，功率因数只能达到0.9左右。 采用6开关PWM整流电路可以得到高品质的功率 因数和低的电流谐波含量，但成本增加很多。
时效偏差：输入电压和负载都一定的条件下， 随着时间的推移，输出电压波动情况。
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同精度密切相关的因素：基准源精度、检测 元件精度、控制电路中运算放大器精度等。
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UO
UL • •
0
IL
IO
图6-1 恒压恒流输出特性
电源的输出特性：设计中必须根据输出特性的 要求来确定主电路和控制电路的形式。
很多场合都对电源提出了输出特性要求恒压、 恒流的输出特性要求。具备这种特性的电源， 在负载电流未达到限流值时，工作在恒压状态， 随着负载的加重，电流达到限流值，输出电压 开始下降，电源处于恒流工作状态。
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输入频率：我国民用和工业用电频率为50Hz。 航空航天及船舶用的电源经常采用交流 115V/400Hz输入（单相或三相）。
输入相数：当开关电源功率为3~5kW时，可 以选单相输入，以降低器件的电压等级，降低 成本； 当功率大于5kW时，应选三相输入，以避免 引起电网三相间的不平衡，同时减小主电路电 流，以降低损耗。
开关电源-主电路设计
§6.1 开关电源的主要技术指标及其分析
开关电源的设计应从深入分析待设计的电源的技术指标 开始。开关电源技术指标指出了该电源的实际使用要求， 设计工作应满足技术指标的要求为目的。
分析开关电源的各项主要技术指标的含义及其同设计 的关系。
一.输入参数 二. 输出参数 三. 电磁兼容性能指标 四. 其他指标
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开关电源的各种损耗
损耗种类
内容
与开关频率密切相 开关器件的开关损耗，变压器的
关损耗
铁损，电抗器的铁损，吸收电路
的损耗
电路中的通态损耗 开关器件的导通损耗，变压器的 铜损，电抗器的铜损，线路损耗
其他损耗
控制电路损耗，冷却系统损耗
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一般来说，输出电压较高的电源效率高于输 出低电压的电源，这同变压器二次侧整流二 极管的通态压降与输出电压的比值相关。通 常高输出电压（>100V）电源效率可达 90%~95%。