第二讲_开关电源的主要元器件
开关电源电路主要元器件介绍
开关电源电路主要元器件介绍开关电源电路主要是由熔断器、热敏电阻器、互感滤波器、桥式整流电路、滤波电容器、开关振荡集成电路、开关变压器、光耦合器、三端稳压器等构成的。
1、熔断器电源电路中的熔断器通常安装在交流220V输入端附近，主要起到保证电路安全运行的作用。
在电路中，熔断器一般为圆柱形玻璃管，当电路发生短路等故障时，电流会异常升高，这时熔断器会在电流异常升高到一定的大小时，自身熔断切断供电，从而起到保护电路安全的作用。
2、热敏电阻器热敏电阻器在电路中起抗冲击作用。
通常，在设备开机时，220V 交流电压经熔断器、热敏电阻器、桥式整流堆后为电容进行充电，根据电容器的特点，其瞬间充电电流为最大，从而可能产生浪涌电流，对前级电路中的桥式整流堆、熔断器等带来冲击，造成损坏。
为了防止电源遭受冲击，通常在熔断器之后加入热敏电阻器进行限流。
一般热敏电阻器的电阻值较大时，限流效果较好，但是电阻消耗的电能也较大，电源电路工作后，反而浪费电力。
为了达到较好的限流效果，又为了节省电能，在电源电路中经常采用负温度系数热敏电阻作限流使用。
负温度系数热數电阻（NTC）的特性为：温度越高，电阻越小。
常温时，阻值比较大，电阻一般为8-10Ω；开机时，可起到较好的限流作用；电源启动后，工作电流经过热敏电阻，使其发热，热敏电阻阻值大幅下降（约1-2Ω），使热敏电阻在电源启动后，电能消耗降到最小。
正温度系数热敏电阻（PTC）特性为：温度越高，电阻越大，通常用在冰箱的压缩机启动电路中。
3、互感滤波器互感滤波器由两组线圈对称绕制而成，其作用是通过互感作用消除外电路的干扰脉冲进入电路中，同时使电路中的脉冲信号不会向电网辐射干扰。
4、桥式整流电路桥式整流电路主要将交流220V电压整流为直流+300V电压输岀，它由四个整流二极管按照一定的连接关系组合而成桥式整流电路。
另外，在一些电路中采用桥式整流堆作为整流器件，它实际上是将四个整流二极管集成在一起的整流器件，外部具有四个引脚，其中两个引脚输入交流电压，另两个引脚输出直流电压，其电路功能及原理与桥式整流电路的电路功能及原理均相同。
开关电源组成各部分详解
开关电源组成各部分详解On February 12, 2022, investing in oneself is the best way.开关电源组成各部分详解一、开关电源的电路组成开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器EMI、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成;辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等;开关电源的电路组成方框图如下：二、输入电路的原理及常见电路1、AC 输入整流滤波电路原理：① 防雷电路：当有雷击,产生高压经电网导入电源时,由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1 组成的电路进行保护;当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时,其阻值降低,使高压能量消耗在压敏电阻上,若电流过大,F1、F2、F3 会烧毁保护后级电路;② 输入滤波电路：C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制,防止对电源干扰,同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰;当电源开启瞬间,要对 C5充电,由于瞬间电流大,加RT1热敏电阻就能有效的防止浪涌电流;因瞬时能量全消耗在RT1电阻上,一定时间后温度升高后RT1阻值减小RT1是负温系数元件,这时它消耗的能量非常小,后级电路可正常工作;③ 整流滤波电路：交流电压经BRG1整流后,经C5滤波后得到较为纯净的直流电压;若C5容量变小,输出的交流纹波将增大;2、 DC 输入滤波电路原理：① 输入滤波电路：C1、L1、C2组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制,防止对电源干扰,同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰;C3、C4 为安规电容,L2、L3为差模电感;② R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路;在起机的瞬间,由于 C6的存在Q2不导通,电流经RT1构成回路;当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通;如果C8漏电或后级电路短路现象,在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大,Q1导通使 Q2没有栅极电压不导通,RT1将会在很短的时间烧毁,以保护后级电路;三、功率变换电路1、 MOS管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFETMOS管,是利用半导体表面的电声效应进行工作的;也称为表面场效应器件;由于它的栅极处于不导电状态,所以输入电阻可以大大提高,最高可达105欧姆,MOS管是利用栅源电压的大小,来改变半导体表面感生电荷的多少,从而控制漏极电流的大小;2、常见的原理图：3、工作原理：R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器,和开关MOS管并接,使开关管电压应力减少,EMI减少,不发生二次击穿;在开关管Q1关断时,变压器的原边线圈易产生尖峰电压和尖峰电流,这些元件组合一起,能很好地吸收尖峰电压和电流;从R3测得的电流峰值信号参与当前工作周波的占空比控制,因此是当前工作周波的电流限制;当R5上的电压达到1V时,UC3842停止工作,开关管Q1立即关断 ; R1和Q1中的结电容CGS、CGD一起组成RC网络,电容的充放电直接影响着开关管的开关速度;R1过小,易引起振荡,电磁干扰也会很大；R1过大,会降低开关管的开关速度;Z1通常将MOS管的GS电压限制在18V以下,从而保护了MOS管; Q1的栅极受控电压为锯形波,当其占空比越大时,Q1导通时间越长,变压器所储存的能量也就越多；当Q1截止时,变压器通过D1、D2、R5、R4、C3释放能量,同时也达到了磁场复位的目的,为变压器的下一次存储、传递能量做好了准备;IC根据输出电压和电流时刻调整着⑥脚锯形波占空比的大小,从而稳定了整机的输出电流和电压; C4和R6为尖峰电压吸收回路;4、推挽式功率变换电路：Q1和Q2将轮流导通;5、有驱动变压器的功率变换电路：T2为驱动变压器,T1为开关变压器,TR1为电流环;四、输出整流滤波电路：1、正激式整流电路：T1为开关变压器,其初极和次极的相位同相;D1为整流二极管,D2为续流二极管,R1、C1、R2、C2为削尖峰电路;L1为续流电感,C4、L2、C5组成π型滤波器;2、反激式整流电路：T1为开关变压器,其初极和次极的相位相反;D1为整流二极管,R1、C1为削尖峰电路;L1为续流电感,R2为假负载,C4、L2、C5组成π型滤波器;3、同步整流电路：工作原理：当变压器次级上端为正时,电流经 C2、R5、R6、R7使Q2导通,电路构成回路,Q2 为整流管;Q1栅极由于处于反偏而截止;当变压器次级下端为正时,电流经C3、R4、R2使 Q1导通,Q1为续流管;Q2栅极由于处于反偏而截止;L2为续流电感,C6、L1、C7组成π 型滤波器;R1、C1、R9、C4为削尖峰电路;五、稳压环路原理1、反馈电路原理图：2、工作原理：当输出 U0升高,经取样电阻R7、R8、R10、VR1分压后,U1③脚电压升高,当其超过U1②脚基准电压后 U1①脚输出高电平,使Q1导通,光耦OT1发光二极管发光,光电三极管导通,UC3842①脚电位相应变低,从而改变U1⑥脚输出占空比减小,U0降低; 当输出 U0降低时,U1③脚电压降低,当其低过U1②脚基准电压后U1①脚输出低电平,Q1不导通,光耦OT1发光二极管不发光,光电三极管不导通,UC3842①脚电位升高,从而改变U1⑥脚输出占空比增大,U0降低;周而复始,从而使输出电压保持稳定;调节VR1可改变输出电压值;反馈环路是影响开关电源稳定性的重要电路;如反馈电阻电容错、漏、虚焊等,会产生自激振荡,故障现象为：波形异常,空、满载振荡,输出电压不稳定等;六、短路保护电路1、在输出端短路的情况下,PWM控制电路能够把输出电流限制在一个安全范围内,它可以用多种方法来实现限流电路,当功率限流在短路时不起作用时,只有另增设一部分电路;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;3、下图是中功率短路保护电路,其原理简述如下：当输出短路,UC3842①脚电压上升,U1 ③脚电位高于②脚时,比较器翻转①脚输出高电位,给 C1充电,当C1两端电压超过⑤脚基准电压时 U1⑦脚输出低电位,UC3842①脚低于1V,UCC3842 停止工作,输出电压为0V,周而复始,当短路消失后电路正常工作;R2、C1是充放电时间常数, 阻值不对时短路保护不起作用;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：输出电路短路或电流过大,TR1次级线圈感应的电压就越高,当UC3842③脚超过1伏,UC3842 停止工作,周而复始,当短路或过载消失,电路自行恢复;七、输出端限流保护上图是常见的输出端限流保护电路,其工作原理简述如上图：当输出电流过大时,RS 锰铜丝两端电压上升,U1③脚电压高于②脚基准电压,U1①脚输出高电压,Q1导通,光耦发生光电效应,UC3842①脚电压降低,输出电压降低,从而达到输出过载限流的目的;八、输出过压保护电路的原理输出过压保护电路的作用是：当输出电压超过设计值时,把输出电压限定在一安全值的范围内;当开关电源内部稳压环路出现故障或者由于用户操作不当引起输出过压现象时,过压保护电路进行保护以防止损坏后级用电设备;应用最为普遍的过压保护电路有如下几种：1、可控硅触发保护电路：如上图,当Uo1输出升高,稳压管Z3击穿导通,可控硅SCR1的控制端得到触发电压,因此可控硅导通;Uo2电压对地短路,过流保护电路或短路保护电路就会工作,停止整个电源电路的工作;当输出过压现象排除,可控硅的控制端触发电压通过R对地泄放,可控硅恢复断开状态;2、光电耦合保护电路：如上图,当Uo有过压现象时,稳压管击穿导通,经光耦OT2R6到地产生电流流过,光电耦合器的发光二极管发光,从而使光电耦合器的光敏三极管导通;Q1基极得电导通, 3842的③脚电降低,使IC关闭,停止整个电源的工作,Uo为零,周而复始,;3、输出限压保护电路：输出限压保护电路如下图,当输出电压升高,稳压管导通光耦导通,Q1基极有驱动电压而道通,UC3842③电压升高,输出降低,稳压管不导通,UC3842③电压降低,输出电压升高;周而复始,输出电压将稳定在一范围内取决于稳压管的稳压值;4、输出过压锁死电路：图A的工作原理是,当输出电压Uo升高,稳压管导通,光耦导通,Q2基极得电导通,由于Q2的导通Q1基极电压降低也导通,Vcc电压经R1、Q1、R2使Q2始终导通,UC3842③脚始终是高电平而停止工作;在图B中,UO升高U1③脚电压升高,①脚输出高电平,由于D1、R1的存在,U1①脚始终输出高电平Q1始终导通,UC3842①脚始终是低电平而停止工作;正反馈九、功率因数校正电路PFC1、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;十、输入过欠压保护1、原理图：2、工作原理：AC输入和DC输入的开关电源的输入过欠压保护原理大致相同;保护电路的取样电压均来自输入滤波后的电压; 取样电压分为两路,一路经R1、R2、R3、R4分压后输入比较器3脚,如取样电压高于2脚基准电压,比较器1脚输出高电平去控制主控制器使其关断,电源无输出;另一路经R7、R8、R9、R10分压后输入比较器6脚,如取样电压低于5脚基准电压,比较器7脚输出高电平去控制主控制器使其关断,电源无输出;。
开关电源的基本组成
开关电源的基本组成开关电源是一种将交流电转换成直流电的电源装置。
它由多个基本组成部分组成，包括变压器、整流器、滤波器、稳压器和保护电路。
1. 变压器：开关电源的变压器主要用于将输入的交流电转换为所需的电压。
它由铁芯和线圈组成，通过磁感应原理实现电压的转换。
变压器可以将输入电压变高或变低，以适应设备的工作电压要求。
2. 整流器：开关电源的整流器用于将交流电转换为直流电。
常见的整流器有二极管整流器和桥式整流器。
二极管整流器通过二极管将交流电的负半周截去，只保留正半周，从而实现了交流到直流的转换。
桥式整流器则通过四个二极管组成的桥路，可以同时将正半周和负半周都转换为直流电。
3. 滤波器：开关电源的滤波器用于平滑直流输出电压。
在整流后的直流电中，仍然存在一定的脉动，滤波器的作用就是通过电容器和电感器对脉动进行滤波，使输出电压更加稳定。
4. 稳压器：开关电源的稳压器用于保持输出电压的稳定。
稳压器可以根据负载的变化自动调节输出电压，确保稳定在设定的数值。
常见的稳压器有线性稳压器和开关稳压器，其中开关稳压器的效率更高，使用更广泛。
5. 保护电路：开关电源的保护电路用于保护电源和负载设备不受过电流、过电压、过温等因素的损害。
常见的保护电路包括过流保护、过压保护、过温保护等，它们可以通过监测电流、电压和温度等参数来及时切断电源或降低输出电压，以保护电源和负载设备的安全运行。
开关电源的基本组成部分相互配合，共同实现了将交流电转换为直流电，并提供稳定的输出电压给负载设备使用。
通过合理设计和选择不同的组件，可以满足各种不同负载设备的需求，例如家用电器、电子设备、通信设备等。
开关电源具有高效、稳定、可靠的特点，被广泛应用于各个领域。
开关电源的组成
开关电源的组成
开关电源通常由以下主要组成部分构成：
1. 输入滤波器：用于滤除输入电源中的高频噪声和干扰。
2. 整流电路：将交流电源转换为直流电源，通常采用整流桥电路实现。
3. 直流滤波器：进一步滤除整流电路产生的纹波，以获得更稳定的直流电源。
4. 电源管理电路：负责监测和控制电源输出电压、电流和功率。
包括过压保护、过流保护、短路保护等功能。
5. 开关控制电路：通过控制开关管（如MOSFET）的导通和截止来控制电源输出电压的调节。
通常使用一种称为PWM（脉宽调制）的技术来实现精确的电压调节。
6. 反馈电路：将输出电压与参考电压进行比较，并通过反馈控制电路来调节开关管的导通和截止，以达到稳定输出电压的目的。
7. 输出变压器：用于将电源输出电压变换为所需的电压级别。
8. 输出滤波器：进一步滤除输出电压中的高频纹波，并提供稳定的直流输出。
以上是典型的开关电源的组成部分，具体电源的设计和应用可能会有所差异。
第二讲_开关电源的主要元器件
第二讲 开关电源中的主要元器件元器件是构成开关电源的基础，深入了解关键元器件的性能，对于使用维护乃至设计开 关电源尤为重要。
本节将对应用广泛的新型元器件作介绍。
一、 功率开关晶闸管(SCR)于1956年问世，接着以它为核心的派生器件投入市场，而这些派生器件比SCR具有更高的额定电压和电流，以及更好的开关特性。
但是它们均属半控型器件，所以辅助电路多、效率低、工作频率低。
进入20世纪80年代，由于电力电子技术和微电子技术的应用相结合，而向市场推出了高频化全控功率集成器件。
如功率MOS管、绝缘门极晶体管IGBT(或IGT)、静电感应晶体管(SIT)、场控晶闸管(MCT)等。
由于这些器件不需另设辅助开关去强迫关断，故称为全控型电子器件。
它们具有较高的效率和较高的工作频率，从而使开关电源整机体积变小而重量变轻，达到提高功率密度的目的。
在新一代全控型电力电子器件中，功率MOS管和静电感应晶体管(SIT)属单极型器件，它们只有一种载流子。
而IGBT(或IGT)、MCT及功率集成电路(PIC)或智能功率模块(1PM)、智能开关等，为混合型器件。
它们是双极型晶体管与MOS管混合，或是晶闸管与MOS器件混合。
上述器件除有自关断性能外，还有如下特点：(1)在结构上由无数单元小管并联集成；(2)均为高频器件，工作频率从几千赫兹至几兆赫兹。
有的频率已达10MHz以上；(3)应用性能更完善，除了有开关功能之外，有些器件还有放大、PWM调制、逻辑运算等功能。
目前，高频开关电源采用的功率器件通常有：功率MOSFET、IGBT、功率MOSFET与 IGBT混合管及功率集成器件。
1、功率MOSFET场效应管分为结型场效应管和绝缘栅型场效应管，功率场效应晶体管都是绝缘栅型场效应管。
绝缘栅型场效应管是由金属氧化物、半导体组成的场效应晶体管，简称MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)，这是一种电压控制的单极型器件。
开关电源常用元器件
开关电源常用元器件开关电源是一种将交流电转化为稳定直流电的电子设备，它常用于各种电子设备中，如计算机、电视机、手机等。
开关电源的工作原理是通过开关管的开关动作，将输入交流电转换成高频脉冲信号，再通过滤波电路将其变成稳定的直流电输出。
在开关电源中，常用的元器件有变压器、整流器、滤波电容、稳压器等。
我们来介绍一下变压器。
变压器是开关电源中必不可少的元器件之一，它起到了将输入电压变换为所需输出电压的作用。
变压器的工作原理是利用电磁感应的原理，通过输入线圈和输出线圈之间的磁耦合作用，实现电压的变换。
在开关电源中，变压器一般采用高频变压器，其特点是体积小、重量轻、效率高。
接下来，我们来介绍一下整流器。
整流器是开关电源中的另一个重要元器件，它起到了将交流电转换为直流电的作用。
整流器的工作原理是利用二极管的单向导电特性，将交流电信号转换为单向的直流电信号。
在开关电源中，常用的整流电路有半波整流电路和全波整流电路。
半波整流电路只能利用交流电信号的一半周期，而全波整流电路则能够利用交流电信号的整个周期，因此全波整流电路的输出电压更为稳定。
除了变压器和整流器，滤波电容也是开关电源中常用的元器件之一。
滤波电容通过存储电荷和释放电荷的方式，平滑输出电压，减小电压的纹波。
在开关电源中，滤波电容一般放置在整流器的输出端，起到了滤波的作用。
滤波电容的容值越大，滤波效果越好，输出电压的纹波越小。
稳压器也是开关电源中不可或缺的元器件之一。
稳压器的作用是将滤波之后的直流电压稳定在所需的输出电压。
稳压器可以分为线性稳压器和开关稳压器两种。
线性稳压器的工作原理是通过调整电阻的方式来稳定输出电压，但效率较低。
而开关稳压器则是通过开关管的开关动作来实现稳压，具有高效率和稳定性好的特点。
开关电源常用的元器件包括变压器、整流器、滤波电容和稳压器。
通过它们的协同工作，开关电源能够将输入的交流电转换为稳定的直流电输出。
这些元器件各自有着不同的工作原理和特点，但它们在开关电源中的作用都是不可或缺的。
开关电源常用元器件
第二章
常用元器件
一、电阻
二、电容
三、二极管
四、晶体管
五、MOSFET和IGBT
1
开关电源技术（二）
无源器件
R C L T
有源器件
D Q MOSFET IGBT
2
开关电源技术（二）
电阻
Resistor
3
电阻
表面贴装-SMD
直插型
4
电阻
金属膜电阻 径向 热敏电阻 碳膜电阻 可调电阻 铝壳电阻
5
5 5 5 5 5 5 5 6 6 6 6 6 6
19
19 19 19 19 20 20 20 25 25 25 30 30 30
6
6 6 8 8 8 8 8 9 9 9 10 10 10
196
216 251 245 274 274 320 395 400 470 530 535 615 722
60
60 60 76 76 78 78 78 100 100 100 110 110 115
1.2
1.2 1.2 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6
6
6 6 6 6 6 6 6 8 8 8 10 10 10
27
27 27 34 34 34 34 34 40 40 40 50 50 50
使用温 度 最大工 作电压 最高负 荷电压 阻值范 围 阻值误差 电阻温度系数 J 0402 (RR1005) 0603 (RR1608) 0805 (RR2012) 1206 (RR3216) 1/32W 1/16W 1/10W 1/16W 1/10W 1/8W 1/8W 200V 1/4W
开关电源设计的各种元器件介绍及作用
开关电源设计的各种元器件介绍及作用设计并不是如想象中那么简单，特别是对刚接触开关电源研发的人来说，它的外围就很复杂，其中使用的元器件种类繁多，性能各异。
要想设计出性能高的开关电源就必须弄懂弄通开关电源中各元器件的类型及主要功能。
本文将总结出这部分知识。
开关电源外围电路中使用的元器件种类繁多，性能各异，大致可分为通用元器件、特种元器件两大类。
开关电源中通用元器件的类型及主要功能如下：一、电阻器1. 取样电阻—构成输出电压的取样电路，将取样电压送至反馈电路。
2. 均压电阻—在开关电源的对称直流输入电路中起到均压作用，亦称平衡电阻。
3. 分压电阻—构成电阻分压器。
4. 泄放电阻—断电时可将电磁干扰(EMI)滤波器中电容器存储的电荷泄放掉。
5. 限流电阻—起限流保护作用，如用作稳压管、光耦合器及输入滤波电容的限流电阻。
6. 电流检测电阻—与过电流保护电路配套使用，用于限制开关电源的输出电流极限。
7. 分流电阻—给电流提供旁路。
8. 负载电阻—开关电源的负载电阻(含等效负载电阻)。
9. 最小负载电阻—为维持开关电源正常工作所需要的最小负载电阻，可避免因负载开路而导致输出电压过高。
10. 假负载—在测试开关电源性能指标时临时接的负载(如电阻丝、水泥电阻)。
11. 滤波电阻—用作LC型滤波器、RC型滤波器、π型滤波器中的滤波电阻。
12. 偏置电阻—给开关电源的控制端提供偏压，或用来稳定晶体管的工作点。
13. 保护电阻—常用于RC型吸收回路或VD、R、C型钳位保护电路中。
14. 频率补偿电阻—例如构成误差放大器的RC型频率补偿网络。
15. 阻尼电阻—防止电路中出现谐振。
二、电容器1. 滤波电容—构成输入滤波器、输出滤波器等。
2. 耦合电容—亦称隔直电容，其作用时隔断直流信号，只让交流信号通过。
3. 退藕电容—例如电源退藕电容，可防止产生自激振荡。
4. 软启动电容—构成软启动电路，在软启动过程中使输出电压和输出电流缓慢地建立起来。
开关电源的基本构成
开关电源的基本构成
开关电源是一种高效率、小体积、轻重量的电源，广泛应用于电子设备中。
它的基本构成包括变压器、整流电路、滤波电路、开关管、控制电路等几个部分。
首先是变压器，它是开关电源的核心部件之一。
变压器的作用是将输入电压变换成适合开关电源工作的电压。
变压器的结构一般分为两种，一种是磁性耦合变压器，另一种是隔离变压器。
磁性耦合变压器是将输入电压通过磁性耦合作用传递到输出端，而隔离变压器则是通过绕制两个独立的线圈来实现输入输出的隔离。
其次是整流电路，它的作用是将变压器输出的交流电转换成直流电。
整流电路一般采用二极管整流或桥式整流，其中桥式整流的效率更高。
接下来是滤波电路，它的作用是将整流后的直流电进行滤波，去除其中的脉动成分，使输出电压更加稳定。
滤波电路一般采用电容滤波或电感滤波，其中电感滤波的效果更好。
然后是开关管，它是开关电源的关键部件之一。
开关管的作用是控制电源的开关状态，使电源能够根据需要进行开关调节。
开关管一般采用MOS管或IGBT管，其中IGBT管的效率更高。
最后是控制电路，它的作用是控制开关管的开关状态，使电源能够根据需要进行开关调节。
控制电路一般采用PWM调制或者变压器
反馈控制，其中PWM调制的效果更好。
开关电源的基本构成包括变压器、整流电路、滤波电路、开关管、控制电路等几个部分。
这些部分相互配合，共同完成了开关电源的工作，使其成为了电子设备中不可或缺的一部分。
开关电源常用元器件
最大允许 使用电压
开关电源技术（二）
第二章
常用元器件
一、电阻 二、电容 三、二极管 四、晶体管 五、MOSFET 和IGBT
1
开关电源技术（二）
无源器件
RC L T
有源器件
D Q MOSFET IGBT
2
开关电源技术（二）
电阻
Resistor
3
表面贴装 -SMD 直插型
电阻
4
金属膜电阻 氧化膜电阻 高压片状玻璃釉 膜电阻 玻封热敏电阻
65
42
62
15
702
Байду номын сангаас
6
30
10
722
115
1.6
10
50
0.5~200Ω
11
压敏电阻
? 温度为20度，压敏电阻上流过 1mA 直流电流 时，加在该压敏电阻两端的相应电压叫做压敏 电压。
? 220V一般选择 600V
V N?
0.9Vacp ? 0.7
2 ? 1.2
12
压敏电阻
型号规格
5D681K 5D621K 5D561K 5D511K 5D471K 5D431K 5D391K 5D361K 5D331K 5D301K 5D271K 5D241K 5D221K 5D201K 5D181K 5D151K 5D121K 5D101K
300V
350V
400V
3.2
5.9
10.0
12
16
1.8
2.4
3.2
4
5.4
0. 45
0.60
0.60
0.70
0.80 9
绕线电阻
开关电源各磁性元器件的分布参数
开关电源各磁性元器件的分布参数开关电源是一种将输入电压转换为所需要的输出电压和电流的电源电路，其核心是磁性元器件。
磁性元器件主要包括变压器、电感和电感转变器等。
这些磁性元器件的分布参数对开关电源的性能起着重要的影响。
本文将详细介绍开关电源各磁性元器件的分布参数。
一、变压器的分布参数：1. 漏感Llk：变压器的漏感是指在变压器的两个绕组间存在一定的自感现象，即绕组之间产生的磁通量不能完全经过另一个绕组。
漏感的大小与绕组的结构和绕组之间的磁场环境有关。
漏感的存在使得变压器的输出电压受到负载电流的影响。
2. 漏感阻抗Zlk：漏感阻抗是指变压器的漏感对交流电的阻抗性质。
漏感阻抗的大小与漏感Llk和频率有关。
漏感阻抗越大，对电流的阻抗性能越好，输出电压的稳定性越高。
3.互感Lm：互感是指变压器的两个绕组之间通过磁场而相互感应的现象。
互感的存在使得变压器实现电压转换，并将输入电压与输出电压隔离。
4.耦合系数k：耦合系数是指变压器的两个绕组之间的磁耦合程度。
耦合系数越大，两个绕组之间的互感越强，输出电压的稳定性越好。
二、电感的分布参数：1. 漏感Llk：电感的漏感是指在电感线圈中存在一定的自感现象。
漏感的大小与线圈的结构和线圈之间的磁场环境有关。
漏感的存在使得电感对交流电的阻抗性能增加。
2. 漏感阻抗Zlk：漏感阻抗是指电感的漏感对交流电的阻抗性质。
漏感阻抗的大小与漏感Llk和频率有关。
漏感阻抗越大，对电流的阻抗性能越好。
3.互感Lm：互感是指两个电感线圈之间通过磁场而相互感应的现象。
互感的存在使得电感实现电压转换，并将输入电压与输出电压隔离。
4.耦合系数k：耦合系数是指电感的两个线圈之间的磁耦合程度。
耦合系数越大，两个线圈之间的互感越强，输出电压的稳定性越好。
三、电感转变器的分布参数：1. 输入电感Lint：输入电感是指电感转变器的输入端的电感。
输入电感的大小与电感转变器的结构和输入端的磁场环境有关。
2. 输出电感Lout：输出电感是指电感转变器的输出端的电感。
开关电源的组成结构
开关电源的组成结构
开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比调整输出电压，开关电源的基本构成如下图所示，DC-DC变换器是进行功率变换的器件，是开关电源的核心部件，此外还有启动电路、过流与过压保护电路、噪声滤波器等组成部分。
反馈回路检测其输出电压，并与基准电压比较，其误差通过误差放大器进行放大，控制脉宽调制电路，再经过驱动电路控制半导体开关的通断时间，从而调整输出电压。
开关电源主要包括输入电网滤波器、输入整流滤波器、逆变器、输出整流滤波器、控制电路、保护电路。
输入电网滤波器：消除来自电网，如电动机的启动、电器的开关、雷击等产生的干扰，同时也防止开关电源产生的高频噪声向电网扩散。
输入整流滤波器：将电网输入电压进行整流滤波，为变换器提供直流电压。
逆变器：是开关电源的关键部分。
它把直流电压变换成高频交流电压，并且起到将输出部分与输入电网隔离的作用。
输出整流滤波器：将变换器输出的高频交流电压整流滤波得到需要的直流电压，同时还防止高频噪声对负载的干扰。
控制电路：检测输出直流电压，并将其与基准电压比较，进行放大。
调制振荡器的脉冲宽度，从而控制变换器以保持输出电压的稳定。
保护电路：当开关电源发生过电压、过电流短路时，保护电路使开关电源停止工作以保护负载和电源本身。
开关电源结构与原理
开关电源结构与原理开关电源是一种将交流电转换为稳定的直流电的电源装置。
它能提供很高的效率、较小的体积和重量，并具有较好的功率因素和抗干扰能力。
本文将介绍开关电源的结构和工作原理。
开关电源的结构主要由变压器、整流滤波电路、逆变器和控制电路组成。
1.变压器：开关电源的变压器主要起到将输入交流电转换为适用于开关管的低电压、高电流的作用。
变压器分为输入变压器和输出变压器。
输入变压器将输入电源的高压变换为适合于开关管驱动的较低电压。
输出变压器将低电压、高电流的直流电转换为输出所需的电压。
2.整流滤波电路：开关电源的整流滤波电路主要用于将开关管输出的方波电压转换为直流电压。
整流电路通常采用二极管整流桥，将交流输入转换为脉冲波。
滤波电路使用电容器和电感器等元件，通过滤波作用将脉冲波转换为平滑的直流电压。
3.逆变器：逆变器是开关电源的核心部分，用于将直流电转换为高频脉冲电压。
逆变器一般由多个开关管和输出变压器组成。
在逆变器中，开关管周期性地打开和关闭，产生高频脉冲信号。
输出变压器将高频脉冲信号转换为所需输出电压。
4.控制电路：控制电路的作用是控制开关电源的输出电压和电流稳定在设定值。
控制电路通常由反馈电路、比较器、脉宽调制器和驱动电路等组成。
反馈电路将输出电压与设定值进行比较，并反馈给控制器。
比较器将反馈信号和设定值进行比较，生成脉宽调制信号。
脉宽调制器通过调节开关管的导通时间，控制输出电压的稳定性和大小。
驱动电路负责驱动开关管，控制开关管的开关动作。
开关电源的工作原理主要分为两个阶段：工作周期的高电平（ON）和低电平（OFF）。
1.ON阶段：在输入电压的高电平期间，控制电路将输出电压设定为一个给定值。
此时开关管导通，电源输入电压通过变压器传递到输出端。
输出变压器将低电压、高电流的直流电转换为所需的输出电压。
2.OFF阶段：在输入电压的低电平期间，控制电路将输出电压与给定值进行比较，并生成调节信号。
脉宽调制器按照调节信号的频率和脉宽，调节开关管的导通时间。
开关电源各磁性元器件的分布参数
开关电源各磁性元器件的分布参数开关电源是一种能够将电源输入的直流电转换为经过开关管开关调制后的高频方波电流输出的电源。
开关电源中常使用到的磁性元器件包括变压器、电感器、磁环和补偿电感等。
本文将分别介绍这些磁性元器件的分布参数，包括互感系数、漏感系数、品质因数和饱和电感等。
1.变压器：变压器是开关电源中最常见的磁性元器件之一，其主要用于实现电压变换、隔离和电流控制等功能。
变压器的互感系数（k）是衡量一组线圈中能够转移能量的比例，k的范围通常在0.8到1之间。
当变压器的一端开路时，另一端的电流不能完全传导到另一线圈，形成了漏感。
漏感系数（k_m）是分析变压器性能的重要参数，其数值范围一般在0.03到0.3之间。
同时，变压器的品质因数（Q）是描述其在工作频率下的能量传输效率的指标，其数值越大，表示能量传输越高效。
2.电感器：电感器是通过感应磁场来储存和释放电能的元件。
开关电源中使用到的电感器主要包括电感线圈、磁环和电感峰值等。
电感线圈的主要参数是饱和电感（L_s）和功率损耗（R_s）。
饱和电感是在给定电流下，电感线圈中储存的能量的最大值。
功率损耗是电感器在工作时由于电阻而产生的能量损耗。
磁环是一种通过改变线圈的电流来调整电感器参数的设备。
3.磁环：磁环是用于储存和调整磁场能量的一种磁性材料。
在开关电源中，磁环主要用于调整电感器的感应能量。
磁环的厚度、面积和抗磁饱和能力等是影响其性能的重要参数。
4.补偿电感：开关电源中的补偿电感用于实现对电源端电感的变化进行补偿，从而提高系统的稳定性和效率。
补偿电感的主要参数是补偿比（R_c），它是补偿电感的导磁性能与电源端电感的比值。
当补偿比为1时，表示补偿电感和电源端电感的导磁性能相等。
综上所述，开关电源中的磁性元器件包括变压器、电感器、磁环和补偿电感等，它们都具有不同的分布参数。
了解和掌握这些分布参数有助于正确选择磁性元器件，优化开关电源的性能和效率。
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第二讲 开关电源中的主要元器件元器件是构成开关电源的基础，深入了解关键元器件的性能，对于使用维护乃至设计开 关电源尤为重要。
本节将对应用广泛的新型元器件作介绍。
一、 功率开关晶闸管(SCR)于1956年问世，接着以它为核心的派生器件投入市场，而这些派生器件比SCR具有更高的额定电压和电流，以及更好的开关特性。
但是它们均属半控型器件，所以辅助电路多、效率低、工作频率低。
进入20世纪80年代，由于电力电子技术和微电子技术的应用相结合，而向市场推出了高频化全控功率集成器件。
如功率MOS管、绝缘门极晶体管IGBT(或IGT)、静电感应晶体管(SIT)、场控晶闸管(MCT)等。
由于这些器件不需另设辅助开关去强迫关断，故称为全控型电子器件。
它们具有较高的效率和较高的工作频率，从而使开关电源整机体积变小而重量变轻，达到提高功率密度的目的。
在新一代全控型电力电子器件中，功率MOS管和静电感应晶体管(SIT)属单极型器件，它们只有一种载流子。
而IGBT(或IGT)、MCT及功率集成电路(PIC)或智能功率模块(1PM)、智能开关等，为混合型器件。
它们是双极型晶体管与MOS管混合，或是晶闸管与MOS器件混合。
上述器件除有自关断性能外，还有如下特点：(1)在结构上由无数单元小管并联集成；(2)均为高频器件，工作频率从几千赫兹至几兆赫兹。
有的频率已达10MHz以上；(3)应用性能更完善，除了有开关功能之外，有些器件还有放大、PWM调制、逻辑运算等功能。
目前，高频开关电源采用的功率器件通常有：功率MOSFET、IGBT、功率MOSFET与 IGBT混合管及功率集成器件。
1、功率MOSFET场效应管分为结型场效应管和绝缘栅型场效应管，功率场效应晶体管都是绝缘栅型场效应管。
绝缘栅型场效应管是由金属氧化物、半导体组成的场效应晶体管，简称MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)，这是一种电压控制的单极型器件。
功率MOSFET(VMOSFET，有时也简称VMOS)作为开关器件，其常态都是阻断状态，也就是说都是增强型的MOSFET。
VMOSFET分为N沟道和P沟道两种，其中，N沟道VMOSFET的导通电流从漏极D流向源极S，而P沟道VMOSFET的导通电流从源极S流向漏极D，它们的电气图形符号如图3-2-1所示。
图3-2-1 VMOSEFT的图形符号图3-2-1中，反并联的二极管表示MOSFET结构中的寄生二极管或集成的可续流的二极管。
从MOSFET的结构和工作原理可以知道，MOSFET存在固有的寄生反并联二极管。
所以，有时为了保护MOSFET，在较高容量VMOSFET中，又集成了电流容量更大、耐压更高、恢复更快的反并联二极管。
VMOSFET分为V型结构(VVMOSFET)和D型结构(VDMOSFET)。
VVMOSFET栅电容小、开关速度快、沟道电阻小，但耐压不高，适用于低耐压、大电流应用。
VDMOSFET采用两次扩展，精确控制沟道长度，除具有VVMOSFET的优点外，耐压也高，适合于高耐压应用。
功率MOSFET 的特点 ，(1)它具有很大的输入电阻，故作功率开关管应用时，驱动电流很小，功率增益高，是一种电压控制器件。
又由于开启电压高，进行关断时无需加闭锁电压。
(2)功率MOSFET 导通电阻温度系数为正值，若多个功率MOS 管并联时，则不需另设均流电阻。
例如，并联组合管中某单元管芯电流增加时，其工作温度随之升高而使电阻增大，进而限制了电流的增长，所以具有自动均流的能力。
(3)在高温运行时，不存在温度失控的现象。
因为温度变化时，对功率MOS 管极间电 容影响极小。
其允许工作温度高达200˚C。
(4)普通功率晶体管在高压、大电流条件下进行切换时，易发生二次击穿。
所谓二次击 穿是指器件在一次击穿后电流进一步增加，并以高速向低阻区域移动。
而功率MOS 管无二 次击穿问题。
(5)在大电流工作过程中，因温度升高而使导通电阻增大许多倍，故导通功耗很大。
(6)在进行引线焊接时，操作者应佩带接地的专用腕带，且工作台与焊接工具均应接 地。
2、绝缘门极晶体管IGBT绝缘栅双极晶体管(1nsulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)是MOSFET 与GTR 的复合器件，因此，它既具有MOSFET 的工作速度快、输入阻抗高、驱动电路简单、热温度性 好的优点，又包含了GTR 的载流量大、阻断电压高等多项优点，是取代GTR的理想开关器件。
从1986年至今，尤其是近几年来IGBT发展很快，己被广泛地应用于各种逆变器中。
现在已经被推广应用的第三代IGBT通态压降更低、开关速度更快。
IGBT的等效电路和图形符号如图3-2-2所示。
IGBT 基本上是在VMOSFET的漏极下又加了一层P +区，因而多了一个PN结，从而使其等效电路变成了图3-2-2(a)的形式，这很自然地成了一个MOSFET 与 一个GTR 单管的复合管，结果就是一个控制极为绝缘栅极的双极型晶体管，如图3-2-2(b)所 示。
根据双极型晶体管和MOSFET的工作原理，不难理解IGBT的工作过程，这里不再详细叙述。
图3-2-2 IGBT的等效电路和图形符号 IGBT管的综合特点如下：(1)IGBT管为混合器件，驱动功率容量小，也是一种压控型器件。
(2)导通压降小，允许电流密度大。
(3)当关断时会出现电流拖尾现象，所以关断时间长，使工作频率受到限制。
二、高频整流管在工频（50周）整流电路中，对二极管的开关速度没有要求。
而在高频变化中就必须采用恢复时间短的二极管。
根据制造工艺和恢复特性，高频整流电路分为：快恢复二极管、超快恢复二极管和肖特基二极管。
1、 二极管的性能参数(1)最高允许结温T jM结温是指整个PN结的平均温度。
最高允许结温是指PN结不损坏能承受的最高平均温度，结温通常允许在-40~+125℃范围内。
当一般工业用大功率二极管工作结温达-40℃以下时，硅芯片可能受到损坏。
(2)额定正向平均电流／F额定正向平均电流是指在指定壳温、规定散热条件下二极管流过工频正弦半波的平均电 流。
此电流下正向压降引起的损耗使得结温升高，此温度不得超过允许结温。
由二极管定额方法可以看出，正向电流是按发热条件定额的，因此在选用二极管时，应 按有效值相同条件选取二极管定额，有效值定额为对应额定正向平均电流的1．57倍。
(3)浪涌电流浪涌电流是指连续几个工频周波的过电流，一般是用额定正向平均电流的倍数和相应的浪涌时间(工频周波数)来规定浪涌电流。
(4)反向重复峰值电压U RR反向重复峰值电压是二极管工作时所能施加的反向最高峰值电压，通常是反向雪崩击穿电压U B的2／3。
在使用时，通常按电路中二极管可能承受的最高峰值电压的两倍选取二极管定额。
(5)反向恢复时间t rr反向恢复时间是从正向电流过零到反向电流下降到其峰值10％时的时间间隔。
它与反向电流上升率有关，但在实际电路中还与结温和关断前最大正向电流有关。
2、快恢复二极管(FRD)迅速由导通状态过渡到关断状态的PN结整流管称为快恢复二极管(FRD，Fast Recovery Diode)，其特点是反向恢复时间短，一般小于5μs，也称为开关二极管。
用于高频整流，斩波和逆变。
电流由1安到数百安，电压由数十伏到数千伏。
目前有PN型和PIN型两种结构的快速恢复整流二极管。
在同等容量下PIN型结构具有开通压降低，反向快速、恢复性能好的优点。
一般地，二极管的耐压越高，电流越大，恢复时间就越长，导通压降就越高。
快恢复二极管用于开关频率不太高(20～50kHz)的整流模块的输出整流。
常用的小电流快恢复二极管：FRl01一FRl07(1A，50～1000V)、FR301一FR307(3A，50～1000V)等，可用于辅助开关电源的输出整流。
国产ZK快恢复二极管系列是否是参数范围有50～1000A，100—2000V。
3、超快恢复二极管(UFRD)用外延法生产的二极管比用扩散法生产的二极管具有更快的开关速度，它们都用掺金或铂来控制恢复时间t rr的大小，使恢复时间t rr可小于50ns，称为超快恢复二极管(UFRD，Ultra-Fast Recovery Diode)，又叫高性能快速恢复二极管具有软恢复过程，可减小因反向恢复造成的du／dt，、di／dt和电压尖峰，降低EMI。
UFRD一般用于开关频率在50kHz以上的整流模块的输出整流。
4、肖特基二极管(Schottky Barrier Diode，SBD)肖特基二极管由半导体硅材料(N型)与金属进行面接触而构成。
半导体N型硅材料是采用现代工艺进行了掺杂，以使金属与N型硅材料大面积均匀接触。
所以肖特基二极管在整流过程中无少数载流子参加，既消除了电荷存储现象，又能瞬间完成反向恢复过程。
与普通硅二极管比较，具有下列性能特点。
(1)它不是利用PN结的单方向导电特性，而是利用金属与半导体接触过程的势垒电势的整流作用而导电，只产生多数载流子而无少数载流子，故反向恢复时间远小于相同定额的二极管，一般只有数十纳秒，其反向恢复时间可缩短到10ns以内，而且与反向di/dt无关。
因此可在更高频率下工作。
(2)具有较低的正向压降(0.3～0.8V)，典型值为0.55V，所以导通损耗小。
因此广泛应用于低电压大电流电源中。
(3)肖特基二极管电流定额从1安到数百安，并且很容易通过并联而扩大容量，即不需加均流电阻而可直接并联，亦可两只配对并联后封装成组件。
(4)反向漏电流较大和工作电压较低.需要指出，肖特基二极管的最高反向工作电压一般不超过100V，仅适合作低压、大电流整流用。
当Uo≥30V时，须用耐压100V 以上的超快恢复二极管来代替肖特基二极管。
表3-2-14种二极管典型产品的性能比较半导体整流 典型产品 平均整流 正向导通电压 反向恢复 反向峰值二 极 管 型 号 电流 A 典型值 最大值 时间nS 电 压V肖特基二极管 16CMQ050 160 0．4 0．8 <10 50超快恢复二极管 MUR30100A 30 0．6 1．0 35 1000快恢复二极管 D25--02 15 0．6 1．0 400 200高频整流管 PR3006 3 0．6 1．2 400 800三、开关电源中的其他器件1、可调精密基准TL4311）电路结构TL431是2.50～36V可调式精密并联稳压器，其性能优良、价格低廉，能构成电压比较器、外部误差放大器等。
TL431它属于三端可调式器件，利用两只外部电阻可设定2.50～36V范围内的任何基准电压值。
TL431的电压温度系数α=30×10-6／℃。
其动态阻抗低，典型值为0．2Ω。