台达-开关电源基本原理与设计介绍
开关电源基本原理与设计介绍..64页PPT
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
开关电源基本原理与设计介 绍..
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生பைடு நூலகம்命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
开关电源工作原理超详细解析
开关电源工作原理超详细解析开关电源（Switching Power Supply）是一种先将输入交流电转换为直流电，再通过变换器和开关元件进行调制和控制，最终输出所需电压和电流的电源装置。
它可以高效地进行能量转换，减少功耗，适用于各种电子设备。
下面将详细解析开关电源的工作原理。
1.开关电源的基本组成开关电源由输入滤波器、整流器、脉宽调制器、变压器、输出滤波器和反馈电路组成。
-输入滤波器：用于滤除输入电源中的干扰信号，并平滑输送到整流器。
-整流器：将交流电转换为直流电，常用的整流方式有全波整流和半波整流。
-脉宽调制器：根据反馈信号调整开关管的导通时间，控制开关元件的开关频率和占空比。
-变压器：将输入电压转换为所需的输出电压，并通过与脉宽调制器协调工作来控制输出电压的稳定性。
-输出滤波器：用于平滑输出电压，减少纹波幅度，并滤波输出电流。
-反馈电路：通过采样输出电压并与目标电压进行比较，产生反馈信号控制脉宽调制器的输出。
2.工作原理-输入滤波：交流电经过输入滤波器后，去除干扰信号，并保持电压稳定。
输入滤波器通常由电容和电感组成，它们通过电压和电流的交替变化，将输入电源趋于稳定。
-变压：通过变压器将输入电压进行转换，以获得需要的输出电压。
变压器一般由磁性材料、绕线、磁心等组成，通过众多的绕线匝数比实现输入电压于输出电压的变化。
-输出滤波：经过变压器的输出信号包含较多的纹波幅度，通过输出滤波器将纹波幅度减小到可以忽略不计的程度。
输出滤波器通常包括电感和电容，通过滤除高频杂波和平滑输出电流。
3.脉宽调制脉宽调制器是开关电源中至关重要的一个部件，负责控制开关元件（如晶体管或MOSFET）的开关频率和占空比，以调节输出电压的稳定性。
- 控制开关频率：脉宽调制器根据输出电压的需求，采用不同的控制方式，例如固定频率PWM（Pulse-Width Modulation）、可变频率PWM和电流模式控制。
通过调整开关频率，可以实现对输出电压的精确控制。
液晶电视机电源板 台达电源原理与维修
液晶彩电用台达电源及保护电路原理与维修康佳液晶彩电常用的台达电源，采用DIA 001+ ICE3B1065 + UCC28051 组合方案。
该电源分为三部分：一是以驱动控制厚膜电路ICE3B1065 为核心组成的副电源，为主板微处理控制系统供电；二是以驱动控制电路UCC28051和大功率MOSFET 开关管Q1、Q9 为核心组成的。
康佳液晶彩电用台达电源及保护电路原理与维修康佳液晶彩电常用的台达电源，采用 DIA 001+ ICE3B1065 + UCC28051 组合方案。
该电源分为三部分：一是以驱动控制厚膜电路 ICE3B1065 为核心组成的副电源，为主板微处理控制系统供电；二是以驱动控制电路 UCC28051和大功率 MOSFET 开关管 Q1、 Q9 为核心组成的 PFC 功率因数校正电路；三是以驱动控制电路 DLA001 和大功率 MOSFET -GET开关管 Q3 、 Q4 组成的主开关电源，向负载电路提供+24V 和+12V 电源。
通电后副电源首先启动工作，为主电路板微处理器控制系统提供+5V 的工作电压，睡开机后，副电源为 PFC功率因数校正电路驱动控制电路 UCC28051 、主开关电源驱动巨制电路 DLA001的提供 VCC—ON 供电，主开关电源启动工作，向主电路板负载电路提映+24V 和+ 12V 两种电压。
待机时，采用切断 PFC 功率因数校正电路驱动控制电路UCC 28051 、主开关电源驱动控制电路 DLA00l 的 VCC—ON 供电，主电源停止工作。
康佳液晶彩电用台达电源板，设有以晶闸管为核心的过流、过压保护电路，当开关电源发生过流、过压故障时，晶闸管被触发导通，保护电路启动，与待机控制一样，切断PFC 功率因数校正电路驱动控制电路 UCC28051 、主开关电源驱动控制电路 DLA00l 的VCC—ON供电，主电源停止工作。
一、电源及保护电路工作原理。
二、电源与保护电路维修技巧。
开关电源工作详细原理讲解
开关电源工作详细原理讲解
开关电源是一种将输入电源转换为需要的输出电源的电子装置。
它主要由变压器、整流电路、滤波电路、功率开关器件、控制电路等组成。
以下是开关电源的工作原理的详细讲解。
1. 变压器：开关电源采用高频工作，输入的交流电压经过变压器降压，得到适合的工作电压。
2. 整流电路：变压器输出的交流电压经过整流电路，将其变为直流电压。
常用的整流电路包括单相半波整流电路、单相全波整流电路和三相全波整流电路。
3. 滤波电路：直流电压经过整流后还带有较大的纹波，需要通过滤波电路进行滤波，减小纹波。
常见的滤波电路有电容滤波电路和电感滤波电路。
4. 功率开关器件：开关电源使用功率开关器件（如MOSFET
或IGBT）来控制电流的开关状态。
通过控制开关的导通和关
断时间，可以调整输出电压和电流。
5. 控制电路：控制电路是开关电源的核心部分，它根据输出电压的反馈信号，实时调整功率开关器件的开关状态，确保输出电压稳定。
6. 反馈回路：开关电源会通过反馈回路感知输出电压情况，并将这一信息传递给控制电路。
当输出电压偏离设定值时，控制电路将校正功率开关器件的开关状态，维持输出电压的稳定性。
综上所述，开关电源通过变压器对输入电源进行降压，然后经过整流、滤波、功率开关器件和控制电路的协同作用，将输入的交流电源转换为稳定的直流输出电源。
控制电路通过反馈回路不断调整功率开关器件的开关状态，以维持输出电压的稳定性。
开关电源具有高效率、小体积、重量轻等优点，广泛应用于各种电子设备中。
开关电源原理
一、开关电源的概念
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9
半桥型开关电源原理图
三、开关电源的常用电路类型
6、全桥电路 全桥电路是大功率电源常用的电路，有四个开关管组成两个桥臂。两 个桥臂分别导通激励高频功率变压器，进行能量变换，但是存在开关管 “直通”的危险。 全桥电路原理图如下图所示。由四个功率开关器件V1~V4组成，变压器 T连接在四桥臂中间，相对的两只功率开关器件V1、V4和V2、V3分别交替 导通或截止，使变压器T的次级有功率输出。当功率开关器件V1、V4导通 时，另一对V2、V3则截止，这时V2和V3两端承受的电压为输入电压Uin在 功率开关器件关断过程中产生的尖峰电压被二极管V5~V8箝位于输入电压 Uin。
％，工作频率是振荡频率的一半，所使用的控制芯片一般是UC3844和
在变压器中加去磁绕组，在关断时将付边的能量反射到交流输入上。
正激式开关电源的核心部分是正激式直流——直流变换器，基本电路
做得更高一点。虽然功率变压器不像反激式电路要开气隙，但是一般要
开关电源设计(精通型)
开关电源设计（精通型）一、开关电源基本原理及分类1. 基本原理开关电源的工作原理是通过控制开关器件的导通与关断，实现电能的高效转换。
它主要由输入整流滤波电路、开关变压器、输出整流滤波电路和控制电路组成。
在开关电源中，开关器件将输入的交流电压转换为高频脉冲电压，通过开关变压器实现电压的升降，经过输出整流滤波电路，得到稳定的直流电压。
2. 分类（1）PWM（脉冲宽度调制）型开关电源：通过调节脉冲宽度来控制输出电压，具有高效、高精度等特点。
（2）PFM（脉冲频率调制）型开关电源：通过调节脉冲频率来控制输出电压，适用于负载变化较大的场合。
二、开关电源关键技术与设计要点1. 高频变压器设计（1）选用合适的磁芯材料，保证变压器在高频工作时的磁通密度不超过饱和磁通密度。
（2）合理设计变压器的绕组匝数比，以满足输出电压和电流的要求。
（3）考虑变压器损耗，包括铜损、铁损和杂散损耗，确保变压器具有较高的效率。
2. 开关器件的选择与应用（1）开关频率：根据开关电源的设计要求，选择合适的开关频率。
（2）电压和电流等级：确保开关器件能承受最大电压和电流。
（3）功率损耗：选择低损耗的开关器件，提高开关电源的效率。
（4）驱动方式：根据开关器件的特点，选择合适的驱动电路。
3. 控制电路设计（1）稳定性：确保控制电路在各种工况下都能稳定工作。
（2）精度：提高控制电路的采样精度，降低输出电压的波动。
（3）保护功能：设置过压、过流、短路等保护功能，提高开关电源的可靠性。
三、开关电源设计实例分析1. 确定设计指标输入电压：AC 85265V输出电压：DC 24V输出电流：4.17A效率：≥90%2. 高频变压器设计选用EE型磁芯，计算磁芯尺寸、绕组匝数和线径。
3. 开关器件选择根据设计指标，选择一款适合的MOSFET作为开关器件。
4. 控制电路设计采用UC3842作为控制芯片，设计控制电路，实现开关电源的稳压输出。
5. 实验验证搭建实验平台，对设计的开关电源进行测试，验证其性能指标是否符合要求。
3开关电源工作原理与设计要点ppt课件
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半桥式变换器
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导通比决定的。
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单端正激式变换器
正激式变换器的原理电路图
正激式变压器等效电路
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(4)磁通复位问题
服这一问题的办法之一，也是最安全和可靠 的办法是在付绕组中加一固定负载电阻（假
负载），以防负载开路，这样电网电压最高，
U 0 ton N 2 U in toff N P
负载开路了，由于有固定的假负载，脉宽保 证有一最小的宽度而不致于出现间歇振荡现 象。最小的脉宽是由控制电路振荡器的最小
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开关电源的工作原理与电路设计课件
03
开关电源的关键技术
开关管的选型与驱动设计
选型原则
根据应用需求选择合适的开关管型号，考虑耐压、 耐流、导通电阻等参数。
驱动设计
设计合适的驱动电路，确保开关管在高频工作状态 下可靠导通与关断。
保护措施
加入过压、过流、过热等保护措施，提高开关管的 可靠性。
磁性元件的设计与优化
01
02
03
04
磁芯选型
。
开关电源在新能源、智能制造等领域的应用前景
新能源领域
随着新能源技术的快速发展，如太阳能、风能等，高效、可靠的开关电源将成为这些系 统中的关键部件。它们需要将不稳定的原始能源转换为稳定的电能供给负载。
智能制造领域
智能制造、工业4.0等概念的兴起，要求电源系统更加智能、高效和可靠。开关电源因其 特性，将成为智能制造领域中的首选。
针对开关电源动态响应和稳定性问题，探讨合适的控制策略，如 采用恒频或变频控制、电流模式或电压模式控制等。同时，分析 环路稳定性的关键因素，提出改善稳定性的方法。
06
开关电源的发展趋势与应用前景
开关电源的技术发展趋势
01
高效能转换技术
随着电力电子技术的进步，开关电源的效率已经接近理论极限。为了
进一步提升效能，新的拓扑结构、控制策略及高性能元器件将被不断引
应用领域
开关电源广泛应用于各种电子设备、通讯设备、家用电器、工业 自动化设备等领域，是现代电子设备不可或缺的电源之一。
开关电源的优点和缺点
02
01
03
优点 • 高效能：开关电源具有高效能量转换率，能够节省
能源，降低能源成本。 • 稳定性好：输出稳定性好，不受市电电压波动和负
载变化的影响。
台达--开关电源基本原理与设计介绍
開關電源基本原理与設計介紹Summary基本原理介紹開關電源中的相關設計基本原理介紹¾DC-DC變換器主要架构及其拓補¾EMI 部分¾PFC 部分¾同步整流部分¾均流技術¾保護与控制線路SPS基本原理框圖基本原理簡介一般由三部分組成:一是輸入回路.二是輸出回路.三是控制回路.輸入回路由EMI濾波電路.高壓整流濾波.隔離變壓器初級和高壓方波切割元件所組成，其與電網直接連接高電壓.輸出回路由隔離變壓器次級.低壓整流濾波電路所組成，其與控制回路都由低壓電子元器件組成.輸入回路與輸出回路兩者間採用隔離變壓器進行隔離確保人身與低壓電子器件之安全，這樣不僅達到高低電壓隔離,還做到高低電壓的轉換功能.工作原理交流輸入電壓(AC)經EMI濾波電路濾波一些電網來的干擾與雜訊後, 直接予以整流與濾波得到高壓直流(DC).再將直流高壓進入方波切割器件(MOSFET)中,切割成20~200KHZ的高頻電壓方波信號.該方波信號進入隔離變壓器初級,而由次級所感應出的低壓交流電勢經整流濾波後,得到低壓穩定直流輸出,供給負載.不管輸入電壓有無變化或輸出負載是否變動,都要保持輸出直流電壓的穩定.因此,經直流輸出監控電路對輸出電壓加以監控,並把信號回饋給PWM邏輯控制電路調整占空比.從而調整輸出電壓達到穩定效果.當負載發生故障(如:短路,過載等)時可通過保護電路把信號迅速回饋給PWM邏輯控制電路使方波切換元件停止工作,達到保護的功能.Boost DC-DC 變換器主要架构peak drain current.peak drain voltage2. Boost (step up)Ideal transfer functionDiode voltages(vrmAverage diode currentsBoost變換器工作狀態Boost DC-DC變換器主要架构DPS-350MB ABOOST CIRCUITBuck DC-DC 變換器主要架构1.Buck (step down)peak drain currentIdeal transfer functionpeak drain voltageAverage diode currentsDiode voltages (vrm)Buck變換器工作狀態Buck變換器工作原理當S關閉時,電流就會順向地流經電感器L,此時在負載上就會有帶極性的輸出電壓產生,如上面圖2所示,當開關打開時,電感器L會改變磁場,二級体D則為順向偏壓狀態,因此在電容器C 中就會有電流流過,因此在負載RL上輸出電壓的極性仍是相同的,一般我們稱此二級体D為飛輪二級体.由于此種轉換動作,使得輸出電源是一种連續而非脈動電流形式,相對的由于開關S在ON/OFF之間改變,所以輸入電流則為不連續形式,也就是所謂的脈動電流形式.Buck DC-DC變換器主要架构實際舉例DPS-350MB A BUCK CIRCUITBuck&Boost DC-DC變換器主要架构Voltage and current waveformsBuck BoostBUCK-BUST(FLYBACK)變換器原理圖BUCK-BUST(FLYBACK)變換器工作狀態BUCK-BUST(FLYBACK)變換器工作原理當電路中的開關S關閉時,電流就會流經電感L,並將能量儲存于其中,由于電壓極性的關系,二級体D是在逆向偏壓狀態,此時負載電阻RL上就沒有電壓輸出.當開關S打開時,由于磁場的消失,電感L呈逆向極性,二級体D 為順向偏壓,環路中則有Ic感應電流產生,因此負載RL上的輸出電壓极性正好和輸入電壓极性相反,由于開關ON/OFF的作用,使得電感器的電流交替地在輸入与輸出間,連續不斷的改變其方向,不過這二者電流都是屬于脈動電流形式.所以該變換器電路中,當開關是在導通周期時,能量是儲存在電感器裏,反之,當開關是在打開周期時能量會轉移至負載上.Isolated Forward DC-DC變換器拓補3. Isolated Forward Ideal transfer functionPeak drain currentPeak drain voltageAverage diode currents Diode voltages(vrm)Isolated Forward工作原理由于該轉換器中使用的隔离元件是一個真正的變壓器,因此為了獲得正确有效的能量轉移,必須在輸出端有電感器,作為次級感應的能量儲存元件.而變壓器的初級繞組和次級繞組有相同的極性.當電晶體Q1在ON時,初級繞組漸漸會有電流流過,并將能量轉移至輸出,且同時經由順向偏壓二級体D2,儲存与電感器L中,此時的二級体D3為逆向偏壓狀態.當Q1換成OFF狀態時,變壓器的繞組電壓會反向,D2二級体此時就處于逆向偏壓的狀況,此時与飛輪二級体D3則為順向偏壓,在輸出回路上有導通電流流過,並經由電感器L,將能量傳導至負載上.變壓器上的第三個繞組与D1互相串聯在一起,可達到變壓器消磁的作用,如此可避免Q1在OFF時,變壓器的磁能會轉回至輸入直流匯流排上.Forward實際舉例300LB A FORWARD CIRCUITIsolated Flyback DC-DC變換器拓補4. Isolated Flyback Ideal transfer functionPeak drain currentPeak drain voltageDiode voltages(vrm)Average diode currentsIsolated Flyback工作原理當電晶體Q1導通時,變壓器的初級繞組漸漸會有初級電流流過,並將能量儲存与其中,由于變壓器扼流圈的輸入与輸出繞組,其極性是相反的,因此二級体被逆向偏壓,此時沒有能量轉移至負載,當電晶體不導通時,由于磁場的消失導致繞組的極性反向,此時二級体D會被導通,輸出電容器C會被充電,負載RL上有IL的電流流過.由于此種隔离元件的動作就象是變壓器与扼流圈,因此在反擊式轉換器輸出部分,就不需要額外的電感器了,但是在實際應用中,為了抑制高頻的轉換電訊波尖,還是會在整流器与輸出電容之間加裝小型電感器.Flyback實際舉例DPS-200PB-135 B FLYBACK CIRCUITVoltage and current waveformsForward FlybackForward&Flyback DC-DC 變換器拓補TWO-SWITCH FORWARDIdeal transfer functionPeak drain currentPeak drain voltageAverage diode currentsAverage diode currents Tow Switch Forward DC-DC 變換器拓補DC-DC變換器拓補Voltage and current waveforms 實際舉例DC-DC變換器拓補HALF BRIDGE Ideal transfer functionPeak drain currentPeak drain voltage Average diode currentsDiode voltages(vrm)DC-DC變換器拓補FULL BRIDGE Ideal transfer functionPeak drain currentPeak drain voltageAverage diode currentsDiode voltages(vrm)DC-DC變換器拓補Voltage and current waveformsHALF BRIDGE FULL BRIDGEFULL BRIDGE circuitDPS-1001AB C FULLBRIDGE CIRCUIT零電流開關變換器軟開關ZCS變換器在大功率的開關電源中,為了降低電路的開關損耗及提高開關器件的電壓應力和電流應力,軟開關技術也就得到了研究並得到了迅速發展.所謂軟開關通常指的是零電壓開關ZVS和零電流開關ZCS.軟開關的實現主要是借助于附加的電感L和電容C的諧振,使開關器件中電流(或電壓)按正弦規律來變化,當電流過零時,使器件關斷,當電壓下降到零時,使器件導通.此次討論零電流開關變換器---ZCS-PWM.ZCS-PWM變換器是ZCS-QRC和PWM開關變換器的綜合,同時兼有二者的特點.在一個周期內,電路有時以ZCS準諧振方式運行,有時又以PWM方式運行.以Buck ZCS-PWM為例,對此電路的工作過程進行討論和分析.基本電路BUCK變換器基本電路在此電路中將開關S用零電流諧振開關代替后,就构成了下圖的零電流開關諧振Buck變換電路.基本變換電路BUCK ZCS-QRS變換電路在Buck ZCS-QRS變換電路的基礎上增加一個功率開關管Q2以及與其反并聯的二極體D2就构成了Buck ZCS-PWM變換電路.基本變換電路Buck ZCS-PWM變換器基本變換電路Buck ZCS-PWM變換器工作原理Lri設初始時刻主開關管Q1和輔助開關管Q2均處于關斷狀態,輸出負載電流Io從續流二极管D上流過,電容Cr兩端的電壓為零.一個開關從主開關管Q1的導通開始.當Q1在Snubber電感Lr作用下零電流導通後,電感電流將在電源電壓作用下線性上升,當上升倒等於IO時,續流二極體D關斷.之後,D2導通,LR 與CR諧振.經過半個諧振週期, 以諧振方式再次達到IO, 以諧振方式上升到,此時由於輔助開關管Q2處於關斷狀態,故與將保持在該值上,無法繼續諧振.這個狀態的持續時間由電路輸出的PWM控制要求確定.如果這一段時間等於零,則ZCS-PWM電路就完全等同於ZCS-QRC電路了.當電路的輸出PWM控制要求關斷主開關管Q1時,首先應導通開關管Q2(在SNUBBER電感LR 的作用下零電流導通),之後與再次諧振.當電感電流諧振到零時,二極體D1導通,之後, 繼續向反方向諧振並再次諧振到零.在電感電流反方向運行期間,主開關管Q1可在零電流零電壓下完成關斷過程.在此之後,電容電壓將在輸出電流的作用下線性衰減到零,使續流二極體D自然導通,直到下一個開關週期到來..輔助開關管Q2可以在D到同之後及下一個開關週期到來之前的任何inVLriLri crvinV2LricrvrLrCLricrV以下分析都是在下列條件成立時進行的:a.所有元器件都是理想的,即開通時管壓降為零,關斷時漏電流為零,開通與關斷瞬間完成.b.濾波電感足夠大,故濾波器及負載在一個開關週期中,可用其值等於該週期輸出電流Io的恆流源代替.Buck ZCS-PWM 變換電路的開關周期可分為六個時間段來描述,對應于六種基本的電路拓扑模式,如下圖所示.設電路初始狀態為主電路開關Q1關斷,輔助開關Q2關斷,續流二极管D導通,輸出電流全部通過D續流,電感電流=0,電容電壓=0.工作過程分析.f L f f C L −L R Lr i cr v 時刻,以零電壓零電流方式完成關斷過程.從上述工作原理可看出,在ZCS-PWM 電路中,所有開關管及二極體都是在零電壓或零電流下完成通斷的.同時,電路可以以恆定頻率通過調節輸出脈寬占空比來調節輸出電壓.各時間段的電路拓補圖主要電量波形半橋式轉換器介紹雙輸入電壓半橋式轉換器二个主要优點,第一点就是它能在數放交流电压115V或230Vac的工作情况下,不需使用到高压晶体管.第二点就是我们只需使用到簡單的方法就能来平衡每一轉換晶体管的伏特-秒(volt-senconds)区间,而功率變压器不需有間隙且不需使用到价格高的对称修正電路,雙輸入電壓半橋式轉換器在半橋式轉換器結構中,功率變壓器有一端點連接到由串聯電容器C1與C2所産生的浮點電壓值端點,其浮點電壓值爲Vin/2,所以在標準的輸入電壓下,其值爲160Vdc.變壓器的另一端點則經由串聯電容器C3連接到Q1的射極與Q2的集極接頭處,當Q1電晶體ON時,此處變壓器端點會産生正的160V電壓脈波,當Q1電晶體OFF,Q2電晶體ON時,變壓器的初級圈會極性反轉,因此,會産生負的160V電壓脈波,在這Q1與Q2電晶體ON-OFF動作中,其産生的峰對方波電壓值爲320V,經由變器轉換降低爲次級電壓,再經過整流,濾波而得到直流輸出電壓.RCC(Ringing choke converter)電路RCC電路的工作原理以DPS-180KB-1 D 的STANDBY電路為例如圖所示,Q902的控制极(G极)由R914A~R914C得到啟動電壓后,Q902開始導通,電流經過T901的8,10腳,Q902的漏源极和R906到地,同時T901開始儲能,R906的電壓也同時升高,當R906的電壓達到一定值的時候,Q901導通,使得Q902的G极電壓拉低,Q902截止.在Q902截止的期間內,由開關變壓器T901向負載提供能量,在T901次級繞組的電流經過LC濾波后得到直流輸出.當Q901由導通變為截止時,Q902再次導通,如此反复的循環,形成自激振蕩.RCC電路舉例Input EMI SectionEMI的定義EMI 的產生和傳播及處理方式 在SPS中的架構模型EMI的處理及量測裝置LISN的原理與使用開關電源的雜訊分析EMI濾波器的組成元件EMI的定義•EMI:Electromagnetic interference 電磁干扰•EMI包括傳導(conduction)和輻射(radiation)兩個部分.•傳導EMI是待測物經由導線(電源線)所傳遞出來的雜訊.•輻射EMI是直接由開放空間傳遞的.Input EMI Section 架构EMI的產生傳播及處理方式噪聲傳遞的主要方式為﹕（1）傳導耦合﹒2）公共阻抗耦合﹒（3）輻射耦合﹒根据電磁干扰的傳播途徑﹐開關電源中的電磁干扰可以分為輻射干扰和傳導干扰﹐兩种干扰可以相互轉換﹒傳導干扰可以分為共模（Common Mode－CM）干扰和差模（Differential Mode－DM）干扰﹒由于寄生參數的存在以及開關電源中開關器件的高頻開通和關斷﹐使得開關電源在其輸入端（即交流電网側）產生較大的共模干扰和差模干扰﹒傳導EMI經由介質進行傳導﹒因此﹐在電路上經常是加濾波器的方式抑制雜訊﹒但是輻射EMI不經由介質﹐雜訊可以bypass EMI而影響其他系統﹒因此其處理方式多為屏蔽（shielding）接地（grounding）濾波等﹒開關電源的雜訊分析•由LISN所取得的雜訊中,都包含有CM雜訊(common-mode noise)及DM雜訊(differential-mode noise)兩個分量•CM雜訊由CM雜訊電流產生,DM雜訊有DM雜訊電流產生.其中CM雜訊電流ICM是L,N相對于接地線共同的雜訊,而DM雜訊電流IDM是直接經L,N而不經過接地線的雜訊分量.此兩分量用數學表示如下:DMCMtotalIIIrrr+=totalIr為總雜訊電流,它是流經LISN的50ohm阻抗所產生的雜訊電壓50*totaltotalIVrr=開關電源的雜訊分析CM雜訊電流與DM雜訊電流由什么造成的?根据前人的實驗結果,發現CM雜訊主要是由Power MOSFET及變壓器上的寄生電容及雜散電容造成的.而DM雜訊電流則由電源電路初級端的非連續電流機輸入端濾波大電容(bulk capacitor)上的寄生電感所造成的.EMI濾波器的組成元件常見的EMI濾波元件共有四種:CM電感DM電感X電容Y電容1. CM電感CM電感是將兩組線圈繞在一個鐵芯上製成的.且其繞線的方嚮能使得其DM電流所產生的磁場H相互抵消, 而對CM電流而言,DM由于其是對地而言的,因此兩組線圈可看成是L,N對地獨立電感,其所產生的磁場H是相同方嚮的.CM同時由于DM的磁場相互抵消的關系,CM電感比較不易飽和,因此一選用u值較高的ferrite core作為鐵芯.2. DM電感DM電感的濾波原理和電源供應器輸出端的濾波電感並無不同,由于需要流經大電流,因此材質多用u值較低的powder core以避免飽和.EMI濾波器的組成元件3.X電容X電容是跨接于電源的L,N兩端.一般為金屬皮鏌(metal film)為材質,其容值規格為0.015uF0.1uF 0.22uF 0.33uF 0.47uF 0.68uF 最大為1uF.4.Y電容Y電容扮演的是CM電容的角色.其最大的特點是以兩個為一組而存在.一般Y電容均為高壓陶瓷電容,其電容容值較小,從470pF1000pF 2200pF 3300pF到最大為4700pF.。
开关电源基本原理与设计介绍
基本变换电路
Buck ZCS-PWM变换器
i Lr
基本變換電路
Buck ZCS-PWM變換器工作原理
設初始時刻主開關管Q1和輔助開關管Q2均處于關斷狀態,輸出負載電流Io 從續流二极管D上流過,電容Cr兩端的電壓為零.一個開關從主開關管Q1的導通 開始.當Q1在Snubber電感Lr作用下零電流導通後,電感電流 i Lr將在電源電壓 上升倒等於IO時,續流二極體D關斷.之後,D2導通,LR Vin 作用下線性上升,當 i Lr 與CR諧振.經過半個諧振週期, 以諧振方式再次達到IO, vcr以諧振方式上升 到 2Vin,此時由於輔助開關管Q2處於關斷狀態,故Vcr 與i Lr 將保持在該值上,無法 繼續諧振.這個狀態的持續時間由電路輸出的PWM控制要求確定.如果這一段 時間等於零,則ZCS-PWM電路就完全等同於ZCS-QRC電路了.當電路的輸出 PWM控制要求關斷主開關管Q1時,首先應導通開關管Q2(在SNUBBER電感LR 的作用下零電流導通),之後 C r與 Lr 再次諧振.當電感電流諧振到零時,二極體 D1導通,之後, i Lr繼續向反方向諧振並再次諧振到零.在電感電流反方向運行期 間,主開關管Q1可在零電流零電壓下完成關斷過程.在此之後,電容電壓 v cr 將 在輸出電流的作用下線性衰減到零,使續流二極體D自然導通,直到下一個開關 週期到來..輔助開關管Q2可以在D到同之後及下一個開關週期到來之前的任何
Boost DC-DC变换器主要架构
2. Boost (step up) Ideal transfer function
peak drain current
.peak drain voltage
Average diode currents
Diode voltages (vrm
开关电源电路组成及各部分原理详解
开关电源电路组成及各部分原理详解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：一、开关电源输入电路及原理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。
②R1、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。
开关电源的结构和基本原理
电路构造
抗干扰电路（EMI） 整流滤波电路 开关电路 PFC电路 保护电路
PFC电路
PFC（Power Factor Correction）即“功率因数校正”，主要用来表 征电子产品对电能旳利用效率。功率因数越高，阐明电能旳利用 效率越高。经过CCC认证旳电脑电源，都必须增长PFC电路。
PC电源采用老式旳桥式整流、电容滤波电路会使AC输入电流产生 严重旳波形畸变，向电网注入大量旳高次谐波，所以网侧旳功率 因数不高，仅有0.6左右，并对电网和其他电气设备造成严重谐波 污染与干扰。
开关电路——关键部分
关键元件：PS-ON、精密稳压电路 、 PWM 控制芯片、推动管（由两个 三极管构成）、驱动变压器、主开关变压器
原理：由推动管和PWM （Pulse Width Modulation）控制芯片构成振荡 电路，产生高频脉冲
待机时，主板启闭控制电路旳电子开关断开， PWM 控制芯片封锁调制 脉宽输出，使T2推动变压器，T1主电源开关变压器停振，停止提供输出 电压。
EMI电路
整流滤波电路
高压整流滤波电路由一种全桥（由四个二极管构成） 和两个高压电解电容构成。把220V交流市电转换成 300V直流电。
低压整流滤波电路由二极管和电解电容构成(12V使用 快恢复管，5V和3.3V使用肖特基管 )，如图。
辅助电源电路
关键元件：辅助电源开关管、辅助电源变压器、三端稳压器 300V直流电经过辅助电源开关管成为脉冲电流，经过辅助电源变压器输出 二组交流电压，一路经整流 、三端稳压器稳压，输出+5VSB，加到主板上 作为待机电压；另一路经整流滤波，输出辅助+12V电源，供给PWM等芯 片工作。
输入电压能够从90V到270V； 高于0.99旳线路功率因数，并具有低损耗和高可靠等优 点； 有源PFC电路可用作辅助电源，而不再需要辅助电源变 压器； 输出不随输入电压波动变化，所以可取得高度稳定旳 输出电压； 有源PFC输出DC电压纹波很小，且呈100Hz/120Hz（工 频2倍）旳正弦波，所以采用有源PFC旳电源不需要采 用很大容量旳滤波电容。
台达)开关电源基本原理与设计介绍
Ideal transfer function Peak drain current
Peak drain voltage Average diode currents Diode voltages (vrm)
编辑ppt
27
DC-DC變換器拓補
FULL BRIDGE
Ideal transfer function Peak drain current
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32
基本變換電路
BUCK ZCS-QRS變換電路
在Buck ZCS-QRS變換電路的基礎上增加一個功率開關管Q2 以及與其反并聯的二極體D2就构成了Buck ZCS-PWM變換電 路.
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基本變換電路
Buck ZCS-PWM變換器
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i Lr
基本變換電路
Buck ZCS-PWM變換器工作原理
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16
Isolated Forward DC-DC變換器拓補
3. Isolateunction
Peak drain current
Diode voltages (vrm)
Peak drain voltage Average diode currents
Boost變換器工作狀態
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7
Boost DC-DC變換器主要架构
DPS-350MB A BOOST CIRCUIT
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8
Buck DC-DC變換器主要架构
1.Buck (step down)
Ideal transfer function
peak drain current
Diode voltages (vrm)
快速搞懂开关电源设计与工作的原理
快速搞懂开关电源设计与工作的原理本文争取通过简单的描述，方便一些初学者快速理解开关电源的工作原理以及本人自身能力的提高，不代表正确也不是教学，不抵触原有说法，仅供参考。
这里暂不考虑升降压与稳压的原理，先初步了解下开关电源究竟是怎么工作的。
论点1：通过开关管不间断的开与关，实现电磁转换，从而电磁电转换出所需的次级电压。
只有不断变化的磁场才能使能量以磁能方式耦合出去，所以需要将稳定的直流电转换成断续的脉冲。
（铁芯变压器为正弦波，开关电源为带占空比的尖脉冲或近似方波）论点2：开关电源输出多为半波整流，是因为开关方式转换过程里没有出现负半周（全电压）。
开关电源（DC/DC）通过不断开闭开关管的方式让变压器充磁与失磁，使能量以电-磁-电的方式传递出去。
人为界定中心点是可以使这个电压有负半周的，但在开关变压器次级这个中心点取出也没有什么实际的意义。
开关电源的基本原理1如上左图，按下开关S1就能给线圈充磁，按下S2断开。
简化成右图后开合S2就可以实现变压器不间断的能量转换并重新恢复导通。
只要S2开关速度、间隔时间与变压器磁心充磁与失磁（矫顽力）的速度相近，就可实现变压器次级的电压可靠输出（匝数比决定电压，开关速度决定有效值，线径内阻与粗细决定电流，这里没有画出晶体管保护续流二极管）。
所以，上图就是开关电源的基本工作原理，以及“开关”电源名称的由来，晶体管也就是开关管。
（晶体管只工作在饱和与截止区，场效应管工作原理相同，只是有更好的开关效果，更低的导通压降，三极管饱和约为0.3V，MOSFET可以0.1V，所以效率更高，寿命更长）再通过一个网络动画-没用的盒子，大概了解下开关电源的工作原理没用的盒子，网络图片，不会画动图。
谢谢通过这个动图可以看出，只要外力不断打开开关，那这个盒子里的杠杆就会不断去关闭它。
这也是非常典型的负反馈原理。
（正反馈是你打开，它跑出来顶住开关使接通状态保持下去）同理，如果有两只盒子相互作用，就能实现永不停止的打开与关闭，直到盒子能源耗尽。
开关电源原理.课件
半波整流、全波整流、桥式整流等。
滤波电路的原理
工作原理
利用电容和电感的储能特性，将脉动直流电转化为平滑直流电。
电路类型
电容滤波、电感滤波、LC滤波等。
03
开关电源的设计
设计步骤与要点
明确设计要求
明确电源的输入输出电压、电 流、功率等参数，并根据实际
需求进行合理设计。
选择合适的拓扑结构
根据设计要求，选择合适的开 关电源拓扑结构，如降压、升 压、反激等。
计算主要元件参数
根据设计要求和选择的拓扑结 构，计算出主要元件的参数值 ，如电感、电容、二极管等。
考虑热设计
合理设计电源模块的散热结构 ，确保电源在高温环境下稳定
工作。
元器件的选择与优化
选择高质量的元器件
选择品牌信誉好、质量可靠的元器件，提高整体电源的性能和稳 定性。
优化元器件参数
根据实际需求，选择合适参数的元器件，避免过高或过低导致浪费 或性能不足。
测量法
使用万用表等测量工具测量电路的电压、电 流等参数，以判断故障部位。
替换法
使用正常的部件替换可疑部件，以确定故障 部位。
经验法
根据经验判断故障部位，如常见的熔断器熔 断等。
安全注意事项与预防措施
Байду номын сангаас安全操作
操作开关电源时需佩戴防静电手环，避 免直接接触电路部分，以免造成电击危 险。
VS
预防措施
定期对开关电源进行维护检查，保持清洁 卫生，加强散热措施，避免过载运行。
测试设备与环境
测试设备
用于测试开关电源的设备包括万用表、示波器、负载模拟器 、浪涌电流发生器等。
环境要求
测试环境应满足电源工作的要求，如温度、湿度、防尘等， 同时应具备安全措施，如接地保护、过载保护等。
开关电源基本原理与设计
电力电子设备的开关电源设计需要具备高功率密度、高效率和可靠性。高功率密度的电源能够减小设备体积，适 应大规模电力系统的需求。高效率的电源设计能够减少能源浪费和散热问题，提高设备运行稳定性。同时，可靠 的电源能够保证电力电子设备的安全运行。
THANKS
感谢观看
根据国家和国际标准，制定了一系列电磁兼容性标准，如 FCC、CE等，以确保开关电源的电磁兼容性能符合要求。
06
CATALOGUE
开关电源的应用实例
通信设备的开关电源设计
总结词
高效、稳定、可靠
详细描述
通信设备的开关电源设计需要满足高效、稳定和可靠的要求。由于通信设备需 要长时间不间断运行，因此电源的稳定性至关重要。同时，高效的电源设计能 够降低能源消耗和设备散热，提高设备使用寿命。
开关电源的发展历程
20世纪60年代
开关电源的初步研究和发展。
20世纪80年代
开关电源技术迅速发展，广泛应用于各个领 域。
20世纪70年代
开关电源开始应用于计算机领域。
21世纪初
高效、小型化、集成化成为开关电源的发展 趋势。
02
CATALOGUE
开关电源的基本原理
开关电源的工作原理
开关电源通过控制开关管的工作状态 ，将输入的直流电压转换成高频脉冲 电压。
热设计
电磁兼容性
对开关电源进行合理的热设计，包括散热 器的选择、散热通道的优化等，以保证电 源在工作时温度稳定且在安全范围内。
对开关电源进行电磁兼容性设计，包括电 磁屏蔽、滤波电路等，以减小对其他电子 设备的干扰和提高自身的抗干扰能力。
04
CATALOGUE
开关电源的效率与散热设计
开关电源的效率分析
开关电源原理分析
开关电源原理分析开关电源是一种常见的电源供应系统，它通过不间断地开关调节电流，使得输出电压稳定。
本文将对开关电源的原理进行分析，包括其基本构成、工作原理和优缺点等。
一、开关电源的基本构成开关电源主要由以下几个基本部分组成：1. 输入滤波电路：用于减小输入端的干扰电流和噪声。
2. 整流电路：将交流输入转换为直流电压。
3. 直流链接电路：连接整流电路和升压、降压电路。
4. 控制电路：用于控制开关器件的导通和关断。
5. 变换电路：包括升压和降压电路，用于根据需要提供稳定的输出电压。
6. 输出滤波电路：用于减小输出端的纹波电流和残余噪声。
二、开关电源的工作原理开关电源的工作原理如下：1. 控制器接收输入电压，并根据需要产生相应的控制信号。
2. 控制信号使得开关管正常工作，实现导通和关断的变化。
3. 当开关管导通时，输入电源的电能会通过变压器传递到输出端，根据变压器比例得到所需的电压。
4. 当开关管关断时，输入电源的电能会存储在电感中，并通过二极管输出到负载，保持输出电流的稳定性。
5. 控制器不断监测输出电压和电流，并根据需要调整开关管的导通和关断频率，从而实现输出电压的稳定。
三、开关电源的优缺点开关电源相比于传统的线性电源，具有以下优点：1. 高效率：开关电源采用开关器件进行调节，能够更有效地转换电能，提高能源利用率。
2. 小体积：由于开关电源使用高频开关器件，可以采用较小的变压器和滤波电容，使得整个电源系统更加紧凑。
3. 轻量化：由于效率高和体积小，开关电源在重量上较传统线性电源更轻便，适用于便携式设备。
4. 电压稳定性好：开关电源通过高频开关调节电流，能够更精确地控制输出电压，使其更加稳定。
然而，开关电源也存在一些缺点：1. 输出纹波：由于开关管的开关频率较高，会引入输出纹波电流，需要通过滤波电路来减小。
2. EMI干扰：开关电源高频开关会产生较强的电磁辐射干扰，需要采取相应的措施来减小对周围设备的影响。
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開關電源基本原理与設計介紹Summary基本原理介紹開關電源中的相關設計基本原理介紹¾DC-DC變換器主要架构及其拓補¾EMI 部分¾PFC 部分¾同步整流部分¾均流技術¾保護与控制線路SPS基本原理框圖基本原理簡介一般由三部分組成:一是輸入回路.二是輸出回路.三是控制回路.輸入回路由EMI濾波電路.高壓整流濾波.隔離變壓器初級和高壓方波切割元件所組成，其與電網直接連接高電壓.輸出回路由隔離變壓器次級.低壓整流濾波電路所組成，其與控制回路都由低壓電子元器件組成.輸入回路與輸出回路兩者間採用隔離變壓器進行隔離確保人身與低壓電子器件之安全，這樣不僅達到高低電壓隔離,還做到高低電壓的轉換功能.工作原理交流輸入電壓(AC)經EMI濾波電路濾波一些電網來的干擾與雜訊後, 直接予以整流與濾波得到高壓直流(DC).再將直流高壓進入方波切割器件(MOSFET)中,切割成20~200KHZ的高頻電壓方波信號.該方波信號進入隔離變壓器初級,而由次級所感應出的低壓交流電勢經整流濾波後,得到低壓穩定直流輸出,供給負載.不管輸入電壓有無變化或輸出負載是否變動,都要保持輸出直流電壓的穩定.因此,經直流輸出監控電路對輸出電壓加以監控,並把信號回饋給PWM邏輯控制電路調整占空比.從而調整輸出電壓達到穩定效果.當負載發生故障(如:短路,過載等)時可通過保護電路把信號迅速回饋給PWM邏輯控制電路使方波切換元件停止工作,達到保護的功能.Boost DC-DC 變換器主要架构peak drain current.peak drain voltage2. Boost (step up)Ideal transfer functionDiode voltages(vrmAverage diode currentsBoost變換器工作狀態Boost DC-DC變換器主要架构DPS-350MB ABOOST CIRCUITBuck DC-DC 變換器主要架构1.Buck (step down)peak drain currentIdeal transfer functionpeak drain voltageAverage diode currentsDiode voltages (vrm)Buck變換器工作狀態Buck變換器工作原理當S關閉時,電流就會順向地流經電感器L,此時在負載上就會有帶極性的輸出電壓產生,如上面圖2所示,當開關打開時,電感器L會改變磁場,二級体D則為順向偏壓狀態,因此在電容器C 中就會有電流流過,因此在負載RL上輸出電壓的極性仍是相同的,一般我們稱此二級体D為飛輪二級体.由于此種轉換動作,使得輸出電源是一种連續而非脈動電流形式,相對的由于開關S在ON/OFF之間改變,所以輸入電流則為不連續形式,也就是所謂的脈動電流形式.Buck DC-DC變換器主要架构實際舉例DPS-350MB A BUCK CIRCUITBuck&Boost DC-DC變換器主要架构Voltage and current waveformsBuck BoostBUCK-BUST(FLYBACK)變換器原理圖BUCK-BUST(FLYBACK)變換器工作狀態BUCK-BUST(FLYBACK)變換器工作原理當電路中的開關S關閉時,電流就會流經電感L,並將能量儲存于其中,由于電壓極性的關系,二級体D是在逆向偏壓狀態,此時負載電阻RL上就沒有電壓輸出.當開關S打開時,由于磁場的消失,電感L呈逆向極性,二級体D 為順向偏壓,環路中則有Ic感應電流產生,因此負載RL上的輸出電壓极性正好和輸入電壓极性相反,由于開關ON/OFF的作用,使得電感器的電流交替地在輸入与輸出間,連續不斷的改變其方向,不過這二者電流都是屬于脈動電流形式.所以該變換器電路中,當開關是在導通周期時,能量是儲存在電感器裏,反之,當開關是在打開周期時能量會轉移至負載上.Isolated Forward DC-DC變換器拓補3. Isolated Forward Ideal transfer functionPeak drain currentPeak drain voltageAverage diode currents Diode voltages(vrm)Isolated Forward工作原理由于該轉換器中使用的隔离元件是一個真正的變壓器,因此為了獲得正确有效的能量轉移,必須在輸出端有電感器,作為次級感應的能量儲存元件.而變壓器的初級繞組和次級繞組有相同的極性.當電晶體Q1在ON時,初級繞組漸漸會有電流流過,并將能量轉移至輸出,且同時經由順向偏壓二級体D2,儲存与電感器L中,此時的二級体D3為逆向偏壓狀態.當Q1換成OFF狀態時,變壓器的繞組電壓會反向,D2二級体此時就處于逆向偏壓的狀況,此時与飛輪二級体D3則為順向偏壓,在輸出回路上有導通電流流過,並經由電感器L,將能量傳導至負載上.變壓器上的第三個繞組与D1互相串聯在一起,可達到變壓器消磁的作用,如此可避免Q1在OFF時,變壓器的磁能會轉回至輸入直流匯流排上.Forward實際舉例300LB A FORWARD CIRCUITIsolated Flyback DC-DC變換器拓補4. Isolated Flyback Ideal transfer functionPeak drain currentPeak drain voltageDiode voltages(vrm)Average diode currentsIsolated Flyback工作原理當電晶體Q1導通時,變壓器的初級繞組漸漸會有初級電流流過,並將能量儲存与其中,由于變壓器扼流圈的輸入与輸出繞組,其極性是相反的,因此二級体被逆向偏壓,此時沒有能量轉移至負載,當電晶體不導通時,由于磁場的消失導致繞組的極性反向,此時二級体D會被導通,輸出電容器C會被充電,負載RL上有IL的電流流過.由于此種隔离元件的動作就象是變壓器与扼流圈,因此在反擊式轉換器輸出部分,就不需要額外的電感器了,但是在實際應用中,為了抑制高頻的轉換電訊波尖,還是會在整流器与輸出電容之間加裝小型電感器.Flyback實際舉例DPS-200PB-135 B FLYBACK CIRCUITVoltage and current waveformsForward FlybackForward&Flyback DC-DC 變換器拓補TWO-SWITCH FORWARDIdeal transfer functionPeak drain currentPeak drain voltageAverage diode currentsAverage diode currents Tow Switch Forward DC-DC 變換器拓補DC-DC變換器拓補Voltage and current waveforms 實際舉例DC-DC變換器拓補HALF BRIDGE Ideal transfer functionPeak drain currentPeak drain voltage Average diode currentsDiode voltages(vrm)DC-DC變換器拓補FULL BRIDGE Ideal transfer functionPeak drain currentPeak drain voltageAverage diode currentsDiode voltages(vrm)DC-DC變換器拓補Voltage and current waveformsHALF BRIDGE FULL BRIDGEFULL BRIDGE circuitDPS-1001AB C FULLBRIDGE CIRCUIT零電流開關變換器軟開關ZCS變換器在大功率的開關電源中,為了降低電路的開關損耗及提高開關器件的電壓應力和電流應力,軟開關技術也就得到了研究並得到了迅速發展.所謂軟開關通常指的是零電壓開關ZVS和零電流開關ZCS.軟開關的實現主要是借助于附加的電感L和電容C的諧振,使開關器件中電流(或電壓)按正弦規律來變化,當電流過零時,使器件關斷,當電壓下降到零時,使器件導通.此次討論零電流開關變換器---ZCS-PWM.ZCS-PWM變換器是ZCS-QRC和PWM開關變換器的綜合,同時兼有二者的特點.在一個周期內,電路有時以ZCS準諧振方式運行,有時又以PWM方式運行.以Buck ZCS-PWM為例,對此電路的工作過程進行討論和分析.基本電路BUCK變換器基本電路在此電路中將開關S用零電流諧振開關代替后,就构成了下圖的零電流開關諧振Buck變換電路.基本變換電路BUCK ZCS-QRS變換電路在Buck ZCS-QRS變換電路的基礎上增加一個功率開關管Q2以及與其反并聯的二極體D2就构成了Buck ZCS-PWM變換電路.基本變換電路Buck ZCS-PWM變換器基本變換電路Buck ZCS-PWM變換器工作原理Lri設初始時刻主開關管Q1和輔助開關管Q2均處于關斷狀態,輸出負載電流Io從續流二极管D上流過,電容Cr兩端的電壓為零.一個開關從主開關管Q1的導通開始.當Q1在Snubber電感Lr作用下零電流導通後,電感電流將在電源電壓作用下線性上升,當上升倒等於IO時,續流二極體D關斷.之後,D2導通,LR 與CR諧振.經過半個諧振週期, 以諧振方式再次達到IO, 以諧振方式上升到,此時由於輔助開關管Q2處於關斷狀態,故與將保持在該值上,無法繼續諧振.這個狀態的持續時間由電路輸出的PWM控制要求確定.如果這一段時間等於零,則ZCS-PWM電路就完全等同於ZCS-QRC電路了.當電路的輸出PWM控制要求關斷主開關管Q1時,首先應導通開關管Q2(在SNUBBER電感LR 的作用下零電流導通),之後與再次諧振.當電感電流諧振到零時,二極體D1導通,之後, 繼續向反方向諧振並再次諧振到零.在電感電流反方向運行期間,主開關管Q1可在零電流零電壓下完成關斷過程.在此之後,電容電壓將在輸出電流的作用下線性衰減到零,使續流二極體D自然導通,直到下一個開關週期到來..輔助開關管Q2可以在D到同之後及下一個開關週期到來之前的任何inVLriLri crvinV2LricrvrLrCLricrV以下分析都是在下列條件成立時進行的:a.所有元器件都是理想的,即開通時管壓降為零,關斷時漏電流為零,開通與關斷瞬間完成.b.濾波電感足夠大,故濾波器及負載在一個開關週期中,可用其值等於該週期輸出電流Io的恆流源代替.Buck ZCS-PWM 變換電路的開關周期可分為六個時間段來描述,對應于六種基本的電路拓扑模式,如下圖所示.設電路初始狀態為主電路開關Q1關斷,輔助開關Q2關斷,續流二极管D導通,輸出電流全部通過D續流,電感電流=0,電容電壓=0.工作過程分析.f L f f C L −L R Lr i cr v 時刻,以零電壓零電流方式完成關斷過程.從上述工作原理可看出,在ZCS-PWM 電路中,所有開關管及二極體都是在零電壓或零電流下完成通斷的.同時,電路可以以恆定頻率通過調節輸出脈寬占空比來調節輸出電壓.各時間段的電路拓補圖主要電量波形半橋式轉換器介紹雙輸入電壓半橋式轉換器二个主要优點,第一点就是它能在數放交流电压115V或230Vac的工作情况下,不需使用到高压晶体管.第二点就是我们只需使用到簡單的方法就能来平衡每一轉換晶体管的伏特-秒(volt-senconds)区间,而功率變压器不需有間隙且不需使用到价格高的对称修正電路,雙輸入電壓半橋式轉換器在半橋式轉換器結構中,功率變壓器有一端點連接到由串聯電容器C1與C2所産生的浮點電壓值端點,其浮點電壓值爲Vin/2,所以在標準的輸入電壓下,其值爲160Vdc.變壓器的另一端點則經由串聯電容器C3連接到Q1的射極與Q2的集極接頭處,當Q1電晶體ON時,此處變壓器端點會産生正的160V電壓脈波,當Q1電晶體OFF,Q2電晶體ON時,變壓器的初級圈會極性反轉,因此,會産生負的160V電壓脈波,在這Q1與Q2電晶體ON-OFF動作中,其産生的峰對方波電壓值爲320V,經由變器轉換降低爲次級電壓,再經過整流,濾波而得到直流輸出電壓.RCC(Ringing choke converter)電路RCC電路的工作原理以DPS-180KB-1 D 的STANDBY電路為例如圖所示,Q902的控制极(G极)由R914A~R914C得到啟動電壓后,Q902開始導通,電流經過T901的8,10腳,Q902的漏源极和R906到地,同時T901開始儲能,R906的電壓也同時升高,當R906的電壓達到一定值的時候,Q901導通,使得Q902的G极電壓拉低,Q902截止.在Q902截止的期間內,由開關變壓器T901向負載提供能量,在T901次級繞組的電流經過LC濾波后得到直流輸出.當Q901由導通變為截止時,Q902再次導通,如此反复的循環,形成自激振蕩.RCC電路舉例Input EMI SectionEMI的定義EMI 的產生和傳播及處理方式 在SPS中的架構模型EMI的處理及量測裝置LISN的原理與使用開關電源的雜訊分析EMI濾波器的組成元件EMI的定義•EMI:Electromagnetic interference 電磁干扰•EMI包括傳導(conduction)和輻射(radiation)兩個部分.•傳導EMI是待測物經由導線(電源線)所傳遞出來的雜訊.•輻射EMI是直接由開放空間傳遞的.Input EMI Section 架构EMI的產生傳播及處理方式噪聲傳遞的主要方式為﹕（1）傳導耦合﹒2）公共阻抗耦合﹒（3）輻射耦合﹒根据電磁干扰的傳播途徑﹐開關電源中的電磁干扰可以分為輻射干扰和傳導干扰﹐兩种干扰可以相互轉換﹒傳導干扰可以分為共模（Common Mode－CM）干扰和差模（Differential Mode－DM）干扰﹒由于寄生參數的存在以及開關電源中開關器件的高頻開通和關斷﹐使得開關電源在其輸入端（即交流電网側）產生較大的共模干扰和差模干扰﹒傳導EMI經由介質進行傳導﹒因此﹐在電路上經常是加濾波器的方式抑制雜訊﹒但是輻射EMI不經由介質﹐雜訊可以bypass EMI而影響其他系統﹒因此其處理方式多為屏蔽（shielding）接地（grounding）濾波等﹒開關電源的雜訊分析•由LISN所取得的雜訊中,都包含有CM雜訊(common-mode noise)及DM雜訊(differential-mode noise)兩個分量•CM雜訊由CM雜訊電流產生,DM雜訊有DM雜訊電流產生.其中CM雜訊電流ICM是L,N相對于接地線共同的雜訊,而DM雜訊電流IDM是直接經L,N而不經過接地線的雜訊分量.此兩分量用數學表示如下:DMCMtotalIIIrrr+=totalIr為總雜訊電流,它是流經LISN的50ohm阻抗所產生的雜訊電壓50*totaltotalIVrr=開關電源的雜訊分析CM雜訊電流與DM雜訊電流由什么造成的?根据前人的實驗結果,發現CM雜訊主要是由Power MOSFET及變壓器上的寄生電容及雜散電容造成的.而DM雜訊電流則由電源電路初級端的非連續電流機輸入端濾波大電容(bulk capacitor)上的寄生電感所造成的.EMI濾波器的組成元件常見的EMI濾波元件共有四種:CM電感DM電感X電容Y電容1. CM電感CM電感是將兩組線圈繞在一個鐵芯上製成的.且其繞線的方嚮能使得其DM電流所產生的磁場H相互抵消, 而對CM電流而言,DM由于其是對地而言的,因此兩組線圈可看成是L,N對地獨立電感,其所產生的磁場H是相同方嚮的.CM同時由于DM的磁場相互抵消的關系,CM電感比較不易飽和,因此一選用u值較高的ferrite core作為鐵芯.2. DM電感DM電感的濾波原理和電源供應器輸出端的濾波電感並無不同,由于需要流經大電流,因此材質多用u值較低的powder core以避免飽和.EMI濾波器的組成元件3.X電容X電容是跨接于電源的L,N兩端.一般為金屬皮鏌(metal film)為材質,其容值規格為0.015uF0.1uF 0.22uF 0.33uF 0.47uF 0.68uF 最大為1uF.4.Y電容Y電容扮演的是CM電容的角色.其最大的特點是以兩個為一組而存在.一般Y電容均為高壓陶瓷電容,其電容容值較小,從470pF1000pF 2200pF 3300pF到最大為4700pF.。