开关电源设计技术.ppt共51页文档
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线性电源
缺点：效率低，体积大，重量大。 优点：电路简单，干扰小。
1
开关电源发展趋势
• 高可靠性 • 高功率密度 • 低待机功耗 • 高功率因数
2
开关电源基本拓朴
• BUCK 降压变换器
非隔离电源应用，典型应用如MC34063，LM2576等。
3
开关电源基本拓朴
• BOOST 升压变换器
非隔离电源应用，典型应用如MC34063等。
连续模式（大）
Isrm IsSP（ 1-D M） A X (K 32 PK P1)
不连续模式：
Isrms ISP
1- DMAX 3KP
根据上面计算结果确定次级绕组导线直径。
31
开关电源设计方法
16、确定次级和偏置绕组最大反向峰值电压PIVs，PIVb。
• 无PFC的电路对元件选择的影响
1、共模电感 2、整流二极管 3、初级滤波电容
16
功率因数校正（PFC）
• 提高功率因数的方法
一类是无源功率因数校正法； 另一类是有源功率因数校正法，它是通过在电网和电 源装置之间串联插入功率因数校正装置，其中单相 BOOST电路因具有效率高、电路简单、成本低等优点 而得到广泛应用，并称之为有源功率因数校正（APFC ）电路。在有源功率因数校正控制芯片中，其种类繁 多，有峰值电流控制法、平均值电流控制法等。
φ角为功率因数角，它的余弦(cosφ)是有功功率与视 在功率之比即cosφ＝P/S称作功率因数。
14
功率因数校正（PFC）
• 无PFC的典型电路和线路波形
15
功率因数校正（PFC）
• 无PFC的电路对电网的影响
(1)降低发电机有功功率的输出。 (2)降低输、变电设备的供电能力。 (3)造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。 (4)造成线路高谐波成份。
不连续模式
LP1I2P 206fsPm Oin Z1
28
开关电源设计方法
11、根据fs和Po选择磁芯和骨架，并从磁芯骨架产品目 录中确定Ae，Le，Al，和Bw。
以上数据查表得到。
12、设定初级绕组层数L和次级绕组圈数Ns。 • 开始时用L＝2 • 开始时每伏输出电压，用Ns＝0.6匝～0.8匝/ V • L和 Ns可以调整
12
功率因数校正
Power Factor Correction (PFC) • 为什么要进行功率因数校正？ • 如何实现功率因数校正？
13
功率因数校正（PFC）
• 为什么要进行功率因数校正？
有功功率、无功功率、视在功率之间的关系 ：S＝ P2 Q2
S——视在功率，VA P——有功功率，W Q——无功功率，var
4
开关电源基本拓朴
• BUCK BOOST 极性反转变换器
非隔离电源应用，典型应用如MC34063等。
5
开关电源基本拓朴
• FLYBACK 单端反激变换器
元件少，成本低，小功率电源应用很广泛，输出功率小
于70W。
6
开关电源基本拓朴
• FORWARD 单端正激变换器
应用于200W以下的电源。
7
开关电源基本拓朴
3、根据输入电压和Po确定输入电容Cin。 推荐 2uF～3uF/ W
22
开关电源设计方法
4、根据输入电压确定反射输出电压Vor和钳位齐纳二极管电压Vclo。 设定反射电压： Vor＝135V 使用200V钳位齐纳二极管， Vclo ＝200V P6KE200A
23
开关电源设计方法
5、按所希望的工作模式和电流波形设定初级电流波形参数Kp。 对于通用输入（AC85V～265V）设定Kp＝0.4。
开关管电压应力大（Vin），且容易出现磁通不平衡现
象，目前较少应用。
10
开关电源基本拓朴
• HALF BRIDGE 半桥变换器
通过串联电容C3可以自动修正，避免磁心饱和 。应 用比较广泛。但C1和C2体积太大，影响电源体积。
11
开关电源基本拓朴
• FULL BRIDGE 全桥变换器
应用于大功率电源，控制比较复杂。
17
无源功率因数校正
• 缺点
(1)功率因数不高。 (2)由于工作在工频，要求电感量大，电 感体积就大。（3）工作范围窄，需要开关切换。
18
功率因数校正（PFC）
• PFC的实现
Vin di ILPK
L dt Ton
IL
PK
Ton L
Vin
Iinpk
1 2
ILPK
从上式可以看出，在
正弦半波内，只要Ton是 常数，Ip将和Vin成线性 关系，所以Ip的平均值
连续模式（Kp≤ 1） Irm sIP DMAX (K 32 PKP1)
不连续模式（Kp≥ 1）
Irms
DMAX
IP2 3
27
开关电源设计方法
9、根据交流输入电压Vac，Po和η选择开关元件（PI）
10、计算变压器初级电感Lp
连续模式
LPIP 2KP 11 60 P K O 2Pfsm inZ1
也将是正弦波，从而实 现PFC功能。
19
功率因数校正（PFC）
• 公司使用Biblioteka BaiduPFC芯片LT1249
20
开关电源设计方法
• 单端反激电源设计
1、确定系统要求：Vacmax、 Vacmin、Vo、Io、Po、η 2、根据输出要求选择反馈电路和偏置电压Vb：
TL431或稳压管 Vb推荐 15V
21
开关电源设计方法
24
开关电源设计方法
25
开关电源设计方法
6、根据Vmin和Vor确定 Dmax 推荐设定： Dmax ＜0.4。
7、计算初级峰值电流Ip
连续模式（Kp≤ 1）
IP
1
IAVG
KP 2
DMAX
不连续模式（Kp≥
1）
IP
2 IAVG DMAX
26
开关电源设计方法
8、计算初级有效值值电流Irms
• 2 SWITCH FORWARD 双管正激变换
开关管电压应力降低，输出功率可以达到400～500W，
但驱动较复杂。
8
开关电源基本拓朴
• ACTIVE CLAMP FORWARD 有源钳位正激变换器
能很好地实现无损吸收，能达到电源较高效率的 要求 ，但调试困难，较少应用。
9
开关电源基本拓朴
• PUSH PULL 推挽变换器
29
开关电源设计方法
13、计算初级绕组匝数Np和偏置绕组匝数Nb。
计算初级匝数：
NP
NS
VOR VOVD
计算偏置绕组匝数 ：
NB
NS
VBVDB VOVD
校核最大磁通密度Bm和气隙长度，可以调整L和Ns或 磁芯/骨架。
30
开关电源设计方法
14、计算次级峰值电流Isp。
ISP
I
P
NP NS
15、计算次级有效值电流Isrms。
缺点：效率低，体积大，重量大。 优点：电路简单，干扰小。
1
开关电源发展趋势
• 高可靠性 • 高功率密度 • 低待机功耗 • 高功率因数
2
开关电源基本拓朴
• BUCK 降压变换器
非隔离电源应用，典型应用如MC34063，LM2576等。
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开关电源基本拓朴
• BOOST 升压变换器
非隔离电源应用，典型应用如MC34063等。
连续模式（大）
Isrm IsSP（ 1-D M） A X (K 32 PK P1)
不连续模式：
Isrms ISP
1- DMAX 3KP
根据上面计算结果确定次级绕组导线直径。
31
开关电源设计方法
16、确定次级和偏置绕组最大反向峰值电压PIVs，PIVb。
• 无PFC的电路对元件选择的影响
1、共模电感 2、整流二极管 3、初级滤波电容
16
功率因数校正（PFC）
• 提高功率因数的方法
一类是无源功率因数校正法； 另一类是有源功率因数校正法，它是通过在电网和电 源装置之间串联插入功率因数校正装置，其中单相 BOOST电路因具有效率高、电路简单、成本低等优点 而得到广泛应用，并称之为有源功率因数校正（APFC ）电路。在有源功率因数校正控制芯片中，其种类繁 多，有峰值电流控制法、平均值电流控制法等。
φ角为功率因数角，它的余弦(cosφ)是有功功率与视 在功率之比即cosφ＝P/S称作功率因数。
14
功率因数校正（PFC）
• 无PFC的典型电路和线路波形
15
功率因数校正（PFC）
• 无PFC的电路对电网的影响
(1)降低发电机有功功率的输出。 (2)降低输、变电设备的供电能力。 (3)造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。 (4)造成线路高谐波成份。
不连续模式
LP1I2P 206fsPm Oin Z1
28
开关电源设计方法
11、根据fs和Po选择磁芯和骨架，并从磁芯骨架产品目 录中确定Ae，Le，Al，和Bw。
以上数据查表得到。
12、设定初级绕组层数L和次级绕组圈数Ns。 • 开始时用L＝2 • 开始时每伏输出电压，用Ns＝0.6匝～0.8匝/ V • L和 Ns可以调整
12
功率因数校正
Power Factor Correction (PFC) • 为什么要进行功率因数校正？ • 如何实现功率因数校正？
13
功率因数校正（PFC）
• 为什么要进行功率因数校正？
有功功率、无功功率、视在功率之间的关系 ：S＝ P2 Q2
S——视在功率，VA P——有功功率，W Q——无功功率，var
4
开关电源基本拓朴
• BUCK BOOST 极性反转变换器
非隔离电源应用，典型应用如MC34063等。
5
开关电源基本拓朴
• FLYBACK 单端反激变换器
元件少，成本低，小功率电源应用很广泛，输出功率小
于70W。
6
开关电源基本拓朴
• FORWARD 单端正激变换器
应用于200W以下的电源。
7
开关电源基本拓朴
3、根据输入电压和Po确定输入电容Cin。 推荐 2uF～3uF/ W
22
开关电源设计方法
4、根据输入电压确定反射输出电压Vor和钳位齐纳二极管电压Vclo。 设定反射电压： Vor＝135V 使用200V钳位齐纳二极管， Vclo ＝200V P6KE200A
23
开关电源设计方法
5、按所希望的工作模式和电流波形设定初级电流波形参数Kp。 对于通用输入（AC85V～265V）设定Kp＝0.4。
开关管电压应力大（Vin），且容易出现磁通不平衡现
象，目前较少应用。
10
开关电源基本拓朴
• HALF BRIDGE 半桥变换器
通过串联电容C3可以自动修正，避免磁心饱和 。应 用比较广泛。但C1和C2体积太大，影响电源体积。
11
开关电源基本拓朴
• FULL BRIDGE 全桥变换器
应用于大功率电源，控制比较复杂。
17
无源功率因数校正
• 缺点
(1)功率因数不高。 (2)由于工作在工频，要求电感量大，电 感体积就大。（3）工作范围窄，需要开关切换。
18
功率因数校正（PFC）
• PFC的实现
Vin di ILPK
L dt Ton
IL
PK
Ton L
Vin
Iinpk
1 2
ILPK
从上式可以看出，在
正弦半波内，只要Ton是 常数，Ip将和Vin成线性 关系，所以Ip的平均值
连续模式（Kp≤ 1） Irm sIP DMAX (K 32 PKP1)
不连续模式（Kp≥ 1）
Irms
DMAX
IP2 3
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开关电源设计方法
9、根据交流输入电压Vac，Po和η选择开关元件（PI）
10、计算变压器初级电感Lp
连续模式
LPIP 2KP 11 60 P K O 2Pfsm inZ1
也将是正弦波，从而实 现PFC功能。
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功率因数校正（PFC）
• 公司使用Biblioteka BaiduPFC芯片LT1249
20
开关电源设计方法
• 单端反激电源设计
1、确定系统要求：Vacmax、 Vacmin、Vo、Io、Po、η 2、根据输出要求选择反馈电路和偏置电压Vb：
TL431或稳压管 Vb推荐 15V
21
开关电源设计方法
24
开关电源设计方法
25
开关电源设计方法
6、根据Vmin和Vor确定 Dmax 推荐设定： Dmax ＜0.4。
7、计算初级峰值电流Ip
连续模式（Kp≤ 1）
IP
1
IAVG
KP 2
DMAX
不连续模式（Kp≥
1）
IP
2 IAVG DMAX
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开关电源设计方法
8、计算初级有效值值电流Irms
• 2 SWITCH FORWARD 双管正激变换
开关管电压应力降低，输出功率可以达到400～500W，
但驱动较复杂。
8
开关电源基本拓朴
• ACTIVE CLAMP FORWARD 有源钳位正激变换器
能很好地实现无损吸收，能达到电源较高效率的 要求 ，但调试困难，较少应用。
9
开关电源基本拓朴
• PUSH PULL 推挽变换器
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开关电源设计方法
13、计算初级绕组匝数Np和偏置绕组匝数Nb。
计算初级匝数：
NP
NS
VOR VOVD
计算偏置绕组匝数 ：
NB
NS
VBVDB VOVD
校核最大磁通密度Bm和气隙长度，可以调整L和Ns或 磁芯/骨架。
30
开关电源设计方法
14、计算次级峰值电流Isp。
ISP
I
P
NP NS
15、计算次级有效值电流Isrms。