開(kāi)關(guān)電源學(xué)習(xí)筆記

1、 開(kāi)關(guān)電源學(xué)習(xí)筆記 閱讀書(shū)記名稱(chēng)集成開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)調(diào)試與維修開(kāi)關(guān)電源術(shù)語(yǔ)： 效率：電源的輸出功率與輸入功率的百分比。其測(cè)量條件是滿(mǎn)負(fù)載，輸入交流電壓標(biāo)準(zhǔn)值。 ESR：等效串聯(lián)電阻。它表示電解電容呈現(xiàn)的電阻值的總和。一般情況下，ESR值越低的電容，性能越好 輸出電壓保持時(shí)間：在開(kāi)關(guān)電源輸出電壓撤消后，依然保持其額定輸出電壓的時(shí)間。 啟動(dòng)浪涌保護(hù)：它屬于保護(hù)電路。它對(duì)電源啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的尖蜂電流起限制作作用。為了防止不必要的功率損耗，在設(shè)計(jì)這一電路時(shí)候，一定要保證濾波電容充滿(mǎn)電之前，就起到限流的作用。 隔離電壓：電源電路中的任何一部分與電源基板之間的最大電壓?；蛘吣軌蚣釉陂_(kāi)關(guān)電源的輸入與輸出端之間的最

2、大直流電壓。 線性調(diào)整率：輸出電壓隨負(fù)載在指定范圍內(nèi)的變化百分率。條件是線電壓和環(huán)境溫度不變。 噪音和波紋：附加在直流信號(hào)上的交流電壓的高頻尖鋒信號(hào)的峰值。通常是mV度量。 隔離式開(kāi)關(guān)電源：一般指開(kāi)關(guān)電源。它從輸入的交流電源直接進(jìn)行整流濾波，不使用低頻隔離變壓器。 輸出瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間：從輸出負(fù)載電路產(chǎn)生變化開(kāi)始，經(jīng)過(guò)整個(gè)電路的調(diào)節(jié)作用，到輸出電壓恢復(fù)額定值所需要的時(shí)間。過(guò)載過(guò)流保護(hù)：防止因負(fù)載過(guò)重，是電流超過(guò)原設(shè)計(jì)的額定值而造成電源的損壞的電。遠(yuǎn)程檢測(cè)：電壓檢測(cè)的一種方法。為了補(bǔ)償電源輸出的電壓降，直接從負(fù)載上檢測(cè)輸出電壓的方法。 軟啟動(dòng)：在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，一種延長(zhǎng)開(kāi)關(guān)波形的工作周期的方法。工作周期

3、是從零到它的正常工作點(diǎn)所用的時(shí)間?？焖俣搪繁Ｗo(hù)電路：一種用于電源輸出端的保護(hù)電路。當(dāng)出現(xiàn)過(guò)壓現(xiàn)象時(shí)，保護(hù)電路啟動(dòng)，將電源輸出端電壓快速短路。占空比：開(kāi)關(guān)電源中，開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通的時(shí)間和變換工作周期之比。元件選擇和電路設(shè)計(jì)：一：輸入整流器的一些參數(shù) 最大正向整流電流：這個(gè)參數(shù)主要根據(jù)開(kāi)關(guān)電源輸出功率決定，所選擇的整流二極管的穩(wěn)態(tài)電流容量至少應(yīng)是計(jì)算值的2倍。 峰值反向截止電壓（PIV）：由于整流器工作在高壓的環(huán)境，所以它們必須有較高的PIV值。一般600V以上。 要有能承受高的浪涌電流的能力：浪涌電源是用開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)的峰值電流產(chǎn)生。 二：輸入濾波電容 輸入濾波電容對(duì)開(kāi)關(guān)電源的影響 電源輸出端的低頻交

4、流紋波電壓 輸出電壓的保持時(shí)間 濾波電容的計(jì)算公式：C=（I*t）/V C：電容量，F(xiàn) I：負(fù)載電流 ，A t：電容提供電流的時(shí)間，SV：所允許的峰-峰值紋波電壓 ，V 例題：計(jì)算50W開(kāi)關(guān)電源的輸入濾波電容值。輸入電壓為115V，60HZ。 解： 第一步是計(jì)算支流負(fù)載電流：假定一個(gè)最壞的情況，電源有效率為70%，那么，輸出功率為50W的電源輸入功率應(yīng)該是：Pin=Pout/=50/0.7=71.5W 利用倍壓技術(shù)時(shí)，輸入交流為115V，直流輸出點(diǎn)驗(yàn)是2X（115X1.4）=320V。因此，負(fù)載直流電流應(yīng)為I=P/E=71.5/320=0.22A現(xiàn)在假定設(shè)計(jì)允許30V峰-峰值的紋波電壓，并且電

5、泳要維持電平的時(shí)間為半周期，也就是說(shuō)，半周期的線性頻率或則說(shuō)60HZ的交流電壓大約是8ms,利用公式：C=（I*t）/V=(0.22*（8*0.001）)/30=58F選擇50uF的電容。 如果在倍壓結(jié)構(gòu)中，1/C=1/C1+1/C2 就選擇100uF的電容。三：輸入保護(hù)器件：浪涌電流 原因：開(kāi)關(guān)電源上電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生極高的浪涌電流。浪涌電流主要是由濾波電容引起的。如不采取任何措施，浪涌電流可以達(dá)到幾百安培。 措施： 1：利用電阻-雙向可控硅并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。 上電時(shí)；VS截止，電流經(jīng)過(guò)R1，R1起到限流作用達(dá)到一定條件，VS導(dǎo)通，將R1短路。 2：利用負(fù)溫度系數(shù)的NTC電阻 上電時(shí)候，NTC電阻值很大，

6、有限制電流的作用，。當(dāng)濾波電容開(kāi)始充電的時(shí)，充電電流流過(guò)熱敏電阻，開(kāi)始對(duì)其加熱。由于NTC是負(fù)溫度系數(shù)，隨著加熱，電阻值開(kāi)始下降，在負(fù)載平衡的情況下，其阻值應(yīng)該最小，但是NTC電阻有慣性，如果電源從工作狀態(tài)掉電，要1分鐘左右時(shí)間才能恢復(fù)到標(biāo)稱(chēng)阻值，所以開(kāi)關(guān)電源要防止掉電后馬上重新啟動(dòng)，那樣NTC電阻就不能起到防止浪涌的作用。輸入瞬間電壓保護(hù)： 引起原因： 1 電網(wǎng)附近有電感性開(kāi)關(guān)L：電感器的漏感 I：通過(guò)線圈的電流2：雷電影響： 電網(wǎng)上的高壓尖峰可達(dá)5KV 可能損壞部分： 輸入濾波器，開(kāi)關(guān)電源晶體管措施：在輸入端加壓敏電阻（MOV） 保護(hù)原理：當(dāng)高壓尖峰瞬間出現(xiàn)在壓敏電阻兩端時(shí)，它的阻抗急劇減

7、小到一個(gè)低值，消除尖峰電壓，瞬間能量消耗在壓敏電阻上。 選擇步驟： 額定值應(yīng)比電壓穩(wěn)定值大10%20% 計(jì)算或估計(jì)出電路所要承受的最大瞬間能量的焦耳數(shù) 最大能承受的最大尖峰電流第三章 高頻電源變換器的基本類(lèi)型一：?jiǎn)味朔醇な?工作過(guò)程： 當(dāng)S閉合，如a 圖，電流經(jīng)過(guò)電感L，并在其中存儲(chǔ)能量，由于電壓的作用，二極管VD處于截止，故RL負(fù)載上無(wú)電壓，當(dāng)S打開(kāi)，如b 圖，電感上的感應(yīng)電壓極性相反，就在RL負(fù)載電阻上出現(xiàn)一個(gè)與輸入電壓相反的電壓。開(kāi)關(guān)不斷閉合，打開(kāi)，電路中的電流就以脈沖的形式出現(xiàn)。二：?jiǎn)味苏な剑汗ぷ鬟^(guò)程：S閉合，電流流過(guò)電感L，負(fù)載兩端產(chǎn)生電壓，S打開(kāi)時(shí)，電感L的磁場(chǎng)發(fā)生變化，因而二極

8、管處于正向偏置，并產(chǎn)生電流Ic流過(guò)電容C，負(fù)載兩端輸出電壓極性仍保持不變，所以二極管也被稱(chēng)為續(xù)流二極管。推挽式：工作過(guò)程：是兩個(gè)單端正激式工作在推挽式下。S1，S2交替打開(kāi)或者關(guān)閉。隔離單端反激式變換電路工作過(guò)程：當(dāng)晶體管VT1導(dǎo)通時(shí)，變壓器初級(jí)電感線圈中儲(chǔ)存能量，與變壓器次級(jí)連接的二極管反偏壓狀，VD截止，次級(jí)無(wú)電流流過(guò)。當(dāng)VT1截止，變壓器次級(jí)電感線圈中的電壓極性反過(guò)來(lái)，是的二極管導(dǎo)通，給輸出電容充電，同時(shí)RL上也有電流。由于變壓器處理隔離初級(jí)和次級(jí)外，它還有變壓器和扼流圈的作用，所以反激式變換器的輸出部分一般不需要加電感，但在實(shí)際應(yīng)用中，往往在整流器和濾波電容之間加一個(gè)小電感，用來(lái)降低高

9、頻開(kāi)關(guān)噪聲的峰值。 單端反激式變換器電路中的開(kāi)關(guān)晶體管開(kāi)光晶體管必須具備的兩個(gè)條件 1：晶體管截止時(shí)，要能承受集電極尖峰電壓 2：晶體管導(dǎo)通時(shí)，要能承受集電極的尖峰電流 集電極尖峰電壓計(jì)算公式 Vin 輸入的直流電壓最大占空比實(shí)際工作中，工作占空比應(yīng)保持低一些，一般小于50%，一般取0。4集電極尖峰電流計(jì)算公式：IL 變壓器初級(jí)繞組的峰值電流，n 是變壓器初級(jí)與次級(jí)的匝數(shù)比。為了導(dǎo)出變壓器輸出功率和出入電壓表達(dá)峰值工作電流公式，變壓器傳遞能量公司省略推導(dǎo)：?jiǎn)味朔醇な诫娐分械淖儔浩骼@組注意點(diǎn)：變壓器只用B-H特性（磁滯回線），要注意不要讓起飽和。變壓器有效體積V的計(jì)算公式Ilmax:最大負(fù)載電流

10、L：變壓器初級(jí)繞組的電感量U0 ：空氣的導(dǎo)磁率。其值為1Ue：所選磁芯的磁性材料的相對(duì)導(dǎo)磁率Bmax:磁芯的最大磁通密度 注：相對(duì)導(dǎo)磁率Ue應(yīng)盡可能選得大一些，以避免由于限制磁芯尺寸和線徑，以及銅損和鐵損引起磁芯溫升過(guò)高?；镜膯味朔醇な阶儞Q器電路變形 工作過(guò)程：兩只晶體管同時(shí)導(dǎo)通或者截止，二極管VD1和VD2起鉗位作用 它們把晶體管集電極電壓牽制在VIN。 單端反激式變換器電路的優(yōu)點(diǎn)是：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)多路輸出 隔離單端正激式變換器電路工作過(guò)程：VT1導(dǎo)通，變壓器初級(jí)產(chǎn)生電流，并存儲(chǔ)能量，由于變壓器初級(jí)和次級(jí)極性與初級(jí)相同，所以這個(gè)能量也傳遞給了次級(jí)，通過(guò)處在正向偏壓的二極管VD2，把

11、能量存儲(chǔ)到電感L中。此時(shí)，二極管VD3是反向偏壓，為截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)VT1截止，二極管VD2是反響偏壓，變壓器繞組中的電壓反向，續(xù)流二極管VD3處于正向偏壓，存儲(chǔ)在電感中的能量通過(guò)電感L繼續(xù)傳遞給負(fù)載RL變壓器的第三繞組也稱(chēng)為鉗位繞組（或回授繞組），他也二極管VD1串聯(lián)，作用是限制C-E節(jié)上的電壓尖蜂。在晶體管截止時(shí)，還能使高頻變壓器的磁通復(fù)位，。 VT1導(dǎo)通時(shí)，VD2截止，存儲(chǔ)在初級(jí)的能量必須釋放，否則，線圈兩端產(chǎn)生高電壓，解決辦法是增加鉗位繞組和二極管VD1，將磁能送回電源中。磁芯復(fù)位條件：建立和復(fù)位時(shí)間相等（所以站空比不能超過(guò)50%）陰影部分是磁化-去磁電流波形，磁化電流公式：L輸出電感 V

12、T1導(dǎo)通時(shí)間單端正激式變換器中的開(kāi)關(guān)晶體管 Vcemax 應(yīng)該為2VIN 集電極峰植電流公式：n: 變壓器初級(jí) 此級(jí)匝數(shù)比IL：輸出電感電流：晶體管導(dǎo)通時(shí)間L：輸出電感 單端正激式變換器電路的傳輸變壓器有效體積公式：要求占空比小于50%，以便第三繞組將變壓器的電壓進(jìn)行鉗制，將總電壓控制在2倍輸入以?xún)?nèi)。注意：要嚴(yán)格注意初級(jí)和第三繞組間的緊密耦合，以消除由于漏感引起的致命的電壓尖蜂。單端正激式變換器電路的變形輸入電壓太高時(shí)，可以使兩個(gè)晶體管與單端反激式相同，同時(shí)導(dǎo)通或者截止，但每個(gè)晶體管所承受的電壓不會(huì)高于VIN注意：續(xù)流二極管至少要與主回路的整流二極管相同，因?yàn)閂T1截止時(shí)，它要提供輸出電路中的

13、全部電流。 推挽式變換器電路推挽式變換器電路實(shí)際上是兩個(gè)正激式變換器電路組成。只是他們工作時(shí)相位相反。在每個(gè)工作周期里，兩個(gè)晶體管交替導(dǎo)通和截止。所以稱(chēng)為“推挽”電路 輸出電壓公式：n: 為初級(jí)和次級(jí)線圈匝數(shù)比推挽式變換器電路中的高頻變壓器B-H磁滯回線的全部都可以利用。（兩個(gè)管子導(dǎo)通時(shí)間相同）磁芯的體積減小一半，也不需要開(kāi)空氣隙。變壓器體積公式：是磁化電流 推挽式變換器電路中的晶體管集電極電流 工作電流：推挽式變換器電路的主要缺點(diǎn)：第一個(gè)：它要承受2倍線路峰值電壓還要加上變壓器漏感引起的脈沖電壓峰值電壓第二個(gè)：變壓器磁芯飽和問(wèn)題。高頻變壓器工作頻率高，但磁通密度低，通常在3000*1/100

14、00 (T),因此他的磁化率很高，很小的直流偏壓就可能使其飽和而且要求兩之開(kāi)關(guān)管子完全一樣，也十分困難。 半橋式變換器電路工作過(guò)程：當(dāng)VT1導(dǎo)通時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)（220/2）*1。4=160V的正脈沖，當(dāng)VT1截止而VT2導(dǎo)通，變壓器初級(jí)電壓極性相反，產(chǎn)生一個(gè)-160V的脈沖。半橋優(yōu)點(diǎn)：為了避免磁芯飽和，通過(guò)串聯(lián)電容C3可以自動(dòng)修正串聯(lián)耦合電容 ESR值盡可能小 諧振頻率公式：Fr 諧振頻率 Hz C：耦合電容 LR：反射濾波電感反射到變壓初級(jí)的濾波電感： Np/Ns是高頻變壓器初級(jí)對(duì)次級(jí)的匝數(shù)比 L 輸出電感 H電容公式：為了讓耦合電容的充電呈線性化，諧振頻率必須低于電源變換器的開(kāi)關(guān)平率，一般情

15、況選開(kāi)關(guān)頻率的四分之一阻尼二極管 二極管VT1和VT2的集電極與發(fā)射極之間，這種二極管成為阻尼二極管。 作用： 當(dāng)晶體管截止時(shí)，阻尼二極管控制高頻變壓器的漏電感能量返回到支流電平 由于變壓器中的磁通量突然增加，是晶體管的集電極電壓瞬時(shí)變負(fù)，阻尼二極管可以旁路晶體管，直到集電極再邊成正電壓為止。預(yù)防了晶體管反向?qū)赡芤鸬钠骷p壞。選用標(biāo)準(zhǔn)： 快恢復(fù)二極管 截止電壓是集電極，射極間的截止電壓的兩倍全橋式變換器電路工作過(guò)程：VT1和VT4及VT3和VT2同時(shí)導(dǎo)通的，晶體管輪流導(dǎo)通和截止，使得加在高頻變壓器初級(jí)的電壓在+Vin -Vin之間變化。這樣晶體管截止時(shí)，永遠(yuǎn)不會(huì)出現(xiàn)高于Vin集電極截止電

16、壓，而晶體管上所通過(guò)的電流，同等于半橋式變換器的一半。全橋式變換器的缺點(diǎn)： 需要四只晶體管，并且需要四組相互隔離的晶體管基極驅(qū)動(dòng)電路。使得控制成本增加。新型的零紋波輸出變壓器1：基本的非隔離Cuk變換器電路結(jié)構(gòu)工作過(guò)程： 當(dāng)晶體管VT1截止時(shí)，二極管VD1導(dǎo)通，由輸入電流I1給電容C1充電。VT1導(dǎo)通時(shí)VD1截止時(shí)，電容器的正端接地，這樣I2流過(guò)電灌L2，在負(fù)載RL兩端產(chǎn)生負(fù)的輸出電壓。特點(diǎn)：變換器具有反激式變換器的特點(diǎn)，并且有電容傳遞能量，（電容電壓不能突變），開(kāi)關(guān)尖蜂可以忽略不計(jì)。（但是實(shí)際上任然有）為了使圖中的兩個(gè)電感上的直流電壓為零，這兩個(gè)波形必須相等，并且完全相同。為了做到這一點(diǎn)，兩

17、個(gè)電感的線圈匝數(shù)必須相同。電路解釋?zhuān)簝蓚€(gè)偶合電感形成一個(gè)變壓器，每個(gè)線圈的有效電感由交替的電感能量傳遞線圈改變。如果兩個(gè)線圈的匝數(shù)為1：1，那么電感量將加倍，這樣產(chǎn)生的輸入波紋電壓將是非偶合變壓器的一半，這一點(diǎn)非常重要，如果我們把變壓器的匝數(shù)比變成與變壓器的電感偶合系數(shù)想匹配，那么輸出電流波紋會(huì)被完全消除。 顯然這個(gè)電路非常有用，但是沒(méi)有隔離。要實(shí)現(xiàn)隔離，可同過(guò)下面的圖電路變換解釋?zhuān)旱谝徊绞前央娙軨1分成兩個(gè)串聯(lián)的電容Ca和b,這樣兩個(gè)電容的連接點(diǎn)處的平均直流電壓是不確定的，或者說(shuō)是浮動(dòng)的，若在這點(diǎn)到地之間，加一電感就可以強(qiáng)制這一點(diǎn)為零電平。若電感做得很大，兩個(gè)串聯(lián)電容的分流可忽略?，F(xiàn)在把電感

18、變成一個(gè)隔離變壓器，就可以實(shí)現(xiàn)直流隔離。隔離型的uk變換器如下圖雖然偶合輸入和輸出的電感減少了輸出波紋，但也帶來(lái)了負(fù)作用，啟動(dòng)的時(shí)候，輸出電壓脈沖極性的轉(zhuǎn)換，雖然這反極性的脈沖持續(xù)時(shí)間很短，但對(duì)于敏感負(fù)載是致命的。為此，增加了鉗位二極管，它可以把瞬間脈沖現(xiàn)在在以下。這樣就保護(hù)了敏感負(fù)載。變換器設(shè)計(jì)中的功率管的選擇選擇晶體管的兩個(gè)基本參數(shù)：晶體管的截止電壓：晶體管導(dǎo)通時(shí)能承受的電流值開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)可以用：雙極晶體管優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格低缺點(diǎn)：工作截止頻率低，（一般），驅(qū)動(dòng)電路相對(duì)復(fù)雜：管：優(yōu)點(diǎn)：電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，工作截止頻率高，可達(dá)到，工作頻率高就意味著元件體積小，用體積小的元件設(shè)計(jì)出的開(kāi)關(guān)電源本身的體積也就小，結(jié)構(gòu)更加緊湊。作為開(kāi)關(guān)使用的雙極功率晶體管工作方式：線性工作方式（或者稱(chēng)放大工作方式）：飽和截止工作方式（或者稱(chēng)注意：晶體管的開(kāi)關(guān)過(guò)程有延遲和存儲(chǔ)時(shí)間晶體管的開(kāi)關(guān)時(shí)間定義：上升時(shí)間r:：集電極發(fā)射極電壓ce從截止時(shí)電壓的下降到的時(shí)間間隔。存儲(chǔ)時(shí)間ug：從反向基極電流b加在基極開(kāi)始到集電極發(fā)射極達(dá)到截止時(shí)電壓的時(shí)間間隔。下降時(shí)間Tf（ce）:ce截止從截止時(shí)電壓的上升到的時(shí)間間隔。感性負(fù)載與開(kāi)關(guān)時(shí)間晶體管關(guān)斷時(shí)，電流開(kāi)始下降前，晶體管的集電極與發(fā)射極間的