開(kāi)關(guān)電源小信號(hào)分析方法(完整版)實(shí)用資料

開(kāi)關(guān)電源小信號(hào)分析方法（完整版）實(shí)用資料(可以直接使用，可編輯完整版實(shí)用資料，歡迎下載）

WhyisitImportanttoPlotaPowerStageSmall-SignalResponse?開(kāi)關(guān)電源小信號(hào)分析方法（完整版）實(shí)用資料(可以直接使用，可編輯完整版實(shí)用資料，歡迎下載）ChristopheBasso,ONSemiconductor|PowerElectronicsSep.16,2021ChristopheBassoisanApplicationEngineeringDirectoratONSemiconductorinToulouse,France,whereheleadsanapplicationteamdedicatedtodevelopingnewofflinecontrollersspecifications.HehasoriginatednumerousintegratedcircuitsamongwhichtheNCP120Xserieshassetnewstandardsforlowstandbypowerconverters.ReadmoreaboutChristopheattheendofthisarticle.QUESTION:WhyisitImportanttoPlotaPowerStageSmall-SignalResponse?ANSWER:Thisisthefirstquestionyoumustaskifyouareseriousaboutcompensatingapowersupply.Toooften,Ihaveseenengineersbuildingaprototypeandthrowingarbitrarily-selectedcomponentvaluesattheerroramplifier,hopingitwouldletthepowersupplyatleaststabilizeafterstartup.Then,bytweakingcompensatingcomponentsvalueson-the-flyastheoutputundergoesatransientstep,thepowersupplyismoreorlessstabilizedbytamingundershootsandringingportions.Afewprototypeslater,thedesignisvalidatedforpilotrunandherewegoformassproduction!ThisisascenariothatIhaveseenmanytimeswhilevisitingpowersupplydesignersasanapplicationengineerforONSemi.Eveniftrialsanderrorsmustabsolutelybebannedwhenitcomesdowntoloopcontrol,Icannotblamethesegentlemenfortheirmethod.Thereasonissimple,99%percentofanengineer’stimeisspentonsafetytests,makingsuretheconverterdiespeacefully,withoutsmoke–sometimeswithoutnoise!–whenresistanceR236isopenorshortcircuitedorwhenthecontrollerpin1isshortedtopin2orevenworse,toanyoftheotherpins,includinghighvoltageones!Believeme,testingandsolvingforsafetyisanextremelylongandtediousexercise,furthermoreifextremecostandtimepressureexists.Ifyouoverlookimportantpartsofthedesign(safetylimits,stabilitymarginsandsoon…nowonderthetelephoneringsafewmonthslater,askingthedesignengineertourgentlyflytotheremotefactoryasmostofpowersuppliesdonotpassthesimplestart-upsequence:theovershoottripstheOverVoltageProtection(OVPcircuitandtheconvertersafelylatchesoff.Themoneythecompanybelievedithassavedbycuttingthedevelopmenttime,instantaneouslyvanishesifafactoryentersaline-downsituationorworse,ifaproductre-callisnecessary.Inshort,doNOTneglectstabilitydesignbythinkingthatasimple0.1-μFcapacitoracrosstheTL431willdothejob.Spendthenecessarytimeonit,readsomeofthereferencebooksandyouwillquicklyrealizehownewtoolscanmakethestabilizationprocessquitesimpleattheend.Thepowerstageresponseisthefirstthingyouneedtostabilizeyourconverter.Thisishowyourconverterrespondstoanacstimulusappliedtoitscontrolpinwhileoperatinginvariousconditions(lightload,fullload,highorlowlineandsoon.Withoutit,thereisnothingyoucandobesidestrialanderrorsasalreadydescribed.Icanseeseveralwaystoobtainthistransferfunction:Method1-BuildAHardwareBuildahardware,thatistosay,assembleyourconverterusingcomponentsthatarerepresentativeofwhatwillbeusedinproductionsites.Yourlastpowersupplyprototypeisobviouslyapossiblesolution.Checkwithyourbuyerthatthecomponentsyouhavesolderedarethosepopulatingproductionboardslateron.Why?Becausesomeelements,capacitorsforinstance,hidestrayelementsthataffecttheconverterresponseandhavingthemonboardalreadywillgiveyouatypicalresponse.Asanexample,Figure1showsa(simplifiedprototypethatIpurposelybuiltforanactive-clampforwardconverter;itdelivers5V/2Afroma48-Vsource.Ihadtostabilizethebeastforaneducationalpurpose.Inlackofanalyticalexpression,thereisnowayIcouldpredicttheresponse.Withthehelpofanetworkanalyzer,IwasabletounveiltheBodeplotquickly.Icouldthenusethattransferfunctiontoselectacrossoverfrequencyandimplementcompensationstrategytobuildphaseandgainmargins.Deriveananalyticalexpressionforthepowerstage.Thisisprobablythemostdifficultoption,inparticularifyouarenotfamiliarwithsmall-signalmodeling.Fortunately,alotoftheseequationshavealreadybeendevelopedandyoushouldbeabletolocateyourtransferfunctionquickly.Let’sassumeyouwanttostabilizeacurrent-modeflybackconverter.Themathematicalexpressionforthispowerstageisasfollows:Inthisexpression,youcanseethepositionofthevariouszeros(oneofthemisintheRight-HalfPlaneandtheeffectofthesub-harmonicpoles.WhatisnicewiththisexpressionisthatyoucancaptureitinamathematicalsolversuchasMathcad?andplotthemagnitudeversusfrequencyresponseinasnapshot.ThisiswhatFigure2showsyouwithacompleteBodeplot.Whatisthedifferencebetweenthissolutionandthefirstone?Usingtheanalyticalexpression,youknowexactlywhatelementscreatepolesandzerosintheconverteracresponse,orwhatelementsthedcgainH0ismadeof.Thatistosay,oncecapacitorsandinductorshavebeenselectedbasedonripplerequirements,rmscurrentscapabilityandcost,theirrespectivedata-sheetsshouldtellyouthespreadofstrayelementsaffectingthem.Ifyouknowthelimitswithinwhichthesepolesandzeroswillmoveinproductionorduringtheconverterlifetime,thenyoucantakeprovisionsduringthecompensationphaseandtestyoursolutionefficiencybysweepingvaluesinMathcad?whileobservingphaseandgainmargins.Ifyourbuyershowsupinyourofficeandtellsyouthatacheapercapacitorhasbeenidentified,youwillbeabletoquicklyknowifyourcompensationstrategycanacceptitsEquivalentSeriesResistance(ESRdispersion.Method3-SimulationModelinparticularESRs,thesimulatedresponsecanbeveryclosetoreality.AlotofmodelsareavailablebutIderivedasetofauto-togglingmodelsbasedonVatchéVorpérianPWMswitchmodel.ThesemodelsoperateincurrentorvoltagemodeandautomaticallytogglebetweenCCMandDCM.Afree-runningversionalsoexistsandnicelypredictstheresponseofquasi-squarewaveresonantconverters(so-calledQR.Thesemodelsareavailableinalotofdifferentsimulatorflavorsandletyousimulatenumeroustopologies.Figure3showsyouacurrent-modemodelimplementedinafixed-frequencyDCMflybackconverter.TheoperatingpointissetbytheVstimsourcesothat12Varedeliveredtotheload.Themodelinputsaretheprimaryinductance(tocomputetheoperatingmode,theswitchingfrequency(65kHzinthisexample,thesenseresistanceandtheslopecompensationmagnitude,ifany.TheBodeplotisgiveninFigure4andwasimmediatelyobtainedowingtotheabsenceofswitchingevents(averagedmodel.Fromthatresponse,youcanseeafirst-orderbehaviorinthelow-frequencyportionwhileazerokicksinlateronalongthex-axis.ThiszeroiscreatedbytheoutputcapacitoranditsESRandmaysignificantlymovewithtemperatureandageforinstance.Finally,aRightHalf-Planezerostartstomanifestitselfintheupperfrequencyportion(gainincreasesbybringingthephaseresponsefurtherdown.Unlikewiththeanalyticalsolution,SPICEdoesnotgiveyouthetransferfunctiontellingyouhowapartvariationwillaffectpolesandzeros.However,itisreallyeasytosweepcomponentsvalueswithdifferentdistributionprofilesandseetheireffectonthepowerstageresponse.Evenbetter,youcancompensatethepowersupplywithSPICEandaffecttolerancestoallyourelements,asinarealproductionplace.Then,byrunningMonte-Carloanalysis,youwillseehowthecrossoverfrequency,dcgain,phase/gainmarginsareaffected.Itdoesnotmeanthatthispredictionwillbeverifiedalongtheconverter’slifetime,butifrunningthistypeofsimulationshowsthatyourconverterisrobustbyalwayskeepingadequatemargins,chancesexistthatrobustnessisconfirmedinpractice.Asaquicksummary,Icannotstressenoughtobeseriousaboutcontrolloopdesign.MostofthetechnicalquestionsIhaverelatetothatfieldanditmotivatedmetowriteabookentirelydedicatedtothematter.ActuallythesubjectiswidebutIhavetriedtohighlightafewthingsthatIbelievealoopdesignerinthepowersupplyfieldmustunderstandtomakethemworkefficiently.Themethoddescribedintheabovebulletscanalsobecombined,thisisexcellentpractice:equationstellyouwhatresponseyoushouldexpectfromSPICEandwherepotentialoffendershide.SPICEwillletyouorchestratethecompensationstrategyandverifythatmarginsarenotviolatedascomponentvalueschange.Exploringtheresponseatdifferentoperatingpointsisalsoachildplay.Finally,themandatoryhardwaretestingwilltellyouifyourassumptionsandchoiceswerepertinent.Combiningtheseapproachesistherecipetosuccess!AuthorBioChristopheauthoredseveralbooksinthesubjectofpowerelectronics:McGraw-Hillpublished,“Switch-ModePowerSupplies:SPICESimulationsandPracticalDesigns”,in2021.ThisworkwaspositivelyreviewedinseveralmagazinesandinaPELSnewsletter.Christopheiscurrentlyworkingonarevisedsecondeditiondueforpublicationmid-2021.In2021,hepublished“DesigningControlLoopsforLinearandSwitchingPowerSupplies”withArtechHousewhichiswellreceivedbyengineers.Heholds24patentsonpowerconversionandregularlyteachesseminarsatAPECconferences.HealsopublishespapersintrademagazinesincludingHow2PowerandPET.Christophehasover18yearsofpowersupplyindustryexperience.PriortojoiningONSemiconductorin1999,ChristophewasanapplicationengineeratMotorolaSemiconductorinToulouse.Before1997,heworkedasapowersupplydesignerattheEuropeanSynchrotronRadiationFacilityinGrenoble,France,for10years.HeholdsanequivalentBSEEfromtheMontpellierUniversity(FranceandaMSEEfromtheInstitutNationalPolytechniqueofToulouse(France.HeisanIEEESeniormember.肯普科技學(xué)習(xí)園地小功率反激式開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)與計(jì)算一、原理分析下圖為一開(kāi)關(guān)電源原理圖220V市電經(jīng)開(kāi)關(guān)、保險(xiǎn)管、熱敏電阻、共模抑制電感電容和差模抑制電容，經(jīng)橋式整流成脈動(dòng)直流，經(jīng)電解電容濾波，得到約300V直流電壓，通過(guò)開(kāi)關(guān)變壓器的初級(jí)加至開(kāi)關(guān)管漏極（或集電極），這其中在保險(xiǎn)管的后面接有壓敏電阻，可消除來(lái)自電網(wǎng)的超高瞬態(tài)尖峰脈沖干擾，如果市電電壓異常升高，在一個(gè)不太長(zhǎng)的毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)，壓敏電阻阻值迅速降低至歐姆級(jí)，大電流熔斷保險(xiǎn)絲，從而保護(hù)了后面的電路。在220V電路中，串有熱敏電阻，該電阻在常溫下約十幾歐姆，開(kāi)機(jī)瞬間利用這一電阻有效減小沖擊電流，保護(hù)線路、電源開(kāi)關(guān)接點(diǎn)、整流二極管。當(dāng)電流穩(wěn)定后，熱敏電阻溫度升高電阻下降即負(fù)溫度系數(shù)，整機(jī)正常工作。在有些高安全設(shè)計(jì)中，共模抑制電容兩端并有一只1W470K～680K的電阻。當(dāng)電源關(guān)斷后，電容可能存有電量，人們不小心接觸電源插頭就可能觸電，該1肯普科技學(xué)習(xí)園地電阻就是在關(guān)機(jī)后迅速放掉電容剩余電壓，提高安全性。當(dāng)接通電源，TOP芯片工作，反饋繞組（實(shí)則是供電繞組）直流電壓通過(guò)光耦加在芯片控制端，該電壓5.7V自動(dòng)重啟動(dòng)進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)，根據(jù)交流輸入電壓的高低與負(fù)載的輕重，自動(dòng)調(diào)整脈寬，控制開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間，即占空比，從而達(dá)到取樣電壓的設(shè)計(jì)值。開(kāi)關(guān)管在關(guān)斷的瞬間，變壓器由于漏感與分布電容的存在，在感應(yīng)電壓上出現(xiàn)上沖，并以衰減振蕩的波形出現(xiàn)，這一上沖將大大超過(guò)開(kāi)關(guān)管的BVDS擊穿電壓，必須要加以限制，保證開(kāi)關(guān)管的安全。在變壓器的初級(jí)接有削波電路，TOP常選用瞬態(tài)抑制二極管和阻塞二極管電路，該電路有效防止過(guò)沖損壞開(kāi)關(guān)管，且損耗較之由阻容和二極管組成的吸收電路低一些。某些電路中，在漏極與地之間接有RC串聯(lián)電路，其功能也是吸收陡峭尖脈沖。在TOP芯片的控制端接有RC串聯(lián)電路，RC時(shí)間常數(shù)的大小影響自動(dòng)重啟功能的響應(yīng)時(shí)間。熱端與冷端跨接有“安規(guī)”電容，將高壓側(cè)的高頻干擾脈沖入地，該電容的容量大小將影響抗干擾性和漏電流，只好折中選用。TL431是三端精密穩(wěn)壓器，在控制級(jí)內(nèi)部設(shè)有一穩(wěn)定的2.5V參考電壓，在主輸出電壓端接有分壓電阻，分壓端接在TL431控制級(jí)，分壓值與2.5V參考值進(jìn)行比較，得到一個(gè)誤差值且放大后去推動(dòng)光電耦合器的發(fā)光管使其亮度發(fā)生變化，從而使光耦中的光電接收管內(nèi)阻發(fā)生相應(yīng)的變化，TOP芯片控制電壓高低變化，脈寬調(diào)整，控制開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間，自動(dòng)調(diào)整輸出電壓，控制在一個(gè)很小的變化范圍內(nèi)，這是一個(gè)閉環(huán)控制過(guò)程。光電耦合器選用PC817B，一是抗電強(qiáng)度滿足要求，二是電流傳輸比適中，電流傳輸比大小將影響穩(wěn)壓精度，但不是越高越好，太大的電流傳輸比將使閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定，甚至引起寄生振蕩。TL431的控制極與陽(yáng)極接有一電容或RC串聯(lián)電路，其作用類似于負(fù)反饋，用于消除自激等不穩(wěn)定現(xiàn)象。容量大小將影響閉環(huán)系統(tǒng)的2肯普科技學(xué)習(xí)園地反應(yīng)速率，太小克服不穩(wěn)定作用小，太大將使穩(wěn)壓輸出瞬態(tài)跟隨特性變差，因此也是折中選用。輸出電壓整流二極管的選用，就目前器件水平，12V以下選用肖特基二極管，其優(yōu)點(diǎn)突出，超過(guò)12V就選用超快恢復(fù)二極管，有較高的反向擊穿電壓，有短的恢復(fù)時(shí)間，其性能優(yōu)于快恢復(fù)二極管。某些電路在整流管兩端并聯(lián)有電容或RC串聯(lián)電路，其作用是對(duì)5-10MHz電磁干擾有抑制作用,同時(shí)可減低反向尖峰電壓，保護(hù)二極管免于反向擊穿。二、電路結(jié)構(gòu)1、脈寬調(diào)制芯片UC3842——開(kāi)關(guān)管IRF840/2SK1460/2SK2850，工頻電壓整流可采用橋堆式二極管，電磁兼容必須使用共模抑制電感電容與差模抑制器件，漏極尖峰電壓吸收電路采用電阻—電容—加快恢復(fù)二極管。次級(jí)主輸出電壓取樣、三端精密穩(wěn)壓器比較輸出推動(dòng)光耦發(fā)光管發(fā)光，光耦接收管控制芯片調(diào)整脈沖占空比。反饋繞組僅給芯片提供工作電源。UC3842工作頻率一般取50KHz.2、TOP——系列：脈寬調(diào)制-開(kāi)關(guān)管一體化三端器件。漏級(jí)尖峰電壓吸收采用瞬態(tài)抑制二極管與阻塞二極管結(jié)構(gòu)，電路進(jìn)一步簡(jiǎn)化，損耗減小，各項(xiàng)保護(hù)功能集成于片內(nèi)，可靠性提高。工作頻率為100KHz。3、近來(lái)有一種單片脈寬控制電源芯片，SFQ110/100，很適合做十幾瓦以下的開(kāi)關(guān)電源，電路簡(jiǎn)潔，可靠性高，價(jià)格低廉，朋友們不妨一試。三、可靠性1、開(kāi)關(guān)管IRF840BVDS=500V勉強(qiáng)了一點(diǎn)，可靠性較差，選用2SK1460,2SK2850,BVDS=900V完全可以勝任。2、電解電容的質(zhì)量問(wèn)題較嚴(yán)重，除了容量指標(biāo)外，更重要的是耐電壓和漏電流≤0.01~0.02CμF*Uv（μA）,特別是脈動(dòng)直流電壓脈動(dòng)量大的部位，例如緊3肯普科技學(xué)習(xí)園地接整流管的濾波電容要小心選用。3、脈沖整流二極管選用超快恢復(fù)二極管和肖特基二極管，能有效提高整流效率和降低二極管的溫升。4、發(fā)熱器件例如開(kāi)關(guān)管及大電流整流二極管必須加有效散熱器，能提高工作環(huán)境溫度，提高熱可靠性。四、電路排版1、6mm，這叫安全距離，安全電壓AC3KV，同時(shí)要考慮熱端與金屬外殼的距離也要大于6毫米，確保安全。(如果金屬外殼接地，安全距離減半)2、次級(jí)整流二極管緊接的濾波電容盡量減少環(huán)路長(zhǎng)度，以利于降低紋波系數(shù)。采用一點(diǎn)接地原則，特別是高壓側(cè)，排版結(jié)構(gòu)可做到：市電-整流-濾波一點(diǎn)接地，開(kāi)關(guān)源極一點(diǎn)接地，有效降低由環(huán)路電流引起的有害寄生振蕩，在有害的極端情況下甚至使脈沖振蕩失控，排版失敗。3、熱端與冷端間距≥五、開(kāi)關(guān)變壓器1、選磁芯：≤15W選EE20，15～30W選EC28×25，30～90W選EC35B，所有磁芯的μo=2000,因?yàn)檫x用的反激式開(kāi)關(guān)電路，所以磁芯必須磨氣隙。從本公司的實(shí)際出發(fā)，開(kāi)關(guān)電源的功率﹤100W，磁芯不能分檔太多，因此只選用三擋，利于生產(chǎn)與管理。2、確定已知數(shù)據(jù)：輸入電壓，負(fù)載電流、電壓、磁芯有關(guān)參數(shù),LAG通過(guò)測(cè)試求出。3、將已知數(shù)據(jù)代入所有計(jì)算公式，計(jì)算出結(jié)果，如果不符合實(shí)際，經(jīng)過(guò)多次疊代計(jì)算逼近實(shí)用。4、有經(jīng)驗(yàn)表明，繞在線包最外層的次級(jí)，在空載時(shí)的電壓高出滿載時(shí)的電壓4肯普科技學(xué)習(xí)園地許多，這是因?yàn)槁└刑?，波形變壞，在開(kāi)關(guān)脈沖上有高的過(guò)沖尖峰波形，經(jīng)整流將是虛高的直流電壓，加負(fù)載后電壓立即下降。為了減小漏電感的影響，將初級(jí)繞組分為兩部分，最里半組最外半組，用以提高耦合度，減小漏電感，當(dāng)然這會(huì)給繞制和絕緣處理增加難度，但性能是大有提高，特別是多組輸出的變壓器更是如此。取樣繞組繞滿一層或多層，并將其它次級(jí)包圍，形成一種緊耦合，提高取樣繞組的電壓調(diào)整率。如果要進(jìn)一步提高其它繞組的電壓調(diào)整率，可采用多組取樣，折中處理。5、絕緣處理，采用絕緣膠帶與擋墻膠帶的好處：一是絕緣強(qiáng)度易于達(dá)到要求，二是減小繞線包的難度，經(jīng)過(guò)測(cè)試合格的變壓器再浸漬絕緣處理。6、線包匝數(shù)與線經(jīng)的選取：在允許范圍內(nèi)作一些調(diào)整，考慮因素如下：現(xiàn)有線經(jīng)優(yōu)先選定，為減小集膚效應(yīng)，避免選用大于直徑0.41以上的漆包線，載流量不夠可采用多股并繞的方法。處理抗電強(qiáng)度，初級(jí)是關(guān)鍵,盡量是雙層，每層饒滿，引出頭套套管。六、實(shí)驗(yàn)1、高低壓實(shí)驗(yàn)：設(shè)計(jì)工作電壓范圍85V(165V)～265VAC，高端升至275V低端降至60V(165V)工作正常。2、極限工作環(huán)境溫度實(shí)驗(yàn)：在恒溫箱中，開(kāi)關(guān)電源工作電壓分三擋輪流工作：180V/220V/250V，由供電箱每隔15分鐘自動(dòng)轉(zhuǎn)換，溫度從常溫在8小時(shí)內(nèi)升至110℃,開(kāi)關(guān)電源保護(hù)（無(wú)輸出），塑料機(jī)殼變形，當(dāng)溫度降低，恢復(fù)工作。3、抗電強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)：在常溫自然濕度下，4000VAC8mA一分鐘。4、短路實(shí)驗(yàn)：將5V1A（取樣繞組）及23V0.35A（非取樣繞組）直流電壓分5肯普科技學(xué)習(xí)園地別短路實(shí)驗(yàn)，電源進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，去掉短路，電源立即恢復(fù)正常工作，未出現(xiàn)元件溫度升高。七、紋波測(cè)量輸出(V)52227TDS-210(mvp-p)30407021.6毫伏表Hz2181(mV)4.2824八、光纖收發(fā)器電源計(jì)算TOP221y：保護(hù)動(dòng)作電流IцMIT=0.23～0.28AVSDmax≤135Vf=100000HzVDS(ON)=10VU1min=160VP0=5WV0=5VVOR=100Vη=0.7Z=0.5KRP=0.6VF1=0.4VV1min=*U1min=224VEE20:AL=1.76μH/N2ALG=0.144μH/N2(δ=0.3)（補(bǔ)充說(shuō)明：AL及ALG的測(cè)量1、2、3、在骨架中用Ф0.23左右漆包線繞線50匝（N）將磁芯的端面擦干凈，套進(jìn)線圈，測(cè)量電感量L(μH)計(jì)算①已知線圈匝數(shù)（N），實(shí)測(cè)電感量L(μH)，求有效電感(AL)ALG(μH/N2)ALG=L/N2②已知有效電感ALG，線圈匝數(shù)（N），求電感量LL=ALG*N2③已知有效電感ALG，電感量L，求線圈匝數(shù)NN=LALGSJ=0.35cm2j=4A/mm2(j=4-10A/mm2)肯普科技學(xué)習(xí)園地DVORmax=VOR+V-V=0.321minDS(ON)b)IOAVG=Pη*V=0.032A1minc)IAVGP=I(1-0.5K=0.15ARP)*Dmaxd)NLP=PA=210TLG6e)LPOη)+ηP=10I2P*KRP(1-0.5KRP)*f*Z(1-η=6f)n=VORV=18.5O+VF1g)NNS=Pn=11Ti)BM=IP*LPN100=0.13tP*SJ*j)δ=40πSN2τ(P11000L-1000A)=0.3mmPLk)線包每伏匝=11T/5.4V=2.037T/V反饋繞組電壓：9.7V反饋繞組=9.7*2.037=20T次級(jí)線徑：S=1A4A/mm2=0.25mm2選Ф0.29,S=0.066mm24股并繞初級(jí)線徑：1.13Ij=0.1mm原理圖Ф0.23T210Ф0.29*4T11Ф0.23T207選Ф0.23肯普科技學(xué)習(xí)園地說(shuō)明：初級(jí)繞組分為兩組即1&4。h)線包的核算與試?yán)@邊膠帶寬1.5，厚0.15；寬膠帶任選，厚0.06層間一層膠帶，組間三層膠帶，內(nèi)包一層膠帶，外包三層膠帶（附：如下圖例子根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，所使用電源在初級(jí)線圈設(shè)計(jì)上均使用Ф=0.29圈數(shù)為50圈，分為兩層，初級(jí)線圈在設(shè)計(jì)上為了減小漏電感的影響，將初級(jí)繞組分為兩部分，最里半組最外半組，用以提高耦合度，減小漏電感，當(dāng)然這會(huì)給繞制和絕緣處理增加難度，但性能是大有提高，特別是針對(duì)多組輸出的變壓器更是如此。反饋繞組采用2股并繞Ф=0.29，共13圈以供芯片正常工作。次級(jí)線圈根據(jù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中考慮因素有：電流的大小和饒線圈數(shù)決定所選線的線徑以及股數(shù)，輸出電壓決定著饒線圈數(shù)，饒線圈數(shù)及線徑的大小決定著饒線層數(shù)，根據(jù)各因素盡量做到適中）肯普科技學(xué)習(xí)園地i)其它Cin=3μF/W(85～265VAC)2μF/W(195～265VAC)IP=IR/KRPIP=P0I+RVImin*Dmax*η22P0VImin*Dmax*η(2?KRP)NPNS2IP=ISP=IP*KISRMS=ISP*(1?Dmax)(RP?KRP+1)3IRI=ISRMS?I0V(BR)S=V0+V1max*NSNPNSNP22V(BR)F=VFB+V1max*VRI=ISP*r0VBR≥1.252umaxIBR≥2IRMSIFMS=P0(cos?=0.5～0.7)η*umin*cos?μr=AL*l4πSτ20.04πNPSJ10l(mm)δ=-LPμrILIMIT——保護(hù)動(dòng)作電流(A)VSDmax——最大允許擊穿電壓(V)S-源極D-漏極f——芯片工作頻率(Hz)VDS(ON)——芯片功率管導(dǎo)通壓降(V)U1min——最低交流工作電壓(V)P0——次級(jí)直流總功率(W)肯普科技學(xué)習(xí)園地V0——次級(jí)整流輸出電壓(V)VOR——感應(yīng)電壓(V)η——開(kāi)關(guān)電源效率(η=0.7-0.9)Z----初次級(jí)損耗比（無(wú)更好的資料取0.5）KRP——初級(jí)脈動(dòng)電流與峰值電流之比VF1——次級(jí)整流二極管最大壓降(V)(0.4V~0.7V)V1min——電源最低直流電壓(V)2AL——磁芯無(wú)氣隙等效電感(μH/N)ALG——磁芯有氣隙等效電感(μH/N2)Sτ——磁芯有效截面積(cm2)j——電流密度(A/mm2)Dmax——最大占空比IAVG——輸入電流平均值(A)IP——初級(jí)峰值電流(A)LP——初級(jí)電感量(μH)NP——初級(jí)匝數(shù)(T)BM——最大磁通密度(t)（0.2～0.3）δ——?dú)庀秾挾?mm)（＞0.051）μr——磁芯無(wú)氣隙相對(duì)導(dǎo)磁率μ0——磁芯初始導(dǎo)磁率l——磁路長(zhǎng)度(cm)BAC——交流磁通密度(t)VF2——反饋整流管壓降(V)VFB——反饋電壓(V)NF——反饋繞組匝數(shù)(T)IRI——輸出濾波電容紋波電流(A)Dsm——次級(jí)導(dǎo)線最小直徑(mm)Dpm——初級(jí)導(dǎo)線最小直徑(mm)I0——輸出直流電流(A)IR——初級(jí)脈動(dòng)電流(A)IRMS——初級(jí)電流有效值(A)Cin——輸入直流濾波電容(μF)ISP——次級(jí)峰值電流(A)ISRMS——次級(jí)電流有效值產(chǎn)(A)IRI——輸出濾波電容器上的紋波電流AV(BR)S——次級(jí)整流管最大反向峰值電壓(V)肯普科技學(xué)習(xí)園地VRI——輸出紋波電壓(V)V(BR)F——反饋整流管最大反向峰值電壓(V)r0——整流器串聯(lián)損耗電阻(Ω)VBR——整流橋反向擊穿電壓(V)IBR——整流橋額定有效電流(A)umax/umin——輸入交流最大值/最小值Dm——漆包線最大外徑mm（查線規(guī)表）Kn——漆包線排繞系數(shù)(約1.05~1.15)無(wú)線班長(zhǎng)于2021年12月開(kāi)關(guān)電源的沖擊電流控制方法信息來(lái)源:維庫(kù)開(kāi)發(fā)網(wǎng)發(fā)布時(shí)間:2021年11月3日1.引言開(kāi)關(guān)電源的輸入一般有濾波器來(lái)減小電源反饋到輸入的紋波，輸入濾波器一般有電容和電感組成∏形濾波器，圖1.和圖2.分別為典型的AC/DC電源輸入電路和DC/DC電源輸入電路由于電容器在瞬態(tài)時(shí)可以看成是短路的，當(dāng)開(kāi)關(guān)電源上電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生非常大的沖擊電流，沖擊電流的幅度要比穩(wěn)態(tài)工作電流大很多，如對(duì)沖擊電流不加以限制，不但會(huì)燒壞保險(xiǎn)絲，燒毀接插件，還會(huì)由于共同輸入阻抗而干擾附近的電器設(shè)備。圖3.通信系統(tǒng)的最大沖擊電流限值（AC/DC電源）圖4.通信系統(tǒng)在標(biāo)稱輸入電壓和最大輸出負(fù)載時(shí)的沖擊電流限值（DC/DC電源）歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(theEuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute)對(duì)用于通信系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)電源的沖擊電流大小做了規(guī)定，圖3為通信系統(tǒng)用AC/DC電源供電時(shí)的最大沖擊電流限值[4]，圖4為通信系統(tǒng)在DC/DC電源供電，標(biāo)稱輸入電壓和最大輸出負(fù)載時(shí)的最大沖擊電流限值[5]。圖中It為沖擊電流的瞬態(tài)值，Im為穩(wěn)態(tài)工作電流。沖擊電流的大小由很多因素決定，如輸入電壓大小，輸入電線阻抗，電源內(nèi)部輸入電感及等效阻抗，輸入電容等效串連阻抗等。這些參數(shù)根據(jù)不同的電源系統(tǒng)和布局不同而不同，很難進(jìn)行估算，最精確的方法是在實(shí)際應(yīng)用中測(cè)量沖擊電流的大小。在測(cè)量沖擊電流時(shí)，不能因引入傳感器而改變沖擊電流的大小，推薦用的傳感器為霍爾傳感器。2.AC/DC開(kāi)關(guān)電源的沖擊電流限制方法2.1串連電阻法對(duì)于小功率開(kāi)關(guān)電源，可以用象圖5的串連電阻法。如果電阻選得大，沖擊電流就小，但在電阻上的功耗就大，所以必須選擇折衷的電阻值，使沖擊電流和電阻上的功耗都在允許的范圍之內(nèi)圖5.串連電阻法沖擊電流控制電路（適用于橋式整流和倍壓電路，其沖擊電流相同）串連在電路上的電阻必須能承受在開(kāi)機(jī)時(shí)的高電壓和大電流，大額定電流的電阻在這種應(yīng)用中比較適合，常用的為線繞電阻，但在高濕度的環(huán)境下，則不要用線繞電阻。因線繞電阻在高濕度環(huán)境下，瞬態(tài)熱應(yīng)力和繞線的膨脹會(huì)降低保護(hù)層的作用，會(huì)因濕氣入侵而引起電阻損壞。圖5所示為沖擊電流限制電阻的通常位置，對(duì)于110V、220V雙電壓輸入電路，應(yīng)該在R1和R2位置放兩個(gè)電阻，這樣在110V輸入連接線連接時(shí)和220V輸入連接線斷開(kāi)時(shí)的沖擊電流一樣大。對(duì)于單輸入電壓電路，應(yīng)該在R3位置放電阻。2.2熱敏電阻法在小功率開(kāi)關(guān)電源中，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）常用在圖5中R1，R2，R3位置。在開(kāi)關(guān)電源第一次啟動(dòng)時(shí)，NTC的電阻值很大，可限制沖擊電流，隨著NTC的自身發(fā)熱，其電阻值變小，使其在工作狀態(tài)時(shí)的功耗減小。用熱敏電阻法也由缺點(diǎn)，當(dāng)?shù)谝淮螁?dòng)后，熱敏電阻要過(guò)一會(huì)兒才到達(dá)其工作狀態(tài)電阻值，如果這時(shí)的輸入電壓在電源可以工作的最小值附近，剛啟動(dòng)時(shí)由于熱敏電阻阻值還較大，它的壓降較大，電源就可能工作在打嗝狀態(tài)。另外，當(dāng)開(kāi)關(guān)電源關(guān)掉后，熱敏電阻需要一段冷卻時(shí)間來(lái)將阻值升高到常溫態(tài)以備下一次啟動(dòng)，冷卻時(shí)間根據(jù)器件、安裝方式、環(huán)境溫度的不同而不同，一般為1分鐘。如果開(kāi)關(guān)電源關(guān)掉后馬上開(kāi)啟，熱敏電阻還沒(méi)有變冷，這時(shí)對(duì)沖擊電流失去限制作用，這就是在使用這種方法控制沖擊電流的電源不允許在關(guān)掉后馬上開(kāi)啟的原因。2.3有源沖擊電流限制法對(duì)于大功率開(kāi)關(guān)電源，沖擊電流限制器件在正常工作時(shí)應(yīng)該短路，這樣可以減小沖擊電流限制器件的功耗圖6.有源沖擊電流限制電路（橋式整流時(shí)的沖擊電流大）在圖6中，選擇R1作為啟動(dòng)電阻，在啟動(dòng)后用可控硅將R1旁路，因在這種沖擊電流限制電路中的電阻R1可以選得很大，通常不需要改變110V輸入倍壓和220V輸入時(shí)的電阻值。在圖6中所畫為雙向可控硅，也可以用晶閘管或繼電器將其替代。圖6所示電路在剛啟動(dòng)時(shí)，沖擊電流被電阻R1限制，當(dāng)輸入電容充滿電后，有源旁路電路開(kāi)始工作將電阻R1旁路，這樣在穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的損耗會(huì)變得很小。在這種可控硅啟動(dòng)電路中，很容易通過(guò)開(kāi)關(guān)電源主變壓器上的一個(gè)線圈來(lái)給可控硅供電。由開(kāi)關(guān)電源的緩啟動(dòng)來(lái)提供可控硅的延遲啟動(dòng)，這樣在電源啟動(dòng)前就可以通過(guò)電阻R1將輸入電容充滿電。3.DC/DC開(kāi)關(guān)電源的沖擊電流限制方法3.1長(zhǎng)短針?lè)▓D7所示電路為長(zhǎng)短針?lè)_擊電流限制電路，在DC/DC電源板插入時(shí)，長(zhǎng)針接觸，輸入電容C1通過(guò)電阻R1充電，當(dāng)電源板完全插入時(shí)，電阻R1被斷針短路。C1代表DC/DC電源的所有電容量圖7.長(zhǎng)短針?lè)_擊電流限制電路這種方法的缺陷是插入的速度不能控制，如插入速度過(guò)快，電容C1還沒(méi)充滿電時(shí)，短針就已經(jīng)接觸，沖擊電流的限制效果就不好。也可用熱敏電阻法來(lái)限制沖擊電流，但由于DC/DC電源的輸入電壓較低，輸入電流較大，在熱敏電阻上的功耗也較大，一般不用此方法。3.2有源沖擊電流限制法利用MOS管限制沖擊電流利用MOS管控制沖擊電流可以克服無(wú)源限制法的缺陷。MOS管有導(dǎo)通阻抗Rds_on低和驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，在周圍加上少量元器件就可以做成沖擊電流限制電路。MOS管是電壓控制器件，其極間電容等效電路如圖8所示。圖8.帶外接電容C2的N型MOS管極間電容等效電路MOS管的極間電容柵漏電容Cgd、柵源電容Cgs、漏源電容Cds可以由以下公式確定：公式中MOS管的反饋電容Crss,輸入電容Ciss和輸出電容Coss的數(shù)值在MOS管的手冊(cè)上可以查到。電容充放電快慢決定MOS管開(kāi)通和關(guān)斷的快慢，為確保MOS管狀態(tài)間轉(zhuǎn)換是線性的和可預(yù)知的，外接電容C2并聯(lián)在Cgd上，如果外接電容C2比MOS管內(nèi)部柵漏電容Cgd大很多，就會(huì)減小MOS管內(nèi)部非線性柵漏電容Cgd在狀態(tài)間轉(zhuǎn)換時(shí)的作用。外接電容C2被用來(lái)作為積分器對(duì)MOS管的開(kāi)關(guān)特性進(jìn)行精確控制。控制了漏極電壓線性度就能精確控制沖擊電流。電路描述：圖9所示為基于MOS管的自啟動(dòng)有源沖擊電流限制法電路。MOS管Q1放在DC/DC電源模塊的負(fù)電壓輸入端，在上電瞬間，DC/DC電源模塊的第1腳電平和第4腳一樣，然后控制電路按一定的速率將它降到負(fù)電壓，電壓下降的速度由時(shí)間常數(shù)C2*R2決定，這個(gè)斜率決定了最大沖擊電流。圖9.有源沖擊電流限制法電路D1用來(lái)限制MOS管Q1的柵源電壓。元器件R1，C1和D2用來(lái)保證MOS管Q1在剛上電時(shí)保持關(guān)斷狀態(tài)。上電后，MOS管的柵極電壓要慢慢上升，當(dāng)柵源電壓Vgs高到一定程度后，二極管D2導(dǎo)通，這樣所有的電荷都給電容C1以時(shí)間常數(shù)R1×C1充電，柵源電壓Vgs以相同的速度上升，直到MOS管Q1導(dǎo)通產(chǎn)生沖擊電流。其中Vth為MOS管Q1的最小門檻電壓，VD2為二極管D2的正向?qū)▔航?，Vplt為產(chǎn)生Iinrush沖擊電流時(shí)的柵源電壓。Vplt可以在MOS管供應(yīng)商所提供的產(chǎn)品資料里找到。MOS管選擇以下參數(shù)對(duì)于有源沖擊電流限制電路的MOS管選擇非常重要：l漏極擊穿電壓Vds必須選擇Vds比最大輸入電壓Vmax和最大輸入瞬態(tài)電壓還要高的MOS管，對(duì)于通訊系統(tǒng)中用的MOS管，一般選擇Vds≥100V。l柵源電壓Vgs穩(wěn)壓管D1是用來(lái)保護(hù)MOS管Q1的柵極以防止其過(guò)壓擊穿，顯然MOS管Q1的柵源電壓Vgs必須高于穩(wěn)壓管D1的最大反向擊穿電壓。一般MOS管的柵源電壓Vgs為20V，推薦12V的穩(wěn)壓二極管。其中Pout為DC/DC電源的最大輸出功率，Vmin為最小輸入電壓，η為DC/DC電源在輸入電壓為Vmin輸出功率為Pout時(shí)的效率。η可以在DC/DC電源供應(yīng)商所提供的數(shù)據(jù)手冊(cè)里查到。MOS管的Rds_on必須很小，它所引起的壓降和輸入電壓相比才可以忽略。圖10.有源沖擊電流限制電路在75V輸入開(kāi)關(guān)電源工作原理是什么？開(kāi)關(guān)電源原理圖分析開(kāi)關(guān)電源工作原理是什么？開(kāi)關(guān)電源就是用通過(guò)電路控制開(kāi)關(guān)管進(jìn)行高速的道通與截止。將直流電轉(zhuǎn)化為高頻率的交流電提供給變壓器進(jìn)行變壓，從而產(chǎn)生所需要的一組或多組電壓！轉(zhuǎn)華為高頻交流電的原因是高頻交流在變壓器變壓電路中的效率要比50HZ高很多．所以開(kāi)關(guān)變壓器可以做的很小，而且工作時(shí)不是很熱?。〕杀竞艿停绻粚?0HZ變?yōu)楦哳l那開(kāi)關(guān)電源就沒(méi)有意開(kāi)關(guān)電源的工作流程是：電源→輸入濾波器→全橋整流→直流濾波→開(kāi)關(guān)管（振蕩逆變）→開(kāi)關(guān)變壓器→輸出整流與濾波。交流電源輸入經(jīng)整流濾波成直流通過(guò)高頻PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)控制開(kāi)關(guān)管,將那個(gè)直流加到開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)上開(kāi)關(guān)變壓器次級(jí)感應(yīng)出高頻電壓,經(jīng)整流濾波供給負(fù)載輸出部分通過(guò)一定的電路反饋給控制電路,控制PWM占空比,以達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的交流電源輸入時(shí)一般要經(jīng)過(guò)厄流圈一類的東西,過(guò)濾掉電網(wǎng)上的干擾,同時(shí)也過(guò)濾掉電源對(duì)電網(wǎng)的干擾;

在功率相同時(shí),開(kāi)關(guān)頻率越高,開(kāi)關(guān)變壓器的體積就越小,但對(duì)開(kāi)關(guān)管的要求就越高;

開(kāi)關(guān)變壓器的次級(jí)可以有多個(gè)繞組或一個(gè)繞組有多個(gè)抽頭,以得到需要的輸出;

一般還應(yīng)該增加一些保護(hù)電路,比如空載、短路等保護(hù),否則可能會(huì)燒毀開(kāi)關(guān)電源.

主要用于工業(yè)以及一些家用電器上，如電視機(jī)，電腦等開(kāi)關(guān)電源原理圖分析1、正激電路

電路的工作過(guò)程：

a>開(kāi)關(guān)S開(kāi)通后,變壓器繞組N1兩端的電壓為上正下負(fù),與其耦合的N2繞組兩端的電壓也是上正下負(fù).因此VD1處于通態(tài),VD2為斷態(tài),電感L的電流逐漸增長(zhǎng);

b>S關(guān)斷后,電感L通過(guò)VD2續(xù)流,VD1關(guān)斷.S關(guān)斷后變壓器的激磁電流經(jīng)N3繞組和VD3流回電源,所以S關(guān)斷后承受的電壓為.

c>變壓器的磁心復(fù)位:開(kāi)關(guān)S開(kāi)通后,變壓器的激磁電流由零開(kāi)始,隨著時(shí)間的增加而線性的增長(zhǎng),直到S關(guān)斷.為防止變壓器的激磁電感飽和,必須設(shè)法使激磁電流在S關(guān)斷后到下一次再開(kāi)通的一段時(shí)間內(nèi)降回零,這一過(guò)程稱為變壓器的磁心復(fù)位.正激電路的理想化波形:

變壓器的磁心復(fù)位時(shí)間為:

Tist=N3*Ton/N1

輸出電壓:輸出濾波電感電流連續(xù)的情況下:

Uo/Ui=N2*Ton/N1*T

磁心復(fù)位過(guò)程:

2、反激電路

反激電路原理圖

反激電路中的變壓器起著儲(chǔ)能元件的作用,可以看作是一對(duì)相互耦合的電感.

工作過(guò)程:

S開(kāi)通后,VD處于斷態(tài),N1繞組的電流線性增長(zhǎng),電感儲(chǔ)能增加;

S關(guān)斷后,N1繞組的電流被切斷,變壓器中的磁場(chǎng)能量通過(guò)N2繞組和VD向輸出端釋放.S關(guān)斷后的電壓為:us=Ui+N1*Uo/N2

反激電路的工作模式:

電流連續(xù)模式:當(dāng)S開(kāi)通時(shí),N2繞組中的電流尚未下降到零.

輸出電壓關(guān)系:Uo/Ui=N2*ton/N1*toff

電流斷續(xù)模式:S開(kāi)通前,N2繞組中的電流已經(jīng)下降到零.

輸出電壓高于上式的計(jì)算值,并隨負(fù)載減小而升高,在負(fù)載為零的極限情況下,,因此反激電路不應(yīng)工作于負(fù)載開(kāi)路狀態(tài).

反激電路的理想化波形

開(kāi)關(guān)電源百科名片開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)電源1是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開(kāi)關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。開(kāi)關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長(zhǎng)，但二者增長(zhǎng)速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，反而高于開(kāi)關(guān)電源，這一點(diǎn)稱為成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開(kāi)關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動(dòng)，這為開(kāi)關(guān)電源提供了廣闊的發(fā)展空間目錄用途與簡(jiǎn)介分類與發(fā)展方向工作原理功能使用指南產(chǎn)品特點(diǎn)產(chǎn)品測(cè)試成套開(kāi)關(guān)柜用途與簡(jiǎn)介分類與發(fā)展方向工作原理功能使用指南產(chǎn)品特點(diǎn)產(chǎn)品測(cè)試成套開(kāi)關(guān)柜展開(kāi)編輯本段用途與簡(jiǎn)介用途開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制、軍工設(shè)備、科研設(shè)備、LED照明、工控設(shè)備、通訊設(shè)備、電力設(shè)備、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、半導(dǎo)體制冷制熱等領(lǐng)域。簡(jiǎn)介隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開(kāi)可靠的電源，進(jìn)入80年代計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代，進(jìn)入90年代開(kāi)關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通訊、電子檢測(cè)設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開(kāi)關(guān)電源，更促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)晶體管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開(kāi)關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。開(kāi)關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長(zhǎng)，但二者增長(zhǎng)速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，反而高于開(kāi)關(guān)電源，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開(kāi)關(guān)電源技術(shù)在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動(dòng)，這為開(kāi)關(guān)電源提供了廣泛的發(fā)展空間。開(kāi)關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開(kāi)關(guān)電源小型化，并使開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。編輯本段分類與發(fā)展方向開(kāi)關(guān)電源的分類

開(kāi)關(guān)電源人們?cè)陂_(kāi)關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域是邊開(kāi)發(fā)相關(guān)電力電子器件，邊開(kāi)發(fā)開(kāi)關(guān)變頻技術(shù)，兩者相互促進(jìn)推動(dòng)著開(kāi)關(guān)電源每年以超過(guò)兩位數(shù)字的增長(zhǎng)率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。開(kāi)關(guān)電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類，也有AC/ACDC/AC如逆變器DC/DC變換器現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)模塊化，且設(shè)計(jì)技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國(guó)內(nèi)外均已成熟和標(biāo)準(zhǔn)化，并已得到用戶的認(rèn)可，但AC/DC的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進(jìn)程中，遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問(wèn)題。以下分別對(duì)兩類開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)和特性作以闡述。自激式是無(wú)須外加信號(hào)源能自行振蕩，自激式完全可以把它看作是一個(gè)變壓器反饋式振蕩電路。微型低功率開(kāi)關(guān)電源

320W單組開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)電源正在走向大眾化，微型化。開(kāi)關(guān)電源將逐步取代變壓器在生活中的所有應(yīng)用，低功率微型開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用要首先體現(xiàn)在，數(shù)顯表、智能電表、充電器等方面。現(xiàn)階段國(guó)家在大力推廣智能電網(wǎng)建設(shè)，對(duì)電能表的要求大幅提高，開(kāi)關(guān)電源將逐步取代變壓器在電能表上面的應(yīng)用。它激式則完全依賴于外部維持振蕩，在實(shí)際應(yīng)用中自激式應(yīng)用比較廣泛。根據(jù)激勵(lì)信號(hào)結(jié)構(gòu)分類；可分為脈沖調(diào)寬和脈沖調(diào)幅兩種，脈沖調(diào)寬是控制信號(hào)的寬度，也就是頻率，脈沖調(diào)幅控制信號(hào)的幅度，兩者的作用相同都是使振蕩頻率維持在某一范圍內(nèi)，達(dá)到穩(wěn)定電壓的效果。變壓器的繞組一般可以分成三種類型，一組是參與振蕩的初級(jí)繞組，一組是維持振蕩的反饋繞組，還有一組是負(fù)載繞組。比如在家用電器中使用的上海正藝科技生產(chǎn)的開(kāi)關(guān)電源，將220V的交流電經(jīng)過(guò)橋式整流，變換成300V左右的直流電，濾波后進(jìn)入變壓器后加到開(kāi)關(guān)管的集電極進(jìn)行高頻振蕩，反饋繞組反饋到基極維持電路振蕩，負(fù)載繞組感應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓得到的直流電壓給負(fù)載提供電能。負(fù)載繞組在提供電能的同時(shí)，也肩負(fù)起穩(wěn)定電壓的能力，其原理是在電壓輸出電路接一個(gè)電壓取樣裝置，監(jiān)測(cè)輸出電壓的變化情況，及時(shí)反饋給振蕩電路調(diào)整振蕩頻率，從而達(dá)到穩(wěn)定電壓的目的，為了避免電路的干擾，反饋回振蕩電路的電壓會(huì)用光電耦合器隔離。產(chǎn)品發(fā)展方向開(kāi)關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開(kāi)關(guān)電源小型化，并使開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)了開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展前進(jìn)，每年以超過(guò)兩位數(shù)字的增長(zhǎng)率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。開(kāi)關(guān)電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類，DC/DC變換器現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)模塊化，且設(shè)計(jì)技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國(guó)內(nèi)外均已成熟和標(biāo)準(zhǔn)化，并已得到用戶的認(rèn)可，但AC/DC的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進(jìn)程中，遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問(wèn)題。另外，開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。開(kāi)關(guān)電源中應(yīng)用的電力電子器件主要為二極管、IGBT和MOSFET。SCR在開(kāi)關(guān)電源輸入整流電路及軟啟動(dòng)電路中有少量應(yīng)用，GTR驅(qū)動(dòng)困難，開(kāi)關(guān)頻率低，逐漸被IGBT和MOSFET取代。技術(shù)發(fā)展動(dòng)向開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。由于開(kāi)關(guān)電源輕、小、薄的關(guān)鍵技術(shù)是高頻化，因此國(guó)外各大開(kāi)關(guān)電源制造商都致力于同步開(kāi)發(fā)新型高智能化的元器件，特別是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體（Mn?Zn)材料上加大科技創(chuàng)新，以提高在高頻率和較大磁通密度（Bs)下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。SMT技術(shù)的應(yīng)用使得開(kāi)關(guān)電源取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，在電路板兩面布置元器件，以確保開(kāi)關(guān)電源的輕、小、薄。開(kāi)關(guān)電源的高頻化就必然對(duì)傳統(tǒng)的PWM開(kāi)關(guān)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)ZVS、ZCS的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)已成為開(kāi)關(guān)電源的主流技術(shù)，并大幅提高了開(kāi)關(guān)電源的工作效率。對(duì)于高可靠性指標(biāo)，美國(guó)的開(kāi)關(guān)電源生產(chǎn)商通過(guò)降低運(yùn)行電流，降低結(jié)溫等措施以減少器件的應(yīng)力，使得產(chǎn)品的可靠性大大提高。模塊化是開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的總體趨勢(shì)，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)，可以設(shè)計(jì)成N＋1冗余電源系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)并聯(lián)方式的容量擴(kuò)展。針對(duì)開(kāi)關(guān)電源運(yùn)行噪聲大這一缺點(diǎn)，若單獨(dú)追求高頻化其噪聲也必將隨著增大，而采用部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù)，在理論上即可實(shí)現(xiàn)高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用仍存在著技術(shù)問(wèn)題，故仍需在這一領(lǐng)域開(kāi)展大量的工作，以使得該項(xiàng)技術(shù)得以實(shí)用化。電力電子技術(shù)的不斷創(chuàng)新，使開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景。要加快我國(guó)開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度，就必須走技術(shù)創(chuàng)新之路，走出有中國(guó)特色的產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合發(fā)展之路，為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展做出貢獻(xiàn)。開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展和趨勢(shì)1955年美國(guó)羅耶（GH.Roger)發(fā)明的自激振蕩推挽晶體管單變壓器直流變換器，是實(shí)現(xiàn)高頻轉(zhuǎn)換控制電路的開(kāi)端，1957年美國(guó)查賽（JenSen)發(fā)明了自激式推挽雙變壓器，１９６４年美國(guó)

開(kāi)關(guān)電源科學(xué)家們提出取消工頻變壓器的串聯(lián)開(kāi)關(guān)電源的設(shè)想，這對(duì)電源向體積和重量的下降獲得了一條根本的途徑。到了１９６９年由于大功率硅晶體管的耐壓提高，二極管反向恢復(fù)時(shí)間的縮短等元器件改善，終于做成了２５千赫的開(kāi)關(guān)電源。目前，開(kāi)關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。目前市場(chǎng)上出售的開(kāi)關(guān)電源中采用雙極性晶體管制成的１００kHz、用ＭＯＳ－ＦＥＴ制成的５００kHz電源，雖已實(shí)用化，但其頻率有待進(jìn)一步提高。要提高開(kāi)關(guān)頻率，就要減少開(kāi)關(guān)損耗，而要減少開(kāi)關(guān)損耗，就需要有高速開(kāi)關(guān)元器件。然而，開(kāi)關(guān)速度提高后，會(huì)受電路中分布電感和電容或二極管中存儲(chǔ)電荷的影響而產(chǎn)生浪涌或噪聲。這樣，不僅會(huì)影響周圍電子設(shè)備，還會(huì)大大降低電源本身的可靠性。其中，為防止隨開(kāi)關(guān)啟-閉所發(fā)生的電壓浪涌，可采用R-C或L-C緩沖器，而對(duì)由二極管存儲(chǔ)電荷所致的電流浪涌可采用非晶態(tài)等磁芯制成的磁緩沖器。不過(guò)，對(duì)1MHz以上的高頻，要采用諧振電路，以使開(kāi)關(guān)上的電壓或通過(guò)開(kāi)關(guān)的電流呈正弦波，這樣既可減少開(kāi)關(guān)損耗，同時(shí)也可控制浪涌的發(fā)生。這種開(kāi)關(guān)方式稱為諧振式開(kāi)關(guān)。目前對(duì)這種開(kāi)關(guān)電源的研究很活躍，因?yàn)椴捎眠@種方式不需要大幅度提高開(kāi)關(guān)速度就可以在理論上把開(kāi)關(guān)損耗降到零，而且噪聲也小，可望成為開(kāi)關(guān)電源高頻化的一種主要方式。當(dāng)前，世界上許多國(guó)家都在致力于數(shù)兆Hz的變換器的實(shí)用化研究。編輯本段工作原理原理簡(jiǎn)介開(kāi)關(guān)電源的工作過(guò)程相當(dāng)容易理解，在線性電源中，讓功率晶體管工作在線性模式，與線性電源不同的是，PWM開(kāi)關(guān)電源是讓功率晶體管工作在導(dǎo)通和關(guān)斷的狀態(tài)，在這兩種狀態(tài)中，加在功率晶體管上的伏-安乘積是很小的（在導(dǎo)通時(shí)，電壓低，電流大；關(guān)斷時(shí)，電壓高，電流?。?功率器件上的伏安乘積就是功率半導(dǎo)體器件上所產(chǎn)生的損耗。與線性電源相比，PWM開(kāi)關(guān)電源更為有效的工作過(guò)程是通過(guò)“斬波”，即把輸入的直流電壓斬成幅值等于輸入電壓幅值的脈沖電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的。脈沖的占空比由開(kāi)關(guān)電源的控制器來(lái)調(diào)節(jié)。一旦輸入電壓被斬成交流方波，其幅值就可以通過(guò)變壓器來(lái)升高或降低。通過(guò)增加變壓器的二次繞組數(shù)就可以增加輸出的電壓組數(shù)。最后這些交流波形經(jīng)過(guò)整流濾波后就得到直流輸出電壓?？刂破鞯闹饕康氖潜３州敵鲭妷悍€(wěn)定，其工作過(guò)程與線性形式的控制器很類似。也就是說(shuō)控制器的功能塊、電壓參考和誤差放大器，可以設(shè)計(jì)成與線性調(diào)節(jié)器相同。他們的不同之處在于，誤差放大器的輸出（誤差電壓）在驅(qū)動(dòng)功率管之前要經(jīng)過(guò)一個(gè)電壓/脈沖寬度轉(zhuǎn)換單元。開(kāi)關(guān)電源有兩種主要的工作方式：正激式變換和升壓式變換。盡管它們各部分的布置差別很小，但是工作過(guò)程相差很大，在特定的應(yīng)用場(chǎng)合下各有優(yōu)點(diǎn)。電路原理所謂開(kāi)關(guān)電源，顧名思義，就是這里有一扇門，一開(kāi)門電源就通過(guò)，一關(guān)門電源就停止通過(guò)，那么什么是門呢，開(kāi)關(guān)電源里有的采用可控硅，有的采用開(kāi)關(guān)管，這兩個(gè)元器件性能差不多，都是靠基極、（開(kāi)關(guān)管）控制極（可控硅）上加上脈沖信號(hào)來(lái)完成導(dǎo)通和截止的，脈沖信號(hào)正半周到來(lái)，控制極上電壓升高，開(kāi)關(guān)管或可控硅就導(dǎo)通，由220V整流、濾波后輸出的300V電壓就導(dǎo)通，通過(guò)開(kāi)關(guān)變壓器傳到次級(jí)，再通過(guò)變壓比將電壓升高或降低，供各個(gè)電路工作。振蕩脈沖負(fù)半周到來(lái)，電源調(diào)整管的基極、或可控硅的控制極電壓低于原來(lái)的設(shè)置電壓，電源調(diào)整管截止，300V電源被關(guān)斷，開(kāi)關(guān)變壓器次級(jí)沒(méi)電壓，這時(shí)各電路所需的工作電壓，就靠次級(jí)本路整流后的濾波電容放電來(lái)維持。待到下一個(gè)脈沖的周期正半周信號(hào)到來(lái)時(shí)，重復(fù)上一個(gè)過(guò)程。這個(gè)開(kāi)關(guān)變壓器就叫高頻變壓器，因?yàn)樗墓ぷ黝l率高于50HZ低頻。那么推動(dòng)開(kāi)關(guān)管或可控硅的脈沖如何獲得呢，這就需要有個(gè)振蕩電路產(chǎn)生，我們知道，晶體三極管有個(gè)特性，就是基極對(duì)發(fā)射極電壓是0.65-0.7V是放大狀態(tài)，0.7V以上就是飽和導(dǎo)通狀態(tài)，-0.1V--0.3V就工作在振蕩狀態(tài)，那么其工作點(diǎn)調(diào)好后，就靠較深的負(fù)反饋來(lái)產(chǎn)生負(fù)壓，使振蕩管起振，振蕩管的頻率由基極上的電容充放電的時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)決定，振蕩頻率高輸出脈沖幅度就大，反之就小，這就決定了電源調(diào)整管的輸出電壓的大小。那么變壓器次級(jí)輸出的工作電壓如何穩(wěn)壓呢，一般是在開(kāi)關(guān)變壓器上，單繞一組線圈，在其上端獲得的電壓經(jīng)過(guò)整流濾波后，作為基準(zhǔn)電壓，然后通過(guò)光電耦合器，將這個(gè)基準(zhǔn)電壓返回振蕩管的基極，來(lái)調(diào)整震蕩頻率的高低，如果變壓器次級(jí)電壓升高，本取樣線圈輸出的電壓也升高，通過(guò)光電耦合器獲得的正反饋電壓也升高，這個(gè)電壓加到振蕩管基極上，就使振蕩頻率降低，起到了穩(wěn)定次級(jí)輸出電壓的穩(wěn)定，太細(xì)的工作情況就不必細(xì)講了，也沒(méi)必要了解的那么細(xì)的，這樣大功率的電壓由開(kāi)關(guān)變壓器傳遞，并與后級(jí)隔開(kāi)，返回的取樣電壓由光耦傳遞也與后級(jí)隔開(kāi)，所以前級(jí)的市電電壓，是與后級(jí)分離的，這就叫冷板，是安全的，變壓器前的電源是獨(dú)立的，這就叫開(kāi)關(guān)電源。說(shuō)到這里吧。開(kāi)關(guān)條件電力電子器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)而不是線性狀態(tài)高頻條件電力電子器件工作在高頻而不是接近工頻的低頻直流條件開(kāi)關(guān)電源輸出的是直流而不是交流也可以輸出高頻交流如電子變壓器各種功能編輯本段功能DC/DC變換DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調(diào)制方式Ts不變，改變ton(通用)，二是頻率調(diào)制方式，ton不變，改變Ts（易產(chǎn)生干擾）。其具體的電路由以下幾類：Buck電路——降壓斬波器，其輸出平均電壓U0小于輸入電壓Ui，極性相同。Boost電路——升壓斬波器，其輸出平均電壓

開(kāi)關(guān)電源及電路圖U0大于輸入電壓Ui，極性相同。Buck－Boost電路——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓U0大于或小于輸入電壓Ui，極性相反，電感傳輸。Cuk電路——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓U0大于或小于輸入電壓Ui，極性相反，電容傳輸。還有Sepic、Zeta電路。隔離型電路上述為非隔離型電路，隔離型電路有正激電路、反激電路、半橋電路、全橋電路、推挽電路。當(dāng)今軟開(kāi)關(guān)技術(shù)使得DC/DC發(fā)生了質(zhì)的飛躍，美國(guó)VICOR公司設(shè)計(jì)制造的多種ECI軟開(kāi)關(guān)DC/DC變換器，其最大輸出功率有300W、600W、800W等，相應(yīng)的功率密度為(6.2、10、17)W/cm3，效率為（80～90）％。日本NemicLambda公司最新推出的一種采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的高頻開(kāi)關(guān)電源模塊RM系列，其開(kāi)關(guān)頻率為（200～300)kHz，功率密度已達(dá)到27W/cm3，采用同步整流器（MOSFET代替肖特基二極管），使整個(gè)電路效率提高到90％。AC/DC變換AC/DC變換是將交流變換為直流，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負(fù)載的稱為“整流”，功率流由負(fù)載返回電源的稱為“有源逆變”。AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電，因必須經(jīng)整流、濾波，因此體積相對(duì)較大的濾波電容器是必不可少的，同時(shí)因遇到安全標(biāo)準(zhǔn)（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、、FCC、CSA），交流輸入側(cè)必須加EMC濾波及使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的元件，這樣就限制AC/DC電源體積的小型化，另外，由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開(kāi)關(guān)動(dòng)作，使得解決EMC電磁兼容問(wèn)題難度加大，也就對(duì)內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計(jì)提出了很高的要求，由于同樣的原因，高電壓、大電流開(kāi)關(guān)使得電源工作損耗增大，限制了AC/DC變換器模塊化的進(jìn)程，因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法才能使其工作效率達(dá)到一定的滿意程度。AC/DC變換按電路的接線方式可分為，半波電路、全波電路。按電源相數(shù)可分為，單相、三相、多相。按電路工作象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。開(kāi)關(guān)電源的選用開(kāi)關(guān)電源在輸入抗干擾性能上，由于其自身電路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（多級(jí)串聯(lián)），一般的輸入干擾如浪涌電壓很難通過(guò)，在輸出電壓穩(wěn)定度這一技術(shù)指標(biāo)上與線性電源相比具有較大的優(yōu)勢(shì)，其輸出電壓穩(wěn)定度可達(dá)(0.5～1）％。開(kāi)關(guān)電源模塊作為一種電力電子集成器件，要注意選擇。編輯本段使用指南提高待機(jī)效率的方法切斷啟動(dòng)電阻對(duì)于反激式電源，啟動(dòng)后控制芯片由輔助繞組供電，啟動(dòng)電阻上壓降為300V左右。設(shè)啟動(dòng)電阻取值為47kΩ，消耗功率將近2W。要改善待機(jī)效率，必須在啟動(dòng)后將該電阻通道切斷。T