開關電源試題總結(jié)

開關電源的特點體積小、重量輕、效率高、可靠性高優(yōu)點：開關電源的輸入端直接將交流電整流變成直流電，再在高頻振蕩電路的作用下，用開關管控制電流的通斷，形成高頻脈沖電流。在電感（高頻變壓器）的幫助下，輸出穩(wěn)定的低壓直流電。由于變壓器的磁芯大小與他的工作頻率的平方成反比，頻率越高鐵心越小。這樣就可以大大減小變壓器，使電源減輕重量和體積。電源的效率比線性電源高很多，節(jié)省了能源。缺點：電路復雜，維修困難，對電路的污染嚴重。電源噪聲大，不適合用于某些低噪聲電路。節(jié)約能源,節(jié)省原材料,穩(wěn)壓范圍寬,可靠安全,濾波容量小開關電源分類1.按控制方式分：脈沖寬度調(diào)制，脈沖頻率調(diào)制，兩種方式混合。2.按是否使用工頻變壓器分：低壓開關穩(wěn)壓，高壓開關穩(wěn)壓。3.按激勵方式分：自激式，他激式。4.按開關調(diào)整管的種類分：雙極型三極管，MOS場效應管和可控硅開關管等。開關電源按不同方式分類如下：按儲能電感在電路中所處的位置分為串聯(lián)型、并聯(lián)型、脈沖變壓器耦合并聯(lián)型。按開關電路形式分為單端式、推挽式、半橋式、全橋式。按開關器件的啟動方式分為他激式、自激式。按開關變壓器的激勵方式分為正激式、反激式。按穩(wěn)壓控制形式分為脈寬調(diào)制式、頻率調(diào)制式、調(diào)寬調(diào)頻混合式。按開關器件類型分為晶體管型、場效應管型、晶閘管型、集成電路型。按輸出輸入之間的聯(lián)系方式分為隔離式、非隔離式。DC/DC變換通過控制開關通、斷時間的比例，用電抗器與電容器上的儲能對開關波形進行微分平滑處理，從而更有效地調(diào)整脈沖的寬度及頻率。從輸入、輸出有無變壓器隔離來說，DC/DC變換分為有變壓器隔離和無變壓器隔離兩類。每一類有6種拓樸，即：降壓式（Buck）、升壓式（Boos）t、升壓－降壓式（Buck-Boost）、串聯(lián)式（Cuk）、并聯(lián)式（Sepic）以及塞達式（Zata）。開關電源工作原理框圖開關電源與鐵心變壓器以及其他形式的電源比較起來具有的優(yōu)點一是節(jié)能，開關電源效率一般在85%-95%，鐵心變壓器的效率只有70%或者更低。二是體積小，重量輕。三是開關電源具有各種保護功能，不易損壞。四是改變輸出電流、電壓比較容易，且穩(wěn)定、可靠。五是可以設計出各種具有特殊功能的電源，以滿足人們的需要半橋型變換器特性：優(yōu)點：1）高頻利用率高，原邊繞組在正負半周均工作。2）截止開關管極間承受的電壓低，等于Ui。3）抗不平衡能力強。缺點：1）輸出功率小，與輸出電流I0相同的推挽式電路相比，輸出功率小一半。2）原邊繞組上的電壓是電容C1和C2的端電壓，放電過程中電壓逐漸減小，因此輸出脈電沖壓的頂部呈傾斜狀態(tài)。全橋型變換器特性：優(yōu)點：1）保持有半橋變換器中開關管截止時承受電壓低的特點。2）具有推挽型電路輸出大的優(yōu)點。因此全橋電路在DC/DC變換器中應用較多。缺點：所用功率開關管較多，驅(qū)動電路復雜。電壓高、輸出功率推挽式變換器特性：優(yōu)點：1）輸出功率較大，導通期間高頻變壓器原邊兩繞組的總電壓是兩倍輸入電源電壓2Ui，整流電壓幅值為Ui/n。2）驅(qū)動電路簡單，兩個開關管的發(fā)射極相連，驅(qū)動電路無需隔離絕緣，從而簡化了驅(qū)動電路。缺點：1）會因磁心飽和出現(xiàn)集電極電流致，單向偏磁。2）高頻變壓器利用率差，原邊每個繞組只工作一半時間。3）對功率開關管的耐壓要求高。尖峰而導致晶體管損壞。這主要由于兩個開關管特性不一RCC變換器RCC變換器是節(jié)流式阻尼變換器，是一種自激式振蕩電路，它的工作頻率隨著輸入電壓的很穩(wěn)定，只高低和輸出電流的大小而變化，因此，在高功率，大電流場合，它的工作不適用于50W以下的小功率場合。MOSFET的主要特點：MOSFET的主要特點MOSFET是一種依靠多數(shù)載流子工作的典型場控制器件。它適應于100~200MHz的高頻場合。MOSFET具有負的電流溫度系數(shù)，可以避免熱不穩(wěn)定性和二次擊穿，適合在大功率和大電流條件下應用。在驅(qū)動模式上，屬于電壓控制型器件，驅(qū)動電路設計比較簡單，驅(qū)動功率很小。MOSFET中大多數(shù)集成有阻尼二極管，而雙極型功率晶體管中大多沒有內(nèi)裝阻尼二極管。MOSFET對系統(tǒng)的可靠性與安全性的影響并不象雙極型功率晶體管那樣重要。但其結(jié)構(gòu)簡單、成本低、調(diào)試容易，因此，有一定的應用價值。MOSFET的主要缺點：導通電阻(RDS(on))較大，而且具有正溫度系數(shù)，用在大電流開關狀態(tài)時，導通損耗較開啟門限電壓VGS(th)較高（一般為2~4V），要求驅(qū)動變壓器繞組的匝數(shù)比采用雙極1倍以上大，型晶體管多IGBT的主要特點：(1)電流密度大，是MOSFET的10倍以上。(2)輸入阻抗高，柵極驅(qū)動功率小，驅(qū)動電路簡單。(3)低導通電阻，IGBT的導通電阻只有MOSFET的10%。(4)擊穿電壓高，安全工作區(qū)大，在受到較大瞬態(tài)功率沖擊時不會損壞。(5)開關速度快，關斷時間短。耐壓為1kV的IGBT的關斷時間為1.2μs，600V級的產(chǎn)品的關斷時間僅為0.2μs。軟磁鐵氧體磁芯軟磁鐵氧體材料常用在高頻變壓器、電感整流器、脈沖變壓器等電路中，在開關電源中是一種非常重要的元件。軟磁鐵氧體材料主要有：錳鋅軟磁鐵氧體、鎳鋅軟磁鐵氧體。率、高電阻率、低損耗。新型磁性材料：超微晶合金、鈷基非晶態(tài)、坡莫合金等特點：在高頻下具有高磁導磁性材料的基本特性磁場強度（H）與磁感應強度（B）居里溫度Tc初始磁導率μi剩余磁感應強度Br矯頑力Hc二極管從結(jié)構(gòu)上來分，有點接觸型和面接觸型。按功能來分，有快速恢復及超快速恢復二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管及開關二極管等。開關二極管在開關電如1N4148、1N4448等。穩(wěn)壓二極管又叫齊納二極管快速恢復二極管（FastRecoveryDiod）和超快速恢復二極管源的過壓保護、反饋控制系統(tǒng)經(jīng)常用到。主要是硅二極管，（ZenerDiod）（SuperfastRecoveryDiod，SRD）這兩種二極管具有開關特性好、耐壓高、正向電流大、體積小等優(yōu)點。熱敏電阻熱敏電阻是由錳鈷鎳的氧化物燒結(jié)成的半導體陶瓷制成的，具有負溫度系數(shù)，隨著溫度的升高，其電阻值降低。熱敏電阻在開關電源中起過溫保護和軟啟動的作用。硬開關與軟開關硬開關：開關的開通和關斷過程伴隨著電壓和電流的劇烈變化。產(chǎn)生較大的開關損耗和開關噪聲。軟開關：在電路中增加了小電感、電容等諧振元件，在開關過程前后引入諧振，使開關條件得以改善。降低開關損耗和開關噪聲。軟開關有時也被成為諧振開關。工作原理：軟開關電路中S關斷后Lr與Cr間發(fā)生諧振，電路中電壓和電流的波形類似于正弦半波。諧、電流的變化，而且使S兩端的電壓在振減緩了開關過程中電壓其開通前就降為零。軟開關電路的分類根據(jù)開關元件開通和關斷時電壓電流狀態(tài)，分為零電壓電路和零電流電路兩大類。根據(jù)軟開關技術發(fā)展的歷程可以將軟開關電路分成準諧振電路、零開關PWM電路和零轉(zhuǎn)換PWM電路。每一種軟開關電路都可以用于降壓型、升壓型等不同電路，可以從基本開關單元導出具體電路。諧振直流環(huán)諧振直流環(huán)電路應用于交流-直流-交流變換電路的中間直流環(huán)節(jié)（DC-Link）。通過在直流或變逆環(huán)節(jié)工作在軟開關的條件下。環(huán)節(jié)中引入諧振，使電路中的整流開關電源各回路設計開關電源輸入回路設計開關電源輸入回路包括低通(1)低通濾波回路的設計兩個作用：第一，防止輸入電源竄入噪聲干擾，同時還要抑制浪涌電壓入。第二，阻止、限制開關電源所產(chǎn)生的噪聲，高頻電磁干擾信號通過輸入電線饋進入電網(wǎng)。濾波和橋式整流濾波兩大部分。、尖峰電壓的進整流濾波回路的設計整流電路有電容輸入型和扼流圈輸入型兩種。開關電源一般采用電容輸入型整流濾波電路。整流方式一般采用全波橋式整流。功率驅(qū)動電路的設計功率驅(qū)動的方式開關電源功率晶體管有兩種驅(qū)動方式：一種是直接驅(qū)動，另一種是隔離驅(qū)動。直接驅(qū)動有單管基極驅(qū)動、推挽驅(qū)動和抗飽和驅(qū)動3種。很多開關電源要求主電路與控制電路隔離，隔離的目的是保證電路安全和提高電路抗干擾的能力。一般采用的隔離方式是用脈沖變壓器和光電耦合器進行隔離。開關電源保護電路過流保護電路過流包括電源負載超出規(guī)定值和電源輸出線路出現(xiàn)零負載（即短路）。過電壓保護電路目前要解決的問題主要有：器件問題：電源控制集成度不高；材料問題：開關電源使用的磁芯、電解電容及整流二極管等都很笨重，也是耗能的主要根源；能源變換問題：變換有幾種形式：AC/DC變換、DC/AC變換以及DC/DC變換。實現(xiàn)這些變換都是以頻率為基礎，以改變電壓為目的，工藝復雜，控制難度大，始終難以形成大規(guī)模生產(chǎn)；軟件問題：開關電源的軟件開發(fā)目前只是剛剛起步，例如軟開關，雖然它的損耗低，但難以實現(xiàn)高頻化和小型化；生產(chǎn)工藝問題。開關電源發(fā)展趨勢工作頻率高達2~10MHz達0.99效率達到95%功率密度為3~6W/cm2功率因數(shù)高長期使用完好，壽命在80000h以上對開關電源的高標準：全面通容電磁兼容性；企業(yè)能大規(guī)模地、穩(wěn)定地生產(chǎn)，或快捷地進行單項生產(chǎn)；按照人們的需要，能組裝或拼裝大容量、高效率的電源；更高的功率因數(shù)、更低的輸出電壓（1~3V）、更大的輸出電流（數(shù)百安）；實現(xiàn)更小的電源模塊。開關電源的技術標準國際標準有：IEC950、IEC65、IEC380；美國標準有：UL478、UL1020、UL1950及能源之星；歐洲標準有：EN60-950、EN60065另外，在機械指標、附屬功能、噪音指標、可靠性、安裝和冷卻條件、外部環(huán)境等方面都有相應的規(guī)定。具體有：1.機械指標：外觀、抗沖擊震動能力等；2.環(huán)境標準：一般規(guī)定為在室內(nèi)，溫度上升到45℃時輸出電壓漂移小于3%，室外小于5%；在濕度為92%、溫度為28℃的環(huán)境下放置48h，絕緣強度不變；機殼對電源輸入、輸出線的絕緣電阻大于10MΩ，初級和次級間的絕緣電阻大于5MΩ，漏電流小于0.5mA，初級對的地絕緣電阻大于3MΩ。3.電氣標準(1)輸入指標(2)輸出指標靜態(tài)輸入電壓變動、動態(tài)輸入電壓變動、靜態(tài)負載變動、環(huán)境溫度的變動、時間特性變化、保護等。(3)耐壓指標交流輸入線對次級電壓為3750V，輸入線對電地壓為2500V，次級輸出線對電地壓為500V，各執(zhí)行1min。(4)絕緣要求輸入交流線與輸出交流線的絕緣電阻大于10MΩ，輸入線、輸出線與機殼的絕緣電阻大于10MΩ。(5)對高頻變壓器的要求：各繞組的絕緣電阻大于10MΩ。初級與次級的耐壓為3750V，保持1min不擊穿；濕度為92%±2%、溫度為20～30℃時，24h后絕緣強度不變。(6)電源效率：大于85％。(7)抗電磁干擾能力：小于8dB/μV。(8)功率因數(shù)：大于0.95。(9)漏電流：小于0.5mA。(10)電源使用壽命：200000h以上。電磁兼容技術概念電磁兼容技術是解決電磁干擾相關問題的一門技術。電磁兼容設計的目的是解決電路之間的相互干擾，防止電子設備產(chǎn)生過強的電磁發(fā)射，防止電子設備對外界干擾過度敏.所謂電磁兼容是指設備、系統(tǒng)在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài).開關電源電磁兼容開關電源由于密度高、智能化程度高、帶有微處理器，因而從高至近千伏的電壓信號到低至幾伏的電壓信號，從高頻的數(shù)字信號至低頻的模擬信號，其內(nèi)部的場分布均相當復雜。PCB布線不合理、結(jié)構(gòu)設計不合理、電源線輸入不合理、輸入/輸出電源線布線不合理及CPU,檢測電路的設計不合理，均會導致系統(tǒng)工作的不穩(wěn)定。解決開關電源的電磁兼容性問題，從三個方面入手1.減小騷擾源產(chǎn)生的騷擾信號；2.切斷騷