电源设计

首先从开关电源的设计及生产工艺开始描述吧，先说说印制板的设计。开关电源工作在高频率，高脉冲状态，属于模拟电路中的一个比较特殊种类。布板时须遵循高频电路布线原则。 1、布局： 脉冲电压连线尽可能短，其中输入开关管到变压器连线，输出变压器到整流管连接线。脉冲电流环路尽可能小如输入滤波电容正到变压器到开关管返回电容负。输出部分变压器出端到整流管到输出电感到输出电容返回变压器电路中X电容要尽量接 近开关电源输入端，输入线应避免与其他电路平行，应避开。Y电容应放置在机壳接地端子或FG连接端。共摸电感应与变压器保持一定距离，以避免磁偶合。如不好处理可在共摸电感与变压器间加一屏蔽，以上几项对开关电 源的EMC性能影响较大。 输出电容一般可采用两只一只靠近整流管另一只应靠近输出端子，可影响电源输出纹波指标，两只小容量电容并联效果应优于用一只大容量电容。发热器件要和电解电容保持一定距离，以延长整机寿命，电解电容是开关电源寿命的瓶劲，如变压器、功率管、大功率电阻要和电解保持距离，电解之间也须留出散热空间，条件允许 可将其放置在进风口。 控制部分要注意：高阻抗弱信号电路连线要尽量短如取样反馈环路，在处理时要尽量避免其受干扰、电流取样信号电路，特别是电流控制型电路，处理不好易出现一些想不到的意外，其中有一些技巧，现以3843电路举例见图(1)图一效果要好于图二，图二在满载时用示波器观测电流波形上明显叠加尖刺，由于干扰限流点比设计值偏低，图一则没有这种现象、还有开关管驱动信号电路，开关管驱动电阻要靠近开关管，可提高开关管工作可靠性，这和功率MOSFET高直流阻抗电压驱动特性有关。 下面谈一谈印制板布线的一些原则。 线间距： 随着印制线路板制造工艺的不断完善和提高，一般加工厂制造出线间距等于甚至小于0.1mm已经不存在什么问题，完全能够满足大多数应用场合。考虑到开关电源所采用的元器件及生产工艺，一般双面板最小线间距设为0.3mm，单面板最小线间距设为0.5mm，焊盘与焊盘、焊盘与过孔或过孔与过孔，最小 间距设为0.5mm，可避免在焊接操作过程中出现“桥接”现象。，这样大多数制板厂都能够很轻松满足生产要求，并可以把成品率控制得非常高，亦可实现合理的布线密度及有一个较经济的成本。 最小线间距只适合信号控制电路和电压低于63V的低压电路，当线间电压大于该值时一般可按照500V/1mm经验值取线间距。 鉴于有一些相关标准对线间距有较明确的规定，则要严格按照标准执行，如交流入口端至熔断器端连线。某些电源对体积要求很高，如模块电源。一般变压器输入侧线间距为1mm实践证明是可行的。对交流输入，(隔离)直流输出的电源产品，比较严格的规定为安全间距要大于等于6mm，当然这由相关的标准及执行方法 确定。一般安全间距可由反馈光耦两侧距离作为参考，原则大于等于这个距离。也可在光耦下面印制板上开槽，使爬电距离加大以满足绝缘要求。一般开关电源交流输入侧走线或板上元件距非绝缘的外壳、散热器间距要大于5mm，输出侧走线或器件距外壳或散热器间距要大于2mm,或严格按照安全规范执行。 常用方法： 上文提到的线路板开槽的方法适用于一些间距不够的场合，顺便提一下，该法也常用来作为保护放电间隙，常见于电视机显象管尾板和电源交流输入处。该法在模块电源中得到了广泛的应用，在灌封的条件下可获得很好的效果。 方法二： 垫绝缘纸，可采用青壳纸、聚脂膜、聚四氟乙烯定向膜等绝缘材料。一般通用电源用青壳纸或聚脂膜垫在线路板于金属机壳间，这种材料有机械强度高，有有一定抗潮湿的能力。聚四氟乙烯定向膜由于具有耐高温的特性在模块电源中得到广泛的应用。在元件和周围导体间也可垫绝缘薄膜来提高绝缘抗电性能。 注意：某些器件绝缘被覆套不能用来作为绝缘介质而减小安全间距，如电解电容的外皮，在高温条件下，该外皮有可能受热收缩。大电解防爆槽前端要留出空间，以确保电解电容在非常情况时能无阻碍地泻压. 谈一谈印制板铜皮走线的一些事项： 走线电流密度： 现在多数电子线路采用绝缘板缚铜构成。常用线路板铜皮厚度为35μm，走线可按照1A/mm经验值取电流密度值，具体计算可参见教科书。为保证走线机械强度原则线宽应大于或等于0.3mm(其他非电源线路板可能最小线宽会小一些)。铜皮厚度为70μm线路板也常见于开关电源，那么电流密度可更高些。 补充一点，现常用线路板设计工具软件一般都有设计规范项，如线宽、线间距，旱盘过孔尺寸等参数都可以进行设定。在设计线路板时，设计软件可自动按照规范执行，可节省许多时间，减少部分工作量，降低出错率。 一般对可靠性要求比较高的线路或布线线密度大可采用双面板。其特点是成本适中，可靠性高，能满足大多数应用场合。 模块电源行列也有部分产品采用多层板，主要便于集成变压器电感等功率器件，优化接线、功率管散热等。具有工艺美观一致性好，变压器散热好的优点，但其缺点是成本较高，灵活性较差，仅适合于工业化大规模生产。 单面板，市场流通通用开关电源几乎都采用了单面线路板，其具有低成本的优势，在设计，及生产工艺上采取一些措施亦可确保其性能。 谈谈单面印制板设计的一些体会，由于单面板具有成本低廉，易于制造的特点，在开关电源线路中得到广泛应用，由于其只有一面缚铜，器件的电器连接，机械固定都要依靠那层铜皮，在处理时必须小心。 为保证良好的焊接机械结构性能，单面板焊盘应稍微大一些，以确保铜皮和基板的良好缚着力，而不至于受到震动时铜皮剥离、断脱。一般焊环宽度应大于0.3mm。焊盘孔直径应略大于器件引脚直径，但不宜过大，保证管脚与焊盘间由焊锡连接距离最短，盘孔大小以不妨碍正常查件为度，焊盘孔直径一般大于管脚直径0.1-0.2mm。多引脚器件为保证顺利查件，也可更大一些。 电气连线应尽量宽，原则宽度应大于焊盘直径，特殊情况应在连线于与焊盘交汇必须将线加宽(俗称生成泪滴)，避免在某些条件线与焊盘断裂。原则最小线宽应大于0.5mm。 单面板上元器件应紧贴线路板。需要架空散热的器件，要在器件与线路板之间的管脚上加套管，可起到支撑器件和增加绝缘的双重作用，要最大限度减少或避免外力冲击对焊盘与管脚连接处造成的影响，增强焊接的牢固性。线路板上重量较大的部件可增加支撑连接点，可加强与线路板间连接强度，如变压器，功率器件散热器。 单面板焊接面引脚在不影响与外壳间距的前题条件下，可留得长一些，其优点是可增 加焊接部位的强度，加大焊接面积、有虚焊现象可即时发现。引脚长剪腿时，焊接部位受力较小。在台湾、日本常采用把器件引脚在焊接面弯成与线路板成45度 角，然后再焊接的工艺，的其道理同上。今天谈一谈双面板设计中的一些事项，在一 些要求比较高，或走线密度比较大的应用环境中采用双面印制板，其性能及各方面指标要比单面板好很多。 双面板焊盘由于孔已作金属化处理强度较高，焊环可比单面板小一些，焊盘孔孔径可 比管脚直径略微大一些，因为在焊接过程中有利于焊锡溶液通过焊孔渗透到顶层焊盘，以增加焊接可靠性。但是有一个弊端，如果孔过大，波峰焊时在射流锡冲击下部分器件可能上浮，产生一些缺陷。 大电流走线的处理，线宽可按照前帖处理，如宽度不够，一般可采用在走线上镀锡增加厚度进行解决，其方法有好多种 1， 将走线设置成焊盘属性，这样在线路板制造时该走线不会被阻焊剂覆盖，热风整平时会被镀上锡。 2， 在布线处放置焊盘，将该焊盘设置成需要走线的形状，要注意把焊盘孔设置为零。 3， 在阻焊层放置线，此方法最灵活，但不是所有线路板生产商都会明白你的意图，需用文字说明。在阻焊层放置线的部位会不涂阻焊剂。 线路镀锡的几种方法如上，要注意的是，如果很宽的的走线全部镀上锡，在焊接以后，会粘接大量焊锡，并且分布很不均匀，影响美观。一般可采用细长条镀锡宽度在1~1.5mm，长度可根据线路来确定，镀锡部分间隔0.5~1mm双面线路板为布局、走线提供了很大的选择性，可使布线更趋于合理。关于接地，功率地与信号地一定要分开，两个地可在滤波电容处汇合，以避免大脉冲电流通过信号地连线而导致出现不稳定的意外因素，信号控制回路尽量采用一点接地法，有一个技巧，尽量把非接地的走线放置在同一布线层，最后在另外一层铺地线。输出 线一般先经过滤波电容处，再到负载，输入线也必须先通过电容，再到变压器，理论依据是让纹波电流都通过旅滤波电容。 电压反馈取样，为避免大电流通过走线的影响，反馈电压的取样点一定要放在电源输出最末梢，以提高整机负载效应指标。 走线从一个布线层变到另外一个布线层一般用过孔连通，不宜通过器件管脚焊盘实现，因为在插装器件时有可能破坏这种连接关系，还有在每1A电流通过时，至少应有2个过孔，过孔孔径原则要大于0.5mm，一般0.8mm可确保加工可靠性。 器件散热，在一些小功率电源中，线路板走线也可兼散热功能，其特点是走线尽量宽大，以增加散热面积，并不涂阻焊剂，有条件可均匀放置过孔，增强导热性能。 谈谈铝基板在开关电源中的应用和多层印制板在开关电源电路中的应用。 铝基板由其本身构造，具有以下特点：导热性能非常优良、单面缚铜、器件只能放置在缚铜面、不能开电器连线孔所以不能按照单面板那样放置跳线。 铝基板上一般都放置贴片器件，开关管，输出整流管通过基板把热量传导出去，热阻很低，可取得较高可靠性。变压器采用平面贴片结构，也可通过基板散热，其温升比常规要低，同样规格变压器采用铝基板结构可得到较大的输出功率。铝基板跳线可以采用搭桥的方式处理。铝基板电源一般由由两块印制板组成，另外一块板放 置控制电路，两块板之间通过物理连接合成一体。 由于铝基板优良的导热性，在小量手工焊接时比较困难，焊料冷却过快，容易出现问题现有一个简单实用的方法，将一个烫衣服的普通电熨斗(最好有调温功能)，翻过来，熨烫面向上，固定好，温度调到150℃左右，把铝基板放在熨斗上面，加温一段时间，然后按照常规方法将元件贴上并焊接，熨斗温度以器件易于焊接为宜，太高有可能时器件损坏，甚至铝基板铜皮剥离，温度太低焊接效果不好，要灵活掌握。 最近几年，随着多层线路板在开关电源电路中应用，使得印制线路变压器成为可能，由于多层板，层间距较小，也可以充分利用变压器窗口截面，可在主线路板上再加一到两片由多层板组成的印制线圈达到利用窗口，降低线路电流密度的目的，由于采用印制线圈，减少了人工干预，变压器一致性好，平面结构，漏感低，偶合 好。开启式磁芯，良好的散热条件。由于其具有诸多的优势，有利于大批量生产，所以得到广泛的应用。但研制开发初期投入较大，不适合小规模生。 开关电源分为，隔离与非隔离两种形式，在这里主要谈一谈隔离式开关电源的拓扑形式，在下文中，非特别说明，均指隔离电源。隔离电源按照结构形式不同，可分为两大类：正激式和反激式。反激式指在变压器原边导通时副边截止，变压器储能。原边截止时，副边导通，能量释放到负载的工作状态，一般常规反激式电源单管 多，双管的不常见。正激式指在变压器原边导通同时副边感应出对应电压输出到负载，能量通过变压器直接传递。按规格又可分为常规正激，包括单管正激，双管正激。半桥、桥式电路都属于正激电路。 正激和反激电路各有其特点，在设计电路的过程中为达到最优性价比，可以灵活运用。一般在小功率场合可选用反激式。稍微大一些可采用单管正激电路，中等功率可采用双管正激电路或半桥电路，低电压时采用推挽电路，与半桥工作状态相同。大功率输出，一般采用桥式电路，低压也可采用推挽电路。 反激式电源因其结构简单，省掉了一个和变压器体积大小差不多的电感，而在中小功率电源中得到广泛的应用。在有些介绍中讲到反激式电源功率只能做到几十瓦，输出功率超过100瓦就没有优势，实现起来有难度。本人认为一般情况下是这样的，但也不能一概而论，PI公司的TOP芯片就可做到300瓦，有文章介绍反激电源可做到上千瓦，但没见过实物。输出功率大小与输出电压高低有关。 反激电源变压器漏感是一个非常关键的参数，由于反激电源需要变压器储存能量，要 使变压器铁芯得到充分利用，一般都要在磁路中开气隙，其目的是改变铁芯磁滞回线的斜率，使变压器能够承受大的脉冲电流冲击，而不至于铁芯进入饱和非线形状态，磁路中气隙处于高磁阻状态，在磁路中产生漏磁远大于完全闭合磁路。 变压器初次极间的偶合，也是确定漏感的关键因素，要尽量使初次极线圈靠近，可采用三明治绕法，但这样会使变压器分布电容增大。选用铁芯尽量用窗口比较长的磁芯，可减小漏感，如用EE、EF、EER、PQ型磁芯效果要比EI型的好。 关于反激电源的占空比，原则上反激电源的最大占空比应该小于0.5，否则环路不容易补偿，有可能不稳定，但有一些例外，如美国PI公司推出的TOP系列芯片是可以工作在占空比大于0.5的条件下。 占空比由变压器原副边匝数比确定，本人对做反激的看法是，先确定反射电压(输出电压通过变压器耦合反映到原边的电压值)，在一定电压范围内反射电压提高则工作占空比增大，开关管损耗降低。反射电压降低则工作占空比减小，开关管损耗增大。当然这也是有前提条件，当占空比增大，则意味着输出二极管导通时间缩 短，为保持输出稳定，更多的时候将由输出电容放电电流来保证，输出电容将承受更大的高频纹波电流冲刷，而使其发热加剧，这在许多条件下是不允许的。占空比增大，改变变压器匝数比，会使变压器漏感加大，使其整体性能变，当漏感能量大到一定程度，可充分抵消掉开关管大占空带来的低损耗，时就没有再增大占 空比的意义了，甚至可能会因为漏感反峰值电压过高而击穿开关管。由于漏感大，可能使输出纹波，及其他一些电磁指标变差。当占空比小时，开关管通过电流有效值高，变压器初级电流有效值大，降低变换器效率，但可改善输出电容的工作条件，降低发热。 如何确定变压器反射电压(即占空比) 有网友提到开关电源的反馈环路的参数设置，工作状态分析。由于在上学时高数学的比较差，《自动控制原理》差一点就补考了，对于这一门现在还感觉恐惧，到现在也不能完整写出闭环系统传递函数，对于系统零点、极点的概念感觉很模糊，看波德图也只是大概看出是发散还是收敛，所以对于反馈补偿不敢胡言乱语，但有有 一些建议。如果有一些数学功底，再有一些学习时间可以再把大学的课本《自动控制原理》找出来仔细的消化一下，并结合实际的开关电源电路，按工作状态进行分析。一定会有所收获，论坛有一个帖子《拜师求学反馈环路设计、调式》其中CMG回答得很好，我觉得可以参考。 接着谈关于反激电源的占空比(本人关注反射电压，与占空比一致)，占空比还与选择开关管的耐压有关，有一些早期的反激电源使用比较低耐压开关管，如600V或650V作为交流220V输入电源的开关管，也许与当时生产工艺有关，高耐压管子，不易制造，或者低耐压管子有更合理的导通损耗及开关特性，像这种线路反射电压不能太高，否则为使开关管工作在安全范围内，吸收电路损耗的功率也是相当可观的。 实践证明600V管子反射电压不要大于100V，650V管子反射电压不要大于120V，把漏感尖峰电压值钳位在50V时管子还有50V的工作余量。现在 由于MOS管制造工艺水平的提高，一般反激电源都采用700V或750V甚至800-900V的开关管。像这种电路，抗过压的能力强一些开关变压器反射电压也可以做得比较高一些，最大反射电压在150V比较合适，能够获得较好的综 合性能。PI公司的TOP芯片推荐为135V采用瞬变电压抑制二极管钳位。但他的评估板一般反射电压都要低于这个数值在110V左右。这两种类型各有优缺点： 第一类：缺点抗过压能力弱，占空比小，变压器初级脉冲电流大。优点：变压器漏感小，电磁辐射低，纹波指标高，开关管损耗小，转换效率不一定比第二类低。 第二类：缺点开关管损耗大一些，变压器漏感大一些，纹波差一些。优点：抗过压能力强一些，占空比大，变压器损耗低一些，效率高一些。 反激电源反射电压还有一个确定因素 反激电源的反射电压还与一个参数有关，那就是输出电压，输出电压越低则变压器匝数比越大，变压器漏感越大，开关管承受电压越高，有可能击穿开关管、吸收电路消耗功率越大，有可能使吸收回路功率器件永久失效(特别是采用瞬变电压抑制二极管的电路)。在设计低压输出小功率反激电源的优化过程中必须小心处理，其 处理方法有几个： 1、 采用大一个功率等级的磁芯降低漏感，这样可提高低压反激电源的转换效率，降低损耗，减小输出纹波，提高多路输出电源的交差调整率，一般常见于家电用开关电源，如光碟机、DVB机顶盒等。 2、如果条件不允许加大磁芯，只能降低反射电压，减小占空比。降低反射电压可减小漏感但有可能使电源转换效率降低，这两者是一个矛盾，必须要有一个替代过程才能找到一个合适的点，在变压器替代实验过程中，可以检测变压器原边的反峰电压，尽量 降低反峰电压脉冲的宽度，和幅度，可增加变换器的工作安全裕度。一般反射电压在110V时比较合适。 3、增强耦合，降低损耗，采用新的技术，和绕线工艺，变压器为满足安全规范会在原边和副边间采取绝缘措施，如垫绝缘胶带、加绝缘端空胶带。这些将影响变压器漏感性能，现实生产中可采用初级绕组包绕次级的绕法。或者次级用三重绝缘线绕制，取消 初次级间的绝缘物，可以增强耦合，甚至可采用宽铜皮绕制。 文中低压输出指小于或等于5V的输出，像这一类小功率电源，本人的经验是，功率输出大于20W输出可采用正激式，可获得最佳性价比，当然这也不是决对的， 与个人的习惯，应用的环境有关系。 反激电源变压器磁芯在工作在单向磁化状态，所以磁路需要开气隙，类似于脉动直流电感器。部分磁路通过空气缝隙耦合。为什么开气隙的原理本人理解为：由于功率铁氧体也具有近似于矩形的工作特性曲线(磁滞回线)，在工作特性曲线上Y轴表示磁感应强度(B)，现在的生产工艺一般饱和点在400mT以上，一般此值 在设计中取值应该在200-300mT比较合适、X轴表示磁场强度(H)此值与磁化电流强度成比例关系。磁路开气隙相当于把磁体磁滞回线向X轴向倾斜，在同样的磁感应强度下，可承受更大的磁化电流，则相当于磁心储存更多的能量，此能量在开关管截止时通过变压器次级泻放到负载电路，反激电源磁芯开气隙有两个作用。其一是传递更多能量，其二防止磁芯进入饱和状态。 反激电源的变压器工作在单向磁化状态，不仅要通过磁耦合传递能量，还担负电压变换输入输出隔离的多重作用。所以气隙的处理需要非常小心，气隙太大可使漏感变大，磁滞损耗增加，铁损、铜损增大，影响电源的整机性能。气隙太小有可能使变压器磁芯饱和，导致电源损坏。 所谓反激电源的连续与断续模式是指变压器的工作状态，在满载状态变压器工作于能量完全传递，或不完全传递的工作模式。一般要根据工作环境进行设计，常规反激电源应该工作在连续模式，这样开关管、线路的损耗都比较小，而且可以减轻输入输出电容的工作应力，但是这也有一些例外。 需要在这里特别指出：由于反激电源的特点也比较适合设计成高压电源，而高压电源变压器一般工作在断续模式，本人理解为由于高压电源输出需要采用高耐压的整流二极管。由于制造工艺特点，高反压二极管，反向恢复时间长，速度低，在电流连续状态，二极管是在有正向偏压时恢复，反向恢复时的能量损耗非常大，不利于 变换器性能的提高，轻则降低转换效率，整流管严重发热，重则甚至烧毁整流管。由于在断续模式下，二极管是在零偏压情况下反向偏置，损耗可以降到一个比较低的水平。所以高压电源工作在断续模式，并且工作频率不能太高。 还有一类反激式电源工作在临界状态，一般这类电源工作在调频模式，或调频调宽双模式，一些低成本的自激电源(RCC)常采用这种形式，为保证输出稳定，变 压器工作频率随着，输出电流或输入电压而改变，接近满载时变压器始终保持在连续与断续之间，这种电源只适合于小功率输出，否则电磁兼容特性的处理会很让人头痛。 反激开关电源变压器应工作在连续模式，那就要求比较大的绕组电感量，当然连续也是有一定程度的，过分追求绝对连续是不现实的，有可能需要很大的磁芯，非常多的线圈匝数，同时伴随着大的漏感和分布电容，可能得不偿失。那么如何确定这个参数呢，通过多次实践，及分析同行的设计，本人认为，在标称电压输入时，输出达到50%~60%变压器从断续，过渡到连续状态比较合适。或者在最高输入电压状态时，满载输出时，变压器能够过渡到连续状态就可以了。

普利斯曼（Abraham I. Pressman），是美国知名的电源顾问和专家，曾经做过军事雷达军官和四十多年的模数设计工程师。在过去的半个多世纪里，他为电子领域里的数个“第一”作出了重要贡献：第一个用粒子加速器获得10亿伏特电压的能量、第一台用于计算机工业的快速打印机、第一个在宇宙飞船上拍摄月球表面照片的技术，最早介绍用晶体管设计计算机逻辑电路的教科书，以及开关电源的教科书。Pressman先生是《开关电源设计》前两版的作者。比得斯（Keith. Billings），是一名注册电子工程师，电源领域的专家，《Switchmode Power Supply Hand-book》（由McGraw-Hill出版）的作者。他早期当过机械仪器制造商，为皇家空军的自动驾驶和电子指南设备等导航仪器做过技术支持；在政府的军事部门工作过，并专门从事包括UK3卫星的军用特殊仪器的设计。在过去的44年时间里，他专门从事开关电源设计和制造业。75岁时，仍然活跃于电源工业界，并在加拿大圭尔夫市成立了自己的咨询公司——DKB电源有限公司。在此书中，Keith献出了Abe Pressman关于电源设计的培训课程，以及自己关于磁学的培训课程——变压器和电感的设计。Keith曾是一名狂热的帆船爱好者，但现在的爱好是玩滑翔机，在1993年时已建造了一艘高性能的滑翔机，1994年时曾在内华达明登滑翔至22，000英尺的海拔高度。莫瑞（Taylor Morey），是加拿大安大略省基臣纳尔市的康耐斯托加学院电子学科的教授，与人合著过电子器件教科书，曾在滑铁卢市的威尔福德劳瑞尔大学任教，在拉巴斯天主教大学教电子工程专业课。他作为自由电源工程师和顾问，以及在乔治敦的加拿大Varian的开关电源开发部、圭尔夫市的Hammond制造业和GFC电源工作时，多次与Keith Billings合作。在其职业生涯早期，曾在加拿大IBM大型计算机研究部和多伦多全球电视工作室工作。

对于我多年pcb设计经验来说：有1.输入输出回路最小 2.满足载流3.滤波4.地处理 5.反馈信号处理6.参考芯片资料设计 这6大方面。具体情况可以结合做项目时具体分析~

开关电源在设计中必须具有过流、过热、短路等保护功能，故在设计时应首选保护功能齐备的开关电源模块，并且其保护电路的技术参数应与用电设备的工作特性相匹配，以避免损坏用电设备或开关电源。那么开关电源设计还要那些要注意的地方呢？【开关电源工作原理】顾名思义，开关电源就是利用电子开关器件（如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等），通过控制电路，使电子开关器件不停地“接通”和“关断”，让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现DC/AC、DC/DC电压变换，以及输出电压可调和自动稳压。开关电源一般有三种工作模式：频率、脉冲宽度固定模式，频率固定、脉冲宽度可变模式，频率、脉冲宽度可变模式。前一种工作模式多用于DC/AC逆变电源，或DC/DC电压变换；后两种工作模式多用于开关稳压电源。另外，开关电源输出电压也有三种工作方式：直接输出电压方式、平均值输出电压方式、幅值输出电压方式。同样，前一种工作方式多用于DC/AC逆变电源，或DC/DC电压变换；后两种工作方式多用于开关稳压电源。根据开关器件在电路中连接的方式，目前比较广泛使用的开关电源，大体上可分为：串联式开关电源、并联式开关电源、变压器式开关电源等三大类。其中，变压器式开关电源（后面简称变压器开关电源）还可以进一步分成：推挽式、半桥式、全桥式等多种；根据变压器的激励和输出电压的相位，又可以分成：正激式、反激式、单激式和双激式等多种；如果从用途上来分，还可以分成更多种类。【开关电源设计应注意事项】(1)选用合适的输入电压规格;(2)选择合适的功率。为了使电源的寿命增长，建议选用多30%输出功率额定的机种。例如若系统需要一个100W的电源，则建议挑选大于130W输出功率额定的机种，以此类推可有效提升电源的寿命。(3)考虑负载特性。如果负载是马达、灯泡或电容性负载，当开机瞬间时电流较大，应选用合适电源以免过载。如果负载是马达时应考虑停机时电压倒灌。(4)此外尚需考虑电源的工作环境温度，及有无额外的辅助散热设备，在过高的环温电源需减额输出。环温对输出功率的减额曲线(5)根据应用所需选择各项功能:保护功能:过电压保护(OVP)、过温度保护(OTP)、过负载保护(OLP)等。应用功能:信号功能(供电正常、供电失效)、遥控功能、遥测功能、并联功能等。特殊功能:功因矫正(PFC)、不断电(UPS)(6)选择所需符合的安规及电磁兼容(EMC)认证。

说起开关电源了，它是我们生活是不能缺少的东西，有些人对于开关电源设计方面不是太了解，那接下来，就由装修之用网的小编为你们大家介绍一下关于，开关电源设计的工作原理是什么以及开关电源维修方法的内容，想了解这方面知道的你们，不妨一起往下看看，相信会对你们有所帮助的。一、开关电源设计的工作原理是什么顾名思义，开关电源就是利用电子开关器件(如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等)，通过控制电路，使电子开关器件不停地“接通”和“关断”，让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现DC/AC、DC/DC电压变换，以及输出电压可调和自动稳压。开关电源一般有三种工作模式：频率、脉冲宽度固定模式，频率固定、脉冲宽度可变模式，频率、脉冲宽度可变模式。前一种工作模式多用于DC/AC逆变电源，或DC/DC电压变换;后两种工作模式多用于开关稳压电源。另外，开关电源输出电压也有三种工作方式：直接输出电压方式、平均值输出电压方式、幅值输出电压方式。同样，前一种工作方式多用于DC/AC逆变电源，或DC/DC电压变换;后两种工作方式多用于开关稳压电源。根据开关器件在电路中连接的方式，目前比较广泛使用的开关电源，大体上可分为：串联式开关电源、并联式开关电源、变压器式开关电源等三大类。其中，变压器式开关电源(后面简称变压器开关电源)还可以进一步分成：推挽式、半桥式、全桥式等多种;根据变压器的激励和输出电压的相位，又可以分成：正激式、反激式、单激式和双激式等多种;如果从用途上来分，还可以分成更多种类。二、开关电源维修方法1、修理开关电源时，首先用万用表检测各功率部件是否击穿短路，如电源整流桥堆，开关管，高频大功率整流管;抑制浪涌电流的大功率电阻是否烧断。再检测各输出电压端口电阻是否异常，上述部件如有损坏则需更换。2、第一步完成后，接通电源后还不能正常工作，接着要检测功率因数模块(PFC)和脉宽调制组件(PWM)，查阅相关资料，熟悉PFC和PWM模块每个脚的功能及其模块正常工作的必备条件。大家应该都知道开关是我们生活当中所有电子产品所有需要到的部分，对于电子设备来说开关也是尤为重要的，上面小编对开关电源设计的工作原理是什么和开关电源维修方法的内容介绍，相信你们大家看了以后，多多少少也是有所了解的，希望在日后的生活当中，能够帮助到你们。

《开关电源设计入门与实例解析》是2009年10月中国电力出版社出版的图书，作者是沙占友 王彦朋 《开关电源设计入门与实例解析》全面、系统地阐述了开关电源的设计入门知识，并对一些典型设计实例做以解析。《开关电源设计入门与实例解析》遵循先易后难、化整为零、突出重点和难点的原则，在介绍开关电源基本原理与构成的基础上，首先将开关电源划分成若干个基本单元电路，依次阐述开关电源一次侧外围电路的设计、高频变压器的设计、二次侧输出电路及反馈电路的设计，再介绍整机电路设计，最后以图表的形式简明扼要地分析了28种新型开关电源的设计实例。所述内容可帮助读者快速、全面、系统地掌握开关电源的设计与制作知识。《开关电源设计入门与实例解析》融实用性、科学性于一体，内容由浅人深，循序渐进，通俗易懂，图文并茂，是一本开关电源的入门指南，适合开关电源行业中的工程技术人员和初学者阅读。

　　高频开关电源有很多的优势，在很多的方面都比线性的电源或者是相控的电源要节省材料，比如重量、用铜用铁量以及能耗等，而且对于机器整体性能的提高也有很大的好处。　　　　所以，近年来这种电源在很多领域得到了很广泛的应用，比如军事系统、交通、仪器和仪表、家用电器的制造、邮电通讯等等，能够达到如此高的效率也是有一定的原因的，首先，科技的进步使更多的技术和新生事物开始出现，所以就有更高性能的零件应用到了高频开关电源的制造中。　　高频开关电源是一种变电的装置，通过这个设备，输入的交流电压能够成功转换为直流电压，从而供人们生产、生活所需。它包括几个部分，如高频变换器、控制电路、辅助电源、输入整流滤波器等等，也正是由于这些部分的紧密结合和合作，开关电源的工作效率才会有所提高。　　　　在高频开关电源中，有一个最为核心的装置，它就是高频开关变换器。它有很多种类，比如单端反激型开关电源变换器、单端正激型开关电源变换器、多端式变换器等等。开关变换器的设计也有很多的讲究，希望大家在了解的时候要仔细注意一下。　　　　接下来我们看一下关于保护电路的设计。在这里我们注意的事项主要有两项：第一项是软启动电路的设计，第二项是过流过压保护。现在我们现在了解一下第一项软启动电路的设计，这一项主要有两个部分，第一部分就是在输入电网分段启动，第二个部分就是时稳电压在输出电源的时候也要用到软启动。第一部分的话一般被称为是硬控制，第二部分则是被称为软控制。将两个部分相结合起来，就能减少损耗从而延长产品的寿命。　　　　第二项就是过流过压的保护了，这块也是主要分为两个部分，第一部分是过流保护，第二部分则是过压保护了。一般情况下开关电源都会针对电源设置保护电路，这是为了安全着想，所以这个部分在整个性能考虑中占了很重要的部分，在生活中大致有两种型式，分别是：切断式保护、限流式保护。关于过压保护，它最大的目的是为了在发生负载的情况下仍能保护电路。当然以上两种最主要的目的还是为了安全着想。土巴兔在线免费为大家提供“各家装修报价、1-4家本地装修公司、3套装修设计方案”，还有装修避坑攻略！点击此链接：【https://www.to8to.com/yezhu/zxbj-cszy.php?to8to_from=seo_zhidao_m_jiare&wb】，就能免费领取哦~

这是一个电器化的时代，开关电源是我们生活当中必不可少的，只要有电的地方就会有开关电源，别看开关是非常小的物件，如果在夜晚没有开关，灯就不会亮我们就会找不到方向，我们都知道电源开关，但我们不知道它的原理是什么，下面就由我们来介绍一下开关电源设计原理与模块。一、开关电源设计工作原理顾名思义，开关电源就是利用电子开关器件(如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等)，通过控制电路，使电子开关器件不停地“接通”和“关断”，让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现DC/AC、DC/DC电压变换，以及输出电压可调和自动稳压。开关电源一般有三种工作模式：频率、脉冲宽度固定模式，频率固定、脉冲宽度可变模式，频率、脉冲宽度可变模式。前一种工作模式多用于DC/AC逆变电源，或DC/DC电压变换;后两种工作模式多用于开关稳压电源。另外，开关电源输出电压也有三种工作方式：直接输出电压方式、平均值输出电压方式、幅值输出电压方式。同样，前一种工作方式多用于DC/AC逆变电源，或DC/DC电压变换;后两种工作方式多用于开关稳压电源。根据开关器件在电路中连接的方式，目前比较广泛使用的开关电源，大体上可分为：串联式开关电源、并联式开关电源、变压器式开关电源等三大类。其中，变压器式开关电源(后面简称变压器开关电源)还可以进一步分成：推挽式、半桥式、全桥式等多种;根据变压器的激励和输出电压的相位，又可以分成：正激式、反激式、单激式和双激式等多种;如果从用途上来分，还可以分成更多种类。二、开关电源设计模块开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类，DC/DC变换器现已实现模块化，且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，并已得到用户的认可，但AC/DC的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中，遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。当今软开关技术使得DC/DC发生了质的飞跃，美国VICOR公司设计制造的多种ECI软开关DC/DC变换器，其最大输出功率有300W、600W、800W等，相应的功率密度为(6、2、10、17)W/cm3，效率为(80-90)%。日本NemicLambda公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列，其开关频率为(200~300)kHz，功率密度已达到27W/cm3，采用同步整流器(MOS-FET代替肖特基二极管)，是整个电路效率提高到90%。三、开关电源维修方法1、修理开关电源时，首先用万用表检测各功率部件是否击穿短路，如电源整流桥堆，开关管，高频大功率整流管;抑制浪涌电流的大功率电阻是否烧断。再检测各输出电压端口电阻是否异常，上述部件如有损坏则需更换。2、第一步完成后，接通电源后还不能正常工作，接着要检测功率因数模块(PFC)和脉宽调制组件(PWM)，查阅相关资料，熟悉PFC和PWM模块每个脚的功能及其模块正常工作的必备条件。开关是我们生活当中所有电子产品所有需要到的部分，对于电子设备来说开关是非常重要的，那通过以上小编为大家介绍的开关电源设计方面的知识大家也了解了，在以后遇到这方面的问题我们也就不好一无所知了。

【大功率开关电源】大功率开关电源电路图 大功率可调开关电源设计方案 一种大功率可调开关电源的设计方案 1、引言 开关电源作为线性稳压电源的一种替代物出现，其应用与实现日益成熟。而集成化技术使电子设备向小型化、智能化方向发展，新型电子设备要求开关电源有更小的体积和更低的噪声干扰，以便实现集成一体化。对中小功率开关电源来说是实现单片集成化，但在大功率应用领域，因其功率损耗过大，很难做成单片集成，不得不根据其拓扑结构在保证电源各项参数的同时尽量缩小系统体积。 2、典型开关电源设计 开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM，Pulse Width Modulation）控制IC（Integrated Circuit）和功率器件（功率MOSFET或IGBT）构成，且符合三个条件：开关（器件工作在开关非线性状态）、高频（器件工作在高频非接近上频的低频）和直流（电源输出是直流而不是交流）。 2.1控制IC 以MC33060为例介绍控制IC。 MC33060是由安森美（ON Semi）半导体公司生产的一种性能优良的电压驱动型脉宽调制器件，采用固定频率的单端输出，能工作在-40℃至85℃。其内部结构如图1所示[1]，主要特征如下： 1）集成了全部的脉宽调制电路； 2）内置线性锯齿波振荡器，外置元件仅一个电阻一个电容； 3）内置误差放大器； 4）内置5V参考电压，1.5%的精度； 5）可调整死区控制； 6）内置晶体管提供200mA的驱动能力； 7）欠压锁定保护； 图1 MC33060内部结构图 其工作原理简述：MC33060是一个固定频率的脉冲宽度调制电路，内置线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节，其振荡频率如（2-1）式： 输出脉冲的宽度是通过电容CT上的正极性锯齿波电压与另外两个控制信号进行比较来实现。功率管Q1的输出受控于或非门，即只有在锯齿波电压大于控制信号期间输出才有效。 当控制信号增大时，输出脉冲的宽度将减小，具体时序参见如下图2 图2 MC33060时序图 控制信号由集成电路外部输入，一路送至死区时间比较器，一路送往误差放大器的输入端。死区时间比较器具有120mV的输入补偿电压，它限制了最小输出死区时间约等于锯齿波周期的4%，即输出驱动的最大占空比为96%.当把死区时间控制输入端接上固定的电压（范围在0-3.3V）即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。脉冲宽度调制比较器为误差放大器调节输出脉宽提供了一个手段：当反馈电压从0.5V变化到3.5V时，输出的脉冲宽度从被死区确定的最大导通百分比时间下降到零。两个误差放大器具有从-0.3V到（Vcc-2.0）的共模输入范围，这可从电源的输出电压和电流察觉得到。误差放大器的输出端常处于高电平，它与脉冲宽度调制器的反相输入端进行”或”运算，正是这种电路结构，放大器只需最小的输出即可支配控制回路。 2.2 DC/DC电源拓扑 DC/DC电源拓扑一般分为三类：降压、升压和升降压。此处以降压拓扑介绍，简化效果图如下图3所示。输出与输入同极性，输入电流脉动大，输出电流脉动小，结构简单。 图3 Bulk降压斩波电路 在开关管导通时间ton，输入电源给负载和电感供电；开关管断开期间toff，电感中存储的能量通过二极管组成续流回路，保证输出的连续。负载电压满足如下关系式（2-2）： 2.3典型电路与参数设计 典型电路如下图4所示。 图4 MC33060的降压斩波电路 MC33060作为主控芯片控制开关管的导通与截止，由其内部结构功能可知，在MC33060内部有一个+5V参考电压，通常用作两路比较器的反相参考电压，设计中1脚和2脚的比较器用来作为输出电压反馈，13脚和14脚的比较器用来检测开关管的电流是否过流。电路中2脚通过一个反相电路接参考电压，降压输出反馈经一同相电路接MC33060的1脚。当电路处于工作状态时，1脚和2脚电压就会相互比较，根据两者的差值来调整输出波形脉宽，达到控制和稳定输出的目的。 电路中过流保护采用0.1欧姆额定功率为1W的功率电阻作为采样电阻，在电流过流点，采样电阻上的电压为0.1V.14脚用作采样点，因此13脚的参考电压由Vref分压设定为0.15V，相比0.1V留有一定余地。当采样电压高于设定值时，MC33060将自动保护，关闭PWM输出。保护点还和3脚的控制信号有关，根据对该脚的功能分析，选择积分反馈电路，使得降压电路在空载或满载时，Comp脚的电压始终在正常范围（0.5V-3.5V）之内。 输出PWM波形的频率由管脚5的电容和管脚6的电阻值来确定，降压电路采用25KHz的波形频率，选择CT值为1nF电容，RT为47K的普通电阻达到设计要求。 3、本系统设计 本设计采用的是DC（Direct Current）/DC转换电路中的降压型拓扑结构。输入为220VAC和0-10V可调直流电压，输出为0-180V可调，最大输出电流能达8A，系统组成框图如下图5所示。在大功率开关电源设计中，为防止在启动时的高浪涌电流冲击，常采用软启动电路，本设计不重点介绍。 图5 系统组成框图 3.1整流滤波电路 采用全桥整流电路，如下图6所示。输出电流要求最大达到8A，考虑功率损耗和一定的余量，选择10A的方桥KBPC3510和10A的保险管。整流后的电压达310V，采用两个250V/100uF电容作滤波处理。图中开关S1和电阻R1并联为”软启动”部分，此处未作详细讲解，详细软启动设计见各种开关电源软启动设计。 图6 整流电路。 3.2控制IC与输入电路 MC33060控制电路和输入调节电路分别如下图7和图8所示，选MC33060为控制IC，其外围器件选择此处不再赘述，参考典型电路设计中参数选择部分。其中比较器1作电压采样，比较器2作电流采样。输入可调电压经分压跟随后送入比较器的负向端作为参考电压控制电源输出大小。 图7 MC33060控制电路 图8 输入调节电路 3.3反相延时驱动电路 反相延时驱动电路如下图8所示。电路中驱动芯片采用了美国International Rectifier（IR）公司的IR2110.它不仅包括基本的开关单元和驱动电路，还具有与外电路结合的保护控制功能。其悬浮沟道的设计使其可以驱动工作在母线电压不高于600V的开关管，其内部具有欠压保护功能，与外电路结合，可以方便地设计出过电流，过电压保护，因此不需要额外的过压、欠压、过流等保护电路，简化了电路的设计。 图8 反相延时驱动电路 该芯片为而输出高压栅极驱动器，14脚双列直插，驱动信号延时为ns级，开关频率可从几十赫兹到几百千赫兹。IR2110具有二路输入信号和二路输出信号，其中二路输出信号中的一路具有电平转换功能，可直接驱动高压侧的功率器件。该驱动器可与主电路共地运行，且只需一路控制电源，克服了常规驱动器需要多路隔离电源的缺点，大大简化了硬件设计。IR2110就简易真值图如下图9所示。 图9 IR2110简易真值图。 IR2110有2个输出驱动器，其信号取自输入信号发生器，发生器提供2个输出，低侧的驱动信号直接取自信号发生器LO，而高侧驱动信号HO则必须通过电平转换方能用于高侧输出驱动器。本系统中驱动双管需一片IR2110即可。 因驱动双管，且双管不能同时导通，控制IC输出只有一路信号，则在控制IC输出和驱动之间需加入反相延时电路，将控制IC输出的一路PWM经同相和反相比较器后，经电阻R29和R30的上拉分别对电容C12、C13充电产生延时，使得两路PWM具有对称互补性且具有一定的死区间隔，保证主回路中两开关管不会同时导通。在电路中HIN和LIN标号端得到的波形图如下图10所示。 图10 反相后驱动波形 3.4主回路与输出采样 主回路如图11所示，采用半桥开关电路。 图11 主回路 根据整流后的电压和输入电流参数，选择IRF840为高频开关管，其最大耐压VDS为500V，最大能承受的导通电流ID为8A，满足设计要求。工作在高频工作状态的续流二极管一般选用快恢复的二极管，此处选择HFA25TB60，能承受600V的反向压降，最大导通电流为25A，且恢复时间仅为35ns，输出部分通过两个电阻分压至电压采样电路，如下图12所示。 图12 电压采样电路 3.5过流保护电路 过流保护电路如下图13所示。 图13 过流检测电路。 在主回路的上端串联一个0.33欧姆10W的功率电阻作为采样电阻，当电流过大时，光耦中光敏三极管导通，检测电路输出高电平到IR2110的SD端，由于SD是低电平有效、高电平关断点，因此电流过大时能很好地保护电路。且如前所述，IR2110自身带有各种保护电路，故外围的电流电压保护电路可以大大简化。 4、总结 本设计给出了在非隔离拓扑下一种设计大功率开关电源的方法，电路结构简单。在主回路中采用半桥电路替代传统的单管开关电路，在上管关闭时，下管的开通能更好地保证输出续流的稳定性，且保证功率的输出。文中并未给出电感量的计算方法，因不是讨论重点，可根据电路中输出电流、电压和开关管的RDS（MOSFET管漏极和源极导通电阻）等参数来计算，实际中应留有一定的余量值。系统运行基本稳定，可考虑应用于工业电源设计中。

电源对单片机系统来说是比较重要的一部分，电源电压的稳定性与整个系统运行的稳定有密切关系，因此设计稳定的电源是必不可少的。1 直流稳压电源电路原理直流稳压电源一般由变压器、整流器、滤波器和稳压器四部分组桑缤?所示。变压器把220V交流电（市电）变为稳压所需的低压交流电；整流器把低压交流电变为直流电；整流后的直流电中仍会含有交流成分，可以通过滤波电路将交流成分滤除；经滤波后，稳压器再把不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。1.1 电源变压器变压器的作用是将220V 50Hz交流电变成整流滤波所需的交流电压。本设计需要把220V交流电变为9V 交流电，变压器匝数比 n=原边匝数/副边匝数≈25，如图2所示。 1.2 整流滤波电路整流电路将交流电压变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的波纹成分，输出波纹较小的直流电压。整流通常有半波整流和全波整流。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。本设计采用桥式整流滤波，如图2所示。设变压器副边电压(1)， U2为有效值。输出电压平均值（2）解得 （3）桥式整流电路的基波 的角频率是 的2倍，即100Hz，则（4）故脉动系数（5）与半波整流电路相比，输出脉动减小很多。滤波后，输出平均电压(6)，在实际电路中，为获得较好的滤波效果，应选择电容的容量满足RLC=(3～5)T/2（式中T为输入交流信号周期（100Hz），RL为整流滤波电路的等效负载阻抗），则(7),电容的耐压值应大于1.1*1.414U2,即约12.4V。1.3 稳压电路经整流滤波输出的电压通常是不稳定的，不能直接对系统供电，因此需要经过稳压电路将电压稳定到单片机系统所需的要求。对任何稳压电路都应从两个方面考察其稳压特性，一是设电网电压波动，研究起输出电压是否稳定；二是设负载变化，研究其输出电压是否稳定。直流稳压电路分为串联型稳压电路和开关型稳压电路，本设计采用串联型稳压电路。稳压器一般包括单管稳压器和集成稳压器。常用的集成稳压器有固定式三端稳压器和可调式三端稳压器，本设计同时使用固定式三端稳压器W7805和可调式三端稳压器M711，其分别输出5V和3V电压。2 稳压电源技术指标稳压电源的技术指标可以分为两大类：一类是特性指标，如输出电压、输出电流及电压调节范围；另一类是质量指标，反映一个稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻（输出电阻）、波纹电压及温度系数等。对稳压电源的性能，主要有以下四个方面的要求：2.1、稳定性好当输入电压Usr(整流、滤波输出电压)在规定范围内变动时，输出电压Usc的变化一般要求很小。由于输入电压变化而引起输出电压变化的程度，称为稳定度指标，长用稳压系数S来表示：S的大小，反映一个稳压电源克服输入电压变化的能力。在同样的输入电压变化条件下，S越小，输出电压的变化越小，电源的稳定度越高。通常S约为10-2～10-4。（8）2.2、输出电阻小负载变化时（从空载到满载），输出电压Usr应基本保持不变，其这方面的性能可用输出电阻表征。输出电阻（又称等效内阻）用rn表示，他等于输出电压变化量和负载电流变化量之比，即（9）rn反映负载变动时，输出电压维持恒定的能力,rn越小，则Ifz变化时输出电压的变化也越小。性能优良的稳压电源，输出电阻可小到1Ω，甚至0.01Ω。2.3、电压温度系数小当环境温度变化时，会引起输出电压的漂移。良好的稳压电源，应在环境温度变化时，有效地抑制输出电压的漂移，保持输出电压稳定，输出电压的漂移用温度系数KT来表示。2.4、输出电压纹波小所谓纹波电压，是指输出电压中50Hz或100Hz的交流分量，通常用有效值或峰值表示。经过稳压作用，可以使整流滤波后的纹波电压大大降低，降低的倍数反比于稳压系数S.

买一个电池，串2根线，红线正，黑线负。搞定。

）求ΔUi:根据稳压电路的的稳压系数的定义：设计要求ΔUo≤15mV ，SV≤0.003 Uo=+3V～+9VUi=14V代入上式，则可求得ΔUi2）滤波电容C设定Io=Iomax=0.8A，t=0.01S则可求得C。电路中滤波电容承受的最高电压为 ，所以所选电容器的耐压应大于17V。注意： 因为大容量电解电容有一定的绕制电感分布电感，易引起自激振荡，形成高频干扰，所以稳压器的输入、输出端常 并入瓷介质小容量电容用来抵消电感效应，抑制高频干扰。