开关电源原理与设计(一)
作者：陶显芳康佳集团彩电技术开发中心总体技术设计所所长/高级工程师
几种基本类型的开关电源
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。
下面我们先对串联式、并联式、变压器式等三种最基本的开关电源工作原理进行简单介绍，其它种类的开关电源也将逐步进行详细分析。
串联式开关电源
串联式开关电源的工作原理
图1-1-a是串联式开关电源的最简单工作原理图，图1-1-a中Ui是开关电源的工作电压，即：直流输入电压；K是控制开关，R是负载。当控制开关K接通的时候，开关电源就向负载R输出一个脉冲宽度为Ton，幅度为Ui的脉冲电压Up；当控制开关K关断的时候，又相当于开关电源向负载R输出一个脉冲宽度为Toff，幅度为0的脉冲电压。这样，控制开关K不停地“接通”和“关断”，在负载两端就可以得到一个脉冲调制的输出电压uo 。
图1-1-b是串联式开关电源输出电压的波形，由图中看出，控制开关K输出电压uo是一个脉冲调制方波，脉冲幅度Up等于输入电压Ui，脉冲宽度等于控制开关K的接通时间Ton，由此可求得串联式开关电源输出电压uo的平均值Ua为：
式中Ton为控制开关K接通的时间，T为控制开关K的工作周期。改变控制开关K接通时间Ton与关断时间Toff的比例，就可以改变输出电压uo的平均值Ua 。一般人们都把称为占空比（Duty），用D 来表示，即：
或
串联式开关电源输出电压uo的幅值Up等于输入电压Ui，其输出电压uo的平均值Ua总是小于输入电压Ui，因此，串联式开关电源一般都是以平均值Ua为变量输出电压。所以，串联式开关电源属于降压型开关电源。
串联式开关电源也有人称它为斩波器，由于它工作原理简单，工作效率很高，因此其在输出功率控制方面应用很广。例如，电动摩托车速度控制器以及灯光亮度控制器等，都是属于串联式开关电源的应用。如果串联式开关电源只单纯用于功率输出控制，电压输出可以不用接整流滤波电路，而直接给负载提供功率输出；但如果用于稳压输出，则必须要经过整流滤波。
串联式开关电源的缺点是输入与输出共用一个地，因此，容易产生EMI干扰和底板带电，当输入电压为市电整流输出电压的时候，容易引起触电，对人身不安全。
开关电源原理与设计(二)
中心议题：
•串联式开关电源输出电压滤波电路介绍
串联式开关电源输出电压滤波电路
大多数开关电源输出都是直流电压，因此，一般开关电源的输出电路都带有整流滤波电路。图1-2是带有整流滤波功能的串联式开关电源工作原理图。
图1-2是在图1-1-a电路的基础上，增加了一个整流二极管和一个LC滤波电路。其中L是储能滤波电感，它的作用是在控制开关K接通期间Ton限制大电流通过，防止输入电压Ui直接加到负载R上，对负载R进行电压冲击，同时对流过电感的电流iL转化成磁能进行能量存储，然后在控制开关K关断期间Toff把磁能转化成电流iL继续向负载R提供能量输出；C是储能滤波电容，它的作用是在控制开关K接通期间Ton把流过储能电感L的部分电流转化成电荷进行存储，然后在控制开关K关断期间Toff把电荷转化成电流继续向负载R提供能量输出；
D是整流二极管，主要功能是续流作用，故称它为续流二极管，其作用是在控制开关关断期间Toff，给储能滤波电感L释放能量提供电流通路。
在控制开关关断期间Toff，储能电感L将产生反电动势，流过储能电感L的电流iL由反电动势eL的正极流出，通过负载R，再经过续流二极管D的正极，然后从续流二极管D的负极流出，最后回到反电动势eL的负极。
对于图1-2，如果不看控制开关K和输入电压Ui，它是一个典型的反型滤波电路，它的作用是把脉动直流电压通过平滑滤波输出其平均值。
图1-3、图1-4、图1-5分别是控制开关K的占空比D等于0.5、< 0.5、> 0.5时，图1-2电路中几个关键点的电压和电流波形。图1-3-a）、图1-4-a）、图1-5-a）分别为控制开关K输出电压uo的波形；图1-3-b）、图1-4-b）、图1-5-b）分别为储能滤波电容两端电压uc的波形；图1-3-c）、图1-4-c）、图1-5-c）分别为流过储能电感L电流iL的波形。
在Ton期间，控制开关K接通，输入电压Ui通过控制开关K输出电压uo，然后加到储能滤波电感L和储能滤波电容C组成的滤波电路上，在此期间储能滤波电感L两端的电压eL为：
式中：Ui输入电压，Uo为直流输出电压，即：电容两端的电压uc的平均值。
在此顺便说明：由于电容两端的电压变化量ΔU相对于输出电压Uo来说非常小，为了简单，我们这里把Uo当成常量来处理。在某种情况下，如需要对电容的初次充、放电过程进行分析时，必须需要建立微分方程，并求解。因为输出电压Uo的建立需要一定的时间，精确计算得出的结果中一般都含有指数函数项，当令时间变量等于无穷大时，即电路进入稳态时，再对相关参量取平均值，其结果就基本与（1-4）相等。
对（1-4）式进行积分得：
式中i（0）为控制开关K转换瞬间（t = 0时刻），即：控制开关K刚接通瞬间流过电感L的电流，或称流过电感L的初始电流。
当控制开关K由接通期间Ton突然转换到关断期间Toff的瞬间，流过电感L的电流iL达到最大值：
在Toff期间，控制开关K关断，储能电感L把磁能转化成电流iL，通过整流二极管D继续向负载R提供能量，在此期间储能滤波电感L两端的电压eL为：
式中–Uo前的负号，表示K关断期间电感产生电动势的方向与K接通期间电感产生电动势的方向正好相反。对（1-7）式进行积分得：
式中i（Ton+）为控制开关K从Ton转换到Toff的瞬间之前流过电感的电流，i（Ton+）也可以写为i（Toff-），即：控制开关K关断或接通瞬间，之前和之后流过电感L的电流相等。实际上（1-8）式中的i（Ton+）就是（1-6）式中的iLm，即：
因此，（1-9）式可以改写为：
当t = Toff时iL达到最小值。其最小值为：
上面计算都是假设输出电压Uo基本不变的情况得到的结果，在实际应用电路中也正好是这样，输出电压Uo的电压纹波非常小，只有输出电压的百分之几，工程计算中完全可以忽略不计。
从（1-4）式到（1-11）和图1-3、图1-4、图1-5中可以看出：
当开关电源工作于临界连续电流或连续电流状态时，在K接通和关断的整个周期内，储能电感L都有电流流出，但在K接通期间与K关断期间，流过储能电感L的电流的上升率（绝对值）一般是不一样的。在K接通期间，流过储能电感L的电流上升率为：；在K关断期间，流过储能电感L的电流上升率为：。因此：
（1）当Ui = 2Uo时，即滤波输出电压Uo等于电源输入电压Ui的一半时，或控制开关K的占空比D为二
分之一时，流过储能电感L的电流上升率，在K接通期间与K关断期间绝对值完全相等，即电感存储能量的速度与释放能量的速度完全相等。此时，（1-5）式中i（0）和（1-11）式中iLX均等于0。在这种情况下，流过储能电感L的电流iL为临界连续电流，且滤波输出电压Uo等于滤波输入电压uo的平均值Ua。参看图1-3。
（2）当Ui > 2Uo时，即：滤波输出电压Uo小于电源输入电压Ui的一半时，或控制开关K的占空比小于二分之一时：虽然在K接通期间，流过储能电感L的电流上升率（绝对值），大于，在K关断期间，流过储能电感L的电流上升率（绝对值）；但由于（1-5）式中i（0）等于0，以及Ton小于Toff，此时，（1-11）式中的iLX会出现负值，即输出电压反过来要对电感充电，但由于整流二极管D的存在，这是不可能的，这表示流过储能电感L的电流提前过0，即有断流。在这种情况下，流过储能电感L的电流iL不是连续电流，开关电源工作于电流不连续状态，因此，输出电压Uo的纹波比较大，且滤波输出电压Uo小于滤波输入电压uo的平均值Ua。参看图1-4。
（3）当Ui < 2Uo时，即：滤波输出电压Uo大于电源输入电压Ui的一半时，或控制开关K的占空比大于二分之一时：在K接通期间，虽然流过储能电感L的电流上升率（绝对值），小于，在K关断期间，流过储能电感L的电流上升率（绝对值）。但由于Ton大于Toff，（1-5）式中i（0）和（1-11）式中iLX均大于0，即：电感存储能量每次均释放不完。在这种情况下，流过储能电感L的电流iL是连续电流，开关电源工作于连续电流状态，输出电压Uo的纹波比较小，且滤波输出电压Uo大于滤波输入电压uo的平均值Ua。参看图1-5。
开关电源原理与设计（三）
中心议题：
•串联式开关电源储能滤波电感的计算
•串联式开关电源储能滤波电容的计算
串联式开关电源储能滤波电感的计算
从上面分析可知，串联式开关电源输出电压Uo与控制开关的占空比D有关，还与储能电感L的大小有关，因为储能电感L决定电流的上升率（di/dt），即输出电流的大小。因此，正确选择储能电感的参数相当重要。
串联式开关电源最好工作于临界连续电流状态，或连续电流状态。串联式开关电源工作于临界连续电流状态时，滤波输出电压Uo正好是滤波输入电压uo的平均值Ua，此时，开关电源输出电压的调整率为最好，且输出电压Uo的纹波也不大。因此，我们可以从临界连续电流状态着手进行分析。我们先看（1-6）式：
当串联式开关电源工作于临界连续电流状态时，即D = 0.5时，i(0) = 0，iLm = 2 Io，因此，（1-6）式可以改写为：
式中Io为流过负载的电流（平均电流），当D = 0.5时，其大小正好等于流过储能电感L最大电流iLm的二分之一；T为开关电源的工作周期，T正好等于2倍Ton。
由此求得：
或：
（1-13）和（1-14）式，就是计算串联式开关电源储能滤波电感L的公式（D = 0.5时）。（1-13）和（1-14）式的计算结果，只给出了计算串联式开关电源储能滤波电感L的中间值，或平均值，对于极端情况可以在平均值的计算结果上再乘以一个大于1的系数。
如果增大储能滤波电感L的电感量，滤波输出电压Uo将小于滤波输入电压uo的平均值Ua，因此，在保证滤波输出电压Uo为一定值的情况下，势必要增大控制开关K的占空比D，以保持输出电压Uo的稳定；而控制开关K的占空比D增大，又将会使流过储能滤波电感L的电流iL不连续的时间缩短，或由电流不连续变成电流连续，从而使输出电压Uo的电压纹波ΔUP-P进一步会减小，输出电压更稳定。
如果储能滤波电感L的值小于（1-13）式的值，串联式开关电源滤波输出的电压Uo将大于滤波输入电压uo的平均值Ua，在保证滤波输出电压Uo为一定值的情况下，势必要减小控制开关K的占空比D，以保持输出电压Uo的值不变；控制开关K的占空比D减小，将会使流过滤波电感L的电流iL出现不连续，从而使输出电压Uo的电压纹波ΔUP-P增大，造成输出电压不稳定。
由此可知，调整串联式开关电源滤波输出电压Uo的大小，实际上就是同时调整流过滤波电感L和控制开关K占空比D的大小。
由图1-4可以看出：当控制开关K的占空比D小于0.5时，流过滤波电感L的电流iL出现不连续，输出电流Io小于流过滤波电感L最大电流iLm的二分之一，滤波输出电压Uo的电压纹波ΔUP-P将显著增大。因此，串联式开关电源最好不要工作于图1-4的电流不连续状态，而最好工作于图1-3和图1-5表示的临界连续电流和连续电流状态。
串联式开关电源工作于临界连续电流状态，输出电压Uo等于输入电压Ui的二分之一，等于滤波输入电压uo的平均值Ua；且输出电流Io也等于流过滤波电感L最大电流iLm的二分之一。
串联式开关电源工作于连续电流状态，输出电压Uo大于输入电压Ui的二分之一，大于滤波输入电压uo的平均值Ua；且输出电流Io也大于流过滤波电感L最大电流iLm的二分之一。
串联式开关电源储能滤波电容的计算
我们同样从流过储能电感的电流为临界连续电流状态着手，对储能滤波电容C的充、放电过程进行
分析，然后再对储能滤波电容C的数值进行计算。
图1-6是串联式开关电源工作于临界连续电流状态时，串联式开关电源电路中各点电压和电流的波形。图1-6中，Ui为电源的输入电压，uo为控制开关K的输出电压，Uo为电源滤波输出电压，iL为流过储能滤波电感电流，Io为流过负载的电流。图1-6-a）是控制开关K输出电压的波形；图1-6-b）是储能滤波电容C的充、放电曲线图；图1-6-c）是流过储能滤波电感电流iL的波形。当串联式开关电源工作于临界连续电流状态时，控制开关K的占空比D等于0.5，流过负载的电流Io等于流过储能滤波电感最大电流iLm的二分之一。
在Ton期间，控制开关K接通，输入电压Ui通过控制开关K输出电压uo ，在输出电压uo作用下，流过储能滤波电感L的电流开始增大。当作用时间t大于二分之一Ton的时候，流过储能滤波电感L的电流iL开始大于流过负载的电流Io ，所以流过储能滤波电感L的电流iL有一部分开始对储能滤波电容C
进行充电，储能滤波电容C两端电压开始上升。
当作用时间t等于Ton的时候，流过储能滤波电感L的电流iL为最大，但储能滤波电容C的两端电压并没有达到最大值，此时，储能滤波电容C的两端电压还在继续上升，因为，流过储能滤波电感L的电流iL还大于流过负载的电流Io ；当作用时间t等于二分之一Toff的时候，流过储能滤波电感L的电流iL正好等于负载电流Io，储能滤波电容C的两端电压达到最大值，电容停止充电，并开始从充电转为放电。
可以证明，储能滤波电容进行充电时，电容两端电压是按正弦曲线的速率变化，而储能滤波电容进行放电时，电容两端电压是按指数曲线的速率变化，这一点后面还要详细说明，请参考后面图1-23、图1-24、图1-25的详细分析。
图1-6中，电容两端的充放电曲线是有意把它的曲率放大了的，实际上它们的变化曲率并没有那么大。因为储能滤波电感L和储能滤波电容构成的时间常数相对于控制开关的接通或关断时间来说非常大（正弦曲线的周期：T = ），即：由储能滤波电感L和储能滤波电容组成谐振回路的谐振频率，相对于开关电
源的工作频率来说，非常低，而电容两端的充放电曲线变化范围只相当于正弦曲线零点几度的变化范围，因此，电容两端的充、放电曲线基本上可以看成是直线，这相当于用曲率的平均值取代曲线曲率。同理，图1-3、图1-4、图1-5中储能滤波电容C的两端电压都可以看成是按直线变化的电压，或称为电压或电流锯齿波。
实际应用中，一般都是利用平均值的概念来计算储能滤波电容C的数值。值得注意的是：滤波电容C进行充、放电的电流ic的平均值Ia正好等于流过负载的电流Io，因为，在D等于0.5的情况下，电容充、放电的时间相等，只要电容两端电压的平均值不变，其充、放电的电流必然相等，并等于流过负载的电流Io。
滤波电容C的计算方法如下：
由图1-6可以看出，在控制开关的占空比D等于0.5的情况下，电容器充、放电的电荷和充、放电的时间，以及正、负电压纹波值均应该相等，并且电容器充电流的平均值也正好等于流过负载的电流。因此，电容器充时，电容器存储的电荷ΔQ为：
电容器充电的电压增量2ΔUc为：
由此求得：
或：
（1-17）和（1-18）式，就是计算串联式开关电源储能滤波电容的公式（D = 0.5时）。式中：Io 是流过负载的电流，T为控制开关K的工作周期，ΔUP-P为输出电压的波纹。电压波纹ΔUP-P一般都取峰-峰值，所以电压波纹正好等于电容器充电或放电时的电压增量，即：ΔUP-P = 2ΔUc 。
顺便说明，由于人们习惯上都是以输出电压的平均值为水平线，把电压纹波分成正负两部分，所以这里遵照习惯也把电容器充电或放电时的电压增量分成两部分，即：2ΔUc。
同理，（1-17）和（1-18）式的计算结果，只给出了计算串联式开关电源储能滤波电容C的中间值，或平均值，对于极端情况可以在平均值的计算结果上再乘以一个大于1的系数。
当储能滤波电容的值小于（1-17）式的值时，串联式开关电源滤波输出电压Uo的电压纹波ΔUP-P 会增大，并且当开关K工作的占空比D小于0.5时，由于流过储能滤波电感L的电流iL出现不连续，电容
器放电的时间大于电容器充电的时间，因此，开关电源滤波输出电压Uo的电压纹波ΔUP-P将显著增大。因此，最好按（1-17）式计算结果的2倍以上来选取储能滤波电容的参数。
开关电源原理与设计(四)
中心议题：
•反转式串联开关电源的工作原理
•反转式串联开关电源储能电感的计算
•反转式串联开关电源储能滤波电容的计算
反转式串联开关电源
反转式串联开关电源的工作原理
图1-7是另一种串联式开关电源，一般称为反转式串联开关电源。这种反转式串联开关电源与一般串联式开关电源的区别是，这种反转式串联开关电源输出的电压是负电压，正好与一般串联式开关电源输出的正电压极性相反；并且由于储能电感L只在开关K关断时才向负载输出电流，因此，在相同条件下，反转式串联开关电源输出的电流比串联式开关电源输出的电流小一倍。
在一般电路中大部分都是使用单极性电源，但在一些特殊场合，有时需要两组电源，其中一组为负电源。因此，选用图1-7所示的反转式串联开关电源作为负电源是很方便的。
图1-7中，Ui为输入电源，K为控制开关，L为储能电感，D为整流二极管，C为储能滤波电容，R 为负载电阻。当控制开关K接通的时候，输入电源Ui开始对储能电感L加电，流过储能电感L的电流开始增加，同时电流在储能电感中也要产生磁场；当控制开关K由接通转为关断的时候，储能电感会产生反电动势，使电流继续流动，并通过整流二极管D进行整流，再经电容储能滤波，然后向负载R提供电流输出。控制开关K不断地反复接通和关断过程，在负载R上就可以得到一个负极性的电压输出。
图1-8、图1-9、图1-10分别是控制开关K的占空比D等于0.5、< 0.5、> 0.5时，图1-7电路中几个关键点的电压和电流波形。图1-8-a）、图1-9-a）、图1-10-a）分别为控制开关K输出电压uo的波形；图1-8-b）、图1-9-b）、图1-10-b）分别为储能滤波电容两端电压uc的波形；图1-8-c）、图1-9-c）、图1-10-c）分别为流过储能电感L电流iL的波形。应该特别注意的是，图1-8-c）、图1-9-c）、图1-10-c）中的电流波形按原理应该取负值，但取负值后与前面图1-5与图1-6对比反而觉得不好对比和分析，因此，当进行具体计算时，一定要注意电流和电压的方向。
在开关接通Ton期间，控制开关K接通，电源Ui开始对储能电感L供电，在此期间储能电感L两端的电压eL为：
对（1-19）式进行积分得：
式中iL为流过储能电感L电流的瞬时值，t为时间变量；i(0)为的初始电流，即：控制开关K接通瞬间之前，流过储能电感L中的电流。当开关电源工作于临界连续电流状态时，i(0) = 0 ，由此可以求得流过储能电感L的最大电流为：
在开关关断Toff期间，控制开关K关断，储能电感L把电流iLm转化成反电动势，通过整流二极管D继续向负载R提供能量，在此期间储能电感L两端的电压eL为：
式中–Uo前的负号，表示K关断期间电感产生电动势的方向与K接通期间电感产生电动势的方向正好相反。对（1-22）式进行积分得：
式中i（Ton+）为控制开关K从Ton转换到Toff的瞬间之前流过电感的电流，i（Ton+）也可以写为i（Toff-），即：控制开关K关断或接通瞬间，之前和之后流过电感L的电流相等。实际上（1-23）式中的i（Ton+）就是（1-21）式中的iLm，即：
因此，（1-9）式可以改写为：
当t = Toff时iL达到最小值。其最小值为：
反转式串联开关电源输出电压一般为负脉冲的幅值。当开关电源工作于临界连续电流状态时，流过储能电感的初始电流i(0)等于0（参看图1-8-a）），即：（1-26）式中流过储能电感电流的最小值iLX等于0。因此，由（1-21）和（1-26）式，可求得反转式串联开关电源输出电压Uo为：
由（1-27）式可以看出，反转式串联开关电源输出电压与输入电压与开关接通的时间成正比，与开关关断的时间成反比。
另外，从图1-8可以看出，由于反转式串联开关电源，仅当控制开关K关断期间才产生反电动势向负载提供能量。因此，当占空比为0.5时，输出电流的平均值Io为流过储能电感电流最大值的四分之一；
当占空比小于0.5时，输出电流的平均值Io小于流过储能电感电流最大值的四分之一（图1-9）；当占空比大于0.5时，输出电流的平均值Io大于流过储能电感电流最大值的四分之一（图1-10）。
反转式串联开关电源储能电感的计算
反转式串联开关电源储能电感的计算方法与前面“串联式开关电源储能滤波电感的计算”方法基本相同，计算反转式串联开关电源中储能电感的数值，也是从流过储能电感的电流为临界连续电流状态进行分析。但须要特别注意，反转式串联开关电源中的储能电感仅在控制开关K关断期间才产生反电动势向负载提供能量，因此，流过负载的电流比串联式开关电源流过负载的电流小一倍，即：当占空比小于0.5时，反转式串联开关电源中流过负载R的电流Io只有流过储能电感L最大电流iLm的四分之一。根据（1-21）式：
（1-21）式可以改写为：
式中Io为流过负载的电流，当D = 0.5时，其大小等于最大电流iLm的四分之一；T为开关电源的工作周期，T正好等于2倍Ton。
由此求得：
或：
（1-29）和（1-30）式，就是计算反转式串联开关电源中储能电感的公式。同理，（1-29）和（1-30）式的计算结果，只给出了计算反转式串联开关电源储能滤波电感L的中间值，或平均值，对于极端情况可以在平均值的计算结果上再乘以一个大于1的系数。
当储能电感L的值小于（1-29）式的值时，流过滤波电感L的电流上升率将增大，如果流过滤波电感L的电流iL为连续电流，输出电压Uo将会升高；如果为了维持滤波输出电压Uo不变，则必须要把控制开关K占空比D减小，但占空比D的减小将会使流过储能电感的电流iL出现不连续，从而使滤波输出电压Uo的电压纹波增大。
如果流过滤波电感L的电流iL不是连续电流，储能电感L的减小，将会使流过储能电感的电流iL
不连续的时间变长，电源滤波输出电压Uo不但不会升高，反而会使反转式串联开关电源滤波输出电压Uo 的电压纹波显著增大。
当储能滤波电感L的值大于（1-29）式的值时，流过储能电感L的电流上升率将减小，输出电压Uo将降低，但滤波输出电压Uo的电压纹波显著减小；如果为了维持电源滤波输出电压Uo不变，控制开关K必须要把占空比D增大，而占空比D的增大又会使流过储能电感的电流iL不连续的时间缩短，或由电流不连续变成电流连续，从而使电源滤波输出电压Uo的电压纹波降低。
反转式串联开关电源储能滤波电容的计算
反转式串联开关电源储能滤波电容参数的计算，与串联式开关电源储能滤波电容的计算方法基本相同。但要注意，即使是在占空比D等于0.5的情况下，滤波电容器充、放电的时间都不相等，滤波电容器充电的时间小于半个工作周期，而电容器放电的时间则大于半个工作周期，但电容器充、放电的电荷是相等的，即电容器充电时的电流大于放电时的电流。这是整流滤波电路的普遍规律。
从图1-8可以看出，在占空比D等于0.5的情况下，电容器充电的时间为，电容充电电流的平均值为，或；而电容器放电的时间为，电容放电电流的平均值为0.9 Io。
因此有：
式中ΔQ为电容器充电的电荷，Io流过负载的平均电流，T为工作周期。电容充电时，电容两端的电压由最小值充到最大值（绝对值），相应的电压增量为2ΔUc，由此求得电容器两端的波纹电压ΔUP-P 为：
由此求得：
或：
（1-33）和（1-34）式，就是计算反转式串联开关电源储能滤波电容的公式（D = 0.5时）。式中：Io是流过负载电流的平均值，T为开关工作周期，ΔUP-P为滤波输出电压的波纹，或电压纹波。一般波纹电压都是取电压增量的峰-峰值，因此，当D = 0.5时，波纹电压等于电容器充电的电压增量，即：ΔUP-P = 2ΔUc 。
同理，（1-33）和（1-34）式的计算结果，只给出了计算反转式串联开关电源储能滤波电容C的中间值，或平均值，对于极端情况可以在平均值的计算结果上再乘以一个大于1的系数。
当开关K的占空比D小于0.5时，由于流过储能滤波电感L的电流会不连续，电容器放电的时间将远远大于电容器充电的时间，因此，开关电源滤波输出电压的纹波将显著增大。另外，开关电源的负载一般也不是固定的，当负载电流增大的时候，开关电源滤波输出电压的纹波也将会增大。因此，设计开关电源的时候要留有充分的余量，实际应用中最好按（1-33）式计算结果的2倍以上来计算储能滤波电容的参数。
开关电源原理与设计(五)
中心议题：
•并联式开关电源的工作原理
•并联式开关电源输出电压滤波电路
•并联开关电源储能电感的计算
•并联式开关电源储能滤波电容的计算
并联式开关电源
并联式开关电源的工作原理比较简单，工作效率很高，因此应用很广泛，特别是在一些小电子产品中，并联式开关电源作为DC/DC升压电源应用最广。例如，很多使用干电池的手提式电器，由于干电池的电压一般只有1.5V或3V，为了提高工作电压，都是使用并联式开关电源把工作电压提高一倍。并联式开关电源的缺点是输入与输出共用一个地，因此，容易产生EMI干扰。
并联式开关电源的工作原理
图1-11-a是并联式开关电源的最简单工作原理图，图1-11-b是并联式开关电源输出电压的波形。图1-11-a中Ui是开关电源的工作电压，L是储能电感，K是控制开关，R是负载。图1-11-b中Ui是开关电源的输入电压，Uo是开关电源输出的电压，Up是开关电源输出的峰值电压，Ua是开关电源输出的平均电压。
当控制开关K接通时，输入电源Ui开始对储能电感L加电，流过储能电感L的电流开始增加，同时电流在储能电感中也要产生磁场；当控制开关K由接通转为关断的时候，储能电感会产生反电动势，反电动势产生电流的方向与原来电流的方向相同，因此，在负载上会产生很高的电压。
在Ton期间，控制开关K接通，储能滤波电感L两端的电压eL正好与输入电压Ui相等，即：
对上式进行积分，可求得流过储能电感L的电流为：
式中iL为流过储能电感L电流的瞬时值，t为时间变量，i（0）为流过储能电感的初始电流，即：开关K 接通前瞬间流过储能电感的电流。一般当占空比D小于或等于0.5时，i（0）= 0，由此可以求得流过储能电感L的最大电流ILm为：
式中Ton为控制开关K接通的时间。当图1-11-a中的控制开关K由接通状态突然转为关断时，储能电感L 会把其存储的能量（磁能）通过反电动势进行释放，储能电感L产生的反电动势为：
式中负号表示反电动势eL的极性与（1-35）式中的符号相反，即：K接通与关断时电感的反电动势的极性正好相反。对（1-38）式阶微分方程求解得：
式中C为常数，把初始条件代入上式，就很容易求出C，由于控制开关K由接通状态突然转为关断时，流过储能电感L中的电流iL不能突变，因此，i(Ton+)正好等于流过储能电感L的最大电流ILm ，所以（1-39）式可以写为：
图1-11-a并联式开关电源输出电压uo等于：
由（1-41）式可以看出，当t = 0时，即：K关断瞬间，输出电压有最大值：
当t等于很大时，并联式开关电源输出电压的值将接近输入电压Ui，但这种情况一般不会发生，因为控制开关K的关断时间等不了那么长。
从（1-42）式可以看出，当并联式开关电源的负载R很大或开路时，输出脉冲电压的幅度将非常高。因此，并联式开关电源经常用于高压脉冲发生电路。
并联式开关电源输出电压滤波电路
上面已经知道，当并联式开关电源不带输出电压滤波电路时，输出脉冲电压的幅度将非常高。但在应用中，大多数并联式开关电源输出电压还是经过整流滤波后的直流电压，因此，一般开关电源的输出电路都带有整流滤波电路。
图1-12是带有整流滤波功能的并联式开关电源工作原理图。图1-12中，Ui是开关电源的工作电压，L是储能电感，eL为电流iL在储能电感两端产生的反电动势，K是控制开关，R是负载。而图1-13、图1-14、图1-15分别是并联式开关电源控制开关K工作于占空比为0.5、< 0.5、> 0.5时，图1-12电路中各点的电压、电流波形。图图1-13、图1-14、图1-15中Ui是开关电源的输入电压，uo是控制开关K 两端的输出电压，uc是滤波电容两端的输出电压，Up是开关电源输出的峰值电压，Uo是开关电源输出电压（平均值），Ua是开关电源输出的平均电压，iL是流过储能电感L的电流，iLm是流过储能电感L电流的最大值，Io是流过负载R的电流（平均值）。
当控制开关K接通时，输入电源Ui开始对储能电感L加电，流过储能电感L的电流iL开始增加，同时电流在储能电感中也要产生反电动势eL；当控制开关K由接通转为关断的时候，储能电感也会产生反电动势eL。eL反电动势的方向与开关K关断前的方向相反，但与电流的方向相同，因此，在控制开关K两端的输出电压uo等于输入电压Ui与反电动势eL之和。
因此，在Ton期间：
对上式进行积分，可求得流过储能电感L的电流为：
（1-44）式中iL为流过储能电感L电流的瞬时值，t为时间变量；i(0)为的初始电流，即：控制开关K接通瞬间之前，流过储能电感L中的电流。当开关电源工作于临界连续电流状态时，i(0) = 0 ，由此可以求得流过储能电感L的最大电流为：
在开关关断Toff期间，控制开关K关断，储能电感L把电流iLm转化成反电动势，与输入电压Ui串联迭加，通过整流二极管D继续向负载R提供能量，在此期间储能电感L两端的电压eL为：
式中负号表示反电动势eL的极性与（1-43）式相反，即：K接通与关断时电感的反电动势的极性正好相反。对（1-46）式进行积分得：
式中i（Ton+）为控制开关K从Ton转换到Toff的瞬间之前流过电感的电流，i（Ton+）也可以写为i（Toff-），即：控制开关K关断或接通瞬间，之前和之后流过电感L的电流相等。实际上（1-47）式中的i（Ton+）就是（1-45）式中的iLm，因此，（1-9）式可以改写为：
相关开关电源原理及电路图 2012-06-03 17:39:37 来源:21IC 关键字：开关电源电路图 什么是开关电源?所谓开关电源，故名思议，就是这里有一扇门，一开门电源就通过，一关门电源就停止通过，那么什么是门呢，开关电源里有的采用可控硅，有的采用开关管，这两个元器件性能差不多，都是靠基极、(开关管)控制极(可控硅)上加上脉冲信号来完成导通和截止的，脉冲信号正半周到来，控制极上电压升高，开关管或可控硅就导通，由220V整流、滤波后输出的300V电压就导通，通过开关变压器传到次级，再通过变压比将电压升高或降低，供各个电路工作。振荡脉冲负半周到来，电源调整管的基极、或可控硅的控制极电压低于原来的设置电压，电源调整管截止，300V电源被关断，开关变压器次级没电压，这时各电路所需的工作电压，就靠次级本路整流后的滤波电容放电来维持。待到下一个脉冲的周期正半周信号到来时，重复上一个过程。这个开关变压器就叫高频变压器，因为他的工作频率高于50HZ低频。那么推动开关管或可控硅的脉冲如何获得呢，这就需要有个振荡电路产生，我们知道，晶体三极管有个特性，就是基极对发射极电压是0.65-0.7V是放大状态，0.7V以上就是饱和导通状态，-0.1V- -0.3V就工作在振荡状态，那么其工作点调好后，就靠较深的负反馈来产生负压，使振荡管起振，振荡管的频率由基极上的电容充放电的时间长短来决定，振荡频率高输出脉冲幅度就大，反之就小，这就决定了电源调整管的输出电压的大小。那么变压器次级输出的工作电压如何稳压呢，一般是在开关变压器上，单绕一组线圈，在其上端获得的电压经过整流滤波后，作为基准电压，然后通过光电耦合器，将这个基准电压返回振荡管的基极，来调整震荡频率的高低，如果变压器次级电压升高，本取样线圈输出的电压也升高，通过光电耦合器获得的正反馈电压也升高，这个电压加到振荡管基极上，就使振荡频率降低，起到了稳定次级输出电压的稳定，太细的工作情况就不必细讲了，也没必要了解的那么细的，这样大功率的电压由开关变压器传递，并与后级隔开，返回的取样电压由光耦传递也与后级隔开，所以前级的市电电压，是与后级分离的，这就叫冷板，是安全的，变压器前的电源是独立的，这就叫开关电源。 图开关电源原理图1
开关电源的设计毕业论文 开关电源是一种高效率、小体积、轻质化的电源，随着现代电子设备的发展，应用越来越广泛。开关电源的设计是电子工程专业毕业设计中的一个热门方向，本文将介绍开关电源的基本工作原理及设计方法，并以一个实际开关电源的设计为例，进行详细说明。 一、开关电源的基本工作原理 开关电源的基本工作原理是将交流电源转换为直流电源，其核心部分是开关管。开关管工作时，会在电路中产生一个高频矩形波形。再经过滤波电路、输出稳压电路等处理后，最终输出所需要的稳定直流电源。 在开关电源中，开关管的切换是关键，它的导通和截止决定程序的整个运行。开关管的导通与截止又是由控制器控制的，所以控制器设计是非常重要的。 二、开关电源的设计方法 1.功率计算 开关电源的功率计算是设计的第一步。功率 = 电流×电压，在设计前应要明确设备所需的电流和电压值并通过功率计算公式计算得出所需的功率。 2.电路设计
电路设计是开关电源设计中较为复杂的一步。主要包括直流输入电路、开关管、反馈电路、滤波电容、输出稳压电路等部分。这些部分需要合理的组合和设计，并应通过电路仿真进行验证。 3.控制器设计 在控制器设计中，主要有PWM控制器和开环控制器。PWM控制器通常采用电流反馈控制方式，能够减少在输出处的纹波电压，提高稳定性。开环控制器的设计要更为复杂，但是更容易实现。 4.保护电路设计 保护电路是开关电源中非常重要的一部分，保护电路通常包括电流限制保护、过压保护、过载保护，以及温度保护等。这些保护电路能够提高开关电源的使用寿命，避免因电路故障引起的安全事故。 三、开关电源设计实例 以12V60W的开关电源设计为实例。 1.功率计算 P = U × I = 12V × 5A = 60W。 2.电路设计 直流输入电路：
通信电子中的开关电源设计 开关电源是当今通信电子行业中使用最为广泛的电源类型之一，其在通信设备、无线传输、光纤通信以及计算机硬件等领域中都 有着广泛的应用。与传统线性电源相比，开关电源更加高效率、 省空间、质量稳定，可以满足现代通信电子设备日益增长的功率 需求。本文将从开关电源的基本原理、设计流程以及应用场景三 个方面介绍开关电源在通信电子中的应用与设计原则。 一、开关电源设计的基本原理 开关电源是一种基于开关器件工作原理的电源类型，其工作原 理是通过快速开关器件控制电压的变化，使得直流电源变成高频 交变电源，然后由变压器进行等效电压转换最终输出稳定的直流 电源。开关电源既可以采用负载照顾型的电源控制电路，又可以 采用独立型的PWM控制电路，其核心部件通常包括开关管、电容、电感以及滤波电路等。在电源设计中，我们通常需要控制输 出电压、输出电流、输出功率以及输出电流的纹波范围，以达到 电源的稳定性和高效率的需求。对于开关电源电路的设计，我们 则需要从基本电路参数、选择元器件、元器件及电路的散热等方 面进行综合考虑。
二、开关电源设计的流程与步骤 开关电源的设计流程对于电源工程师来说是非常重要的，正确 的设计流程可以保证电源的安全稳定、高效率以及不出现故障。 在电源设计的流程中，我们通常需要进行以下几个步骤： 1. 确定电源规格：首先需要确定开关电源所需要的电压、电流、功率、频率、稳定性等参数，这样有利于选择元器件及设计电路。 2. 选择元器件：电源的性能和稳定性与所选取的元器件有着密 不可分的关系，正确的元器件选择不仅可以保证电源的质量稳定，还可以显著降低生产的成本。 3. 设计电路：在根据需求进行规格确定和元器件选择后，我们 通常会采取仿真或工作样机的方式进行电路的设计，这样可以先 测试电路的稳定性和效率，再对设计进行优化。 4. 样机测试：在小批量生产前，我们通常会采取样机测试的方 式进行验证开关电源的实际功率、效率和稳定性，还需要做故障 分析及修正。
基于单片机控制的开关电源及其设计 单片机控制的开关电源是一种高效率、高稳定性的电源系统，常用于 电子设备中。本文将介绍基于单片机控制的开关电源的原理、设计步骤以 及相关注意事项。 一、原理 1.1开关电源的工作原理 开关电源的核心部分是一个开关管，它通过不断开闭来调整输出电压 和电流。当开关管关断时，电源输入端的电压会通过变压器产生瞬态电流，这个电流被蓄能电容器存储在电容中。当开关管打开时，储存在电容中的 能量被释放，通过滤波电感得到稳定的电压输出。 1.2单片机控制开关电源的工作原理 在单片机控制的开关电源中，单片机通过控制开关管的开闭状态来调 整输出电压和电流。单片机能够实时监测电源的输入和输出情况，并根据 设定的参数进行调整。同时，单片机还可以实现一些保护功能，如过压、 过流、过温等保护。 二、设计步骤 2.1确定需求 首先要确定开关电源的功率需求、输入电压范围和输出电压范围。根 据需求选择合适的开关管和变压器等元器件。 2.2定义控制策略
根据开关电源的工作原理以及需求，确定单片机的控制策略。可以采 用PWM（脉宽调制）控制方法来控制开关管的开闭时间，以实现对输出电 压的调节。 2.3确定单片机和外围电路 选择合适的单片机控制器，并设计相应的外围电路，包括ADC（模拟 数字转换）模块、PWM输出模块、电流传感器等。 2.4编写软件程序 根据控制策略，编写单片机的控制程序，并完成软件的调试和优化。 2.5PCB设计与制造 根据电路原理图设计PCB布局，并制造相关的电路板。 2.6装配与测试 完成PCB板的焊接与装配，进行电源的测试和调试。 三、注意事项 3.1安全性 开关电源具有高电压、高电流的特点，因此在设计和使用过程中要注 意安全性。应采用合适的绝缘措施，保证电源与其他电路之间的隔离。 3.2效率和稳定性 开关电源的效率和稳定性是设计过程中需要考虑的重要因素。应合理 选择元器件，控制开关管的导通和关断时间，以提高电源的效率和稳定性。 3.3EMC（电磁兼容）设计
张占松,蔡宣三.开关电源的原理与设计 开关电源是一种非线性电源，它的主要特点是具有高效率、小体积、轻重量、稳定性好等优点，因此被广泛地应用于各个领域。开关电源的原理是实现对输入电源电流的高速开/关，通过电感储存能量，使输出电压保持稳定。本文将介绍开关电源的基本原理和设计方法。 一、基本原理 开关电源的基本组成部分包括输入端、输出端、开关器、能量存储元件和控制电路。输入端一般接入AC或DC电源，输出端连接负载电阻或电源。 开关器的作用是将电源电流高速开/关，这里采用的常见开关器有MOSFET和IGBT等。这些器件可以实现快速开关以及高效能的转换，从而实现高效的能源转换。能量存储元件一般使用电感器或电容器，其作用是将输入电能储存为磁场或电场，并在开关器关闭时将其释放，从而保持输出电压稳定。 控制电路主要包括PWM调制器、反馈电路和保护电路。PWM调制器的作用是产生一定频率和占空比的脉冲信号，控制开关器的开/关时间，从而实现电压的稳定输出。反馈电路的作用是检测负载端的电压变化并调整PWM调制器输出的脉冲信号，使输出电压保持稳定。保护电路主要是用于保护开关器、负载端和控制电路，例如过压，过流和短路等情况。 二、设计方法 开关电源设计的关键是确定开关器、电感器或电容器的参数，以及PWM调制器的频率和占空比等参数。下面介绍一些重要的设计步骤。 1. 确定输出参数 首先需要确定输出电压和电流的参数，即电源需要提供给负载端的电压和电流。这取决于负载端的需求以及与之匹配的开关器和能量存储元件的能力。 2. 选择开关器和能量存储元件 根据输出参数确定适合的开关器和能量存储元件。选择开关器时需要考虑它的导通电阻、频率响应、容错限制和工作温度等特性。电感器和电容器的选择与开关器特性有关，例如电感器的选取应该考虑其电感值和最大电流能力，电容器的选取应该考虑其耐压能力和损耗电流等因素。 3. 设计PWM调制器
开关电源环路设计及实例详解 一、开关电源的基本原理 开关电源是一种将交流电转换为直流电的电源，其基本原理是通过开关管控制变压器的工作状态，从而实现对输入交流电进行变换、整流和稳压的过程。开关电源具有输出功率大、效率高、体积小等优点，因此被广泛应用于各种电子设备中。 二、开关电源环路的组成 1. 输入滤波器：用于滤除输入交流电中的高频噪声和杂波信号，保证后续环节能够正常工作。 2. 整流桥：将输入交流电转换为直流电信号。 3. 直流滤波器：用于滤除直流信号中的纹波和杂波信号，保证输出稳定。 4. 开关变换器：通过控制开关管的导通和截止状态来控制变压器的工作状态，从而实现对输入信号的变换。 5. 输出稳压器：用于对输出直流信号进行稳压处理，保证输出恒定。 三、开关电源环路设计步骤 1. 确定输出功率和输出电压范围。 2. 选择合适的变压器。 3. 设计整流桥和直流滤波器。
4. 设计开关变换器，包括选择合适的开关管和控制电路。 5. 设计输出稳压器，包括选择合适的稳压芯片和反馈电路。 6. 进行整个电路的仿真和优化。 7. 进行实际电路的搭建和调试。 四、开关电源环路设计实例 以12V/5A开关电源为例，进行具体设计。 1. 确定输出功率和输出电压范围：输出功率为60W，输出电压范围为11-13V。 2. 选择合适的变压器：根据需求选择带有多个二次侧绕组的变压器， 其中一个二次侧用于提供控制信号，另一个二次侧用于提供输出信号。通过计算得到变压比为1:2。 3. 设计整流桥和直流滤波器：采用全波整流桥结构，并选用大容量滤 波电容进行直流滤波处理。 4. 设计开关变换器：选用MOS管作为开关管，并采用反激式结构进 行设计。控制信号通过脉冲宽度调制（PWM）技术进行控制。同时，在输入端加入输入滤波器进行滤波处理。 5. 设计输出稳压器：选用LM2576芯片进行稳压处理，通过反馈电路控制输出电压。同时，加入输出滤波电容进行滤波处理。 6. 进行整个电路的仿真和优化：通过仿真软件进行各个环节的仿真和 优化，保证整个电路的性能符合要求。 7. 进行实际电路的搭建和调试：根据设计结果进行实际电路的搭建和
开关电源工作原理超详细解析 第1页：前言：PC电源知多少 个人PC所采用的电源都是基于一种名为“开关模式”的技术，所以我们经常会将个人PC电源称之为——开关电源（Switching Mode Power Supplies，简称SMPS），它还有一个绰号——DC-DC转化器。本次文章我们将会为您解读开关电源的工作模式和原理、开关电源内部的元器件的介绍以及这些元器件的功能。 ●线性电源知多少 目前主要包括两种电源类型：线性电源（linear）和开关电源（switching）。线性电源的工作原理是首先将127 V或者220 V市电通过变压器转为低压电，比如说12V，而且经过转换后的低压依然是AC交流电；然后再通过一系列的二极管进行矫正和整流，并将低压AC交流电转化为脉动电压（配图1和2中的“3”）；下一步需要对脉动电压进行滤波，通过电容完成，然后将经过滤波后的低压交流电转换成DC 直流电（配图1和2中的“4”）；此时得到的低压直流电依
然不够纯净，会有一定的波动（这种电压波动就是我们常说的纹波），所以还需要稳压二极管或者电压整流电路进行矫正。最后，我们就可以得到纯净的低压DC直流电输出了（配图1和2中的“5”）配图1：标准的线性电源设计图 配图2：线性电源的波形 尽管说线性电源非常适合为低功耗设备供电，比如说无绳电话、PlayStation/Wii/Xbox等游戏主机等等，但是对于高功耗设备而言，线性电源将会力不从心。 对于线性电源而言，其内部电容以及变压器的大小和AC市电的频率成反比：也即说如果输入市电的频率越低时，线性电源就需要越大的电容和变压器，反之亦然。由于当前一直采用的是60Hz（有些国家是50Hz）频率的AC市电，这是一个相对较低的频率，所以其变压器以及电容的个头往往都相对比较大。此外，AC市电的浪涌越大，线性电源的变压器的个头就越大。 由此可见，对于个人PC领域而言，制造一台线性电源将会是一件疯狂的举动，因为它的体积将会非常大、重量也
六款简单的开关电源电路设计，内附原理图详解简单的开关电源电路图（一） 简单实用的开关电源电路图 调整C3和R5使振荡频率在30KHz-45KHz。输出电压需要稳压。输出电流可以达到500mA.有效功率8W、效率87%。其他没有要求就可以正常工作。 简单的开关电源电路图（二） 24V开关电源，是高频逆变开关电源中的一个种类。通过电路控制开关管进行高速的道通与截止，将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压！ 24V开关电源的工作原理是： 1.交流电源输入经整流滤波成直流; 2.通过高频PWM（脉冲宽度调制）信号控制开关管，将那个直流加到开关变压器初级上;
3.开关变压器次级感应出高频电压，经整流滤波供给负载; 4.输出部分通过一定的电路反馈给控制电路，控制PWM占空比，以达到稳定输出的目的。 24v开关电源电路图
简单的开关电源电路图（三） 单端正激式开关电源的典型电路如下图所示。这种电路在形式上与单端反激式电路相似，但工作情形不同。当开关管VT1导通时，VD2也导通，这时电网向负载传送能量，滤波电感Ｌ储存能量；当开关管VT1截止时，电感Ｌ通过续流二极管VD3 继续向负载释放能量。 在电路中还设有钳位线圈与二极管VD2，它可以将开关管VT1的最高电压限制在两倍电源电压之间。为满足磁芯复位条件，即磁通建立和复位时间应相等，所以电路中脉冲的占空比不能大于50％。 由于这种电路在开关管VT1导通时，通过变压器向负载传送能量，所以输出功率范围大，可输出50－200 Ｗ的功率。电路使用的变压器结构复杂，体积也较大，正因为这个原因，这种电路的实际应用较少。 简单的开关电源电路图（四） 推挽式开关电源的典型电路如图六所示。它属于双端式变换电路，高频变压器的磁芯工作在磁滞回线的两侧。电路使用两个开关管VT1和VT2，两个开关管在外激励方波信号的控制下交替的导通与截止，在变压器Ｔ次级统组得到方波电压，经整流滤波变为所需要的直流电压。
关于外形 现在LED日光灯电源,做灯的厂家普遍要求放在灯管内,如放T8灯管内.很少一部分外置.不知道为什么都要这样.其实内置电源又难做,性能也不好.但不知为什么还有这么多人这样要求.可能都是随风倒吧.外置电源应该说是更科学,更方便才对.但我也不得不随风倒,客户要什么,我就做什么.但做内置电源,有相当难度哦.因为外置的电源,形状基本没有要求,想做多大做多大,想做成什么形状也没关系.内置电源,只能做成两种, 一种是用的最多的,就是说放在灯板下面,上面放灯板。 下面是电源,这样就要求电源做的很薄,不然装不进.而且这样只能把元件倒下,电源上的线路也只有加长.我认为这样不是个好办法.不过大家普遍喜欢这样搞.我就搞.还有就是用的少一些,放两端的,即放在灯管两头,这样好做些,成本也低些.我也有做过,基本就是这两种内置形状了。
关于此种电源的要求和电路结构的问题 我的看法是,因为电源要内置在灯里,而发热是LED光衰最大的杀手,所以发热一定要小,就是效率一定得高.当然得有高效率的电源.对于T8一米二长的那种灯,最好是不要用一支电源,而是用二支,两端各一只,将热量分散.从而不使热量集中在一个地方.电源的效率主要取决于电路的结构和所用的器件.先说电路结构,有些人还说要隔离电源,我想绝对是没必要的,因为这种东西本来就是置于灯体内部,人根本摸不到.没必要隔离,因为隔离电源的效率比不隔离效率要低,第二是,最好输出要高电压小电流,这样的电源才能把效率做高.现在普遍用到的是,BUCK电路,即降压式电路.最好是把输出电压做到一百伏以上,电流定在100MA上那样,如驱动一百二十只,最好是三串,每串四十只,电压就是一百三十伏,电流60MA.这种电源用的很多,本人只是认为有一点不好,如果开关管失控通咱,LED会玩完.现在LED这么贵.我比较看好升压式电路,此种电路的好处,我反复的说过,一是效率较降压式的高些,二是电源坏了,LED灯不会坏.这样能确保万无一失,如果烧坏一个电
开关电源硬件设计毕业设计 开关电源硬件设计毕业设计 引言： 开关电源是现代电子设备中广泛应用的一种电源供应方式。其具有高效率、小 体积、轻重量等优点，被广泛应用于计算机、通信、工业控制等领域。本篇文 章将探讨开关电源硬件设计的相关内容，包括设计原理、关键参数、设计流程 以及一些常见问题和解决方法。 一、设计原理 开关电源的设计原理基于电能的转换和调节。其基本工作原理是通过开关管的 开关动作，将输入电能转换为高频脉冲信号，再经过整流、滤波、稳压等环节，最终得到稳定的直流输出电压。开关电源的核心是开关管，其开关频率和占空 比的控制决定了输出电压的稳定性和效率。 二、关键参数 在开关电源硬件设计中，有几个关键参数需要考虑和优化。首先是输出电压的 稳定性，即输出电压的波动范围。稳定的输出电压是保证电子设备正常工作的 基础。其次是效率，开关电源的高效率能够减少能量损耗，提高整体能源利用率。此外，还需要考虑输出电流的能力、开关频率、过载保护等参数。 三、设计流程 开关电源硬件设计的流程一般包括以下几个步骤： 1. 确定需求：根据应用场景和电子设备的需求，确定输出电压、电流、工作温 度等参数。 2. 选取拓扑结构：根据需求和设计目标，选取合适的开关电源拓扑结构，如
Buck、Boost、Buck-Boost等。 3. 选择元器件：根据选定的拓扑结构，选择合适的开关管、二极管、电感、电 容等元器件。 4. 进行仿真：利用电路仿真软件，对设计的电路进行仿真，验证电路的性能和 参数。 5. PCB设计：根据仿真结果，进行PCB布局和走线设计，保证电路的稳定性和 可靠性。 6. 原型制作：根据PCB设计文件，制作开关电源的实际样品。 7. 调试和测试：对制作好的开关电源进行调试和测试，验证其性能和稳定性。 8. 优化和改进：根据测试结果，对设计进行优化和改进，提高电路的性能和可 靠性。 四、常见问题与解决方法 在开关电源硬件设计过程中，常会遇到一些问题，下面介绍几个常见问题及其 解决方法： 1. 电磁干扰：开关电源的高频脉冲信号可能会对周围的电子设备产生电磁干扰。可以通过合理的电路布局和滤波电路来降低电磁干扰。 2. 温升问题：开关电源在工作过程中会产生一定的热量，如果散热不良，可能 导致温升过高，影响电路的稳定性和寿命。可以通过散热设计和选择合适的散 热材料来解决。 3. 过载保护：开关电源需要具备过载保护功能，以保护电子设备和电路。可以 通过过载保护芯片或电路来实现过载保护功能。 结论：
开关电源原理与设计整流输出推挽式变压器开关电源1开关电源原理与设计整流输出推挽式变压器开关电源1 一、开关电源原理与设计 开关电源是一种通过开关器件（如晶体管、MOSFET、IGBT等）对直 流电压进行开关切换的电源。其工作原理是通过将交流电源转换为高频脉 冲信号，再经过整流和滤波电路获得所需的直流输出电压。相比传统的线 性电源，开关电源具有体积小、效率高和稳定性好等优点，因而得到了广 泛应用。 开关电源主要由输入电路、开关控制电路和输出电路三部分组成。输 入电路主要用于将交流电源转换为直流电源，开关控制电路用于控制开关 器件的开关状态，输出电路则用于将开关器件输出的高频脉冲信号转换为 所需的直流输出电压。 二、推挽式变压器开关电源 推挽式变压器开关电源是一种常用的开关电源结构，其主要特点是采 用推挽式变压器来实现输入电流的隔离和输出电压的变换。 1.输入电路 推挽式变压器开关电源的输入电路一般包括输入滤波电路、整流电路 和功率因数校正电路。 （1）输入滤波电路：输入滤波电路主要用于对输入电压进行滤波， 以消除输入电压的高频噪声和干扰，提供稳定的直流电压给整流电路使用。
（2）整流电路：整流电路一般采用全波整流或桥式整流电路来将交流电源转换为直流电源。全波整流电路通过二极管桥将输入交流电压转换为脉冲电压，而桥式整流电路则可以实现更高的整流效率。 （3）功率因数校正电路：功率因数校正电路主要用于改善开关电源的功率因数，以降低对电网的污染。常用的功率因数校正技术有桥式整流功率因数校正和直流并联功率因数校正。 2.开关控制电路 开关控制电路主要用于控制开关器件的开关状态，以实现开关电源的输出调节和保护功能。 （1）PWM控制技术：PWM控制技术通过调节开关器件的导通时间和截止时间来实现对输出电压的调节，以达到恒定输出电压的目的。常用的PWM控制技术有固定频率PWM控制和可变频率PWM控制。 （2）反馈控制技术：反馈控制技术通过将输出电压与参考电压进行比较，产生误差信号并经过PID控制后调节PWM信号的占空比，以实现对输出电压的精确调节。 3.输出电路 输出电路主要用于将开关器件输出的高频脉冲信号转换为所需的直流输出电压。输出电路一般由变压器、整流电路和滤波电路组成，其中变压器起到隔离输入端和输出端的作用，通过变换变比来实现电压的降压或升压。 推挽式变压器开关电源具有结构简单、效率高和可靠性好等优点，广泛应用于各种领域，如电子设备、通信设备和汽车电子等。
开关稳压电源设计 开关稳压电源是一种基于开关电源原理设计的电源装置，可以通过转换电源的输入电压来稳定输出电压。其具有体积小、效率高、输出稳定等特点，被广泛应用于电子设备中。在本文中，将会详细介绍开关稳压电源的设计原理和步骤。 一、设计原理 1.开关管：开关稳压电源采用的是开关电源原理，其中的关键元件就是开关管。常见的开关管有功率场效应管（如MOSFET）和双极性晶体管（如BJT）等。通过控制开关管导通和截止的状态，可以实现输入电源与输出电源之间的电压转换。 2.变压器：变压器是开关稳压电源中的核心组件之一，用于将输入电压转换为输出电压。其中的主变压器可以通过变换绕组的比例来实现输入输出电压的变换，而辅助变压器则用于提供偶极电源。 3.滤波电容：滤波电容用于滤去开关管通过时产生的纹波，使输出电压更加平滑稳定。 4.电感：电感是用于限制开关管电流上升和下降速度的元件，可以减小开关管的电压压降和电流压降。 二、设计步骤 根据开关稳压电源的设计原理，下面是一些设计开关稳压电源的基本步骤： 1.确定输出电压：根据所需的输出电压，确定变压器的变比以及滤波电容的容值。一般而言，输出电压为12V、5V和3.3V较为常见。
2.选择开关管和开关频率：根据输出电压和负载电流的要求，选择合适的开关管。同时，选择合适的开关频率，以避免输出电压的纹波过大。 3.计算变压器参数：根据输入和输出电压的变压比，计算变压器的绕组比例以及辅助变压器的参数。 4.计算滤波电容和电感参数：根据开关频率和输出电压的要求，计算合适的滤波电容和电感参数。 5.进行电路设计：根据所选择的元器件和参数，进行电路设计。电路设计包括开关管驱动电路、变压器设计、滤波电路设计等。 6.进行实际搭建和调试：根据电路设计图，进行电路的实际搭建和调试。在搭建电路过程中，应注意元器件的选取、焊接质量和电路的布局等方面。 7.进行性能测试：搭建完电路后，进行性能测试，包括输出电压的稳定性、效率和纹波等方面。 三、总结 开关稳压电源作为一种常用的电源装置，具有体积小、效率高和输出稳定等特点，被广泛应用于电子设备中。根据设计原理和步骤，可以有效地设计和搭建出稳定输出电压的开关稳压电源。然而，在实际设计和搭建中，还需注意元器件的选取、电路的布局和性能的测试等方面，以确保电源的稳定性和安全性。
开关电源设计报告 一、设计背景 开关电源是一种高效率、小体积和重量轻的电源。因此，在现代电子 设备中被广泛使用。开关电源以开关方式来传递能量，通过周期性开关的 方式将直流电源转换为高频脉冲电流，然后经过二次整流滤波得到所需的 直流电压。 二、设计目标 本设计旨在设计出一种高效率、稳定性好、噪声低的开关电源，满足 现代电子设备对电源的需求。 三、设计原理 开关电源设计主要包括输入滤波、整流、滤波、功率转换等模块。其中，输入滤波模块主要是为了滤除输入电流中的高频噪声，保证电源的输 入电流纯净；整流模块主要是通过整流器将输入电压转换为脉冲电流；滤 波模块则是为了过滤掉脉冲电流带来的高频噪声；功率转换模块是通过开 关管和能量存储元件来实现电能的传递和转换。 四、设计步骤 1.确定需求：根据电子设备的工作电压和电流要求，确定所需的输出 电压和电流。 2.选择元器件：选择合适的变压器、电容、电感以及其他电子元器件，根据设计需求确定元件参数。 3. 确定拓扑结构：根据设计要求选择合适的拓扑结构，如Boost、Buck、Buck-Boost等，并进行相应的计算和仿真验证。
4.进行电路设计：根据所选拓扑结构，设计输入滤波电路、整流电路、滤波电路和功率转换电路。根据设计要求确定元器件的电压、电流和功率 等参数。 5.进行仿真验证：通过软件仿真工具，验证设计电路的性能和稳定性，分析电路设计中的问题和不足。 6.PCB设计：根据电路设计结果进行PCB布局设计和线路连接设计。 7.组装和调试：将设计好的电路进行组装，并进行电气性能的实际测 试和调试。 8.优化改进：根据实际测试结果进行电路的优化改进，以提高电路的 性能和稳定性。 9.总结报告：总结开关电源设计的过程和结果，分析优缺点，并提出 进一步改进的建议。 五、设计结果 通过以上步骤，完成了一种满足设计要求的开关电源设计。该电源具 有高效率、稳定性好、噪声低等特点，能够满足电子设备对电源的要求。六、设计总结 本设计通过选择合适的拓扑结构和元器件，经过仿真验证和实际调试，成功设计了一款高效率、稳定性好、噪声低的开关电源。设计过程中充分 考虑了电源的输出稳定性、效率和噪声等因素，保证了电源的质量和性能。 七、改进建议
开关电源的原理与应用设计 1. 引言 开关电源是一种能够将电能进行高效率转换的电源供给设备，具有体积小、重 量轻、效率高等优点。本文将介绍开关电源的工作原理以及其在实际应用中的设计考虑。 2. 开关电源的工作原理 开关电源的工作原理是利用开关管（或开关管及二极管）进行开关操作，将输 入电源的直流电压先转换为高频交流电压，再经过变压器进行降压和整流，最后通过滤波电路得到稳定的直流输出电压。 开关电源的工作流程如下： - 输入直流电压的整流：输入直流电压首先经过整 流电路，将交流电压转换为直流电压。 - 高频开关操作：经过整流的直流电压接入 一个开关电路，通过开关操作使输入电压变为高频交流电压。 - 变压器变压降压： 高频交流电压经过变压器降压变成所需的输出电压。 - 整流和滤波：经过变压器降 压的交流电压再次进行整流和滤波，得到稳定的直流输出电压。 3. 开关电源的应用设计考虑 在设计开关电源时，需考虑以下几个方面： - 输入电压范围：确定输入电压的 范围，以满足实际应用的需求。一般为宽范围输入或窄范围输入。 - 输出电压和电流：根据实际需求确定输出的电压和电流。 - 效率要求：考虑整个开关电源系统的 效率，以提高能源利用率。 - 稳定性要求：确保输出电压的稳定性，以满足实际应 用的需求。 - 保护功能：设计过载保护、短路保护等功能，以保证开关电源的安全 和可靠性。 - EMC设计：考虑电磁兼容性问题，以减少电磁干扰和提高抗干扰能力。 - 散热设计：保证开关电源能够正常工作并降低温度。 - 成本和体积：综合考 虑成本和体积，以满足实际应用的要求。 4. 开关电源的应用领域 开关电源在各个领域都有广泛的应用，主要包括以下几方面： - 电子设备：如 计算机、通信设备、医疗设备等。 - 工业控制：如工控机、PLC等工业自动化设备。- 航空航天：如飞机、卫星等航空航天设备。 - 新能源：如太阳能、风能等新能源 设备。 - 交通运输：如电动汽车、电动自行车等。 5. 总结 开关电源是一种高效率、轻量化的电源供给设备，通过高频开关操作将输入的 直流电压转换为稳定的输出直流电压。在设计开关电源时需要考虑输入电压范围、
开关电源工作原理 开关电源是一种将交流电转换为直流电的设备，广泛应用于各种电子设备。它的工作原理主要包括以下几个方面： 一、输入变压器 开关电源的输入端通常接入电网的交流电源，为了使电源适应不同的输入电压，通常会使用输入变压器来进行电压的降低或提升。输入变压器也能起到隔离电源与负载的作用，保证使用者的安全。 二、整流器 整流器是开关电源中的一个重要组成部分，它将输入的交流电转换为直流电。常用的整流器有两种类型：单相桥式整流器和三相桥式整流器。桥式整流器通过将交流电通过二极管桥进行整流，使得电流在一个方向上流动，从而实现将交流电转换为直流电。 三、滤波器 经过整流器转换后的直流电中可能仍然会存在一定的纹波电压，为了去除这些纹波，需要使用滤波器进行滤波。滤波器通常由电容和电感组成，电容起到平滑电流的作用，电感起到滤除高频噪声的作用，从而得到稳定的直流电。 四、功率转换器 功率转换器是开关电源中的核心部分，它通过开关管（MOSFET或IGBT）的开关动作，将滤波后的直流电转化为高频脉冲信号。这种高
频脉冲信号通过变压器的变换作用，进一步降低或提升电压。功率转换器的工作频率通常在几十千赫兹到几百千赫兹之间，这高频脉冲信号通过高频变压器的变压作用，经过整流、滤波后得到所需的直流电输出。 五、反馈控制 为了保持输出电压的稳定性，开关电源通常采用反馈控制的方式对输出进行调节。常见的反馈控制方式有两种：电压反馈和电流反馈。在电压反馈中，将输出电压与参考电压进行比较，并根据比较结果调整开关管的开关频率和占空比，以保持输出电压稳定在设定的值。在电流反馈中，通过对输出电流进行采样，与设定的电流进行比较，并控制开关管的开关频率和占空比，以保持输出电流稳定。 六、保护电路 为了确保开关电源的安全可靠工作，通常会在电源的输入端和输出端添加一些保护电路。常见的保护电路包括过压保护、过流保护、短路保护和过载保护。这些保护电路能够在异常情况下及时切断电源，避免对电子设备和使用者造成损坏或危险。 总结起来，开关电源以其高效、稳定的特点在电子设备中得到广泛应用。它通过输入变压器、整流器、滤波器、功率转换器、反馈控制和保护电路等主要组成部分的协同工作，将交流电转换为稳定的直流电，为各种电子设备提供所需的电能。开关电源的工作原理的深入理解对于电子工程师和电子设备的开发非常重要，只有掌握了其工作原理，才能更好地应用和设计开关电源。
开关电源原理 一、概述 开关电源是一种高效率的电源，它通过将交流电转换成高频脉冲信号，再经过变压、整流、滤波等环节，最终得到所需的直流电。相较于传 统的线性稳压电源，开关电源更为节能、稳定和可靠。 二、基本原理 1. 开关管控制器 开关管控制器是开关电源的核心部件，它通过控制开关管的通断来实 现输出电压和电流的调节。常见的开关管有MOSFET和IGBT两种。 2. 变压器 变压器是将输入交流电转换成所需输出直流电时必不可少的部件。它 主要由铁芯和绕组两部分构成，其中铁芯承担着磁通传递作用，而绕 组则负责变换输入输出电压。 3. 整流器 整流器主要负责将变压器输出的交流信号转化成直流信号。常见的整 流方式有单相桥式整流和三相桥式整流两种。 4. 滤波器
滤波器主要用于去除整流后直流信号中残留的交流成分。常见的滤波方式有LC滤波、RC滤波和LCL滤波。 三、工作原理 1. 开关管控制器的工作原理 开关管控制器通过控制开关管的通断来实现输出电压和电流的调节。具体来说，当开关管通电时，输入电源会通过变压器传递到输出端，此时输出端会有一个正向电压；而当开关管断电时，则会有一个反向电压。因此，通过不断地改变开关管的通断状态，就可以得到所需的输出电压和电流。 2. 变压器的工作原理 变压器主要由铁芯和绕组两部分构成。当输入交流信号经过铁芯时，由于铁芯中存在磁场，因此会在绕组中产生感应电动势。同时，在绕组中也存在着一定的阻抗，因此输入信号也会受到一定程度的衰减。最终，在输出端得到了所需的直流信号。 3. 整流器的工作原理 整流器主要负责将变压器输出的交流信号转化成直流信号。常见的整流方式有单相桥式整流和三相桥式整流两种。其中单相桥式整流主要由四个二极管构成，它们将输入交流信号分别转化成正半周和负半周的直流信号；而三相桥式整流则由六个二极管构成，它们可以将三相交流信号转化成直流信号。
经典开关电源设计原理及设计全程 摘要：开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。 关键字：开关电源,电力电子技术,PWM,控制IC,MOSFET 一、概论 开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC 和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间 电源有如人体的心脏，是所有电设备的动力。但电源却不像心脏那样形式单一。因为，标志电源特性的参数有功率、电源、频率、噪声及带载时参数的变化等等;在同一参数要求下，又有体积、重量、形态、效率、可靠性等指标，人可按此去"塑造"和完美电源，因此电源的形式是极多的。 随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC 和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广泛的发展空间。 一般电力要经过转换才能符合使用的需要。转换的例子有：交流转换成直
ti 开关电源的原理和设计手册开关电源是一种将电源线路与电器负载间的能量传递方式，通过快速开关电源管，将直流电源转换为特定频率、占空比可调的方波电压输出，然后变压、整流、滤波等处理使得输出电压满足电器负载的要求的电源。开关电源由开关管和控制电路组成，其工作原理是通过不断开关和控制开关管的导通和断开，来改变输入电源的特定参数并传递给负载。 开关电源的主要工作原理如下： 1.输入交流电源通过整流变成直流电压，然后输入到开关电源的输入滤波电路中。输入滤波电路主要通过滤波电容和电感，将输入电压的纹波和高频噪声滤除，然后输出给开关电源的开关管。 2.开关管是开关电源的核心组件，主要是通过控制开关管的导通和断开，来改变电源的输出电压和电流。 3.控制电路是控制开关管工作的关键部分，主要由控制芯片、反馈电路和比较器等组成。控制芯片能够通过反馈电路实时监测输出电
流和电压，然后通过比较器将检测到的信号与设定值进行比较，控制开关管导通和断开的时间和占空比，以实现稳定的输出电压和电流。 4.输出变压器主要是通过电感耦合的方式改变电压，根据负载的需要将高压转换为所需的低压输出。 5.输出滤波电路主要是通过滤波电容和电感等元件，将输出电压的纹波滤除，使输出电压更加稳定。 开关电源的设计手册需要从以下几个方面进行考虑： 1.输出电压和电流的要求：根据实际应用需求确定所需的输出电压和电流范围，并根据负载的参数选择合适的开关管和控制电路。 2.输入电源的特性：根据输入电源的电压和频率范围，选择合适的输入滤波电路和变压器。 3.效率和稳定性：通过合适的设计和电路调节，提高开关电源的转换效率，减少能量的损耗。同时，保证输出电压和电流的稳定性，避免产生过压、过流等问题。
开关电源指的是利用开关管进行开关控制的电源，相较于传统的线性 电源，开关电源具有体积小、效率高、可靠性强等优点，因此得到了 广泛的应用。开关电源的原理和设计手册是开发和应用工程师们必备 的基础知识，本文将围绕开关电源的原理和设计手册展开详细的介绍。 一、开关电源的工作原理 1. 开关电源的基本结构 开关电源一般由整流器、滤波器、开关管、变压器、控制电路、稳压 电路等部分组成。其中开关管作为关键部件，通过不断地打开和关闭 来控制电压的变化，从而实现电源的输出。 2. 开关电源的工作原理 开关电源的工作原理是通过开关管控制输入电压的断断续续，将高压 直流电转换成低压直流电，再通过稳压电路保证输出电压的稳定性。 在开关管导通时，电压源充电，并将能量储存在电感中；在开关管关 断时，电感释放能量，输出电压使负载得到供电。 二、开关电源的设计手册 1. 开关电源设计的基本流程 （1）确定设计需求和规格要求 在设计开关电源之前，需要明确所需的电压、电流、功率等参数，以 及工作环境、安全标准等规格要求。
（2）选择合适的开关元件和辅助元件 根据设计需求，选择合适的开关管、变压器、电感、电容等元件，保证电源的性能和可靠性。 （3）设计控制电路和稳压电路 通过合理的控制电路和稳压电路设计，实现对输入电压的精确控制和输出电压的稳定性。 （4）进行系统仿真和调试 利用仿真软件对设计的开关电源进行系统仿真，验证电源的性能和稳定性，并在实际电路中进行调试和优化。 2. 开关电源的设计要点 （1）电源的高效率 高效率是开关电源设计的重要目标，可通过合理选择元件和优化电路结构来提高电源的效率。 （2）电源的稳定性 稳定的输出电压是电源设计的关键，需要通过稳压电路和反馈控制来保证电源输出的稳定性。 （3）电源的过流、过压、过温保护 为了保护电源和负载安全，需要在设计中考虑过流、过压、过温保护