第二章 开关电源原理
2.1 开关电源的基本原理
开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管的开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，简单结构如图2-1所示。
图2-1 开关电源基本电路
开关晶体管VT 串联在输入电压VI 和输出电压V o 之间，当晶体管VT 的基极输入开关脉冲信号时，VT 则被周期性地开关，即轮流交替处于饱和导通与截止。假定VT 为理想开关，则VT 饱和导通时基极。发射极之间的压降近似为零，输入电压Vi 经VT 加至输出端；反之，在VT 截止期间，输出为零。VT 经周期性开关后在输出端得到脉冲电压，且经滤波电路可得到其平均直流电压，输出电压如2-1式所示：
D V T T V V i on i o ?=?= （2-1）
on T 为开关导通时间，T 为开关周期，D 为占空比。由此可见，开关稳压电源可以通过改变开关脉冲占空比，即开关导通时间on T 来控制输出直流电压值[7]。
2.2 开关电源的工作流程
开关电源通常由六大部分组成，如图2-2所示。
第一部分是输入电路，它包含有低通滤波和一次整流环节。
220V 交流电经低通滤波和桥式整流后得到未稳压的直流电压Vi ，此电压送至第二部分进行功率因数校正，其目的是提高功率因数，它的形式是保持输入电流与输入电压同相。第三部分是功率转换，它是由电子开关和高频变压器来完成的，是把高功率因数的直流电压变换成符合设计要求的高频方波脉冲电压。第四部分是输出电路，用于将高频方波脉冲电压经整流滤波后变成直流电压输出。第五部分是控制电路，输出电压经过分压、采样后与电路的基准电
压进行比较、放大。第六部分是频率振荡发生器，它产生一种高频波段信号，该信号与控制信号叠加进行脉宽调制，达到脉冲宽度可调。有了高频振荡才有电源变换，所以说开关电源的实质是电源变换[8]。
图2-2 开关电源工作原理框图
2.3 开关电源的调制方式
开关电源电路的调制方式主要有：PWM、PFM、PSM三种调制方式。脉冲宽度调制（PWM）方式[9]，其开关频率恒定，通过调整导通脉冲的宽度来改变占空比，从而实现对输出能量的控制，称之为“定频调宽”；脉冲频率调制（PFM）方式[10]，其脉冲宽度恒定，通过调节开关频率改变占空比，从而实现对输出能量的控制，称之为“定宽调频”；脉冲跨周期调制（PSM）方式[11]，脉冲宽度恒定，选择性的跳过某些工作周期的方式调节输出能量的大小。
2.3.1 PWM调制
PWM调制方式是开关电源中最常采用的控制方式，通过负载端反馈信号与内部产生的锯齿波进行比较，输出一路恒频变宽的方波信号对开关管进行控制，根据负载状况实时调节开关管的导通时间，从而稳定输出电压。其工作波形如图2-3所示。
图2-3 PWM的工作原理图
目前PWM控制方式是开关电源中使用最普遍的，具有以下优点：在负载较重的情况下效率很高，电压调整率好，线性度高，输出纹波小，适用于电流或者电压控制模式。存在以下缺点：输入电压调制能力弱，频率特性较差，轻负载下效率下降。
2.3.2 PFM调制
PFM是开关电源中经常使用的调制方式。通过负载端反馈信号与基准信号进行比较，输出误差信号对工作频率进行调节，然后输出一路恒宽变频的方波信号对开关管进行控制，根据负载状况实时调节开关管的导通时间，从而稳定输出电压。其工作波形如图2-4所示。
目前PFM控制方式在开关电源中使用已经比较普遍，这种控制方式具有以下优点：在负载较轻时效率很高，工作频率高，频率特性好，电压调整率高，适用于电流或者电
压控制模式。存在以下缺点：负载调整范围窄，滤波成本高。
图2-4 PFM的工作原理
2.3.3 PSM调制
PSM（Pulse Skipping Mode）调制方式是开关电源中一种新的控制方式，称为脉冲跨周调制。将负载端反馈信号转换为数字电平，在时钟上升沿检测该反馈信号电平决定是否在该时钟周期内工作，调节开关管的导通时间，从而稳定输出电压。其工作波形图如图2-5所示。
图2-5 PSM 的工作原理
目前PSM控制方式已经用于开关电源，具有以下优点：在负载较轻时率很高，工作频率高，频率特性好，功率管开关次数少，适用于小功率电源管理IC。存在如下缺点：
输出纹波大，输入电压调整能力弱。
2.4 开关电源控制方式
我们通常使用的开关电源都是基于PWM的调制方式，所以我们着重分析PWM方式下的控制技术。PWM控制技术主要分为两种：一种是电压模式PWM控制技术，另一种是电流模式PWM控制技术[12]。
2.4.1电压模式PWM控制器
开关电源最初采用的是电压模式PWM技术，基本工作原理如图2-6所示。输出电压V o与基准电压相比较后得到误差信号VE。此误差电压与锯齿波发生器产生的锯齿波信号进行比较，由PWM比较器输出占空比变化的矩形波驱动信号，这就是电压模式PWM控制技术的工作原理。由于此系统是单环控制系统，其最大的缺点是没有电流反馈信号。由于开关电源的电流都要流经电感，因此相应的电压信号会有一定的延迟。然而对于稳压电源来说，需要不断地调节输入电流，以适应输入电压的变化和负载的需求，从而达到稳定输出电压的目的。因此，仅采用采样输出电压的方法是不够的，其稳压响应速度慢，甚至在大信号变化时，会因为产生振荡而造成功率开关管的损坏等故障发生，这是电压模式PWM控制技术的最大不足之处。
图2-6电压模式PWM控制技术原理
2.4.2电流模式PWM控制器
电流模式PWM控制技术是针对电压模式PWM控制技术的缺点而发展起来的。所谓电流模式PWM控制，就是在PWM比较器的输入端直接用输出电感电流检测信号与
误差放大器的输出信号进行比较，实现对输出脉冲占空比的控制，使输出电感的峰值电流跟随误差电压变化。这种控制方式可以有效地改善开关电源的电压调整率和电流调整率，也可以改善整个系统的瞬态响应。电流模式PWM控制技术的工作原理如图2-7所示[9]。
电流型PWM控制技术主要分为峰值电流控制技术和平均电流控制技术，这两种控制技术检测并反馈的是一个导通周期内电流变化的峰值和平均值。
峰值电流控制技术：峰值电流模式控制是直接控制峰值输出侧电感电流的大小，然后间接地控制PWM的脉冲宽度。因为峰值电感电流容易检测，而且在逻辑上与平均电感电流大小变化一致。但是，峰值电感电流的大小不能与平均电感电流的大小一一对应，因为在占空比不同的情况下，相同的峰值电感电流可以对应不同的平均电感电流，而平均电感电流的大小才是唯一决定输出电压大小的因素。当系统PWM占空比D>50％时，固定频率峰值电流模式控制方式存在着固有的开环不稳定现象，需要引入适当的斜坡补偿，去除不同占空比对平均电感电流大小的扰动，使得所控的峰值电感电流最后收敛于平均电感电流。当外加斜坡补偿信号的斜率增加到一定程度时，峰值电流模式控制就会转化为电压模式控制。因为若将斜坡补偿信号完全用振荡电路中的三角波代替，就成为电压模式控制，只不过此时的电流信号可以认为是一种电流前馈信号。峰值电流模式控制是双闭环控制系统(外环为电压环，内环为电流环)，电流内环是瞬时快速按照逐个脉冲工作的。在该双环控制中，电流内环只负责输出电感的动态变化，因而电压外环仅需控制输出电压，不必控制储能电路。因此，峰值电流模式控制具有比电压模式控制大得多的带宽。
图2-7电流模式PWM控制技术的工作原理
平均电流控制技术：平均电流控制需要检测电感电流，电感电流检测信号与给定的VE。进行比较后，经过电流调节器生成控制信号VC，VC再与锯齿波调制信号进行比较，产生出PWM脉冲。电流调节器一般采用PI型补偿网络，并可以滤除采样信号中的高频分量。两种电流控制技术的比较：峰值电流型控制技术的特点是方便、快速，但是需要稳定性补偿；平均电流型控制技术的特点是稳定可靠，但是响应速度较慢，而且控制起来也比较复杂。因此，在实际应用中，峰值电流控制模式比平均电流控制模式应用更为普遍[13]。
2.5 开关电源工作模式
以本设计所用的反激式变换器为例。所谓反激式是指变压器的初级极性与次级极性相反，如图2-8所示。它是由开关管VT、整流二极管D1、滤波电容C和隔离变压器构成的。如果变压器的初级上端为正，则次级上端为负，开关管VT按照PWM方式工作。反激式变换器效率高，线路简单，能提供多路输出，所以得到了广泛应用。
图2-8 反激式变换器基本电路
反激式PWM变换器有电流连续和电流断续两种工作方式。对初级绕组W1流经开I而言，它的电流是不可能连续的，因为开关管VT断开后，其电流必然为关管的电流
P
零，但此时在次级绕组W2中必然引起电流，故对反激式变换器来说，电流连续是指变换器两个绕组的合成安匝在一个开关周期中不为零，而电流断续是指合成安匝在开关管VT关断期间有一段时间为零。当电流连续时，反激式变换器有两种开关模式，如图2-9
中(a)(b)所示；而当电流断续时，反激式变换器有三种开关模式，如图2-9中(a)(b)(c)所示。
图2-9 不同开关模式下的等效电路
2.5.1 电流连续时反激式变换器的工作原理
如图2-9(a)，在t=0瞬间，开关管VT 导通，电源电压i V 加在变压器初级绕组1W 上，此时，在级次绕组2W 中的感应电压i V W W V ?-=1
22，使二极管1D 截止，负载电流由滤波电容C 提供。此时，变压器的次级绕组开路，只有初级绕组工作，相当于一个电感，其电感量为1L ，一次初级电流P I 从最小值min P I 开始线性增加，其增加率为：
1L V dt dI i p
= （2-2）
在on T t =时，电流P I 达到最大值max P I 。
DT L V I I i P P ?+=1max max (2-3)
在此过程中，变压器的铁芯被磁化，其磁通Φ也线性增加。磁通Φ的增量为：
DT W V i ?=?+1)(φ (2-4)
如图2-9(b)，在on T t =时，开关管VT 关断，初级绕组开路，次级绕组的感应电动势反向，使二极管1D 导通。储存在变压器磁场中的能量通过二极管1D 释放，一方面给电容C 充电，另一方面也向负载供电。此时，只有变压器的次级绕组工作，相当于一个电感，其电感量为2L 。次级绕组上电压为o V ，次级电流S I 从最大值min S I 线性下降，其下降速度为：
2
L V dt dI o S = (2-5)
在t=T 时，电流S I 达到最小值min S I 。 T D L V I I o S S )1(2max min -?+= (2-6)
在此过程中，变压器铁芯去磁，其磁通Φ也线性减小。磁通Φ的减小量为：
T D W V o )1(2)(-?=?-φ (2-7)
2.5.2 电流连续时反激式变换器的基本关系
在稳压工作时，开关管导通铁芯磁通的增加量)(+?φ必然等于开关管VT 关断时的减少量)(-?φ，即)()(-+?=?φφ，则由式(2-4)和式(2-7)可得：
D
D K D D W W V V i o -?=-?=1111212 (2-8) 式中，2
112W W K =是变压器初、次级绕组的匝数比。 当112=K 时，则有：
D D V V i o -=1 (2-9)
开关管VT 关断时所承受的电压为Vi 和初级绕组W1中感应电动势之和，即：
D V V W W V VT i o i -=?+=121 (2-10)
在电源电压i V 一定时，开关管VT 的电压和占空比D 有关，故必须限制最大占空比max D 的值。
二极管1D 的电压等于输出电压V 。与输入电压i V 折算到次级的电压之和，即：
121K V V V i o D += (2-11)
负载电流Io 就是流过二极管Dl 的电流平均值，即：
)1()(21min max D I I I S S o -?+= (2-12)
根据变压器的工作原理，下面的两个表达式成立：
min 2min 1S P I W I W ?=?
(2-13) max 2max 1S P I W I W ?=?
(2-14)
由式(2-3)和式(2-12)～(2-14)可得： D Lf V I D W W I i o P ?+?-?=21112max
(2-15) D Lf
V W W I D W W I I i o P S ??+?-=?=2112121max max (2-16) max P I 和max S I 分别是流过开关管VT 和二极管1D 的最大电流值。
2.5.3 电流断续时反激式变换器的工作原理和基本关系
如果在临界电流连续时工作，式(2-9)仍然成立。此时，初级绕组的电流最大值为max P I ，则D f
L V W W I i S ???=121max ，则负载电流为： )1(21max D I I S o -= (2-17)
故有临界连续负载电流：
D D W W f L V I I i o oG ?-???=
=)1(2211 (2-18)
在D=0.5时，oG I 达到最大值：
f L V W W I i oG ??=
121max 8 (2-19)
于是式(2-18)可以写成： D D I I oG oG ?-=)1(4max
(2-20)
式(2-20)就是电感电流临界连续的边界。 在电感电流断续时i
o V V 不仅与占空比D 有关，而且还与负载电流o I 的大小有关。假设T D ??为S I 续流相对时间，由一个开关周期内铁芯磁通增加量和减少量相等可得T D W V D W V o i ???=?21，故D V V W W D o i ??=?12。又T D L V I o S ???=1max ，T D L V I o o ???=1
，则有： o i o I f L D V V ???=12
22 (2-21)
式(2-21)表明：电流断续时，输出电压不仅与占空比D 有关，而且还与负载电流o I 的大小有关，当占空比D 一定时，减小负载电流o I 就可以使输出电压o V 升高。
电流断续模式情况下，储存在原边电感中的能量取决于峰值电流的大小：
2222max 1221f L D V I L E i P ?== (2-22)
能量每个周期传递一次，
f L D V T E P i ?==122
2 (2-23)
这个方程告诉我们，一旦输入电压固定，如果要增加输出功率。那么只能T 通过降低开关频率或者减少电感来实现。而如果开关频率也已经选定，那么只有通过减少电感才能增加功率。但是实际的电感都有一个最小值，断续模式工作的反激式变换器有最大输出功率的限制，一般低于50W [14]。
2.6 本章小结
本章主要介绍了开关电源的基本工作原理，以及开关电源的工作流程。还介绍了开关电源的调制方式，目前PWM 控制方式是开关电源中使用最普遍的，具有以下优点：在负载较重的情况下效率很高，电压调整率好，线性度高，输出纹波小，适用于电流或
者电压控制模式。所以本设计将采用PWM调制方式。
PWM控制技术主要分为两种：一种是电压模式PWM控制技术，另一种是电流模式PWM控制技术。由于电流控制方式对输入电压反应迅速，所以本设计将采用电流控制方式。
本章还介绍了开关电源的工作模式，由于不连续模式反馈环路稳定，且本设计的功率较小，所以采用不连续模式。
第三章 开关电源中使用的控制器件
3.1 高频变压器
使用变压器首先是隔离开输入和输出，使电源的使用符合安全规范的须要。变压器次级绕组匝数的不同，也可以同时提供不同的电压。现在为了减少变压器的体积，一个主要的方法就是提高电源的工作频率，和使用磁集成器件[15]。
3.1.1 磁化曲线和磁滞回线
图3-1 变压器磁芯的磁化曲线和磁滞回线
如图3-1，作为正激和桥式变换器，大都工作在区域1和2。这两个区的特点是：外磁场很小，并且磁化过程是可逆的。对1区有H B ?=1μ。1μ为起始磁导率。显然是线性的。对输出功率不大、频率不高的电源变压器，可以极为精确的计算工作时的B 值。在2区有21bH H B +?=μ。其中b 为瑞利常数。这个区域己经不是线性的了。但磁化过程仍然可逆。通常针对这两个区，在工程应用上我们仍然取近似公式：H B ?=1μ。由于可逆，故正激变换器几乎没有磁滞(实际上由于工艺等原因，仍然存在不可逆磁化，只不过比较小)。对于输入输出相同的电源，若分别采用正激和反激拓扑，只要工作频率相同，正激变压器的效率一定高于反激变压器。
对于反激变压器而言，其工作区域是1，2，3区。其中3区属于不可逆磁化区。这个区域是磁滞的主要形成区，故反激变压器定有磁滞损耗的成分。它是工作在中等磁场范围内，此时即使磁场的变化范围很小，B 的变化也十分显著，其磁导率迅速增大并达到最大值，这个区也是最大磁导率区。显然1，2，3各区的磁导率并不相等。但在变压器的参数计算时，我们采用公式H B e ?=μ。其中e μ为有效磁导率，使将1，2，3中的B ——H 曲线等效为一根直线得出的B 和H 的比值。需要说明的是这个式子适应于以
DCM 方式工作的反激变换器。以CCM 方式工作的反激变换器，精确的计算须使用增量
磁导率。正激变换器中的储能电感的计算同样要考虑DCM 方式使用e μ，
CCM 方式使用增量磁导率。
对于最大磁滞回线。磁化过程不能按原路返回，则必然有能量的消耗，磁化一周消耗的功率就等于磁化曲线包围的面积。为降低功耗，我们在选择磁芯时，总是希望磁滞回线越瘦越好。这样才更近似于一条过坐标零点的直线。当用公式H B ?=1μ时，才更接近实际情况。由于H B ?=1μ是个近似的公式，而磁芯的max B 又是随温度的上升而降低，因而在设计变压器时△B 值一定要留有余量。(DCM 方式通常不应超过其标称max B 值的2/3，注意这个值对应产品可能工作的最高温度)，如果该值余量不大，电源过流保护的流限延迟，也必须考虑。通常情况，一个设计正确的电源，满负载情况下，在全电压输入范围内开环工作，变压器的磁芯是不会饱和的。
对于变压器而言，如果所有的次级绕组都不相连，则初级绕组就相当于一个电感，流过初级绕组的所有电流，都是磁化电流。在直流状态，变压器相当于短路元件，不能传递能量，当磁化电流很大时，变压器将饱和，此时，传递能量的效率急剧下降.在实际的工程测量中，测量某个绕组的漏感，一般把其他绕组全部短路进行测量。
次级绕组开路时的初级电流即为励磁电流。相应次级开路时的初级电感则可近似认为是励磁电感。对于一个固定的变压器，励磁电流主要决定于施加在初级绕组上的电压，而励磁电感是一个真实的电感，理想变压器仅仅是一个传递能的黑盒子。
对于正激变压器和类似正激变压器工作的变换器，必须要有磁复位，励磁电感通过复位电路，实现伏秒平衡。反激电源不须要磁复位，因为，反激变换器工作的过程，本身就是一个磁复位的过程。常见的复位电路有LC 谐振复位，RC 或RCD 复位，有源钳位，单绕组复位。
3.1.2 气隙的控制 对反激变压器，本质是个电感。其全部电流都为励磁电流，由电感的储能公式：22
1LI W =知，要增大其储能，表面看来可采用两种方式：第一，增大电感量(即增加匝数)。这样变压器的体积会大大增加，还有一个问题是，由于磁芯的max B ?不变，则最大工作电流必然减小，所以采用增大电感量来增加储能是不明智的。第二，就是增加工作
电流。电流对磁芯储能的要求成平方倍增长，最终导致磁芯总储能的增加。
虽然开气隙后的磁导率小于未开气隙时的磁导率，但到达磁芯磁化饱和的磁场强度(与电流成正比)却大大增加了。有利于储存更多的能量。加气隙后磁阻的增大，必然增加漏磁，尤其是在气隙的周围.如果要减小漏感则线圈可直接绕在气隙上，但在气隙周围的线圈将处在很强的变化磁场中，会在导线中产生局部涡流，长时间后会把漆包线烧变色。对于气隙分散的铁粉心，减小漏感的最佳方式是分散的均匀的绕满整个磁芯。以下是关于变压器气隙的计算表达式。
首先根据磁路欧姆定律：
m R NI =Φ （3-1）
N 为线圈匝数，m R 为磁阻，NI 为磁位势(类似电动势)，Φ为磁通量。 由安培环路定律有：?=NI Hdl ，代入式（3-1）得：
e e m S B R NI ==
Φ (3-2) e e m HS R NI μμ0==Φ
(3-3) H B e e μμ0=
(3-4) e e m
e S R L μμ0= (3-5) 可得磁阻的表达式：
e e e
m S L R μμ0= (3-6)
由开气隙的磁路知，总磁阻等于材料磁阻与气隙磁阻的和，即：总磁阻=材料的磁阻+气隙的磁阻。由于材料的磁导率远大于气隙的磁导率。所以材料的磁阻远小于气隙的磁阻，故而忽略材料的磁阻。
e g m S L R 0μ≈
(3-7)
由电感的储能公式：
e P NIBS I L 21212= (3-8)
由安培环路定律：
e e B L NI μμ0= (3-9)
导出g L ：
e p g S B I L L 22
0μ= (3-10)
0μ真空磁导率
I 为初级峰值电流
B 为额定工作中的磁感应强度值
e S 为e A 有效截面积
3.1.3 漏感的控制
图3-2 实际变压器中磁链的分布
图3-2为一个双绕组的变压器，p N 为初级，S N 为次级。m Φ为初级偶合到次级的磁通量，而1I Φ和2I Φ则为没有彼此偶合的磁通量，即为漏感。由于初级漏感的存在，将延迟一段时间后，再向次级传递能量。实际使用中，变压器有两种绕法：顺序绕法和夹层绕法。这两种绕法对EMI 和漏感有不同的影响。顺序绕法一般漏感为电感量的5%左右，但由于初，次级只有一个接触面，耦合电容较小，所以EMI 比较好。夹层绕法一般漏感为电感量的1%-3%左右，绕组顺序：夹层绕法一般是先初级，后次级的1/2-1/3。变压器形状：长宽比越大的变压器漏感越小。但由于初，次级只有两个接触面，耦合电
容较大，所以EMI 比较难过。一般30~40W 以下，功率不大，漏感能量还可以接受，所以用顺序绕法比较多，40W 以上，漏感的能量较大，一般只能用夹层绕法。
3.1.4 反激式电源的控制过程分析
在反激电源中，初级电流和次级电流实际是没有突变的，理论上，初级绕组的电流和次级绕组的电流经过磁偶合顺利过度，各绕组自身的电流是可以突变的，但实际是没有突变的。详细的工作过程如下：MOS 关断后，初级电流给MOS 输出电容和变压器杂散电容充电(实际杂散电容放电，为简单，统一说充电)，然后开关管的DS 端电压谐振上升，由于电流很大，谐振电路Q 值很小，所以基本上是线形上升，当DS 端电压上升到在次级的电压达到输出电压加整流管的电压后，本应该次级就导通，但由于次极漏感的影响，电压还会上升一些来克服次级漏感的影响，这样反映到初级的电压也略高于正常反射电压，在这样条件下，次级电流开始上升，初级电流开始下降，但不要忘记初级的漏感，它由于不能偶合，所以它的能量要释放，这时是漏感和MOS 输出电容，变压器杂散电容谐振，电压冲高，形成几个震荡，能量在钳位电路消耗掉，注意，漏感的电流始终是和初级电流串联的，所以漏感电流的下降过程就是次级电流的上升过程，而漏感电流的下降过程是由钳位电路电容上的电压和反射电压的差来决定的，此差越大，下降越快，转换过程越快，明显效率会提高，转换的过程是电压电流叠加的过程。用RC 做吸收时，由于稳态时C 上的电压和反射电压差别不是太大，所以转换过程慢，效率低，用TVS 做吸收时，其允许电压和反射电压差很多，所以转换快，效率高，当然RC 也比TVS 耗电，但价格便宜[16]。
当电源采用RCD 作为吸收回路时，在次级电流建立的过程中，加在电容的直流电压不是)(d o V V n ，会比这个电压高。RCD 吸收回路吸收的能量，是由两部分组成，一部分是漏感的能量，还有一部分是初级电感储能。RC 时间常数如果是开关周期的1/10到1/5，那损耗就会很大，在反激过程中，将会大量的吸收次级的能量，造成电源效率的降低。
3.1.5 吸收控制电路的设计
开关管和输出整流管的震铃是每个电源都会遇到的。过度的振铃引起的过压可能使器件损坏，引起高频EMI 问题，或者环路不稳，解决的办法通常是加一个RC 吸收电路。首先在不加吸收电路轻载下用示波器测量振铃的频率，注意用低电容的探头，因为探头
的电容会引起振铃频率的改变，使设计结果不准。其次，在测量震铃频率时尽可能在工作的最高电压下，因为振铃零的频率会随电压升高而变化，这主要是MOS 或二极管的输出电容会随电压而变化。
振铃产生的原因是等效RLC 电路的振荡，对于一个低损的电路，这种振荡可能持续几个周期.要阻尼此振荡，要先知道此振荡的一个参数，对MOS ，漏感是引起振荡的主要电感，此值可以测出，对二极管，电容是主要因素，可以由手册查出。计算其阻抗：知道L ，则)214.3(c f Z ???=；知道C ；)214.3(1c f Z ???=。先试选R=Z ，通常足可以控制振铃。但损耗可能很高，这时需要串联一个电容来减小阻尼电路的功率损耗.可如此计算C 值：)14.31R f C ??=。增加C 值损耗就增加，阻尼作用加强。减小C
值损耗就减少，阻尼作用减弱。电阻的损耗S F V C P ??=2。实际中，依此计算的值为
基础，根据实验做一些调整。
3.1.6 变压器的EMI 控制
在小功率电源变压器中，一般有两种屏蔽层，铜箔和绕组。铜箔的原理是切断了初次级间杂散电容的路径，让其都对地形成电容，其屏蔽效果非常好，但工艺，成本都上升。绕组屏蔽有两种原理都在起作用：切断电容路径和电场平衡。所以绕组的匝数，绕向和位置对EMI 的结果都有很大影响。总之有一点：屏蔽绕组感应的电压要和被屏蔽绕
组工作时的电压方向相反。屏蔽绕组的位置对电源的待机功耗有较大的影响。
EMI 屏蔽，可以接原边的地线，也可以接原边的高压端，EMI 几乎没有分别，因为有高压电容存在，上下对共模信号(一般大于1M 后以共模干扰为主)来说是等电位的。变压器的外部屏蔽可以不接，也可以接初级地线，其对EMI 的影响看绕组内部的情况，但注意安规的问题，接初级地线，磁芯就是初级，即磁芯是在一次侧，应注意与二次侧之间的安规距离.。屏蔽绕组对变压器的工作有影响屏蔽绕组为了起到很好的作用，一般紧靠初级，这样它跟初级绕组之间形成一个电容，屏蔽绕组一般接初级地线或高压端，这个电容就相当于接在MOS 的D-S 端，很明显造成很大的开通损耗。影响了待机功耗，。当然，加屏蔽也会使漏感增大。
法拉第屏蔽一般采用薄铜片，而且不可形成回路，原边屏蔽要同原边连接或者加一个隔直电容接到原边地，副边屏蔽要同副边连接，而且连接的方式，最好从铜片中点引
出，以消除电感祸合。对于安全，屏蔽要接地，屏蔽接地的额定电流值要至少比电源保险丝电流的值大，对于磁芯加气隙，而采用外部屏蔽，屏蔽的宽度是很有讲究的，原理很明显，如果安全屏蔽的保险丝电流额定值比电源保险丝小或一样大，则发生短路时可能安全屏蔽的保险丝先断，起不到安全屏蔽的作用。至于外部屏蔽，首先要满足安规的要求，在此前提下，当然宽一些会好一点，但增加了成本，只要把两半磁芯的结合面包住就好了，实际使用中常常让屏蔽铜带直接接触磁芯。
3. 2 主功率管
作为控制用的主功率管通常是采用MOSFET，其四周的元件均为其寄生元件，会严重影响MOS作为开关的性能。作为一个开关元件，主要考虑的是开和关的时间要足够短，以便使其工作于最小电阻和最大电阻之间，以减小功率消耗。实际的开关时间一般为10-100ns，而电源的开关周期为20-200us。开关时间也主要决定于其寄生电容的充放电时间。CGD，CDS均是漏级电压的函数，是非线性的。
另一个重要的寄生参数是栅极电阻，直接影响开关的开通时间，而这个参数一般的规格书都没有提供。栅极的驱动电压域值一般在规格书中提供的是25℃的值，实际上栅极的域值电压是以-7mV/℃的负温度系数在变化。
还有两个重要的寄生参量是源级电感和漏级电感，其值的大小主要依耐于MOS管的封装形式，在规格书中，都给出了典型值。MOS管开通时的工作状态。
3.3 主控制芯片
开关电源的核心部分，主要由精密电压比较芯片、PWM芯片、开关管、驱动变压器、主开关变压器组成。精密电压比较芯片将直流输出部分的反馈电压与基准电压进行比较，PWM芯片根据比较结果通过驱动变压器调整开关管的占空比，进而控制主开关变压器输出给直流部分的能量，实现稳压输出。
PWM从反馈控制方式可以分为电流型和电压型。常用的UC3842为电流型控制方式，其内部框图如图3-3
开关电源入门必读：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（Sw itching Mode P ow er 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（sw itching）。线性电源的工作原理是首先将127 V或者220V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/W ii/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、重量也会非常的重。所以说个人PC用户并不适合用线性电源。 ●开关电源知多少 开关电源可以通过高频开关模式很好的解决这一问题。对于高频开关电源而言，AC输入电压可以在进入变压器之前升压（升压前一般是50-60KHz）。随着输入电压的升高，变压器以及电容等元器件的个头就不用像线性电源那么的大。这种高频开关电源正是我们的个人PC以及像VCR录像机这样的设备所需要的。需要说明的是，我们经常所说的“开关电源”其实是“高频开关电源”的缩写形式，和电源本身的关闭和开启式没有任何关系的。 事实上，终端用户的PC的电源采用的是一种更为优化的方案：闭回路系统（closed loop system）——负责控制开关管的电路，从电源的输出获得反馈信号，然后根据PC的功耗来增加或者降低某一周期内的电压的频率以便能够适应电源的变压器（这个方法称作PW M，Pulse W idth Modulation，脉冲宽度调制）。所以说，开关电源可以根据与之相连的耗电设备的功耗的大小来自我调整，从而可以让变压器以及其他的元器件带走更少量的能量，而且降低发热量。 反观线性电源，它的设计理念就是功率至上，即便负载电路并不需要很大电流。这样做的后果就是所有元件即便非必要的时候也工作在满负荷下，结果产生高很多的热量。 第2页：看图说话：图解开关电源 下图3和4描述的是开关电源的PW M反馈机制。图3描述的是没有PFC(P ow er Factor Correction，功率因素校正)电路的廉价电源，图4描述的是采用主动式PFC设计的中高端电源。 图3：没有PFC电路的电源 图4：有PFC电路的电源 通过图3和图4的对比我们可以看出两者的不同之处：一个具备主动式PFC电路而另一个不具备，前者没有110/220V转换器，而且也没有电压倍压电路。下文我们的重点将会是主动式PFC电源的讲解。
开关电源原理 一、开关电源的电路组成： 开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM F3、FDG1组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值 降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，F1、F2、F3会烧毁保护后级电路。 ②输入滤波电路：C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及 杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。 当电源开启瞬间，要对C5充电，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻）就能有效的防止浪 涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小（RT1是 负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。 ③整流滤波电路：交流电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5 容量变小，输出的交流纹波将增大。
时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象，在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增 大，Q1导通使Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级电路。 三、功率变换电路： 1、MOS管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET（MOS管），是利用半导 体表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态，所以输入电阻可以大大提高，最高可达105欧姆，MOS管是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。 2、常见的原理图： 3、工作原理： R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器，和开关MOS管并接，使开关管电压应力减少，EMI减少，不发生二次击穿。在开关管Q1关断时，变压器的原边线圈易产生尖峰电压和尖峰电流，这些元件组合一起，能很好地吸收尖峰电压和电流。从R3测得的电流峰值信号参与当前工作周波的占空比控制，因此是当前工作周波的电流限制。当R5上的电压达到1V时，UC3842停止工作，开关管Q1立即关断。 R1和Q1中的结电容C GS、C GD一起组成RC网络，电容的充放电直接影响着开关管的开关速度。R1过小，易引起振荡，电磁干扰也会很大；R1过大，会降低开关管的开关速度。Z1通常将MOS管的GS电压限制在18V以下，从而保护了MOS管。 Q1的栅极受控电压为锯形波，当其占空比越大时，Q1导通时间越长，变压器所储存的能量
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
[工作]开关电源原理与维修开关电源原理图开关电源原理与维修开关电源原理图 电源是各种电子设备必不可缺的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。由于开关电源内部关键元器件工作在高频开关状态，功耗小，转化率高，且体积和重量只有线性电源的20%—30%，故目前它已成为稳压电源的主流产品。电子设备电气故障的检修，本着从易到难的原则，基本上都是先从电源入手，在确定其电源正常后，再进行其他部位的检修，且电源故障占电子设备电气故障的大多数。故了解开头电源基本工作原理，熟悉其维修技巧和常见故障，有利于缩短电子设备故障维修时间，提高个人设备维护技能。 二(开关电源的组成 开关电源大至由主电路、控制电路、检测电路、辅助电源四大部份组成，见图1。 1( 主电路 冲击电流限幅:限制接通电源瞬间输入侧的冲击电流。输入滤波器:其作用是过滤电网存在的杂波及阻碍本机产生的杂波反馈回电网。 整流与滤波:将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电。逆变:将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分。 输出整流与滤波:根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。 2( 控制电路 一方面从输出端取样，与设定值进行比较，然后去控制逆变器，改变其脉宽或脉频，使输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对电源进行各种保护措施。 3( 检测电路 提供保护电路中正在运行中各种参数和各种仪表数据。 4( 辅助电源
实现电源的软件(远程)启动，为保护电路和控制电路(PWM等芯片)工作供电。 开关电源原理图 三(开关电源的工作原理 开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比来调整输出电压。开关元件以一定的时间间隔重复地接通和断开，在开关无件接通时输入电源Vi通过开关S和滤波电路向负载RL提供能量，当开关S断开时，电路中的储能装置(L1、C2、二极管D组成的电路)向负载RL释放在开关接通时所储存的能量，使负载得到连续而稳定的能量。 VO=TON/T*Vi VO 为负载两端的电压平均值 TON 为开关每次接通的时间 T 为开关通断的工作周期
开关电源工作原理详细解析 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、重量也会非常的重。所以说个人PC用户并不适合用线性电源。 ●开关电源知多少 开关电源可以通过高频开关模式很好的解决这一问题。对于高频开关电源而言，AC输入电压可以在进入变压器之前升压（升压前一般是50-60 KHz）。随着输入电压的升高，变压器以及电容等元器件的个头就不用像线性电源那么的大。这种高频开关电源正是我们的个人PC以及像VCR录像机这样的设备所需要的。需要说明的是，我们经常所说的―开关电源‖其实是―高频开关电源‖的缩写形式，和电源本身的关闭和开启式没有任何关系的。
开关电源原理（希望能帮到同行的你更加深入的了解开关电源，温故而知新吗！！） 一、开关电源的电路组成[/b]：： 开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。 开关电源的电路组成方框图如下： 二、输入电路的原理及常见电路[/b]：： 1、AC输入整流滤波电路原理： ①防雷电路：当有雷击，产生高压经电网导入电源时，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，F1、F2、F3会烧毁保护后级电路。 ②输入滤波电路：C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。当电源开启瞬间，要对C5充电，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻）就能有效的防
止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小（RT1是负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。 ③整流滤波电路：交流电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5容量变小，输出的交流纹波将增大。 2、 DC输入滤波电路原理： ①输入滤波电路：C1、L1、C2组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。C3、C4为安规电容，L2、L3为差模电感。 ② R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路。在起机的瞬间，由于C6的存在Q2不导通，电流经RT1构成回路。当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象，在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大，Q1导通使Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级电路。 三、功率变换电路[/b]：： 1、 MOS管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET（MOS管），是利用半导体表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态，所以输入电阻可以大大提高，最高可达105欧姆，MOS管是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。 2、常见的原理图：
2.1、输入整流滤波电路 只要有交流电AC220V输入，ATX开关电源，无论是否开启，其辅助电源就一直在工作，直接为开关电源控制电路提供工作电压。图1中，交流电AC220V经过保险管FUSE、电源互感滤波器L0，经BD1—BD4整流、C5和C6滤波，输出300V左右直流脉动电压。C1为尖峰吸收电容，防止交流电突变瞬间对电路造成不良影响。TH1为负温度系数热敏电阻，起过流保护和防雷击的作用。L0、R1和C2组成Π型滤波器，滤除市电电网中的高频干扰。C3和C4为高频辐射吸收电容，防止交流电窜入后级直流电路造成高频辐射干扰。 2.2、高压尖峰吸收电路 D18、R004和C01组成高压尖峰吸收电路。当开关管Q03截止后，T3将产生一个很大的反极性尖峰电压，其峰值幅度超过Q03的C极电压很多倍，此尖峰电压的功率经D18储存于C01中，然后在电阻R004上消耗掉，从而降低了Q03的C极尖峰电压，使Q03免遭损坏。 2.3、辅助电源电路 整流器输出的300V左右直流脉动电压，一路经T3开关变压器的初级①~②绕组送往辅助电源开关管Q03的c极，另一路经启动电阻R002给Q03的b极提供正向偏置电压和启动电流，使Q03开始导通。Ic流经T3初级①~②绕组，使T3③~④反馈绕组产生感应电动势(上正下负)，通过正反馈支路C02、D8、R06送往Q03的b极，使Q03迅速饱和导通，Q03上的Ic电流增至最大，即电流变化率为零，此时D7导通，通过电阻R05送出一个比较电压至IC3（光电耦合器Q817）的③脚，同时T3次级绕组产生的感应电动势经D50整流滤波后一路经R01限流后送至IC3的①脚，另一路经R02送至IC4（精密稳压电路TL431），由于Q03饱和导通时次级绕组产生的感应电动势比较平滑、稳定，经IC4的K端输出至IC3的②脚电压变化率几乎为零，使IC3发光二极管流过的电流几乎为零，此时光敏三极管截止，从而导致Q1截止。反馈电流通过R06、R003、Q03的b、e极等效电阻对电容C02充电，随着C02充电电压增加，流经Q03的b极电流逐渐减小，使③~④反馈绕组上的感应电动势
FS1: 由变压器计算得到Iin值，以此Iin值可知使用公司共享料2A/250V，设计时亦须考虑Pin(max)时的Iin是否会超过保险丝的额定值。 TR1(热敏电阻):
电源启动的瞬间，由于C1(一次侧滤波电容)短路，导致Iin电流很大，虽然时间很短暂，但亦可能对Power产生伤害，所以必须在滤波电容之前加装一个热敏电阻，以限制开机瞬间Iin在Spec之内(115V/30A，230V/60A)，但因热敏电阻亦会消耗功率，所以不可放太大的阻值(否则会影响效率)，一般使用SCK053(3A/5Ω)，若C1电容使用较大的值，则必须考虑将热敏电阻的阻值变大(一般使用在大瓦数的Power上)。 VDR1(突波吸收器): 当雷极发生时，可能会损坏零件，进而影响Power的正常动作，所以必须在靠AC输入端(Fuse之后)，加上突波吸收器来保护Power(一般常用07D471K)，但若有价格上的考虑，可先忽略不装。 CY1，CY2(Y-Cap): Y-Cap一般可分为Y1及Y2电容，若AC Input有FG(3 Pin)一般使用Y2- Cap ，AC Input若为2Pin(只有L，N)一般使用Y1-Cap，Y1与Y2的差异，除了价格外(Y1较昂贵)，绝缘等级及耐压亦不同(Y1称为双重绝缘，绝缘耐压约为Y2的两倍，且在电容的本体上会有“回”符号或注明Y1)，此电路蛭蠪G所以使用Y2-Cap，Y-Cap 会影响EMI特性，一般而言越大越好，但须考虑漏电及价格问题，漏电(Leakage Current )必须符合安规须求(3Pin公司标准为750uA max)。 CX1(X-Cap)、RX1: X-Cap为防制EMI零件，EMI可分为Conduction及Radiation两部分，Conduction 规范一般可分为: FCC Part 15J Class B 、CISPR 22(EN55022) Class B 两种，FCC 测试频率在450K~30MHz，CISPR 22测试频率在150K~30MHz，Conduction可在厂内以频谱分析仪验证，Radiation 则必须到实验室验证，X-Cap 一般对低频段(150K ~ 数M之间)的EMI防制有效，一般而言X-Cap愈大，EMI防制效果愈好(但
开关电源可分为直流开关电源和交流开关电源，是按输出来区分的，交流开关电源输出的是交流电，而直流开关电源输出的是直流电，这里介绍的是直流开关电源。随着相关元器件的发展，直流开关电源以其高效率在很多场合代替线性电源而获得广泛应用。 直流开关电源与线性电源相比一般成本较高，但在有些特别场合却更简单和便宜，甚至几乎只能用开关电源，如升压和极性反转等。直流开关电源还可分为隔离的和不隔离的两种，隔离的是采用变压器来实现输入与输出间的电气隔离，变压器还便于实现多路不同电压或多路相同电压的输出。直流开关电源结构复杂，设计和分析都有较特别的一套理论和方法，这里主要介绍6种基本的不隔离的直流开关电源结构形式和其特点，便于依据应用场合来选择使用。 理想假定：为便于分析，常假定存在如下理想状态 1. 电子器件理想：电子开关管Q和D的导通和关断时间为零，通态电压为零，断态漏电流为零 2. 电感和电容均为无损耗的理想储能元件，且开关频率高于LC的谐振频率 3. 在一个开关周期内，输入电压Vin保持不变 4. 在一个开关周期内，输出电压有很小的纹波，但可认为基本保持不变，其值为Vo 5. 不计线路阻抗 6. 变换器效率为100% 一、Buck变换器：也称降压式变换器，是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器。 图中，Q为开关管，其驱动电压一般为PWM(Pulse width modulation脉宽调制)信号，信号周期为Ts，则信号频率为f=1/Ts，导通时间为Ton，关断时间为Toff，则周期Ts=Ton+Toff，占空比Dy= Ton/Ts。 Buck变换器有两种基本工作方式： CCM(Continuous current mode)：电感电流连续模式，输出滤波电感Lf的电流总是大于零DCM(Discontinuous current mode)：电感电流断续模式，在开关管关断期间有一段时间Lf 的电流为零 CCM时的基本关系：
反激式开关电源电路图讲解 一，先分类 开关电源的拓扑结构按照功率大小的分类如下： 10W以内常用RCC(自激振荡)拓扑方式 10W-100W以内常用反激式拓扑(75W以上电源有PF值要求) 100W-300W 正激、双管反激、准谐振 300W-500W 准谐振、双管正激、半桥等 500W-2000W 双管正激、半桥、全桥 2000W以上全桥 二，重点 在开关电源市场中,400W以下的电源大约占了市场的70-80%,而其中反激式电源又占大部分,几乎常见的消费类产品全是反激式电源。 优点：成本低,外围元件少，低耗能，适用于宽电压范围输入,可多组输出. 缺点：输出纹波比较大。(输出加低内阻滤波电容或加LC噪声滤波器可以改善) 今天以最常用的反激开关电源的设计流程及元器件的选择方法为例。给大家讲解如何读懂反激开关电源电路图! 三，画框图 一般来说，总的来分按变压器初测部分和次侧部分来说明。开关电源的电路包括以下几个主要组成部分，如图1
图1，反激开关电源框图 四，原理图 图2是反激式开关电源的原理图，就是在图1框图的基础上，对各个部分进行详细的设计，当然，这些设计都是按照一定步骤进行的。下面会根据这个原理图进行各个部分的设计说明。 图2 典型反激开关电源原理图
五，保险管 图3 保险管 先认识一下电源的安规元件—保险管如图3。 作用：安全防护。在电源出现异常时，为了保护核心器件不受到损坏。 技术参数：额定电压 ,额定电流 ,熔断时间。 分类：快断、慢断、常规 计算公式：其中：Po：输出功率 η效率：(设计的评估值) Vinmin ：最小的输入电压 2：为经验值，在实际应用中，保险管的取值范围是理论值的1.5~3倍。 0.98： PF值 六，NTC和MOV NTC 热敏电阻的位置如图4。 图4 NTC热敏电阻
开关电源工作原理及电路图 本文开关电源工作原理是电子发烧友网开关电源工程师全力整理的原理分析，以丰富的开关电源案例分析，介绍单端正激式开关电源，自激式开关电源，推挽式开关电源、降压式开关电源、升压式开关电源和反转式开关电源。 随着全球对能源问题的重视，电子产品的耗能问题将愈来愈突出，如何降低其待机功耗，提高供电效率成为一个急待解决的问题。传统的线性稳压电源虽然电路结构简单、工作可靠，但它存在着效率低（只有40% －50%）、体积大、铜铁消耗量大，工作温度高及调整范围小等缺点。为了提高效率，人们研制出了开关式稳压电源，它的效率可达85% 以上，稳压范围宽，除此之外，还具有稳压精度高、不使用电源变压器等特点，是一种较理想的稳压电源。正因为如此，开关式稳压电源已广泛应用于各种电子设备中，本文对各类开关电源的工作原理作一阐述。 一、开关式稳压电源的基本工作原理 开关式稳压电源接控制方式分为调宽式和调频式两种，在实际的应用中，调宽式使用得较多，在目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数也为脉宽调制型。因此下面就主要介绍调宽式开关稳压电源。 调宽式开关稳压电源的基本原理可参见下图。 对于单极性矩形脉冲来说，其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其直流平均电压值就越高。直流平均电压Ｕ。可由公式计算， 即Uo=Um×T1/T
式中Um为矩形脉冲最大电压值；T为矩形脉冲周期；T1为矩形脉冲宽度。 从上式可以看出，当Um 与T 不变时，直流平均电压Uo 将与脉冲宽度T1 成正比。这样，只要我们设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄，就可以达到稳定电压的目的。 二、开关式稳压电源的原理电路 1、基本电路 图二开关电源基本电路框图开关式稳压电源的基本电路框图如图二所示。 交流电压经整流电路及滤波电路整流滤波后，变成含有一定脉动成份的直流电压，该电压进人高频变换器被转换成所需电压值的方波，最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。 控制电路为一脉冲宽度调制器，它主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成。这部分电路目前已集成化，制成了各种开关电源用集成电路。控制电路用来调整高频开关元件的开关时间比例，以达到稳定输出电压的目的。 ２．单端反激式开关电源 单端反激式开关电源的典型电路如图三所示。电路中所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。所谓的反激，是指当开关管VT1 导通时，高频变压器Ｔ初
开关电源原理 一、 开关电源的电路组成： PWM
①防雷电路：当有雷击，产生高压经电网导入电源时，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、 F3、FDG1组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，F1、F2、F3会烧毁保护后级电路。 ②输入滤波电路：C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂 波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。当电源开启瞬间，要对C5充电，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻）就能有效的防止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小（RT1是负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。 ③整流滤波电路：交流电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5 容量变小，输出的交流纹波将增大。
① 输入滤波电路：C1、L1、C2组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。C3、C4为安规电容，L2、L3为差模电感。 ② R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路。在起机的瞬间，由于C6的存在Q2不导通，电流经RT1构成回路。当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象，在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大，Q1导通使Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级电路。 三、 功率变换电路： 1、 MOS 管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET （MOS 管），是利用半导 体表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态，所以52、 常见的原理图： 3、工作原理： R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器，和开关MOS 管并接，使开关管电压应力减少，EMI 减少，不发生二次击穿。在开关管Q1关断时，变压器的原边线圈易产生尖峰电压和尖峰电流，这些元件组合一起，能很好地吸收尖峰电压和电流。从R3测得的电流峰值信号参与当前工作周波的占空比控制，因此是当前工作周波的电流限制。当R5上的电压达到1V 时，UC3842停止工作，开关管Q1立即关断 。
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、重量也会非常的重。所以说个人PC用户并不适合用线 性电源。 ●开关电源知多少 开关电源可以通过高频开关模式很好的解决这一问题。对于高频开关电源而言，AC输入电压可以在进入变压器之前升压(升压前一般是50-60 KHz)。随着输入电压的升高，变压器以及电容等元器件的个头就不用像线性电源那么的大。这种高频开
开关电源工作原理解析 个人PC所采用的电源都是基于一种名为研关模式旧勺技术，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 个绰号一一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中的一3）11 ;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中的一4）11 ; 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中的一5）11
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、 PlayStati on/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、重量也会非常的重。所以说个人 PC 用户并不适合用线性电源。 ?开关电源知多少 开关电源可以通过高频开关模式很好的解决这一问题。对于高频开关电源而言， AC 输入电压可以在进入变压器之前升压（升压前一般是 50-60 KHz ）。随着输入电源的升 高，变压器以及电容等元器件的个头就不用像线性电源那么的大。 这种高频开关电源正是我 们的个人PC 以及像VCR 录像机这样的设备所需要的。需要说明的是，我们经常所说的 子 关电源I 其实是—高频开关电源I 的缩写形式，和电源本身的关闭和开启式没有任何关系的。
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
技术论文 论文题目： 开关电源的原理及维修方法和技巧 单位：铁运中心机务车间姓名：黄江华 工种：维修电工 现等级（职称）：技师 申报等级（职称）：高级技师
2015年10月 摘要： 随着全球对能源问题的重视，电子产品的耗能问题将愈来愈突出，如何降低其待机功耗，提高供电效率成为一个急待解决的问题。传统的线性稳压电源虽然电路结构简单、工作可靠，但它存在着效率低、体积大、铜铁消耗量大，工作温度高及调整范围小等缺点。为了提高效率，人们研制出了开关式稳压电源，它的效率可达85% 以上，稳压范围宽，除此之外，还具有稳压精度高、是一种较理想的稳压电源。正因为如此，开关式稳压电源已广泛应用于各种电子设备中。由于开关电源常工作在恶劣的环境当中，原件老化快，并且防水性能差，开关电源难免也有损坏。数年来，本人对我厂诸多电子设备的开关电源的现场维修和调试，总结积累了一些排除开关电源故障的实战经验，本着先简后难，先明到暗，先外到内的原则，做到“望闻问切”，虽然不是什么“灵丹妙药”，但也能“药”到病除。本文就重点介绍开关电源的原理及维修方法和技巧。 关键词： 整流启动稳压过流反馈保护 一，开关电源的工作原理。 开关式稳压电源接控制方式分为调宽式和调频式两种，在实际的应用中，调宽式使用得较多，在目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数也为脉宽调制型。因此下面就主要介绍调宽式开关稳压电源。调宽式开关稳压电源的基本原理可参见下图。
对于单极性矩形脉冲来说，其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其直流平均电压值就越高。直流平均电压Ｕ。可由公式计算，即Uo=Um×T1/T 式中Um为矩形脉冲最大电压值；T为矩形脉冲周期。T1为矩形脉冲宽度。从上式可以看出，当Um 与T 不变时，直流平均电压Uo 将与脉冲宽度T1 成正比。这样，只要我们设法改变脉冲的宽度，就可以达到稳定电压的目。开关电源的典型电路如图二所示。 当开关管VT1 导通时，高频变压器Ｔ初级绕组的感应电压为上正下负，整流二极管VD1处于截止状态，在初级绕组中储存能量。当开关管VT1截止时，变压器Ｔ初级绕组中存储的能量，通过次级绕组及VD1 整流和电容Ｃ滤波后向负载输出。 二，懂得了开关电源的工作原理，下面以集成电路(uc3842)为例，讲一下开关电源的维修方法及技巧。典型电路图如下：
12V开关电源电路工作原理分析该开关电源属于小功率开关电源，输入220V交流市电，输出12V直流电，最大输出电流1.3A,主要应用于小型设备的供电，比如楼宇监控设备等。其电原理图如图1所示。其控制核心器件为脉宽调制集成电路TL3843P(内含振荡器、脉宽调制比较器、逻辑控制器，具有过流、欠压等保护控制功能，最高工作频率可达500MHz.启动电流仅需ImA)。各引脚功能如下：(1)脚是内部误差放大器的输出端，通常与(2)脚之间有反馈网络，确定误差放大器的增益。(2)脚是反馈电压输入端，作为内部误差放大器的反相输入端，与同相输入端的基准电压(+2.5V)进行比较，产生误差控制电压，控制脉冲宽度。(6)脚过流检测输入端，当接人的电压高于1V时，禁止驱动脉冲的输出。(4)脚为RT/RC定时电阻和电容的公共接人端，用于产生锯齿振荡波。(5)脚为接地端。(6)脚为脉宽可调脉冲输出端。(7)脚为工作电压输入端(10V>Vi≤30V)。(8)脚为内部基准电压(VREF=5v)输出端。 图1 开关电源原理图 一、输入与整流电路 220V交流市电经O.IA保险管Fl及正温度系数热敏电阻PT1进入交流输入电路，交流输入电路由Cl和L构成，为一低通滤波器。其主要作用是抗干扰、抑制杂波。它既阻止市电网中高频干扰脉冲进入开关电源电路，叉阻止开关电源产生的高频干扰谐波进入市电网。
经过低通滤波器滤除了高频杂波的220V交流电，由ED1全桥整流。C2滤波后，在 C2两端得到约300V的直流电压。该电压经开关变压器初级线圈后作为功率开关管Ql的工作电源;经R2到电容C4作为脉宽调制集成电路TL3843P的启动电源。 二、启动与稳压电路 经整流滤波的300V电压：一路经开关变压器Tl的1~2绕组加到功率开关管Ql(K3326)的漏极，另一路经启动电阻R2加到U1(TL3843)的(7)脚，作为主控制芯片TL3843P的启动电源。在电路加电的瞬间300V通过R2对C4进行充电，当Ul的(7)脚电压达到10V以上时，Ul的(8)脚输出5v基准电压，同时TL3843P内部的振荡电路开始工作，(6)脚输出工作脉冲，通过R4驱动开关管01工作，这时开关管工作于开关状态。工作频率主要由R8和C6决定，本电路R8为15kΩ。C6为lOOOpF,其振荡频率约llOkHz.在工作期间，开关变压器Tl的(1)一(2)绕组有高频脉冲电流流过。由于交流互感的作用，变压器其他绕组也产生不同电压的交流电，其中(3)一(4)绕组经R5限流，D2整流，C4滤波后得到约12V以上的直流电压加到Ul的(7)脚，保证Ul稳定可靠地工作。Tl的(5)一(6)绕组经D3整流，C12、Ll和Cll组成滤波网络，输出作为负载的直流电压12V. 稳压电路由精密可调基准电压集成器件U3(TLA31)、电阻R16、R18、R17、电位器 R13、电容C13以及光电耦合器U2(PC817)组成。 输出的12V电压经R16与电位器R13及电阻R18分压后加到U3的(1)脚。当由于某种原因导致输出12V电压升高时。U3的(1)脚电压升高，(3)脚的电压降低，导致光耦合器U2内部发光二极管的亮度增强，内部光电三极管导通或饱和导通，将Ul内误差放大器的输出电压拉低(甚至为Ov)，经内部自动控制电路的作用，自动将(6)脚输出的脉冲宽度调窄，使开关管01的导通时间缩短，从而使电源输出的电压自动降低。当输出12V电压变低时，其稳压过程与上述正好相反。 与一般电路不同，该电路中由Rll、C8、R7、02、R8、C6组成的RT/CT振荡频率控制电路，可以在负载加重的情况下，使振荡频率降低，直至停振。当负载加重到过载时。UI的(1)脚平均电位增高，进而使C8正极电位升高，当C8正极电位升高到接近4.4V时，02的工作状态由饱和状态向截止状态过渡，Q2的C极电位降低直至02截止，锯齿波振荡电路停止工作，控制电路停止输出脉冲，从而起到负载短路保护的作用。 三、保护电路 1.功率管的保护：该保护电路由Rl、C14、D1、R3组成，接在Tl的(1)-(2)绕组间。由于开关管Ql交替工作在饱和导通与截止状态之间，当开关管由饱和导通变为截止状态时，在(1)-2)绕组之间会产生瞬间反向尖峰电压，如果没有泄放电路，功率管的漏(D)源(s)极很可能会被击穿。通过该保护电路可以将反向尖峰电压释放掉，从而起到保护功率管的作用。 2.过流保护：电路由R12、R10组成，当功率管的电流突然增大时，电阻R12非对地端电压升高，该电压经R10加到Ul的(3)脚，当电压高于1V时，内部控制电路控制(6)脚停止输出脉冲，使Q1截止。