20170605-开关电源中的功率开关基础知识(四)

开关电源学习介绍开关电源是一种转换电压类型和/或电流大小的电源，其工作原理是通过使用开关管和其他电子元件来实现定期切换电源输入和输出的方式。

相较于传统的线性电源，开关电源具有高效率、小体积、轻重量等优点，在现代电子设备中应用广泛。

接下来将介绍开关电源的基本原理、工作方式、应用领域以及相关的学习内容。

一、开关电源的基本原理：开关电源的工作原理是利用了开关管的开关特性，通过改变电源输入电压形式和周期，来实现变换输出电压类型和/或电流大小。

开关管将输出电流连续地开关导通和截断，通过调制开关周期和占空比来控制输出电压和电流。

二、开关电源的工作方式：开关电源工作原理分为两种方式，分别为单端工作和双端工作。

单端工作方式是通过一段纯电感元件和一个存储元件来实现，而双端工作方式则需要两段纯电感元件和两个存储元件。

三、开关电源的应用领域：开关电源广泛应用于各种电子设备和系统中，例如计算机、通信设备、电视机、音响、工业自动化、医疗器械等。

由于其效率高、可靠性好、稳定性强，因此成为现代电子设备不可或缺的供电方式。

四、开关电源学习内容：1.开关电源的基本原理和工作方式：学习开关电源的工作原理和基本电路结构，掌握开关管、电感、电容、二极管等元件的使用方法和特性。

2.开关电源的设计和调试方法：学习开关电源的设计流程和方法，了解开关电源的电路布局、元件选型和组装技巧，掌握开关电源的调试和故障排除方法。

3.开关电源的应用与实践：学习开关电源在各种电子设备中的应用技术和实践经验，了解开关电源在不同应用领域的设计要求和特点，掌握根据实际需求设计和优化开关电源的能力。

4.开关电源的性能测试与评估：学习开关电源的性能指标和测试方法，掌握开关电源输出电压、电流、效率等性能参数的测试技术和评估方法。

在学习开关电源的过程中，可以通过相关教材、网络资源、实验等多种途径进行学习和实践。

同时，了解电力电子学、模拟电路和数字电路等相关知识也是深入学习开关电源的基础。

开关电源基础引言电源发展是趋于轻小。

而关键是既要小又要高效。

近几年的优秀半导体、磁材和无源器件，使得功率变换的选择余地越来越大。

线性和开关电压线性电源和开关电压都是把不稳定的输入变换成稳定的输出，但是却是完全不同的技术，它们各有优缺点。

线性电源只能是降压型的。

它们是用双极型晶体管或MOSFET 的线性工作，保持输出电压的稳定。

半导体调整器件上的电压就是输入输出电压差，半导体损耗就是调整器件上的电压乘负载电流，即V dr I o 。

所以，变换效率只在35-65％。

例如，把12V 输入变换成5V 输出，输出电流100mA ，输出功率只有500mW ，而损耗是700mW ，效率是42％。

所以，散热片的体积大成本高。

但是线性电源在输入电压变化范围小的小功率应用场合，也有它的优点，比如电路简单，没有开关电压的开关噪音。

开关电压的开关器件，只工作在截止和饱和导通状态，损耗低，效率可到65-95％。

开关电压即可降压也可升压。

但是，开关电压电路复杂，输出电压包含着开关噪音，必须虑除。

开关电源基础PWM 开关电压有两种基本结构，即正激型和升压型。

正激型变换器正激变换器的输出LC 滤波器给出DC 输出电压。

输出电压为D VV ino(1)降压变换器是最简单的正激型变换器，如图1所示。

图1 基本正激型(降压)变换器及其波形它的工作可以分成两个不同的方式，即开关导通和关断。

当开关导通时，输入电压加到LC滤波器的输入端。

假设变换器工作在稳态，滤波器输出端的电压就是输出电压。

电感电流开始由开关周期开始时的初始值线性上升。

电感电流为ti VVioninit oin Lontt L≤≤+ -=(2)在这个时期里，电感磁芯里存储能量。

当功率开关关断时，磁芯存储的能量传输到负载。

当功率开关关断时，电感输入端的电压被拉到地，被正向偏置的二极管D而箝位。

电感磁芯储能通过续流二极管D传向负载。

电感电流由初始的峰值i pk而减小为t Vi ioff opk Lofftt L≤≤-=(3)关断阶段一直持续到开关在控制电路控制下开启，下一个开关周期开始。

开关电源基础知识介绍•目录开关电源基础知识开关电源框架图及功能简介开关电源基本问题分析2017-3-142开关电源基础知识1、开关电源定义•••••开关电源就是通过控制电路，使电子开关器件不停地“开通”和“关断”，让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现电压变换，以及实现输出电压的可调和自动稳压的电源装置。

2017-3-143开关电源基础知识2、开关电源（PWM模式）的工作原理•••••••右图为最简单的开关电源，Ui是开关电源的输入电压，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；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。

2017-3-14开关电源基础知识3、开关电源常用拓扑介绍开关电源的基本拓扑可以分为两大类，一是非隔离拓扑，二是隔离拓扑。

非隔离拓扑•••••••••••••••••Buck•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••Boost2017-3-145开关电源基础知识Buck‐boost非隔离拓扑的共性为输入输出共地，安全性能不佳。

2017-3-146开关电源基础知识隔离拓扑隔离拓扑是在非隔离拓扑的基础上发展起来的。

••••••••••••••••反激变换器••••••••••••••••••••••••••••••••••正激变换器2017-3-147开关电源基础知识•••••隔离型拓扑的优点是原副边地实现了电气隔离，且通过变压器绕组可以容易实现多路输出。

••••目前我司常用的拓扑主要为Boost（如PFC电路），反激变换器、半桥谐振LLC变换器。

2017-3-148目录开关电源基础知识开关电源框架图及功能简介开关电源基本问题分析2017-3-149开关电源框架图及功能简介反激框图2017-3-1410开关电源框架图及功能简介反激简介EMC电路：主要由保险丝，热敏电阻，压敏电阻，共模电感，X电容及Y电容整流二极管组成。

开关电源中的功率开关基础知识(一)普高（杭州）科技开发有限公司 张兴柱 博士理想开关的特征：理想开关是电路中早就学过的一个元件，其符号如图1(a)所示，通过控制，可以让开关K K控制K (a) 符号 (b) 简化图1：理想开关的电路符号图1：导磁材料的BH 曲线闭合或者断开，在电路教材中，为了简单起见，这种开关上的“控制”两字一般不加标注，其符号被进一步简化成图1(b)所示。

电路中的理想开关，其特征是闭合时的电压为零，断开时的电流为零。

考虑控制及实际开关的限制，我们可以把图1(a)的这种理想开关在工作时的特征进一步细化成稳态特征和动态特征，总结如下：A ：稳态特征：当开关闭合时，作为理想开关的必要条件是：（1）：开关两端的电压为零；（2）：开关中流过的电流方向和大小无限制，即开关中的电流方向既可以正方向、也可以反方向，开关中流过的电流额定为无限大。

当开关断开时，作为理想开关的必要条件是：（1）：开关中流过的电流为零；（2）：开关两端的电压方向和大小无限制，即开关中的电压方向既可以正方向、也可以反方向，开关两端的电压额定为无限大。

B ：动态特征：开通过程，即开关从断开到闭合的过程，作为理想开关的必要条件是：控制开关开通的信号功率为零；开关开通过程的时间为零，即开关的开通可瞬间完成而且其控制不需要功率。

断开过程，即开关从闭合到断开的过程，作为理想开关的必要条件是：控制开关断开的信号功率为零；开关断开过程的时间为零，即开关的断开可瞬间完成而且其控制不需要功率。

具有上面稳态特征和动态特征的开关就是理想开关，对这种理想开关，我们还可以用图2的波形来形象地表示其特征。

其中控制信号为“H ”时，开关闭合，闭合时开关中的电流为Ion ，其值由外部电路决定，方向既可以正方向也可以反方向，且大小无限制，闭合时开关两端的电压为零；当控制信号为L 时，开关断开，断开时开关两端的电压为Voff ，其值由控制开关 电流Ion HL开关电压Voff 控制图2：理想开关的电路波形外部电路决定，方向既可以正也可以负，且大小无限制，断开时开关中的电流为零；当控制从H 瞬间跳变到L 时，开关也从闭合瞬间跳变到断开，跳变过程中，开关两端不会有高压产生；当控制从L 瞬间跳变到H 时，开关也从断开瞬间跳变到闭合，跳变过程中，开关内部不会有浪涌电流产生。

开关电源的基本知识开关电源的基本知识一、电源的定义将交流电转换为PC（个人电脑）电脑工作所需要的直流电的转换器。

二、电源的重要性对于电脑来讲，最重要的两个硬件是CPU和电源，CPU相当于人的大脑，电源相当于人的心脏，据统计，电脑故障的40%-60%是由电源引起的，而一台电源只占整机的2%-3%，电源选用不当，不但可能烧毁CPU，主板、硬盘，还可能造成其它损失。

三、开关电源的工作原理及工作流程开关电源的工作原理是通过运行高频开关技术将输入的较高的交流电压（AC）转换为PC电脑工作所需要的较低的直流电压（DC）工作流程：当市电进入电源后，先经过轭流线圈和电容滤去除高频杂波和干扰信号，然后经过整流和滤波得到高压直流电，接着进入电源的核心部分-开关电路。

开关电路把直流电转为高频脉动直流电，再送高频开关变压器降压，然后滤除高频交流部分，这样最后输出供电脑使用相对纯净的低压直流电。

市电经过扼流线圈和电容滤除杂波和干扰信号。

再经过电感线圈和电容，通过全桥电路整流，和大容量的滤波电容滤波后，电流由高压交流电转为高压直流电，再经过两个开关管的轮流导通的截止，将直流电转为高频率的脉动直流电，接下来，再送到高頻开关变压器上进行降压。

降压后的脉冲电压同样要经过二级管和滤波电容进行整流和滤波，此外还会有碍1-2个电感线圈的滤波电容一起滤除高频交流成分。

四、电源的接口电源内部提供多组接口，其中主要是二十芯的主板插头、四芯驱动器插头和四芯小软驱专用插头。

二十芯的主板插头只有一个且具有方向性，可以有效的防止误插，插头上还带有固定装置可以钩住主板上的插座，不至于接反。

ATX电源接口根据输出电压的不同可分为+5V、+12V、+3.3V、-5V、-12V和+5V SB等，这些接线颜色也不同。

①+5V（红色线）。

主要用于主板供电，包括主板、内存、CPU 和一些主板上的其他设备。

光驱、硬盘的信号电器也由+5V电源供电。

②+12V（黄色线）。

超详细！开关电源基础知识讲解一、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、重量也会非常的重。