开关电源的频域分析与综合(连载汇总)

开关电源工作频率的原理分析开关电源是一种高效稳定的电源供应系统，在许多电子设备中得到广泛应用。

在开关电源的设计和使用过程中，工作频率是一个至关重要的参数。

本文将分析开关电源工作频率的原理，并探讨其对性能的影响。

一、开关电源的基本原理开关电源是通过快速开关管将输入电源切换成高频脉冲信号，然后经过滤波、调整和变换等环节，最终得到稳定的输出电压。

这种切换过程会产生开关频率的信号，即工作频率。

二、工作频率的选择原则1. 效率：开关电源的效率在很大程度上取决于工作频率。

较高的工作频率会导致较低的开关损耗，从而提高整个系统的效率。

2. 尺寸：开关频率高的电源可以采用较小的元件，减小整体体积。

尤其在微型电子设备中，对尺寸的要求较高。

3. 抗干扰能力：工作频率的选择还应考虑系统对外界干扰的抗性。

合适的工作频率可以减小电源对周围环境电磁波的敏感程度，提高系统的抗干扰能力。

三、开关电源工作频率的影响因素1. 电感元件：工作频率越高，电感元件的体积越小。

同时，高频信号会导致电感元件产生更大的功率损耗，因此需要选择工作频率适中的电感元件来平衡体积和损耗的关系。

2. 开关管：开关管具有较大的开关频率响应能力，但频率过高会产生更大的导通压降和开关损耗。

因此，在选择开关管时，需综合考虑频率响应和损耗的权衡。

3. 输出滤波：工作频率的选择还涉及输出滤波电容的大小。

频率过高会导致输出滤波电容变得更小，从而可能引起输出电压波动或噪声。

四、常见的工作频率范围开关电源的工作频率通常分为几个常见的范围，包括：1. 低频范围（20 kHz以下）：适用于需要高功率输出和承受重载的应用，如电感加热、电动工具等。

2. 中频范围（20 kHz至100 kHz）：适用于一般的电子设备，如计算机、通信设备等。

在这个频率范围内，可以实现较高的效率和尺寸优势。

3. 高频范围（100 kHz以上）：适用于追求小型化和高效率的应用，如笔记本电脑、手机等微型电子设备。

【很完整】⽜⼈教你开关电源各功能部分原理分析、计算与选型1 开关电源介绍此⽂档是作为张占松⾼级开关电源设计之后的强化培训，基于计划安排，由申⼯讲解了变压器设计之后，在此⽂章中简单带过变压器设计原理，重点讲解电路⼯作原理和设计过程中关键器件计算与选型。

开关电源的⼯作过程相当容易理解，其拥有三个明显特征：开关：电⼒电⼦器件⼯作在开关状态⽽不是线性状态⾼频：电⼒电⼦器件⼯作在⾼频⽽不是接近⼯频的低频直流：开关电源输出的是直流⽽不是交流也可以输出⾼频交流如电⼦变压器1.1 开关电源基本组成部分1.2 开关电源分类：开关电源按照拓扑分很多类型：buck boost 正激反激半桥全桥 LLC 等等，但是从本质上区分，开关电源只有两种⼯作⽅式：正激：是开关管开通时传输能量，反激：开关管关断时传输能量。

下⾯将以反激电源为例进⾏讲解。

1.3 反激开关电源简介反激⼜被称为隔离buck-boost 电路。

基本⼯作原理：开关管打开时变压器存储能量，开关管关断时释放存储的能量反激开关电源根据开关管数⽬可分为双端和单端反激。

根据反激变压器⼯作模式可分为CCM 和DCM 模式反激电源。

根据控制⽅式可分为PFM 和PWM 型反激电源。

根据驱动占空⽐的产⽣⽅式可分为电压型和电流型反激开关电源。

我们所要讲的反激电源精确定义为：电流型PWM 单端反激电源。

1.4 电流型PWM 单端反激电源此类反激电源优点：结构简单价格便宜，适⽤⼩功率电源。

此类反激电源缺点：功率较⼩，⼀般在150w 以下，纹波较⼤，电压负载调整率低，⼀般⼤于5%。

此类反激电源设计难点主要是变压器的设计，特别是宽输⼊电压，多路输出的变压器。

2 举例讲解设计过程为了更清楚了解设计中详细计算过程，我们将以220VAC-380VAC 输⼊，+5V±3%（5A），±15±5%（0.5A）三路共地输出反激电源为例讲解设计过程。

提出上⾯要求，选择思路如下：提出上⾯要求，选择思路如下：电源总输出功率P=5*5W+15*0.5*2=40W 功率较⼩，可以选择反激开关电源。

开关电源工作频率的原理分析第一篇：开关电源工作频率的原理分析开关电源工作频率的原理分析一、开关电源的原理和发展趋势第一节高频开关电源电路原理高频开关电源由以下几个部分组成：图12-1(一)主电路从交流电网输入、直流输出的全过程，包括：1、输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。

2、整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。

3、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，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。

4、输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。

(二)控制电路一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。

(三)检测电路除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表数据。

(四)辅助电源提供所有单一电路的不同要求电源。

第二节开关控制稳压原理图12-2 开关K以一定的时间间隔重复地接通和断开，在开关K接通时，输入电源E通过开关K和滤波电路提供给负载RL，在整个开关接通期间，电源E向负载提供能量；当开关K断开时，输入电源E便中断了能量的提供。

可见，输入电源向负载提供能量是断续的，为使负载能得到连续的能量提供，开关稳压电源必须要有一套储能装置，在开关接通时将一部份能量储存起来，在开关断开时，向负载释放。

图中，由电感L、电容C2和二极管D组成的电路，就具有这种功能。

电感L用以储存能量，在开关断开时，储存在电感L中的能量通过二极管D释放给负载，使负载得到连续而稳定的能量，因二极管D使负载电流连续不断，所以称为续流二极管。

在AB间的电压平均值EAB可用下式表示：EAB=TON/T*E式中TON为开关每次接通的时间，T为开关通断的工作周期（即开关接通时间TON和关断时间TOFF之和）。

开关电源一、定义电源是电子设备中的一个重要组成部分，其性能的优劣直接影响着设备的工作质量，随着技术的不断革新，电源技术发生了巨大变化。

1.线性电源线性电源是先将交流电经过变压器降低电压幅值，再经过整流电路整流后，得到脉冲直流电，后经滤波得到带有微小波纹电压的直流电压。

要达到高精度的直流电压，必须经过稳压电路进行稳压。

2.开关电源开关电源是利用现代电力电子技术，采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关晶体管开通和关断的时间比率（占空比），调整输出电压，维持输出稳定的一种电源。

它可以就是一个对不同输入电压进行变换和调整，以适应不同的负载要求。

其特点是电源工作在开/关状态，工作效率高，是一种比线性控制电源应用更广范的电源转换装置。

二、开关电源应用和分类开关电源的应用遍及各个行业和领域，例如：电子手表、MP3、MP4、手机、节能灯、LED灯、充电器、电源适配器、电脑、电视机、变频空调、UPS电源、电磁炉、电动摩托、电动汽车、动车组、逆变器、太阳能（风能）逆变站、高压直流电网等。

根据用途来分，电源产品可分为5大系列：AA系列——交流稳压电源；AB 系列——交流或电池输入，交流输出，又名UPS 电源；AD系列——交流变直流( 直流电源) ；ADA系列——将交流先变成直流，再将直流变为交流(净化电源) ；DD系列——直流变直流。

而传统的电源技术仅仅局限于AA系列和AD 系列两个方面。

三、电源技术的发展及现存问题1.电源技术的发展历程传统的晶体管串联调整稳压电源是连续控制的线性稳压电源。

这种传统稳压电源技术比较成熟，并且已有大量集成化的线性稳压电源模块，具有稳定性能好、输出纹波电压小、使用可靠等优点。

但其通常都需要体积大且笨重的工频变压器与体积和重量都很大的滤波器。

由于调整管工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定，其集电极与发射极之间必须承受较大的电压差，导致调整管功耗较大，电源效率很低，一般只有45%左右。

开关电源的频域分析与综合设计开关电源的瞬态分析与综合方法有时域法和频域法两种。

综合的主要任务有两个：一个是设计开关电源的电压与电流控制器（也称补偿器）；二是选定补偿网络的元件参数。

开关电源是一个非线性闭环系统，瞬态性能与控制变量之间表现出很强的非线性关系，所建立的是非线性模型（也称大信号模型）。

利用频域模型（如方块图、传递函数等），在复频域（S域）内对开关电源进行交流小信号分析（或仿真）的最终目的是要检验系统的时域性能指标是否满足要求。

频域分析的方法包括零点极点分析、频域特性和频率响应分析等。

开关电源系统的频域综合分析的一般步骤（1）确定控制方法，电压型控制或电流型控制；（2）画出闭环系统应有（希望）的Bode图；（3）画出变换器功率级电路、电压检测（分压器）、脉宽调制器、驱动电路等的Bode图；（4）将步骤（2）、步骤（3）所得的两个Bode图相减，就可以得到补偿网络应有的Bode图，可以根据该Bode图 来确定补偿网络的主电路和元件参数，因此开关电源系统的设计问题归结为控制电路中补偿网络的设计问题。

时域法综合分析系统的步骤用时域法综合确定自定调节系统的控制器（或补偿网络）参数的步骤如下：（1）当开关电源初步设计完成后，加阶跃负载或阶跃输入电压；（2）测量开关电源样品对加阶跃负载或阶跃输入电压的响应；（3）如果对瞬态响应不满意，或是瞬态响应不满足规定要求时，则要修改控制器（或补偿网络）参数，重复上 述步骤，直到满意为止。

时域法综合法是一种试验法（或试探法），即调试方法。

利用频域进行分析后，仍然要进行调试。

设计一个性能优良的电源除了选择好正确的方案（如拓扑结构，IC 等）外，还应包括储能元件和环路参数 的优化计算。

环路包含电压环和电流环两部分，而电压环与输出电压的调整息息相关，它涉及到系统的负反馈网络，影响系统的稳定度，故它显得尤为重要；现在就让我们一起探讨一下该部分的设计内容。

第一节 与环路相关的基本概念1、转移函数（传递函数）定义为系统输出量除以输入量的比值。

开关电源EMC频谱和串扰基础技术知识（图文并茂详解）1、频谱基础电气信号是以开关信号为前提的。

首先来看下面的原理示意图。

在表示开关信号的脉冲波形中，包括tw（脉冲宽度）和ts （上升/下降时间）。

中间的图是基于傅里叶变换的理论上的脉冲波形频谱。

这是“振幅随着频率的升高而衰减，衰减斜率随着tw和ts而变化”的常见频谱。

右图表示脉冲的ts延迟后的频谱变化。

斜率变为-40dB/dec 时的1/πts频率降低是理所当然的，最终结果是其后的振幅减少。

简而言之就是“当ts延迟时频谱的振幅衰减”。

接下来将使用实际的频谱分析仪数据来看频率等其他参数变化时的频谱变化。

这里的关键点是“对于信号波形的变化，频谱将以怎样的趋势变化”。

这是用来通过实际的开关电源电路的开关相关的频谱来分析并解决EMC问题所必须的知识。

波形变化与频谱变化：前面给出的图是用来比较的默认条件下的数据。

下面波形图中的条件是：振幅10V，频率400kHz，Duty（占空比）50%，tr/tf（上升时间/下降时间）10ns。

中间的图表示n次谐波和振幅（V）的关系。

1倍的频率＝基波，也就是说400kHz的分量大，以奇数倍的频率形成频谱。

谐波仅为奇数次是Duty为50%＝1：1的频谱特征。

各分量的大小为基波分量的1/次数，例如3次谐波分量为1/3，n次谐波分量为1/n。

右图是振幅为dB?V的对数曲线图。

顺便提一下，dBμV是基于以1?V电压为基准的电压比的dB值。

①、将频率变更为2MHz时的频谱。

从频率－振幅（dBV）关系图可以明确看出，当频率增加时振幅整体增加。

②、tr和tf同时延迟为100ns时的频谱。

结果如原理示意图所示，进入-40dB/dec衰减时的频率降低，频谱的振幅衰减。

③、将Duty50%变为20%时的频谱。

由于Duty不是1:1，因此会产生偶次谐波，但峰值基本上没变化。

随着脉冲宽度tw变窄，基波频谱的振幅衰减。

④、仅tr（上升时间）延迟时的频普。

开关电源原理总结站长编著第一部分:功率电子器件第一节:功率电子器件及其应用要求功率电子器件大量被应用于电源、伺服驱动、变频器、电机保护器等功率电子设备。

这些设备都是自动化系统中必不可少的,因此,我们了解它们是必要的。

近年来,随着应用日益高速发展的需求,推动了功率电子器件的制造工艺的研究和发展,功率电子器件有了飞跃性的进步。

器件的类型朝多元化发展,性能也越来越改善。

大致来讲,功率器件的发展,体现在如下方面:1.器件能够快速恢复,以满足越来越高的速度需要。

以开关电源为例,采用双极型晶体管时,速度可以到几十千赫;使用MOSFET和IGBT,可以到几百千赫;而采用了谐振技术的开关电源,则可以达到兆赫以上。

2.通态压降(正向压降降低。

这可以减少器件损耗,有利于提高速度,减小器件体积。

3.电流控制能力增大。

电流能力的增大和速度的提高是一对矛盾,目前最大电流控制能力,特别是在电力设备方面,还没有器件能完全替代可控硅。

4.额定电压:耐压高。

耐压和电流都是体现驱动能力的重要参数,特别对电力系统,这显得非常重要。

5.温度与功耗。

这是一个综合性的参数,它制约了电流能力、开关速度等能力的提高。

目前有两个方向解决这个问题,一是继续提高功率器件的品质,二是改进控制技术来降低器件功耗,比如谐振式开关电源。

总体来讲,从耐压、电流能力看,可控硅目前仍然是最高的,在某些特定场合,仍然要使用大电流、高耐压的可控硅。

但一般的工业自动化场合,功率电子器件已越来越多地使用MOSFET和IGBT,特别是IGBT获得了更多的使用,开始全面取代可控硅来做为新型的功率控制器件。

第二节:功率电子器件概览一.整流二极管:二极管是功率电子系统中不可或缺的器件,用于整流、续流等。

目前比较多地使用如下三种选择:1.高效快速恢复二极管。

压降0.8-1.2V,适合小功率,12V左右电源。

2.高效超快速二极管。

0.8-1.2V,适合小功率,12V左右电源。

3.肖特基势垒整流二极管SBD。

在复平面（s＝σ＋jω）上，使传递函数G（s）→∞的点，称为G（s）的极点；使G（s）＝0的点，称为G（s）的零点。

零点或极点为复数时，为复零点或复极点。

实零点或实极点为实数，位于实轴（α轴）上。

位于s右半平面（RHP－Right Half Plane）的正零点或正极点，称为RHP零点或RHP极点；位于s左半平面（LHP-Left Half Plane）的负零点或负极点，称为LHP零点或LHP极点。

只要含有一个RI－IP极点，系统就是不稳定的；系统的全部极点都是LHP极点时，系统才是稳定的。

极点和零点为虚数时，位于虚轴（J 轴）上；有虚极点的系统属于不稳定系统。

一阶系统的几种零、极点特性的比较见表表一阶系统的几种零、极点特性的比较以图1所示的二阶滤波电路为例来分析二阶系统的零、极点特性。

其传递函数也可以写成图1 二阶低通滤波器电路它有两个LHP极点：-1/T1，和-1/T2。

图2所示为举例给出的某个Buck-Boost转换器控制一输出传递函数的零、极点分布。

它有两个LHP极点（pole）P1、P2，P1,2＝（-1，1±j2，2）×103，还有一个RHP零点（zero）Z，z＝+6.1×103，Bode图上，相位总滞后为270°。

开关转换器的传递函数中，有时出现所谓ESR零点，它是指由于滤波电容有等效串联电阻（ESR），使传递函数包含一个ESR零点。

例如式（13－9）所示二阶低通输出滤波器，设电图2 Buck Boost转换器的零、极点分布容C的ESR为Rc，则其传递函数为G（s）有一个LHP零点：z=-1/RcC,称为滤波电容的ESR零点。

(本文转自家居建材网：)。

开关电源各功能电路详解一、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.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。

开关电源文献综述第一篇：开关电源文献综述开关电源---文献综述引言在计算机，电子仪表和通讯系统中应用极为广泛的开关电源，在近半个世纪的发展过程中，因具有轻小，高效等优点而逐渐取代传统技术制造的连续工作电源，成为电子电源中的主流产品。

人们在开关电源的技术领域里，一边开发相关电子技术，一边开发新型功率材料和元器件，两者相互促进推动着开关电源向轻小薄低噪声高可靠抗干扰方向发展，每年超过两位数的增长率。

开关电源分为AC/DC和DC/AC两大类。

主要应用于计算机，通讯办公室，控制设备，电子仪器等投资类产品及电视机，摄像机，VCD，电子游戏机等消费类产品。

目前全球开关电源制造商约500家。

据国外专家预计，世界开关电源的销量额将由1992年的84亿美元猛增至1999年得166亿美元，刺激开关电源市场进一步扩大并将继续推动开关电源技术进步的主要用户是计算机及外围设备，另外，快速发展的通讯及消费市场也正逐渐引起开关电源制造商的关注。

因此，研究开关电源是非常有必要的，对于我们以后的发展是很有帮助的。

因此，本文将围绕开关电源的高效性，可靠性，模块化，稳定性，低噪声，抗电磁干扰及应用等方面展开详细论述，论述是将借鉴近年来大量的文献，以此增加说服力。

正文开关电源的功率和效率问题为了使开关电源轻，小，薄，高频化（开关电源频率达兆赫级）是必然发展趋势。

而高频化有必然使传统的PWM开关功耗加大，效率降低，噪声也提高了，达不到高频，高效的预期效益，因此实现零电压导通，零电流关断软开关技术成为开关电源的主流。

采用软开关技术可使效率达到85%~88%。

开关电源是电源的发展方向，但是开关电源功率因数很低，它的输入电流波形严重畸变，所含谐波对电网有干扰，股提高功率因数，抑制谐波，减小对电网的干扰是重要的课题。

通常抑制谐波，改善功率因数的三种常用方法是串联谐振滤波器，并联谐振滤波器，升压式变换器。

其中有源式升压式变换器是提高功率因数的最好的方法。

开关电源原理分析开关电源是一种常见的电源供应系统，它通过不间断地开关调节电流，使得输出电压稳定。

本文将对开关电源的原理进行分析，包括其基本构成、工作原理和优缺点等。

一、开关电源的基本构成开关电源主要由以下几个基本部分组成：1. 输入滤波电路：用于减小输入端的干扰电流和噪声。

2. 整流电路：将交流输入转换为直流电压。

3. 直流链接电路：连接整流电路和升压、降压电路。

4. 控制电路：用于控制开关器件的导通和关断。

5. 变换电路：包括升压和降压电路，用于根据需要提供稳定的输出电压。

6. 输出滤波电路：用于减小输出端的纹波电流和残余噪声。

二、开关电源的工作原理开关电源的工作原理如下：1. 控制器接收输入电压，并根据需要产生相应的控制信号。

2. 控制信号使得开关管正常工作，实现导通和关断的变化。

3. 当开关管导通时，输入电源的电能会通过变压器传递到输出端，根据变压器比例得到所需的电压。

4. 当开关管关断时，输入电源的电能会存储在电感中，并通过二极管输出到负载，保持输出电流的稳定性。

5. 控制器不断监测输出电压和电流，并根据需要调整开关管的导通和关断频率，从而实现输出电压的稳定。

三、开关电源的优缺点开关电源相比于传统的线性电源，具有以下优点：1. 高效率：开关电源采用开关器件进行调节，能够更有效地转换电能，提高能源利用率。

2. 小体积：由于开关电源使用高频开关器件，可以采用较小的变压器和滤波电容，使得整个电源系统更加紧凑。

3. 轻量化：由于效率高和体积小，开关电源在重量上较传统线性电源更轻便，适用于便携式设备。

4. 电压稳定性好：开关电源通过高频开关调节电流，能够更精确地控制输出电压，使其更加稳定。

然而，开关电源也存在一些缺点：1. 输出纹波：由于开关管的开关频率较高，会引入输出纹波电流，需要通过滤波电路来减小。

2. EMI干扰：开关电源高频开关会产生较强的电磁辐射干扰，需要采取相应的措施来减小对周围设备的影响。