开关电源设计的一般考虑 经典!!!
- 格式:pdf
- 大小:141.23 KB
- 文档页数:6
第一章开关电源设计的一般考虑在设计开关电源之前,应当仔细研究要设计的电源技术要求。
现以一个通信电源模块的例子来说明设计要考虑的问题。
该模块的技术规范如下:1 电气性能除非另外说明,所有参数是在输入电压为220V,交流50Hz以及环境温度25℃下测试和规定的.表1.1调压范围2 效率额定电压输出电流限流范围过压范围调压范围1I(max)54.9V 28A 110% 58.8- 52.55- 45.7 >87%Imax 61.2V 52.75V 45.9V1.1 输入电压:单相交流额定电压有效值220V±20%频率:频率范围 45-65Hz电流:在满载运行时,输入220V,小于8A。
在264V时,冲击电流不大于18A效率:负载由50%-100%为表2.1值功率因数:大于0.90,负载在50%以上,大于0.95谐波失真:符合IEC 555-2要求启动延迟:在接通电源3秒内输出达到它的额定电平保持时间:输入176V有效值,满载,大于10mS1.2 输出电压:在满载时,输出电压设定在表1值的±0.2%电流:负载电流从零到最大值(参看表1),过流保护开始是恒流,当电压降低到一定值得时,电流截止.稳压特性:负载变化由零变到100%, 输入电压由176V变到264V最坏情况下输出电压变化不超过200mV.瞬态响应:在没有电池连接到输出端时,负载由10%变化到100%,或由满载变化的10%,恢复时间应当在2mS之内.最大输出电压偏摆应当小于1V.静态漏电流:当模块关断时,最大反向泄漏电流小于5mA.温度系数:模块在整个工作温度范围内≤±0.015%.温升漂移:在起初30秒内,±0.1%输出噪音:输出噪音满足通信电源标准,衡重杂音<2mV.1.3 保护输入:输入端保护保险丝定额为13A.输出过压:按表 1.1设置过压跳闸电压,输出电压超过这个电平时,将使模块锁定在跳闸状态.通过断开交流输入电源使模块复位.输出过流:过流特性按表1.1的给定值示于图1.过流时,恒流到60%电压,然后电流电压转折下降.(最后将残留与短路相同的状态)输出反接:在输入反接时,在外电路设置了一个保险丝烧断(<32A/ 55V)过热:内部检测器禁止模块在过热下工作,一旦温度减少到正常值以下,自动复位.1.4 显示和指示功能输入监视:输入电网正常显示.输出监视:输出电压正常显示.(过压情况关断).限流指示:限流工作状态显示.负载指示:负载大于低限电流显示.继电器:输入和输出和输入正常同时正常显示。
毕业设计开关电源毕业设计开关电源随着科技的不断发展,电子产品已经成为人们生活中不可或缺的一部分。
而这些电子产品的正常运行离不开电源的供应。
在电源中,开关电源作为一种高效、稳定的供电方式,被广泛应用于各类电子设备中。
本文将从开关电源的原理、设计要点以及应用领域等方面进行论述。
一、开关电源的原理开关电源是一种将交流电转换为直流电供应给电子设备的电源。
其工作原理是通过开关管的开关动作来控制电源的输出电压。
开关电源的核心部件是开关管和变压器。
当交流电输入时,变压器将交流电转换为一定频率的高频交流电。
随后,开关管通过不断地开关动作,将高频交流电转换为直流电输出。
通过这样的方式,开关电源能够提供稳定且高效的电源供应。
二、开关电源的设计要点1. 输入电压范围:开关电源的输入电压范围是设计时需要考虑的重要因素。
一般来说,输入电压范围越宽,适用性就越广。
因此,在设计开关电源时,需要选择合适的电压范围,并采取相应的电路设计措施,以确保电源能够在不同电压条件下正常工作。
2. 输出电压稳定性:开关电源的输出电压稳定性是影响其性能的重要指标之一。
在设计过程中,需要通过合理的电路设计和控制手段,保证输出电压的稳定性。
常见的控制手段包括反馈控制和电压调节电路等。
3. 效率和功率因数:开关电源的效率和功率因数也是设计过程中需要考虑的重要因素。
高效率的开关电源能够减少能量的损耗,提高能源利用率。
而高功率因数则能够减少对电网的污染。
因此,在设计开关电源时,需要采取相应的措施,提高其效率和功率因数。
4. 过载和短路保护:开关电源在使用过程中,可能会遇到过载和短路等异常情况。
为了保护电源和电子设备的安全,需要在设计中考虑相应的过载和短路保护措施。
常见的保护措施包括过载保护、短路保护和过压保护等。
三、开关电源的应用领域开关电源由于其高效、稳定的特点,被广泛应用于各类电子设备中。
其中,常见的应用领域包括计算机、通信设备、工业自动化设备等。
开关电源典型设计实例精选
开关电源是一种常见的电源设计,它能够将输入电压转换为稳定的输出电压,常用于各种电子设备中。
以下是一些典型的开关电源设计实例:
1. Buck转换器,Buck转换器是一种常见的开关电源设计,它能够将高电压降低为稳定的较低电压。
这种设计常用于需要较低输出电压的应用,例如移动设备充电器和电源适配器。
2. Boost转换器,Boost转换器则是将输入电压升高为稳定的输出电压,常用于需要较高输出电压的场合,比如LED驱动器和太阳能电池充电器。
3. Buck-Boost转换器,Buck-Boost转换器能够实现输入电压的升压和降压,因此在需要输出电压高低变化范围较大的场合下应用广泛,比如电动汽车充电器和太阳能储能系统。
4. Flyback转换器,Flyback转换器是一种常见的离线开关电源设计,适用于输出功率较低的应用,例如家用电子设备和通信设备。
5. LLC谐振转换器,LLC谐振转换器结构简单,具有高效率和低电磁干扰等优点,适用于中高功率的电源设计,例如工业设备和服务器电源。
以上是一些典型的开关电源设计实例,每种设计都有其适用的场合和特点,工程师在实际设计中需要根据具体要求选择合适的设计方案。
希望以上信息能够对你有所帮助。
一、概述越来越多的电子产品使用pkload开关电源设计,这种设计可以提高电源转换效率并减小电路尺寸。
然而,要想设计一个高质量的pkload开关电源,需要考虑许多方面的要点。
本文将分析pkload开关电源设计的关键要点,以帮助工程师设计出更加稳定、高效的电源系统。
二、电源拓扑选择1. pkload开关电源可以采用多种不同的拓扑,包括Boost、Buck、Buck-Boost等。
在选择拓扑时,需要考虑输入/输出电压范围、负载变化情况以及转换效率等因素。
不同的拓扑适用于不同的应用场景,工程师需要根据具体情况进行选择。
2. 特殊应用场景可能需要特殊的拓扑,如高压、高频变换器等。
在选择拓扑时需充分考虑这些特殊情况,并针对性地进行设计和优化。
三、功率器件选择1. 选择合适的功率器件是pkload开关电源设计的关键。
工程师需要考虑器件的导通/关断损耗、开关速度、最大工作电压和电流、热阻等参数,以保证电源系统的稳定性和效率。
2. 典型的功率器件包括MOSFET、IGBT、二极管等,不同的器件有各自的优缺点,工程师需要根据实际需求进行选择。
四、控制策略设计1. 控制策略是pkload开关电源设计中至关重要的一环。
常见的控制策略包括电压模式控制、电流模式控制以及混合控制等,工程师需要根据应用场景选择适合的控制策略。
2. 控制策略的设计需要充分考虑系统动态响应、稳态误差、过载/短路保护等方面,以确保电源系统在各种工况下都能稳定可靠地工作。
五、参考设计及仿真验证1. 对于pkload开关电源设计,工程师可以参考已有的设计方案和资料,以快速搭建原型并进行测试验证。
2. 在实际设计过程中,可以利用仿真软件如SPICE、PSIM等进行电路仿真,以评估系统的性能、稳定性和可靠性,并优化设计方案。
六、EMI/EMC设计1. 电磁兼容性(EMC)和电磁干扰(EMI)是pkload开关电源设计中需要重点考虑的问题。
电源系统产生的干扰可能影响其他电子设备的正常工作,因此需要进行EMI/EMC设计并满足相应标准要求。
(整理)电路设计之开关电源设计编辑整理:尊敬的读者朋友们:这里是精品文档编辑中心,本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的,发布之前我们对文中内容进行仔细校对,但是难免会有疏漏的地方,但是任然希望((整理)电路设计之开关电源设计)的内容能够给您的工作和学习带来便利。
同时也真诚的希望收到您的建议和反馈,这将是我们进步的源泉,前进的动力。
本文可编辑可修改,如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅,最后祝您生活愉快业绩进步,以下为(整理)电路设计之开关电源设计的全部内容。
1 绪论开关电源(Switching Mode Power Supply,英文缩写为SMPS)又称为开关稳压电源,问世后在很多领域逐步取代了线性稳压电源和晶闸管相控电源.随着全球对能源问题的越来越重视,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力结构简单、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,人们研究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,还具有稳压精度高的特点,是一种较理想的稳压电源。
开关电源具有效率高、体积小、重量轻、应用广泛等优点,现已成为稳压电源的主流产品。
正因为如此,开关电源被誉为高效、节能型电源,代表着稳压电源的发展方向,并已广泛应用于各种电子设备中[1]。
1。
1 开关电源的特点1。
1。
1 开关电源的优点(1)功耗小,效率高。
晶体管V在激励信号的激励下,它交替地工作在导通—截止和截止—导通的开关状态,转换速度很快,频率一般为50kHz左右,在一些技术先进的国家,可以做到几百或者近1000kHz。
这使得开关晶体管V的功耗很小,电源的效率可以大幅度地提高,其效率可达到80%.(2)体积小,重量轻。
采用高频技术,省掉了体积笨重的工频变压器。
由于调整管V上的耗散功率大幅度降低后,又省去了较大的散热片。
开关电源PCB设计要点及实例分析开关电源PCB设计要点及实例分析开关电源PCB设计要点及实例分析为了适应电子产品飞快的更新换代节奏,产品设计工程师更倾向于选择在市场上很容易采购到的AC/DC适配器,并把多组直流电源直接安装在系统的线路板上。
由于开关电源产生的电磁干扰会影响到其电子产品的正常工作,正确的电源PCB设计就变得非常重要。
开关电源PCB设计与数字电路PCB设计完全不一样。
在数字电路排版中,许多数字芯片可以通过PCB软件来自动排列,且芯片之间的连接线可以通过PCB软件来自动连接。
用自动排版方式排出的开关电源肯定无法正常工作。
所以,设计人员需要对开关电源PCB设计基本规则和开关电源工作原理有一定的了解。
1 开关电源PCB设计基本要点1.1 电容高频滤波特性图1是电容器基本结构和高频等效模型。
图1 电容器结构和寄生等效串联电阻和电感电容的基本公式是C=Εrε0 (1)式(1)显示,减小电容器极板之间的距离(D)和增加极板的截面积(A)将增加电容器的电容量。
电容通常存在等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)二个寄生参数。
图2是电容器在不同工作频率下的阻抗(ZC)。
图2 电容阻抗(ZC)曲线一个电容器的谐振频率(F0)可以从它自身电容量(C)和等效串联电感量(LESL)得到,即F0= (2)当一个电容器工作频率在F0以下时,其阻抗随频率的上升而减小,即ZC= (3)当电容器工作频率在F0以上时,其阻抗会随频率的上升而增加,即ZC=J2πfLESL(4)当电容器工作频率接近F0时,电容阻抗就等于它的等效串联电阻(RESR)。
电解电容器一般都有很大的电容量和很大的等效串联电感。
由于它的谐振频率很低,所以只能使用在低频滤波上。
钽电容器一般都有较大电容量和较小等效串联电感,因而它的谐振频率会高于电解电容器,并能使用在中高频滤波上。
瓷片电容器电容量和等效串联电感一般都很小,因而它的谐振频率远高于电解电容器和钽电容器,所以能使用在高频滤波和旁路电路上。
开关电源原理与设计世纪电源网-论坛第一章开关电源的基本工作原理1-1.几种基本类型的开关电源1-2.串联式开关电源1-2-1.串联式开关电源的工作原理1-2-2.串联式开关电源输出电压滤波电路1-2-3.串联式开关电源储能滤波电感的计算1-2-4.串联式开关电源储能滤波电容的计算1-3.反转式串联开关电源1-3-1.反转式串联开关电源的工作原理1-3-2.反转式串联开关电源储能电感的计算1-3-3.反转式串联开关电源储能滤波电容的计算1-4.并联式开关电源1-4-1.并联式开关电源的工作原理1-4-2.并联式开关电源输出电压滤波电路1-4-3.并联开关电源储能电感的计算1-4-4.并联式开关电源储能滤波电容的计算1-5.单激式变压器开关电源1-5-1.单激式变压器开关电源的工作原理1-6.正激式变压器开关电源1-6-1.正激式变压器开关电源工作原理1-6-2.正激式变压器开关电源的优缺点1-6-3.正激式变压器开关电源电路参数计算1-6-3-1.正激式变压器开关电源储能滤波电感和储能滤波电容参数的计算1-6-3-2.正激式开关变压器参数的计算1-6-3-2-1.变压器初级线圈匝数的计算1-6-3-2-2.变压器初、次级线圈匝数比的计算1-7.反激式变压器开关电源工作原理1-7-1.反激式变压器开关电源工作原理1-7-2.开关电源电路的过渡过程1-7-3.反激式变压器开关电源电路参数计算1-7-3-1.反激式变压器开关电源储能滤波电容参数的计算1-7-3-2.反激式开关变压器参数的计算1-7-3-2-1.反激式开关变压器初级线圈匝数的计算1-7-3-2-2.反激式开关变压器初级线圈电感量的计算1-7-3-2-3.变压器初、次级线圈匝数比的计算1-7-4.反激式变压器开关电源的优缺点1-8.双激式变压器开关电源1-8-1.推挽式变压器开关电源的工作原理1-8-1-1.交流输出推挽式变压器开关电源1-8-1-2.整流输出推挽式变压器开关电源1-8-1-3.推挽式变压器开关电源储能滤波电感、电容参数的计算1-8-1-3-1.推挽式变压器开关电源储能滤波电感参数的计算1-8-1-3-2.推挽式变压器开关电源储能滤波电容参数的计算1-8-1-4.推挽式开关变压器参数的计算1-8-1-4-1.推挽式开关变压器初级线圈匝数的计算1-8-1-4-2.推挽式开关变压器初、次级线圈匝数比的计算A)交流输出推挽式开关变压器初、次级线圈匝数比的计算B)直流输出电压非调整式推挽开关变压器初、次级线圈匝数比的计算C)直流输出电压可调整式推挽开关变压器初、次级线圈匝数比的计算1-8-1-5.推挽式开关电源的优缺点1-8-2.半桥式变压器开关电源1-8-2-1.交流输出半桥式变压器开关电源1-8-2-2.交流输出单电容半桥式变压器开关电源1-8-2-3.整流输出半桥式变压器开关电源1-8-2-4.半桥式开关电源储能滤波电感、电容参数的计算A)半桥式开关电源储能滤波电感参数的计算B)半桥式开关电源储能滤波电容参数的计算1-8-2-5.半桥式开关变压器参数的计算A)半桥式开关变压器初级线圈匝数的计算B)交流输出半桥式开关变压器初、次级线圈匝数比的计算C)直流输出电压非调整式半桥开关变压器初、次级线圈匝数比的计算D)直流输出电压可调整式半桥开关变压器初、次级线圈匝数比的计算1-8-2-6.半桥式变压器开关电源的优缺点1-8-3.全桥式变压器开关电源1-8-3-1.全桥式变压器开关电源的工作原理1-8-3-2.整流输出全桥式变压器开关电源1-8-3-3.全桥式开关电源储能滤波电感、电容参数的计算A)全桥式开关电源储能滤波电感参数的计算B)全桥式开关电源储能滤波电容参数的计算1-8-3-4.全桥式开关变压器参数的计算A)全式开关变压器初级线圈匝数的计算B)交流输出全桥式开关变压器初、次级线圈匝数比的计算C)直流输出电压非调整式全桥开关变压器初、次级线圈匝数比的计算D)直流输出电压可调整式全桥开关变压器初、次级线圈匝数比的计算1-8-3-5.全桥式变压器开关电源的优缺点1-9.第一章总结第一章开关电源的基本工作原理1-1.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。
摘要开关电源是应用于广泛领域的一种电力电子装置。
它具有电能转换效率高、体积小、重量轻、控制精度高和快速性好等优点,在小功率范围内基本取代了线性电源,并迅速想大功率范围推进,在很大程度上取代了晶闸管相控整流电源。
可以说,开关电源技术是目前中小功率直流电能变换装置的主流技术。
本文首先描述了开关电源的发展,对目前出现的几种典型的开关电源技术作了归纳总结和分析比较,在此基础上指出了开关电源技术的发展状况和开关电源产品的发展趋势。
并且对开关电源的发展史、应用范围、主电路的选择、控制方法作了简要的介绍。
在设计中主要采用了脉宽调制(PWM)、全桥整流、自锁保护等技术,应用了控制芯片UC3842做为PWM控制芯片,对变压器次级线圈采用堆叠式绕法,改进光耦反馈电路的选择,使电路能达到所需基本要求同时,力求稳定、高效。
关键字:开关电源,拓扑结构,变压器,正激式AbstractThe switch power supply is a kind of electric power electronics which applies in the extensive realm to be used.It has an electric power conversion's efficiency high, the physical volume is small, the weight is light, the control accuracy is high with fast etc. advantage, within the scope of small power replaced line power supply, and in high-power scope propulsion quickly, to a large extent,it replaced the thyristor phase - controlled rectifying power supply.We can say, the switch power supply technique is the essential technique which wins small electric power transformation of the power direct current to equip currently.This text described the development of switch power supply first, to a few kinds which appear currently typical model of the switch power supply technique made to induce summary and analysis comparison, pointing out the development trend of the technical development condition of the switch power supply and switch power supply product on this foundation.And introduce the switch power supply’s phylogeny,application, main electric circuit of power supply and controled a method. The design adopted PWM, the whole bridgeses commutated, lock protection etc. technique, applied control the chip UC3842 to be used as PWM control chip, the transformer adoprt adopt pile circle, improve the choice of the electric circuit, make the electric circuit be able to attain need basic request in the meantime, try hard for stability, efficiently.Key words:Switch power supply,topology,transform,Forward目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................................................................ I I 目录 .. (III)1 绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 开关电源的发展历史 (1)1.2.1 国外发展历史 (1)1.2.2 国内发展状况 (2)1.3 目前需要克服的困难 (2)1.4 开关电源的发展趋势 (3)1.5 本文的设计要求 (4)2 开关电源的工作原理 (6)2.1 开关电源的基本构成 (6)2.2 开关电源常用的拓扑结构分析 (6)2.2.1 降压型 (6)2.2.2 升压型 (7)2.2.3 升降压型 (8)2.2.4 反激式 (9)2.2.5 正激式 (11)2.2.6 推挽式 (12)2.3 拓扑结构的确定 (13)3. 基于UC3842的开关电源的设计与实现 (14)3.1 开关电源电路的设计 (14)3.1.1 开关电源电路的总体简介 (14)3.1.2 基于UC3842的基本结构 (14)3.1.3 各部分功能简介 (14)3.2 UC3842芯片简介 (15)3.2.1 UC3842的特点 (15)3.2.2内部结构和引脚图 (16)3.2.3 引脚功能 (16)3.2.4 芯片工作原理 (17)3.3 各部分回路设计 (18)3.3.1 主回路的设计 (18)3.3.2 控制保护回路的设计 (21)3.3.3 反馈电路的设计 (23)3.4 外围主要器件的选取 (23)4. 开关电源变压器的设计 (28)4.1 与变压器相关的一些基本概念 (28)4.2 变压器用料介绍 (30)4.3 高频变压器的设计 (32)4.4 变压器的绕制方法 (35)结论 (38)致谢 (39)参考文献 (40)附录总原理图 (41)1 绪论1.1 引言电子技术的高速发展,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 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、电力检测设备电源、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。
电子设计中常用的开关电源设计方法在电子设计中,开关电源是一种常用的电源设计方法,它具有高效率、小体积和稳定性好等优点,因此在各种电子设备中被广泛应用。
在实际应用中,有几种常见的开关电源设计方法,包括降压型开关电源、升压型开关电源和反激型开关电源。
首先是降压型开关电源,它是最常见的开关电源设计方法之一。
降压型开关电源通过将输入电压降低到输出电压的方法来实现电压转换。
在降压型开关电源中,主要包括基本的降压型稳压器、脉宽调制(PWM)控制方式以及电感式降压转换器等。
在实际应用中,通过合理选择器件参数和控制方式,可以实现高效率、低波动、小尺寸等优点。
其次是升压型开关电源,与降压型开关电源相反,升压型开关电源将输入电压升高到输出电压的水平。
升压型开关电源的工作原理相对复杂一些,需要具备更高的技术要求。
在升压型开关电源中,常用的设计方法包括升压型稳压器、升压式模块以及多级升压转换器等。
设计时需要考虑输出电压稳定性和负载调整范围等因素,以确保电源的性能和稳定性。
最后是反激型开关电源,它是一种常用于大功率应用中的开关电源设计方法。
反激型开关电源具有高效率、快速响应和良好的动态性能等特点。
在反激型开关电源设计中,主要包括基本的反激型稳压器、谐振反激式转换器以及桥式反激转换器等。
通过合理选择拓扑结构和控制方式,可以实现高效率和稳定的反激型开关电源设计。
总的来说,在电子设计中常用的开关电源设计方法包括降压型开关电源、升压型开关电源和反激型开关电源。
设计时需要考虑输入输出电压范围、负载调整范围、效率要求以及输出稳定性等因素,以选择合适的开关电源设计方法,并通过合理设计实现性能优越的电源系统。
希望以上内容对您有所帮助,如有任何疑问欢迎继续交流。
开关电源电路设计要点与调试开关电源是一种用于电子设备的电源供应,其具有高效率、稳定性和可调性等优点。
设计和调试开关电源时,需要注意一些重要要点。
一、开关电源设计要点:1.选择适当的拓扑结构:开关电源的拓扑结构有多种,如降压型、升压型、升降压型等。
要根据设备的功率需求和使用环境来选择合适的拓扑结构。
2.选择合适的功率器件:开关电源的功率器件主要包括开关管、二极管和变压器等。
需要选择具备合适功率和工作频率范围的器件,并且要考虑其可靠性和成本。
3.控制和保护电路设计:开关电源需要有稳定的控制和保护功能,如输出电压、电流的监测和调节,过载、过压、短路等故障的保护。
需要设计相应的反馈和控制电路,保证开关电源的可靠工作。
4.选择合适的滤波电路:开关电源在工作过程中会产生较大的开关干扰,需要采取合适的滤波措施,减小开关干扰对其他电子设备的影响。
5.选择合适的输出电容:开关电源的输出端需要连接电容进行滤波,以减小输出纹波。
应选择适当容量和质量的电容,保证输出电压稳定。
6.保证开关电源的安全性:开关电源设计时需要考虑一些安全因素,如避免触电危险、瞬态过电压保护等,保证电源的安全可靠性。
7.合理布局和散热设计:开关电源的布局设计要合理,器件的热量要及时散热,避免温度过高对电源稳定性的影响。
二、开关电源调试要点:1.确认电源输入输出参数:在开关电源调试之前,首先要明确电源的输入和输出参数,如输入电压范围、输出电压和电流等,以便调试和验证工作的正确性。
2.建立逐步调试的过程:开关电源调试时可以采用逐步调试的方法,即先调试一部分功能,然后逐渐增加其他功能的调试。
这样可以避免在调试过程中出现一些难以排查的问题。
3.注意开关电源的保护功能:在调试的过程中,要注意开关电源的保护功能是否正常,如过载、过压、短路等故障保护功能是否有效。
可以通过人工模拟故障情况进行测试。
4.确保开关电源的稳定性:开关电源在调试过程中需要保证输出电压和电流的稳定性。
开关电源电路设计要点与调试开关电源是一种将电能转换为特定电压、电流和频率的电力转换装置,具有高效率、体积小、重量轻等优点,广泛应用于各种电子设备中。
开关电源的设计和调试是开发电子产品的重要环节,下面将重点介绍开关电源电路设计要点以及调试方法。
一、开关电源电路设计要点1.选用适当的拓扑结构:开关电源的拓扑结构包括开关正激式(buck)、开关反激式(flyback)、开关共激式(forward)等。
在选择拓扑结构时需要考虑输入电压范围、输出电压需求、功率密度要求、成本等因素。
不同拓扑结构有不同的工作原理和电路参数设计要求,设计时需要综合考虑各种因素才能确定最合适的拓扑结构。
2.合理选择功率元件和元器件:功率元件是开关电源中最关键的部件,直接影响开关电源的效率和可靠性。
常见的功率元件包括MOSFET、IGBT、二极管等。
在选择功率元件时需要考虑电压和电流的要求,以及功率元件的损耗和热散。
此外,还需要合理选择其他元器件,如电感、电容、变压器等,以满足开关电源的稳定性和工作要求。
3.设计稳压控制回路:开关电源的稳压控制回路起到控制输出电压稳定的作用。
常见的稳压控制回路有电压模式控制和电流模式控制。
在设计稳压控制回路时需要考虑输出电压波动范围、响应速度、幅值准确性、稳定性等因素,并根据具体需求选择合适的控制模式和电路结构。
4.进行开关频率和PWM信号设计:开关频率和PWM信号的设计直接影响开关电源的转换效率和输出波形质量。
一般来说,较高的开关频率可以减小电感器件和滤波器的体积,但会增加功率元件开关损耗;较低的开关频率可以降低功率元件开关损耗,但会增加电感器件和滤波器的体积。
同时,PWM信号的设计要考虑到占空比的合理选择、工作频率的稳定性等因素。
5.安全保护和电磁兼容设计:开关电源需要考虑到安全保护和电磁兼容的设计要求。
常见的安全保护设计有过载保护、过温保护、短路保护等,以保证开关电源的正常工作和安全可靠。
电磁兼容设计包括滤波器设计、接地设计等,以减小开关电源对周围电子设备的干扰和抗干扰能力。
12V6A开关电源设计设计一款12V6A开关电源需要考虑以下几个方面:输入电压范围、输出电压范围、输出电流能力、效率、稳定性和保护功能。
首先,选择输入电压范围。
一般来说,需要考虑到市电的波动范围,并选择适当的输入电压。
常见的输入电压范围是100-240V交流。
然后,选择输出电压范围。
出于12V的需求,可以选择一个固定的12V输出,或者选择一个可调节的输出。
当选择可调节输出时,可以增加额外的电路来控制输出电压。
接下来,选择输出电流能力。
根据需求选择6A的输出电流。
为了满足这个电流需求,设计需要选择合适的开关电源芯片和适当的电路设计。
然后,考虑效率。
开关电源通常具有高效率,但它可能会在负载不稳定的情况下影响效率。
设计时需要考虑典型工作条件下的效率,并在可能的情况下选择具有高效率的开关电源芯片。
接下来,考虑稳定性。
稳定性主要包括输出稳定性和负载性能。
为了保持输出稳定,可以增加反馈控制回路来调整输出电压。
对于负载性能,可以选择开关电源芯片和电路设计来保证负载变化时输出电压稳定。
设计中还需要考虑保护功能。
常见的保护功能包括过流保护、过温保护和短路保护。
在设计中需要选择具有这些保护功能的开关电源芯片,并根据需要添加其他保护电路。
最后,根据选择的开关电源芯片和电路设计制作原理图和PCB布局,并使用适当的工具进行仿真和调试。
在设计完成后,还需要进行相关的测试和验证,以确保满足设计要求。
总结起来,设计一款12V6A开关电源需要考虑输入电压范围、输出电压范围、输出电流能力、效率、稳定性和保护功能。
通过选择合适的芯片和电路设计,设计师可以满足特定需求,并确保电源的高效、稳定和安全运行。
开关电源设计细节详解1、电源设计项目前期各个参数注意细节借鉴下NXP的这个TEA1832图纸做个说明。
分析里面的电路参数设计与优化并做到认证至量产。
在所有的元器件中尽量选择公司仓库里面的元件,和量大的元件,方便后续降成本拿价格。
贴片电阻采用0603的5%,0805的5%,1%,贴片电容容值越大价格越高,设计时需考虑。
1、输入端,FUSE选择需要考虑到I^2T参数。
保险丝的分类,快断,慢断,电流,电压值,保险丝的认证是否齐全。
保险丝前的安规距离2.5mm以上。
设计时尽量放到3mm以上。
需考虑打雷击时,保险丝I2T是否有余量,会不会打挂掉。
2、这个图中可以增加个压敏电阻,一般采用14D471,也有采用561的,直径越大抗浪涌电流越大,也有增强版的10S471,14S471等,一般14D471打1KV,2KV雷击够用了,增加雷击电压就要换成MOV+GDT了。
有必要时,压敏电阻外面包个热缩套管。
3、NTC,这个图中可以增加个NTC,有的客户有限制冷启动浪涌电流不超过60A,30A,NTC的另一个目的还可以在雷击时扛部分电压,减下MOSFET的压力。
选型时注意NTC的电压,电流,温度等参数。
4、共模电感,传导与辐射很重要的一个滤波元件,共模电感有环形的高导材料5K,7K,0K,12K,15K,常用绕法有分槽绕,并绕,蝶形绕法等,还有UU型,分4个槽的ET型。
这个如果能共用老机种的最好,成本考虑,传导辐射测试完成后才能定型。
5、X电容的选择,这个需要与共模电感配合测试传导与辐射才能定容值,一般情况为功率越大X电容越大。
6、如果做认证时有输入L,N的放电时间要求,需要在X电容下放2并2串的电阻给电容放电。
7、桥堆的选择一般需要考虑桥堆能过得浪涌电流,耐压和散热,防止雷击时挂掉。
8、VCC的启动电阻,注意启动电阻的功耗,主要是耐压值,1206的一般耐压200V,0805一般耐压150V,能多留余量比较好。
9、输入滤波电解电容,一般看成本的考虑,输出保持时间的10mS,按照电解电容容值的最小情况80%容值设计,不同厂家和不同的设计经验有点出入,有一点要注意普通的电解电容和扛雷击的电解电容,电解电容的纹波电流关系到电容寿命,这个看品牌和具体的系列了。
开关电源经典书籍推荐Power Supply Cookbook, Marty Brown, EDN Series, 2001.本书作者Marty Brown任职On Semiconductor (Motorola)多年,具有多年开关式电源供应器设计之实务经验,本书可以说是他以工程师的观点,以实务经验为出发点所著作的一本精简扼要的设计参考书籍,全书仅230余页.本书重点主要在第三章:PWM Switching PowerSupplies说明传统脉宽调变转换器的设计方法;与第四章:Waveshaping Techniques说明新型的谐振式转换器设计方法.本书的优点是掌握重点,可以快速的建立系统的设计观念,缺点是未提供设计方程式推导说明,初学者不易了解其设计概念.Switching Power Supply Design, Edited by: Abraham I.Pressman, McGraw Hill, 2nd Ed., Nov. 1997.本书作者Abraham I. Pressman可以说是开关式电源设计祖师级开创大师早自1977年即着有『Switching and Linear Power Supply,Power Converter Design』一书,是早期电源设计从业人员重要的参考书籍.本书是作者20年后再次出版的一本SPS设计专业书籍,全书包含了十七章近700页,针对电源设计的专门议题都有重点的说明,读者可以选择有兴趣的章节阅读,是一本很好的设计百科工具书.[缺图]交换式电源技术手册, 原著:原田耕介, 译者:陈连春, 建兴出版社, 1997年10月.本书是原田耕介先生自1990年~1993年间在日本『电子技术』杂志连载关于电源供应器技术解说相关文章所汇整而成的一本着作,本书汇集了四十余位专家学者在开关式电源设计的专业说明,1997年由陈连村先生翻译中文本,本书目前已更新至第二版.本书的特色是非常实际,直接提供设计相关信息与实例说明,都是从事电源多年工作经验的累积,是从事电源设计工程师必读的参考书.Switching Power Supply Design & Optimization, SanjayaManiktala, McGraw Hill, May 2004.本书作者任职于美商国家半导体公司(National Semiconductor)主任工程师,具有多年电源设计之实务经验.电源设计是一个整合理论与实务的最佳化过程,在这个复杂的最佳化过程当中,有许多需要进行试试看的选择,而这些选择又不纯然只是试试看,是基于经验与理论判断的试试看,有时也需要一些灵机一动的想法,也就是这些困难与迷惑成就了电源设计引人入胜之处,许许多多的工程师置身其间,获得难以言明的乐趣.本书作者选择了『最佳化』为书名之关键字,有兴趣的读者可一窥实务工程师观点的最佳化思路历程.Switch-Mode Power Supply Simulation: Designing with SPICE3, Steven M. Sandler, McGraw-Hill Professional; 1st Ed., Nov.11, 2005.电源供应器太复杂了,它的复杂一方面来自开关瞬间变化所引发的电路与元件的高频动态特性,另一方面也源自于元件的非线性特性,更遑论因结构所导致的散热,因电路布局所引发的电磁干扰,以及负载变化所造成的非线性动态响应等等,因此对电源问题接触的愈为深刻,可能导致对计算机模拟的愈发怀疑?『为何要做模拟?哪有那么多时间?』经常是实务工程师心中的疑问?本书从磁性元件,特别是多组输出变压器的相互耦合开始,建立其等效电路模型,进而以EMI 滤波器设计为对象,说明以SPICE模拟为导向的设计与分析方法,本书或可以作为开关式电源供应器的理论建模与实务应用之间的一个桥梁.Practical Computer Analysis of Switch Mode Power Supplies,Johnny C. Bennett, CRC Press, July 27, 2005.本书是一本着重于SPICE计算机模拟的电源设计参考书,作者以自身多年电源设计的实务经验为基础,说明了以小信号模型为基础的开关式电源转换器回路补偿设计方法,书中列举了多种常用电源转换电路的SPICE小信号等效电路模型及其模拟之频率响应,对DC-DC转换器控制回路设计有兴趣的读者可参考本书.Switch-Mode Power Supply SPICE Cookbook, ChristopheBasso, McGraw-Hill, March 19, 2001.本书作者任职于法国On Semiconductor但任电源应用工程师,本书以SPICE为模拟工具,针对各种基本的开馆转换器电路架构进行了模拟实例说明,是一本很好的范例参考书,有兴趣利用SPICE进行开关式电源学习与设计的同好,这是一本容易入手的参考书.Switch-Mode Power Supplies - SPICE Simulations andPractical Designs, Christophe Basso, McGraw-Hill, Feb. 1,2008.本书作者任职于法国On Semiconductor但任电源应用工程师,本书试图结合SPICE的理论模拟与实务设计,藉由模拟找出实务设计的关键,由于能得到On-Semi的工程支援,作者在书中所列举的模拟实例电路已能完全以实际应用电路为主,并藉由所建立的PWM IC行为模型(behavior model)进行系统层次的模拟,可以提供电源系统设计工程师与电源控制IC设计工程师在实作之前具体掌握电源系统的动态响应.对乐于尝试以SPICE进行开关式电源设计者而言,是一本必备的书籍.Fundamentals of Power Electronics Robert W. Erickson andDragan Maksimovic, Kluwer Academic Publishers, February2001.本书两位作者均毕业于加州理工学院,师承大名鼎鼎的S. Cuk与R.D. Middlebrook,Prof. Cuk发明了著名的Cuk Converter,也是Prof. Middlebrook的学生,本书可说是加州理工学院在电力电子领域学术发展一脉相承的具体表现.本书厚达近900页,内容充实、说理分明是其优点.要建立电力电子专业领域的理论基础,这是一本最好的教课书.本书作者所在的科罗拉多大学以本书开授了三门相关课程,由此可见本书内容之丰富.对从事电源设计的工程师而言,本书距离实用最遥远,但却是最重要的理论基础,读通此书,辅以实务经验,可成专业.Fundamentals of Power Electronics with MATLAB, RandallShaffer and Charles River Media, 1st Ed., Aug. 2006.MATLAB/Simulink是许多学生在校时最常使用的软件,但要应用MATLAB于电源设计,却不是件容易的工作,主要关键是必须了解设计规格、建立设计流程、推导设计方程式.Simulink的模拟环境提供了一个以电力电子为应用对象,含电源与马达控制的模拟软件PowerBlock Set,可以图形化的方式定义马达与电源的模拟电路图,再进行模拟分析.本书提供了一些以状态方程式为主的开关式电源转换器应用实例,可以作为建立以MATLAB为设计平台的开关式电源供应器设计软件.MathCAD数学入门导引(附光盘), 杨国隆、熊高生, 松岗出版社, 2008年02月25日.Excel可能是许多专业电源设计工程师最常使用的软件,设计者可以建立专属的设计流程、设计方程式,根据规格可以快速决定适当的元件参数值.但是Excel不易阅读,难以达到设计承传的效果,MathCAD是一个可以结合文字说明、方程式定义、交互式在线计算、计算结果图形化、技术文件排版、转换成Word格式的doc档等等功能,可以说是设计文件化的最佳软件,也逐渐成为许多电源系统与IC设计公司的标准设计软件.是从事专业电源设计工程师的必学软件.目前市面上尚未见到以电源设计为应用的MathCAD专业书籍,本书主要在于介绍MathCAD的基本功能,是可以参考的MathCAD使用入门书籍.。
开关电源的原理与设计开关电源是一种高效、稳定并且广泛应用于各种电子设备中的电源供应方式。
本文将探讨开关电源的原理与设计方法,帮助读者理解和应用开关电源技术。
一、开关电源的原理开关电源的工作原理主要基于开关器件(如晶体管或MOSFET)、变压器和滤波电路。
其基本原理如下:1. 输入电压通过整流桥变成直流电压,然后经过输入滤波电路去除大部分的纹波。
2. 直流电压通过PWM(脉宽调制)技术控制开关器件,使其周期性地开关。
3. 开关器件的快速开关与关断导致电压和电流的变化,并通过变压器传导到输出端。
4. 输出电压经过输出滤波电路去除纹波,然后供应给负载。
二、开关电源的设计要素1. 选定开关器件:合适的开关器件应具备低导通电阻、快速开关速度和高耐受电压等特点。
2. 设计变压器:变压器的设计应根据输入输出电压比例、功率需求和开关频率来选择合适的磁芯和线圈参数。
3. 输出滤波:合理设计输出滤波电路以减小输出纹波,采用合适的电容和电感来实现滤波效果。
4. 转换控制电路:PWM技术常用于控制开关器件的开关频率和占空比,需要设计合适的控制电路来实现转换。
三、开关电源的设计步骤1. 确定功率需求:根据需求确定开关电源的输出功率和电压范围。
2. 选择开关器件:根据功率需求选择适合的开关器件,考虑其导通电阻、开关速度和电压容忍度等。
3. 设计变压器:根据输入输出电压比例和功率需求设计变压器的磁芯和线圈参数。
4. 设计滤波电路:根据输出电压的纹波要求确定输出滤波电路的参数,包括电容和电感等。
5. 设计转换控制电路:选择合适的PWM控制芯片或设计自己的控制电路,实现开关器件的控制。
四、开关电源的优点1. 高效性:相比线性电源,开关电源的转换效率更高,能够节省能源并减少功耗。
2. 稳定性:开关电源具有更好的稳定性和调节性能,能够在不同负载条件下保持输出电压的稳定。
3. 体积小巧:开关电源采用高频开关器件和储能元件,使得电源尺寸更小、重量更轻。
共享10本开关电源设计书籍--每一本都是经典!(新增《开关电源设计(第三版)》中文PDF)加入收藏字号:
关于开关电源设计的书籍本人有不少,同时也收集了相应的电子档,这里共享一批,方便需要的人下载。
论坛里已有的很多电子书都比较零散,一般一个帖子才一两本书,要下载挺麻烦的,我这里初步看了下,有十本,有些是论坛没有的,都是经典,你们挑着下吧。
为了方便看帖,下面列出所传10本书的名字:(排名不分先后,按上传的顺序列出)
1,《开关电源设计》(第二版中文)
《开关电源设计》(第三版英文原版注:158楼新增中文PDF)
2,《Fundamentals of Power Electronics Second Edition》
Sanjaya Maniktala 写的三本书:
3,《精通开关电源设计》(中、英文)
4,《开关电源设计与优化》(中文)
5,《开关电源故障诊断与排除》(英文原版)
6,《实用开关电源设计》Ron Lenk
7,《开关电源设计指南(原书第二版)》
8,《变压器与电感器设计手册》(第三版)
9,《磁性元器件分册》--赵修科
10,开关电源的原理与设计(修订版)。
第一章开关电源设计的一般考虑在设计开关电源之前,应当仔细研究要设计的电源技术要求。
现以一个通信电源模块的例子来说明设计要考虑的问题。
该模块的技术规范如下:1 电气性能除非另外说明,所有参数是在输入电压为220V,交流50Hz以及环境温度25℃下测试和规定的.表1.1调压范围2 效率额定电压输出电流限流范围过压范围调压范围1I(max)54.9V 28A 110% 58.8- 52.55- 45.7 >87%Imax 61.2V 52.75V 45.9V1.1 输入电压:单相交流额定电压有效值220V±20%频率:频率范围 45-65Hz电流:在满载运行时,输入220V,小于8A。
在264V时,冲击电流不大于18A效率:负载由50%-100%为表2.1值功率因数:大于0.90,负载在50%以上,大于0.95谐波失真:符合IEC 555-2要求启动延迟:在接通电源3秒内输出达到它的额定电平保持时间:输入176V有效值,满载,大于10mS1.2 输出电压:在满载时,输出电压设定在表1值的±0.2%电流:负载电流从零到最大值(参看表1),过流保护开始是恒流,当电压降低到一定值得时,电流截止.稳压特性:负载变化由零变到100%, 输入电压由176V变到264V最坏情况下输出电压变化不超过200mV.瞬态响应:在没有电池连接到输出端时,负载由10%变化到100%,或由满载变化的10%,恢复时间应当在2mS之内.最大输出电压偏摆应当小于1V.静态漏电流:当模块关断时,最大反向泄漏电流小于5mA.温度系数:模块在整个工作温度范围内≤±0.015%.温升漂移:在起初30秒内,±0.1%输出噪音:输出噪音满足通信电源标准,衡重杂音<2mV.1.3 保护输入:输入端保护保险丝定额为13A.输出过压:按表 1.1设置过压跳闸电压,输出电压超过这个电平时,将使模块锁定在跳闸状态.通过断开交流输入电源使模块复位.输出过流:过流特性按表1.1的给定值示于图1.过流时,恒流到60%电压,然后电流电压转折下降.(最后将残留与短路相同的状态)输出反接:在输入反接时,在外电路设置了一个保险丝烧断(<32A/ 55V)过热:内部检测器禁止模块在过热下工作,一旦温度减少到正常值以下,自动复位.1.4 显示和指示功能输入监视:输入电网正常显示.输出监视:输出电压正常显示.(过压情况关断).限流指示:限流工作状态显示.负载指示:负载大于低限电流显示.继电器:输入和输出和输入正常同时正常显示。
输出电流监视:负载从10%到100%,指示精度为±5%.遥控降低:提供遥控调节窗口.1.5 系统功能电压微调:为适应电池温度特性,可对模块的输出电压采取温度补偿.负载降落:为适应并联均流要求,应能够调节外特性。
典型电压降落0.5%,使得负载从零到增加100%,输出电压下降250mV.遥控关机:可实现遥控关机。
1.6 电气绝缘下列试验对完成的产品100%试验。
1.在L(网)和N(中线)之间及其它端子试验直流电压为6kV.2.在所有输出端和L,N及地之间试验直流2.5kV.这检查输出和地之间的绝缘.3.下列各点分别到所有其它端子试验直流100V:电压降低(11和12脚)继电器接点(14,15和16脚)状态选择-输入,输出和电流限制(3,4,5和6脚)4.地连续性-以25A,1 分钟检查,确认安全接地的阻抗小于0.1Ω.1.7 电磁兼容符合邮电部通信电源标准.2 机械规范尺寸:略重量:略安装方向:模块设计安装方向是面板垂直放置,使空气垂直通过模块.通风和冷却:模块的顶部和底部都有通风槽,使空气流通过模块,经过散热器.因此在系统中应当没有阻碍地对流冷却模块,并应强迫冷却装置使冷却空气经过模块自由流通.3 环境条件环境温度:在0~55℃温度范围内满功率工作.在模块下50mm处模块的入口测量温度.存储温度:-40~+85℃湿度:5%~80%,不结冰.高度: -60m~2000m工作;-60m~10000m不工作.4 可靠性MTBF大于100000小时.这些要求包括:输入电源,输入电压的类型-交流还是直流。
交流电源的频率和电压变化范围,整流滤波方式,是否有功率因数要求?如果是直流电源,是直流发电机,还是蓄电池、抑或其它直流变换器?是电流源还是电压源?它们的变化范围和纹波大小。
输出电压(电流)大小和调节范围,稳压(或稳流)精度,输出有几路?输出电流(或输出功率),输出纹波电压要求,是否需要限流?瞬态响应要求。
负载特性:蓄电池,还是荧光灯,还是电机?这些电气性能之外,是军用还是民用?EMC要求,环境温度。
体积与重量要求。
是否需要遥控,遥测或遥调?是否需要提供自检测,如此等等。
设计出的电源必须满足这些要求。
1.1 主电网电源如果你购进国外电气设备,不管青红皂白就去插上电源,弄不好就可能烧坏设备电源。
因此,要安全使用国外设备,要知道国外电网电源的种类和相关标准。
如果你设计的产品是提供出口,也必须了解该地区的电网的标准。
首先世界上主电网的交流电源频率在美国是60Hz,而在中国和欧洲是50Hz。
实际上,频率也有一定的变化范围,电网负荷重的时候,50Hz可能降低到47Hz;如果负载很轻时,60Hz可能上升到63Hz。
这是因为带动发电机的发动机转速不可能是没有调节公差的恒速运行。
50Hz供电的直流电源必须使用比60Hz供电更大的滤波元件,供电变压器铁芯更大或线圈匝数更多。
其次电源电压在不同地区也不同:在中国,家用电器和小功率电气设备由单相交流220V供电,工业用电是三相380V。
在美国民用电源为110V(有时是120V),而家用电器,如洗衣机电源是208V,而工业用电是480V,但是照明却是277V,当然也有用120V的;在欧洲为230V,而在澳大利亚却是240V,如此等等。
以上的电网电压仅仅是其额定值,每一种电网都有允许偏差。
例如电网随负荷变化时产生较大波动。
在上世纪末我国电网改造前,电网电压波动范围高达30%以上。
随着国民经济发展,大量电厂建立,供电量充足,同时经过电网改造,合理输配电,目前在我国大多数地区供电质量明显提高,一般变化在10%以内,即在198V~242V之间。
但在铁道系统和某些边远山区变化范围仍可能达到30%。
因此,你设计的开关电源,必须迎合使用地区的供电情况,即使遇到意外情况,也能够安全运行而不发生故障。
有时电网也可能丢失几个周波,要求有些电源能够不间断(保持时间)地工作,这就要求较大的输出电容或并联电池满足这一要求。
电网还存在过压情况。
雷击和闪电在2Ω阻抗上,引起线与线电压和共模干扰可高达6000V电压。
闪电有两种类型,一种是短脉冲,上升时间 1.2μs,衰减时间50μs,另一种很高能量,衰减时间1ms。
电网还有瞬态电压,峰值达750V,持续半个电网周期,这主要是大的负载的接入或断开,或高压线跌落引起电网的瞬变。
实际上工业电网面临的问题远不止这些,交流电网是一个肮脏的环境。
你所设计的电源应当能够在这个环境中工作,同时还要满足国际和各地区安全标准要求。
1.2 电池在通信,电站,交通要求不间断供电的地方,电池作为不可缺少的储能后备能源。
大量移动通讯站和手机,以及电动汽车,助力电瓶车都依靠电池提供能量。
风力发电和太阳能发电存储峰值能量作为后备能源。
但是电池涉及到电化学和冶金学知识,已超出一般电气工程师的知识范畴。
这里介绍一些使用电池基础知识,使你知道设计充电电源和使用电池供电时应注意的一些问题。
利用电化学可逆原理做成的最基本的单元电池叫单体电池。
典型的单体电池是由两个金属极板和构成它们之间导电通路工作介质组成,这种通路材料可能是液体或固体,与特定化学机理有关。
这种结构关键在于是否能够更有效进行电-化学反应(可再充电,即二次电池,也称为蓄电池。
不能再充电叫一次电池)。
根据不同通路材料的安排,一个金属极板为电池的阳极-正极,另一个则为阴极-负极。
如将两个金属极板(阴极和阳极)接到电源上,电的作用改变了工作介质的化学状态,这就是储能。
如将已储能的电池极板接到负载,材料化学作用放出电荷返回到原始状态,释放出电能。
单体电池一般很低,例如铅酸蓄电池单体电池额定电压为2V 。
因此较高电压的电池一般由许多单体电池串联组成。
应当注意:不要自己将电池连接成你需要的电压和容量,电池不能直接并联!你只能按制造厂系列产品选择你需要的电池容量和电压。
如果在每个电池端串联一个二极管就可以并联。
在电池工作范围内,电池看起来像一个理想电压源,但实际电源并非如此。
首先,当充电时,端电压会升高;放电时,端电压会降低。
这就说明蓄电池存在内电阻,图1.1是标称电流压12V 的NiH 电池的伏安特性,随着输出电流的增加,输出电压下降(类似正弦双曲线)。
标称电压为12V,电池放出电流为负,充电电流为正。
电池放出小电流时,电池端有一个类似电阻的压降,电流加倍压降也几乎加倍;在大电流时,电压降增加减慢;在端电压下降到零以前,电流可以达到非常大的数值,但绝对不能将电池短路,如果将NiH 电池输出短路将引起电池爆炸!其次,电池不是与频率无关的电压源,在充电和放电时,产生电化学作用需要一定的时间,等效为电容与内阻并联。
此外,在典型开关频率20kHz 或更高时,电池有很大内阻抗。
这是因为电池端子间,内部极板间存在小电感;例如,一个NiH (镍-氢)电池可能具有200nH 的感抗,五个这样的电池串联(获得6V 电压)有大约1μH 电感。
如果开关频率为200kHz ,阻抗大约1Ω。
所以这时电池不是理想电压源,不可能吸收你的变换器产生的开关纹波,为此,通常在电池的两端并联一个电容,减少内电感的影响。
电池输出电流和输出电压的关系还与温度以及电池剩余电荷量有关。
如果放电电流太大,会损伤电池。
几乎所有电池,如果在远低于它的工作温度下放电,也会损坏电池。
例如密封铅酸电池在低于-10℃不能工作,这就是为什么在很冷的天气发动不了你的汽车。
制造厂标定电池的容量一般以电池具有的电荷量-安时(电流×时间=电荷AH)来表示。
这使得电源设计者感到为难,你不能够简单得到电池输出参数与多大能量的关系,因为它不等于电池容量乘以输出电压;何况输出电压又与输出电流有关。
这些参数关系由制造厂以曲线形式提供的,而曲线似乎不能直接找到你设计需要的工作点,需要从这些曲线来回参照得到你需要的数据。
你自己测试电池是不切实际的,因为每个制造厂制造的电池总有些小的差别,所以你不能假定每个电池具有相同的化学特性和安时定额,以及它们在同一场合具有相同的运行时间。
另一个现象是自放电。
如果你充好电的电池放置在那里,不接任何负载,它自己会逐渐失去存储的能量。
失去能量所需要的时间与化学工作介质有关:如NiH 电池24小时;密封铅酸蓄电池在温度25℃下约16月容量损失50%,温度升高10℃,时间缩短一半。