开关电源原理、分类及布线规则
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开关电源的工作原理与接法开关电源(Switching power supply)是一种将电能从一种形式转换为另一种形式的电源。
它通过高频开关管将输入电能按一定的方式转化为高频交流电能,再经过变压器、整流电路和滤波电路等部分,最终得到所需要的输出电能。
开关电源因其高效率、小体积和广泛适用性而得到广泛应用。
开关电源的工作原理可以分为四个主要步骤:能量存储、开关和控制、能量释放和滤波。
能量存储是指将输入电能转化为磁能或电能,以便在输出端提供所需的电能。
这一步骤主要是通过变压器完成的。
输入电能先经过整流电路变成直流电压,再通过一个变压器将其转换为所需的电压值。
变压器通过磁耦合作用来实现高效率的能量转换。
开关和控制是指通过高频开关管控制输入电能的通断,从而实现对输出电能的调节。
开关管的通断状态由控制电路控制,控制电路根据输出电能的需求来调整开关管的工作状态。
当开关管处于导通状态时,输入电能通过变压器传输到输出端;当开关管处于断开状态时,输入电能被切断,电感储能。
能量释放是指当开关管切断时,电感储能的能量会被释放出来,并经过滤波电路转换为平滑的直流电压。
当开关管切断时,电感储能的磁场崩溃,将能量反馈到输出端。
此时,由于输出负载的存在,电感储能的能量会被输出端吸收。
通过合理选择电感元件和电容元件,可以实现对噪音和纹波的有效滤除。
滤波是指通过选择合适的滤波元件,将输出端的脉动或纹波进行滤波,使得输出电能更加平稳稳定。
滤波电路通常由电感和电容组成。
电感元件用于滤除高频噪音,而电容元件则用于平滑输出电压。
通过合理选择滤波元件的参数,可以减小输出端的纹波和噪音,提高输出电能的质量。
除了以上四个主要步骤外,开关电源还包括其他辅助电路,如输入电压的稳压保护电路、过压保护电路、过流保护电路等。
这些保护电路能够保证开关电源在异常情况下能够及时停止工作,保护其自身和被供电设备的安全。
开关电源的接法主要涉及输入端和输出端的连接方式。
开关电源工作原理超全解读【实用版】目录1.开关电源的定义和分类2.开关电源的工作原理3.开关电源的优缺点4.开关电源的应用领域正文一、开关电源的定义和分类开关电源,又称为直流 - 直流(DC-DC)转换器,是一种利用现代电力电子技术,通过控制电子开关器件的导通和关断时间比率,来维持输出电压的稳定的电源。
根据电路拓扑的不同,开关电源可以分为多种类型,如 buck-boost、boost 和 buck 等。
二、开关电源的工作原理开关电源的工作原理主要基于电压斩波原理,通过对输入电压进行脉冲调制,使得输出电压可调并自动稳压。
开关电源的主要元器件包括电感器、开关管和二极管。
在电路中,电感器、开关管和二极管之间的节点被称为交换节点。
当开关管导通时,电感器中的电流流入交换节点,再通过二极管输出;当开关管关断时,电感器中的电流则通过开关管流出。
这样,在交换节点处,电流在二极管和开关管之间交替流动,使得节点电压在电感器两端电压跳变的同时,保持大范围跳动。
这种电压斩波方式使得开关电源具有较高的效率和较小的体积。
三、开关电源的优缺点1.优点:(1)高效率:开关电源的效率一般在 80%~90%,远高于传统的线性稳压电源(效率只有 40%~50%);(2)小体积:由于开关电源采用脉冲宽度调制技术,其电路结构较简单,体积较小;(3)可调性:开关电源的输出电压可以通过改变脉冲宽度进行调节,具有较好的可调性;(4)适应性强:开关电源能够适应不同电压、电流和负载的需求。
2.缺点:(1)复杂性:开关电源的电路结构相对较复杂,维修和调试难度较大;(2)电磁干扰:由于开关电源采用脉冲电流,会产生较强的电磁干扰,需要采取屏蔽和滤波措施;(3)噪声:开关电源在运行过程中,由于开关管的开关操作,会产生一定的噪声。
四、开关电源的应用领域开关电源广泛应用于个人电脑、通信设备、家电、工业控制等领域,为各种电子设备提供稳定的直流电源。
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,如何降低待机功耗、提高供电效率成为亟待解决的问题。
开关电源分类及原理开关电源是一种常见的电源类型,广泛应用于各种电子设备中。
根据其工作原理和特点,可以将开关电源分为多种类型。
本文将介绍几种常见的开关电源分类及其原理。
一、开关电源的分类1. 基于工作方式的分类开关电源可以根据其工作方式进行分类,主要包括以下几种类型:(1)开关模式电源:开关模式电源是一种常见的开关电源类型,其工作原理是通过开关管的开关动作来控制电源的输出。
开关模式电源具有高效率、稳定性好等特点,广泛应用于计算机、通信设备等领域。
(2)开关逆变器电源:开关逆变器电源是一种将直流电转换为交流电的开关电源。
它通过开关管的开关动作,将直流电源转换为高频交流电,再通过滤波电路得到稳定的交流电输出。
开关逆变器电源在太阳能发电、电动汽车等领域有着广泛的应用。
(3)开关稳压电源:开关稳压电源是一种能够提供稳定输出电压的开关电源。
它通过反馈控制电路来实现对输出电压的调节,具有输出电压稳定、响应速度快等特点,常用于精密仪器、医疗设备等领域。
2. 基于拓扑结构的分类开关电源还可以根据其拓扑结构进行分类,主要包括以下几种类型:(1)开关电源的原理开关电源的工作原理是通过开关管的开关动作来控制电源的输出。
当开关管导通时,电源输出电压;当开关管关断时,电源停止输出。
通过不断地开关动作,可以控制输出电压的大小和稳定性。
(2)开关电源的优点开关电源相比传统的线性电源具有以下优点:- 高效率:开关电源采用开关管进行开关动作,能够实现高效率的能量转换,减少能量损耗。
- 小体积:开关电源采用高频开关动作,可以减小变压器和滤波电容的体积,使整个电源模块更加紧凑。
- 宽输入电压范围:开关电源能够适应较宽的输入电压范围,具有较好的电网适应性。
- 稳定性好:开关电源通过反馈控制电路来实现对输出电压的调节,具有较好的稳定性和响应速度。
(3)开关电源的应用领域开关电源广泛应用于各种电子设备中,包括计算机、通信设备、工业自动化设备、医疗设备等。
开关电源原理及分类1、12V/5V两路输出开关电源。
(1)原理图设计(参考PI软件给出的解决方案)(拓扑图)采用反激式。
/blog/100019999主回路—开关电源中,功率电流流经的通路。
主回路一般包含了开关电源中的开关器件、储能器件、脉冲变压器、滤波器、输出整流器、等所有功率器件,以及供电输入端和负载端。
开关电源(直流变换器)的类型很多,在研究开发或者维修电源系统时,全面了解开关电源主回路的各种基本类型,以及工作原理,具有极其重要的意义。
开关电源主回路可以分为隔离式与非隔离式两大类型。
1. 非隔离式电路的类型:非隔离——输入端与输出端电气相通,没有隔离。
1.1. 串联式结构串联——在主回路中开关器件(下图中所示的开关三极管T)与输入端、输出端、电感器L、负载RL四者成串联连接的关系。
开关管T交替工作于通/断两种状态,当开关管T导通时,输入端电源通过开关管T及电感器L对负载供电,并同时对电感器L充电,当开关管T关断时,电感器L中的反向电动势使续流二极管D自动导通,电感器L中储存的能量通过续流二极管D形成的回路,对负载R继续供电,从而保证了负载端获得连续的电流。
串联式结构,只能获得低于输入电压的输出电压,因此为降压式变换。
例如buck拓扑型开关电源就是属于串联式的开关电源/blog/100019740上图是在图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T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。
开关电源PCB设计原则及走线技巧一、引言开关电源是一种电压转换电路,主要的工作内容是升压和降压,广泛应用于现代电子产品。
因为开关三极管总是工作在“开”和“关”的状态,所以叫开关电源。
开关电源实质就是一个振荡电路,这种转换电能的方式,不仅应用在电源电路,在其它的电路应用也很普遍,如液晶显示器的背光电路、日光灯等。
开关电源与变压器相比具有效率高、稳性好、体积小等优点,缺点是功率相对较小,而且会对电路产生高频干扰,变压器反馈式振荡电路,能产生有规律的脉冲电流或电压的电路叫振荡电路,变压器反馈式振荡电路就是能满足这种条件的电路。
开关电源分为,隔离与非隔离两种形式,在这里主要谈一谈隔离式开关电源的拓扑形式,在下文中,非特别说明,均指隔离电源。
隔离电源按照结构形式不同,可分为两大类:正激式和反激式。
反激式指在变压器原边导通时副边截止,变压器储能。
原边截止时,副边导通,能量释放到负载的工作状态,一般常规反激式电源单管多,双管的不常见。
正激式指在变压器原边导通同时副边感应出对应电压输出到负载,能量通过变压器直接传递。
按规格又可分为常规正激,包括单管正激,双管正激。
半桥、桥式电路都属于正激电路。
正激和反激电路各有其特点,在设计电路的过程中为达到最优性价比,可以灵活运用。
一般在小功率场合可选用反激式。
稍微大一些可采用单管正激电路,中等功率可采用双管正激电路或半桥电路,低电压时采用推挽电路,与半桥工作状态相同。
大功率输出,一般采用桥式电路,低压也可采用推挽电路。
反激式电源因其结构简单,省掉了一个和变压器体积大小差不多的电感,而在中小功率电源中得到广泛的应用。
在有些介绍中讲到反激式电源功率只能做到几十瓦,输出功率超过100瓦就没有优势,实现起来有难度。
本人认为一般情况下是这样的,但也不能一概而论,PI公司的TOP芯片就可做到300瓦,有文章介绍反激电源可做到上千瓦,但没见过实物。
输出功率大小与输出电压高低有关。
反激电源变压器漏感是一个非常关键的参数,由于反激电源需要变压器储存能量,要使变压器铁芯得到充分利用,一般都要在磁路中开气隙,其目的是改变铁芯磁滞回线的斜率,使变压器能够承受大的脉冲电流冲击,而不至于铁芯进入饱和非线形状态,磁路中气隙处于高磁阻状态,在磁路中产生漏磁远大于完全闭合磁路。
开关电源知识一、开关电源的概念和分类开关电源是一种将交流电转换为直流电供给电子设备使用的电源。
按照输出功率的大小,可以分为小功率开关电源和大功率开关电源。
按照工作方式的不同,可以分为单端开关电源和双端开关电源。
二、开关电源的工作原理1.整流滤波:将输入的交流电通过整流桥变成直流信号,再通过滤波器去除掉残留的交流成分,得到平滑的直流信号。
2.功率因数校正:由于负载变化导致输入功率因数不稳定,需要进行校正。
3.逆变:将直流信号通过高频变压器转换成高频交流信号。
4.输出整形:将逆变后得到的高频交流信号通过输出整形器转换成稳定的直流输出。
三、开关管1. MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管):具有低导通阻抗、高速度等优点,常用于低压、小功率开关电源中。
2. IGBT(绝缘栅双极性晶体管):具有大功率承载能力、可靠性好等优点,常用于大功率开关电源中。
3. 晶闸管:具有低导通阻抗、高稳定性等优点,常用于直流电机控制中。
四、开关电源的优缺点1. 优点:效率高、体积小、重量轻、稳定性好。
2. 缺点:噪音大、EMI(电磁干扰)严重,需要进行滤波处理。
五、开关电源的应用1. 通讯领域:手机充电器、路由器、交换机等。
2. 工控领域:PLC(可编程逻辑控制器)、伺服驱动器等。
3. 家用电器领域:LED灯带驱动器、音响等。
六、开关电源的故障及维修1. 故障表现:输出电压不稳定,有杂音或噪声等。
2. 维修方法:(1)检查输入端是否接触良好;(2)检查整流桥是否损坏;(3)检查滤波器是否失效;(4)检查输出整形器是否正常工作。
开关电源工作原理超详细解析开关电源是一种常见的电源供应器件,它通过将输入电源的直流电转换为高频脉冲电流,再经过整流、滤波和稳压等环节,输出稳定的直流电。
本文将详细解析开关电源的工作原理,包括开关电源的基本组成部分、工作原理的流程、常见的开关电源拓扑结构以及其优点和应用。
一、开关电源的基本组成部分开关电源通常由以下几个基本组成部分构成:1. 输入电路:用于接收外部交流电源,并将其转换为适合开关电源工作的直流电压。
2. 整流电路:将输入电压转换为脉冲电流,通常采用整流桥或者整流电路来实现。
3. 滤波电路:用于平滑整流后的脉冲电流,以减小输出电压的波动。
4. 开关器件:通常采用晶体管或者功率MOSFET等开关器件,用于控制电流的开关状态。
5. 控制电路:用于控制开关器件的开关频率和占空比,以控制输出电压的稳定性。
6. 输出电路:将经过整流、滤波和稳压处理后的直流电压输出给负载。
二、开关电源的工作原理流程开关电源的工作原理可以分为以下几个流程:1. 输入电路接收交流电源:开关电源的输入电路通常采用变压器来降低输入电压,然后通过整流电路将交流电转换为直流电。
2. 整流电路将交流电转换为脉冲电流:整流电路通常采用整流桥或者整流电路来将交流电转换为脉冲电流,这样可以减小能量损耗。
3. 滤波电路平滑脉冲电流:滤波电路通常采用电容器和电感器来平滑脉冲电流,以减小输出电压的波动。
4. 控制电路控制开关器件的开关频率和占空比:控制电路通过对开关器件的控制,可以控制开关频率和占空比,从而控制输出电压的稳定性。
5. 输出电路将处理后的直流电压输出给负载:经过整流、滤波和稳压处理后的直流电压将被输出给负载,供其正常工作。
三、常见的开关电源拓扑结构开关电源有多种拓扑结构,常见的有以下几种:1. 单端开关电源:输入电源和输出电源共用一个地线,适用于低功率应用。
2. 双端开关电源:输入电源和输出电源分别有独立的地线,适用于高功率应用。
开关电源的基本原理与分类方法开关电源是指调整功率管以开关方式进行工作的稳压电源。
缩写为SPS(Switching Power Supply),开关电源的核心部分是一个直流变换器。
目前开关电源向着高频、高可靠性、低功耗、低噪声、抗干扰和模块化方向发展。
开关电源现在在社会上应用越来越广泛,需求也越来越大。
电源在一个典型系统中或者在一台机器中担当十分重要的角色,电源给系统的电路提供持续、稳定的能量,使得系统或者机器能够正常地工作。
电源的好坏直接影响了系统能否正常工作。
随着电源的应用和需求越来越广泛,人们对于电源的要求也越来越高。
人们对电源的效率、体积、重量、稳定性和可靠性等方面都有了更高的要求。
开关电源正是以其效率高、体积小、重量轻、稳定性高、零负载消耗低等多方面的优势逐步取代了效率低、又笨又重的线性电源。
现在社会上出现的需要应用开关电源的仪器、机器越来越多;利用开关电源作为驱动电源的产品也层出不穷,例如LED驱动开关电源的需求量越来越多。
而现代电力电子技术的发展,特别是大功率器件IGBT和MOSFET、各类电源芯片的迅速发展,将开关电源的工作频率提高到相当高的水平,使得开关电源的转换效率不断提高。
人们对于转换效率的不断要求也促使开关电源的开发技术将越来越高。
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部分构成。
开关带能源的工作原理:首先是将交流输入电源经整流滤波成脉动直流;然后通过高频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;接着开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载;最后,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。
常见的开关电源的分类方法有下列几种:1.按激励方式的不同可以划分为他激式和自激式。
开关电源知识点总结开关电源是一种将交流电转换为直流电的电源设备。
它由输入端、输出端和控制电路组成。
开关电源具有体积小、效率高、稳定性好等优点,在现代电子设备中得到广泛应用。
本文将从开关电源的工作原理、分类、特点以及应用等方面进行总结。
一、开关电源的工作原理开关电源的工作原理是利用开关管的导通和截止来实现电流的开关控制。
其基本电路由输入整流滤波电路、功率变换电路和输出稳压电路组成。
当输入交流电经过整流滤波电路后转换为直流电,然后经过功率变换电路进行直流电压的变换和调整,最后经过输出稳压电路得到稳定的直流电输出。
二、开关电源的分类根据输入电源的不同,开关电源可以分为交流输入型和直流输入型。
交流输入型开关电源主要用于家用电器等领域,直流输入型开关电源主要用于电子设备和通信设备等领域。
根据输出电压的性质,开关电源可以分为恒压型和恒流型。
恒压型开关电源输出电压恒定,适用于大多数电子设备;恒流型开关电源输出电流恒定,适用于LED照明等需求电流稳定的设备。
三、开关电源的特点1.效率高:开关电源的效率通常在80%以上,远高于传统的线性电源。
2.体积小:由于开关电源使用高频开关元件,可以大大减小变压器的体积,使整个电源的体积更加紧凑。
3.稳定性好:开关电源采用反馈控制,能够实现输出电压的稳定性和负载调整性能较好。
4.可靠性高:开关电源具有过载、过压、过流、短路保护等功能,能够有效保护电源和负载设备的安全。
5.工作频率高:开关电源采用高频开关元件,工作频率通常在20kHz以上,避免了传统电源的60Hz低频干扰。
四、开关电源的应用开关电源在各个领域都有广泛的应用。
在电子设备中,开关电源广泛应用于计算机、手机、平板电脑、电视等消费电子产品;在通信设备中,开关电源用于无线基站、通信交换机等设备;在工业控制领域,开关电源被广泛应用于PLC、变频器、伺服系统等设备;在LED照明领域,开关电源用于LED灯带、LED灯泡等。
总结:开关电源是一种将交流电转换为直流电的电源设备,具有体积小、效率高、稳定性好等优点。
开关电源知识点总结开关电源是一种将交流电转换为直流电供应给电子设备使用的电源装置。
在现代电子设备中广泛应用,如计算机、手机、电视等。
本文将从开关电源的原理、分类、工作方式和应用等方面进行总结。
一、开关电源的原理开关电源的核心是开关电源变换器。
它通过开关管的开关动作,将交流电转换为直流电。
其工作原理主要包括两个过程:变压和整流。
变压过程是通过变压器将输入电压变换为适合开关管工作的电压,然后经过整流电路将交流电转换为直流电。
二、开关电源的分类开关电源可以根据输出电压的稳定性、输入电压范围、功率和用途等特点进行分类。
1. 从输出电压的稳定性来看,开关电源可以分为线性稳压电源和开关稳压电源。
线性稳压电源通过线性调整器来稳定输出电压,但效率较低。
而开关稳压电源则通过开关管的开关动作来调整输出电压,效率较高。
2. 从输入电压范围来看,开关电源可以分为宽输入电压范围和窄输入电压范围的电源。
宽输入电压范围的电源适用于输入电压波动较大的场合,而窄输入电压范围的电源则适用于输入电压稳定的场合。
3. 从功率来看,开关电源可以分为小功率开关电源和大功率开关电源。
小功率开关电源适用于低功率设备,大功率开关电源适用于高功率设备。
4. 从用途来看,开关电源可以分为通用开关电源和专用开关电源。
通用开关电源适用于多种电子设备,而专用开关电源则针对特定设备进行设计。
三、开关电源的工作方式开关电源有两种主要的工作方式:连续导通模式和断续导通模式。
1. 连续导通模式是指开关管在每个工作周期内都处于导通状态。
这种工作方式的优点是输出电流波形较为平滑,适用于大功率输出。
但是由于开关管一直导通,会产生较大功率损耗。
2. 断续导通模式是指开关管在每个工作周期内都处于导通和截止两种状态之间切换。
这种工作方式的优点是开关管的功率损耗较小,适用于小功率输出。
但是由于开关管的开关频率较高,可能会产生较大的干扰。
四、开关电源的应用开关电源由于其高效率、小体积和稳定性好的特点,在各个领域得到了广泛应用。
详细说明了开关电源的工作原理及各部分的功能开关电源是一种将输入的电能转换为稳定的直流电信号输出的电源装置。
它由主变压器、整流器、滤波器、功率开关器件和控制电路等部分组成。
下面将详细说明开关电源的工作原理及各部分的功能。
开关电源的工作原理基于一种称为“开关电源转换”的原理。
当输入电压通过主变压器被改变转换后,再经过整流、滤波和稳压处理后,输出稳定可靠的直流电源。
主变压器是开关电源的重要组成部分,它将输入的高压交流电通过变压变换为所需的低压交流电。
变压器通常由一个主线圈(主绕组)和一个或多个辅助线圈(辅助绕组)组成。
主线圈用于传输电能,辅助线圈用于为其他部分提供辅助电源或信号。
整流器将变压器输出的交流电转换为直流电。
最常用的整流器是直流桥式整流器,它包含四个二极管组成的桥形结构。
当交流输入电压为正值时,两个二极管导通,直流输出电压正向流过;当交流输入电压为负值时,另外两个二极管导通,直流输出电压反向流过。
滤波器主要用于去除整流后的直流电中的纹波,使输出的直流电更加稳定。
常用的滤波器有电容滤波器和电感滤波器。
电容滤波器通过将电容器串联在直流输出电路中,使得电容器可以储存能量,并在交流部分中平滑电压波动。
电感滤波器则通过将电感线圈串联在直流输出电路中,使得电感线圈可以产生反馈电流并减少纹波。
功率开关器件用于控制电能的通断,常用的功率开关器件有晶闸管、场效应管和开关二极管等。
通过调整开关器件的通断周期和频率来控制电流的流动和输出电压的稳定。
控制电路是开关电源的核心部分,它包含开关控制器、反馈电路和保护电路等。
开关控制器以保持输出电压稳定为目标,通过采集反馈电路提供的电压信号并与设置的目标电压进行比较,调整开关器件的通断周期和频率,以使输出电压维持在一定的范围内。
保护电路则用于监测开关电源的工作状态,当电流或温度超过设定范围时,保护电路会自动切断电源以保证开关电源的安全和可靠性。
总结起来,开关电源是一种以主变压器为核心,通过整流、滤波、稳压和控制电路等部分组成的电源装置。
开关电源工作原理及基本电路框图一、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、开关式稳压电源的基本电路框图开关式稳压电源的基本电路框图如下图所示。
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。
下面介绍一种单端反激式开关电源的典型电路,如图所示。
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。
单端反激式开关电源是一种成本最低的电源电路,输出功率为20-100W,可以同时输出不同的电压,且有较好的电压调整率。
唯一的缺点是输出的纹波电压较大,外特性差,适用于相对固定的负载。
标准开关电源
标准开关电源是一种常见的电源设备,广泛应用于各种电子设备和电器中。
它具有稳定的输出电压和电流,能够为设备提供可靠的电力支持。
本文将介绍标准开关电源的工作原理、分类和应用领域。
首先,标准开关电源的工作原理是利用开关管的导通和截止来控制输出电压和电流。
当输入电压通过变压器降压后,经过整流、滤波和功率因数校正电路后,进入开关管的控制电路。
控制电路根据输出电压的变化情况,控制开关管的导通和截止,从而调节输出电压的稳定性。
这种工作原理使得标准开关电源具有高效率、小体积和轻质量的特点。
其次,标准开关电源根据不同的输出特性和应用领域,可以分为直流开关电源和交流开关电源两种类型。
直流开关电源适用于需要稳定直流电压和电流的领域,如通讯设备、工业自动化设备等;而交流开关电源适用于需要稳定交流电压和电流的领域,如家用电器、办公设备等。
不同类型的开关电源具有各自的特点和优势,在不同的应用场景中发挥着重要作用。
最后,标准开关电源在各种电子设备和电器中都有广泛的应用。
它不仅可以为设备提供稳定的电力支持,还可以提高设备的能效和
可靠性。
在现代社会中,标准开关电源已成为各种电子产品的重要
组成部分,为人们的生活和工作带来了诸多便利。
总之,标准开关电源作为一种重要的电源设备,具有稳定的输
出特性和广泛的应用领域。
它的工作原理、分类和应用都是我们需
要了解和掌握的知识。
相信随着科技的不断发展,标准开关电源将
会在更多的领域发挥重要作用,为人们的生活和工作带来更多的便
利和效益。
开关电源的PCB布线设计开关电源PCB排版是开发电源产品中的一个重要过程。
许多情况下,一个在纸上设计得非常完美的电源可能在初次调试时无法正常工作,原因是该电源的PCB排版存在着许多问题.0、引言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排版就变得非常重要。
开关电源PCB排版与数字电路PCB排版完全不一样。
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,没计人员需要对开关电源PCB排版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排版基本要点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。
电容的基本公式是式(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)。
一个电容器的谐振频率(fo)可以从它自身电容量(C)和等效串联电感量(LESL)得到,即当一个电容器工作频率在fo以下时,其阻抗随频率的上升而减小,即当电容器工作频率在fo以上时,其阻抗会随频率的上升而增加,即当电容器工作频率接近fo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pcb布线规则和技巧开关电源pcb布线规则和技巧开关电源是一种常用的电源类型,其使用广泛,如计算机、通信设备、家用电器等。
在设计开关电源时,合理的pcb布线是至关重要的。
下面介绍一些开关电源pcb布线的规则和技巧。
1. 保持信号传输路径短在布线时,应尽量缩短信号传输路径,减少信号传输过程中的干扰和损耗。
同时,在同一层内布置输入输出端口,并采用直接相连的方式进行连接。
2. 分离高频和低频信号开关电源中存在高频和低频信号,这些信号在传输过程中可能会产生互相干扰。
因此,在布线时应将高频和低频信号分离,并采用不同的层次进行布置。
3. 采用地平面地平面是一种有效减少干扰的方法。
在开关电源pcb设计中,应采用地平面,并将其与各个模块之间进行连接。
4. 避免回流现象回流现象是指当高速电流通过一个导体时,在导体两端产生感应电压并形成反向流动现象。
这种现象会导致噪声和干扰等问题。
为避免回流现象,在布线时应尽量避免导体走直线,而采用缓慢弯曲的方式进行布置。
5. 保持信号对称性在布线时,应保持信号对称性,即将输入和输出端口放置在同一侧,并采用相同的长度和宽度进行连接。
这样可以有效减少信号传输过程中的干扰和损耗。
6. 降低电感电感是一种常见的干扰源,会对开关电源的性能产生影响。
因此,在布线时应尽量降低电感,并采用短而宽的导体进行连接。
7. 避免共模干扰共模干扰是指两个信号共同受到噪声或干扰。
为避免共模干扰,在布线时应将各个信号分离,并采用不同的层次进行连接。
8. 保持距离在布线时,应保持各个元件之间的距离,以避免互相干扰。
同时,在不同层次之间也应保持一定距离,并采用合适的连接方式进行连接。
以上就是开关电源pcb布线规则和技巧的介绍。
合理的pcb布线可以有效提升开关电源的性能和稳定性,同时也可以减少噪声和干扰等问题。
因此,在设计开关电源时应重视pcb布线的规划和设计。
开关电源原理及分类1、12V/5V两路输出开关电源。
(1)原理图设计(参考PI软件给出的解决方案)(拓扑图)采用反激式。
/blog/100019999主回路—开关电源中,功率电流流经的通路。
主回路一般包含了开关电源中的开关器件、储能器件、脉冲变压器、滤波器、输出整流器、等所有功率器件,以及供电输入端和负载端。
开关电源(直流变换器)的类型很多,在研究开发或者维修电源系统时,全面了解开关电源主回路的各种基本类型,以及工作原理,具有极其重要的意义。
开关电源主回路可以分为隔离式与非隔离式两大类型。
1. 非隔离式电路的类型:非隔离——输入端与输出端电气相通,没有隔离。
1.1. 串联式结构串联——在主回路中开关器件(下图中所示的开关三极管T)与输入端、输出端、电感器L、负载RL四者成串联连接的关系。
开关管T交替工作于通/断两种状态,当开关管T导通时,输入端电源通过开关管T及电感器L对负载供电,并同时对电感器L充电,当开关管T关断时,电感器L中的反向电动势使续流二极管D自动导通,电感器L中储存的能量通过续流二极管D形成的回路,对负载R继续供电,从而保证了负载端获得连续的电流。
串联式结构,只能获得低于输入电压的输出电压,因此为降压式变换。
例如buck拓扑型开关电源就是属于串联式的开关电源/blog/100019740上图是在图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T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T和输入电压Ui,它是一个典型的反г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。
串联式开关电源输出电压uo的平均值Ua为:1.2. 并联式结构并联——在主回路中,相对于输入端而言,开关器件(下图中所示的开关三极管T)与输出端负载成并联连接的关系。
开关管T交替工作于通/断两种状态,当开关管T导通时,输入端电源通过开关管T对电感器L充电,同时续流二极管D关断,负载R靠电容器存储的电能供电;当开关管T关断时,续流二极管D导通,输入端电源电压与电感器L中的自感电动势正向叠加后,通过续流二极管D对负载R供电,并同时对电容器C充电。
由此可见,并联式结构中,可以获得高于输入电压的输出电压,因此为升压式变换。
并且为了获得连续的负载电流,并联结构比串联结果对输出滤波电容C的容量有更高的要求。
例如boots拓扑型的开关电源就是属于并联型式的开关电源。
并联开关电源输出电压Uo为:boots拓扑输出电压Uo:Uo=Ui(1+D/1-D)=Ui(1/1-D)(D 为占空比)1.3.极性反转型变换器结构(inverting)极性反转——输出电压与输入电压的极性相反。
电路的基本结构特征是:在主回路中,相对于输入端而言,电感器L与负载成并联。
(也是串联式开关电源的一种,一般又称为反转式串联开关电源)开关管T交替工作于通/断两种状态,工作过程与并联式结构相似,当开关管T导通时,输入端电源通过开关管T对电感器L充电,同时续流二极管D关断,负载RL 靠电容器存储的电能供电;当开关管T关断时,续流二极管D导通,电感器L中的自感电动势通过续流二极管D对负载RL供电,并同时对电容器C充电;由于续流二极管D的反向极性,使输出端获得相反极性的电压输出。
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。
2. 隔离式电路的类型:隔离——输入端与输出端电气不相通,通过脉冲变压器的磁偶合方式传递能量,输入输出完全电气隔离。
2.1. 单端正激式 single Forward Converter(又叫单端正激式变压器开关电源)单端——通过一只开关器件单向驱动脉冲变压器(又叫单激)双激式(双端)变压器开关电源:所谓双激式变压器开关电源,就是指在一个工作周期之内,变压器的初级线圈分别被直流电压正、反激励两次。
与单激式变压器开关电源不同,双激式变压器开关电源一般在整个工作周期之内,都向负载提供功率输出。
双激式变压器开关电源输出功率一般都很大,因此,双激式变压器开关电源在一些中、大型电子设备中应用很广泛。
这种大功率双激式变压器开关电源最大输出功率可以达300瓦以上,甚至可以超过1000瓦。
推挽式、半桥式、全桥式等变压器开关电源都属于双激式变压器开关电源。
)(单激式变压器开关电源普遍应用于小功率电子设备之中,因此,单激式变压器开关电源应用非常广泛。
而双激式变压器开关电源一般用于功率较大的电子设备之中,并且电路一般也要复杂一些。
单激式变压器开关电源的缺点是变压器的体积比双激式变压器开关电源的激式变压器的体积大,因为单激式开关电源的变压器的磁芯只工作在磁回路曲线的单端,磁回路曲线变化的面积很小。
)正激式:就是只有在开关管导通的时候,能量才通过变压器或电感向负载释放,当开关关闭的时候,就停止向负载释放能量。
目前属于这种模式的开关电源有:串联式开关电源,buck拓扑结构开关电源,激式变压器开关电源、推免式、半桥式、全桥式都属于正激式模式。
反激式:就是在开关管导通的时候存储能量,只有在开关管关断的时候释放才向负载释放能量。
属于这种模式的开关电源有:并联式开关电源、boots、极性反转型变换器、反激式变压器开关电源。
正激变压器——脉冲变压器的原/付边相位关系,确保在开关管导通,驱动脉冲变压器原边时,变压器付边同时对负载供电。
所谓正激式变压器开关电源,是指当变压器的初级线圈正在被直流电压激励时,变压器的次级线圈正好有功率输出。
(正激式变压器开关电源是推免式变压器开关电源衍生过来的,推免式有两个控制开关,正激式改成一个开关控制。
)U1是开关电源的输入电压,N是开关变压器,T是控制开关,L是储能滤波电感,C是储能滤波电容,D2是续流二极管,D3是削反峰二极管,RL是负载电阻。
(对于加不加N3和D3主要由设计者来决定,如果不加N3和D3就得在变压器初级线圈N1的两端并联一个RC电路,用来吸收变压器产生的反激式输出能量,要么变压器初级线圈产生的反电动势非常高,很容易把电源开关管击穿。
这个反激式能量很大,如果用RC电路来吸收,能量会白白的浪费掉,使开关电源的工作效率大大下降。
因此,如果你不考虑工作效率,也可以不加N3和D3,而加一个RC电路。
)工作原理:开关管T导通时,D1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T截止时,电感L通过续流二极管D2 继续向负载释放能量。
在上图中,需要特别注意的是开关变压器初、次级线圈的同名端。
如果把开关变压器初线圈或次级线圈的同名端弄反,上图就不再是正激式变压器开关电源了该电路的最大问题是:开关管T交替工作于通/断两种状态,当开关管关断时,脉冲变压器处于“空载”状态,其中储存的磁能将被积累到下一个周期,直至电感器饱和,使开关器件烧毁。
图中的D3与N3构成的磁通复位电路,提供了泄放多余磁能的渠道。
优点:1)正激式变压器开关电源输出电压的瞬态控制特性相对来说比较好。
2)正激式变压器开关电源的负载能力相对来说比较强,输出电压的纹波比较小。
(说明正激式变压器开关电源的电压和电流输出特性要比反激式变压器开关电源好很多。
)缺点:1)电路中比反激式变压器开关电源多用一个大储能滤波电感,以及一个续流二极管。
2)正激式变压器开关电源的变压器的体积要比反激式变压器开关电源的变压器的体积大。
3)变压器初级线圈产生的反电动势电压要比反激式变压器开关电源产生的反电动势电压高。
(一般正激式变压器开关电源都设置有一个反电动势能量吸收回路,如的变压器反馈线圈N3绕组和整流二极管D3。
由于反电动势电压高因此,正激式变压器开关电源在输入电压为交流220伏的设备中很少使用,或者用两个电源开关管串联来使用)2.2. 单端反激式 Single F1yback Converter(单端反激式变压器开关电源)所谓反激式变压器开关电源,是指当变压器的初级线圈正好被直流电压激励时,变压器的次级线圈没有向负载提供功率输出,而仅在变压器初级线圈的激励电压被关断后才向负载提供功率输出,这种变压器开关电源称为反激式开关电源。
工作原理:当开关K 关闭时,变压器初级N1有电流 Ip,并将能量储存于其中(e1 =L1di/dt =Ui或者e1 = N1dф/dt = Ui).由于N1与N2极性相反,此时二极管D反向偏压而截止,无能量传送到负载.当开关K打开时,由楞次定律 : (e = -N△Φ/△T)可知,变压器原边绕组将产生一反向电势,此时二极管D正向导通,负载有电流IL流通反激式变压器开关电源的输出电压为:(1-110)式中,Uo为反激式变压器开关电源的输出电压,Ui变压器初级线圈输入电压,D为控制开关的占空比,n为变压器次级线圈与初级线圈的匝数比。
一、反激式转换器的优点有:1. 电路简单比正反激式少用一个大储能滤波电感,以及一个续流二极管,因此,反激式的体积要比正激式变压器开关电源的体积小,且成本也要降低。
且能高效提供多路直流输出,因此适合多组输出要求.2. 转换效率高,损失小.3. 变压器匝数比值较小.4. 输入电压在很大的范围内波动时,仍可有较稳定的输出,目前已可实现交流输入在85~265V间.无需切换而达到稳定输出的要求.二、反激式转换器的缺点有:1. 电压和电流输出特性要比正激式变压器开关电源差,输出电压中存在较大的纹波,负载调整精度不高,因此输出功率受到限制,通常应用于150W以下.2. 转换变压器在电流连续(CCM)模式下工作时,有较大的直流分量,易导致磁芯饱和,所以必须在磁路中加入气隙,从而造成变压器体积变大.3. 变压器有直流电流成份,且同时会工作于CCM / DCM两种模式,故变压器在设计时较困难,反复调整次数较顺向式多,迭代过程较复杂.2.3. 推挽 Push pull (变压器中心抽头)式这种电路结构的特点是:对称性结构,脉冲变压器原边是两个对称线圈,两只开关管接成对称关系,轮流通断,工作过程类似于线性放大电路中的乙类推挽功率放大器。