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开关电源技术 (复习)PPT资料102页

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开关电源工作原理

开关电源工作原理

开关电源工作原理关键信息项1、开关电源的定义与类型定义：＿___________________________类型：＿___________________________2、工作原理概述基本原理：＿___________________________主要组成部分：＿___________________________ 3、输入电路功能：＿___________________________常见元件：＿___________________________4、功率变换电路拓扑结构：＿___________________________工作模式：＿___________________________5、控制电路作用：＿___________________________控制方式：＿___________________________6、输出电路滤波方式：＿___________________________稳压机制：＿___________________________7、效率与功率因数影响效率的因素：＿___________________________功率因数校正方法：＿___________________________8、电磁兼容性电磁干扰产生原因：＿___________________________抑制电磁干扰的措施：＿___________________________11 开关电源的定义与类型111 开关电源是一种利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的电源。

它具有效率高、体积小、重量轻等优点。

112 开关电源的类型多种多样，常见的有以下几种：降压型开关电源（Buck Converter）：输出电压低于输入电压。

升压型开关电源（Boost Converter）：输出电压高于输入电压。

降压升压型开关电源（BuckBoost Converter）：输出电压可高于或低于输入电压。

开关电源基础知识学习资料PPT课件

开关电源基础知识学习资料PPT课件
2020/11/13
开关电源最常用的三种拓朴电路1—BUCK Converter 工作原理 降压电路（Buck）其主要原件为：开关管SW、续流流二级管D、
电感L、电容C和负载电阻RL。
ON-Stage:当SW导通时，电流经S、L到负载，能量同时储存在电感中，输出平均 直流电压Vo；
2020/11/13
➢ 保护功能及附属功能： 1、OCP，OVP，OTP，欠压保护，限功率； 2、 绝缘电阻、绝缘电压、漏电流。
➢ 结构要求： 1、外形尺寸，2、外包装，3、安装条件，4、冷却方式，5、接口方式，6、 重量，7、名牌。
➢ 安规标准及EMC标准： 1、认证标志，3C，UL，GS，PSE，2、EMI测试标准。
分类方法多种多样。分为AC/DC和DC/DC两大类，DC/DC变换器现已实 现模块化，且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，并已得到 用户的认可。但AC/DC的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中， 遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。又可分为离线式非离线式，反激式、 正激式、半桥式全桥式， Adaptor/内置式开关电源open open frame等。
开关电源中应用的电力电子器件主要为快速恢复二极管、肖特基二极管和 MOSFET，SCR在开关电源输入整流电路及软启动电路中有少量应用。 开关电源的三大特征
1、开关：电力电子器件工作在开关接近工频的低频；
3、直流：开关电源输出的是直流而不是交流。 开关电源的种类
开关电源： 优点：体积小重量轻(线性电源的20~30%)；效率高70~95%,易满足 各国的能效要求；输入输出电压范围宽，模块化。 缺点：电路复杂、开发、制程难度较大，由于工作在高频 （50K~300K），干扰大、EMC难解决。
总而言之，开关电源正逐渐取代线性电源，应用领域越来越广泛。

《开关电源资料》课件

《开关电源资料》课件
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW ERA
《开关电源资料》ppt课件
• 开关电源概述 • 开关电源的工作原理 • 开关电源的类型 • 开关电源的设计与优化 • 开关电源的测试与验证 • 开关电源的发展趋势与展望
目录
CONTENTS
01
开关电源概述
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
小型化、轻量化、薄型化
总结词
随着电子设备的便携化和轻薄化，对开关电源的小型 化、轻量化、薄型化的需求也日益迫切。
详细描述
为了满足这一需求，开关电源不断探索新的材料、新的 工艺和新的设计理念。例如，采用新型的磁性材料和绝 缘材料，减小了电源的体积和重量；采用薄膜工艺和微 加工技术，实现了电源的薄型化设计；同时，通过优化 电路拓扑和控制算法，进一步减小了电源的体积和重量 。此外，一些新型的开关电源拓扑结构如LLC谐振半桥 等也在不断发展，为开关电源的小型化、轻量化、薄型 化提供了更多的可能性。
温湿度循环测试
模拟实际使用环境中的温湿度变化，检验开 关电源的适应性和可靠性。
短路与过载保护测试
验证开关电源在短路和过载情况下的保护功 能和可靠性。
开关电源的环境适应性测试
温度适应性测试
在不同温度条件下测试开关电源的性 能表现，确保满足宽温范围的工作需 求。
湿度适应性测试
在湿度环境下测试开关电源的性能表 现，确保满足湿度要求。
输入电压通过输入电路进入开关电源 。
输出电路将开关管输出的脉动电压平 滑为稳定的输出电压，供给负载使用 。
控制电路根据输入电压和输出电压的 反馈信号，调节开关管的通断时间， 从而调节输出电压和电流。
保护电路实时监测电源的工作状态， 在异常情况下及时切断电源或降低输 出，保护电源不受损害。

开关电源及其软开关技术复习提纲-2012(全)(精)

开关电源及其软开关技术复习提纲-2012(全)(精)

第一章1. 高频开关电源由哪几部分组成?(画出原理方框图加以说明P3答:(1主电路1.输入滤波电器: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音反馈公共电网。

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,这是高频开关的核心部分。

4.输出整流滤波:根据负载需要,提供稳定可靠的直流电源。

(2控制电路1.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,达到稳定输出。

2.根据测试提供的数据,经保护电路鉴别,控制电路提供对整机进行各种保护措施。

(3检测电路1.提供保护电路中正在运行中的各种参数2.提供各种显示仪表数据给值班人员观察,记录。

(4辅助电源提供所有单一电路所谓不同要求电源。

第二章1. 串联型线性调整型稳压电源的工作原理、开关型稳压电源的工作原理(包括原理图、电压方程等,以及两种电源的特点(优缺点比较。

P5、P8~ P10答:(1串联型线性调整型稳压电源工作原理:输入电压E 和输出电压Vo 之间串联着一个可变电阻R W ,在稳态条件下,输入电源E 和输出电压之间,有下述关系: 。

当E 或R L 变化时,可以调整R W 的电阻,使输出电压Vo 保持不变。

优点:输入电源向负载连续地提供能量。

(稳定性好,输出纹波电压小,使用可靠。

缺点:E 和V o 之间的差值越大,流过晶体管的电流越大,晶体管上的功率损耗也越大,稳压电源的效率就越低。

(功耗大,效率低,需要大功率调整管。

(2开关型稳压电源工作原理:开关K 以一定时间间隔重复地接通和断开,当K 接通时,电源E 向负载提供能量;当 K 断开时,电源E 中断对负载提供能。

所以电源E 向负载提供能量是断续的。

开关电源要有一套储能装置,K 接通时,储存能量。

K 断开时,向负载释放。

在电路AB 间的电压平均值E AB :E AB =t on /T*E (其中,ton 为开关每次接通时间,T 为开关通断的周期。

《开关电源技术》课件

《开关电源技术》课件
研究开关电源的电压调节、保护功能和智能化控制策略。
开关电源的设计和优化
开关电源的设计需要考虑效率、稳定性、可靠性等因素，并进行电路模拟、调试和优化，以达到最佳的 性能和性价比。
成本较高、复杂的电路设计、可能产生干 扰。
开关电源的应用领域
工业控制
用于各种机器、设备、控制系统的电源供应。
Hale Waihona Puke 通讯设备用于手机、计算机、路由器等通讯产品的电 源。
医疗器械
用于医疗设备和器械的电源供应。
家用电器
用于电视、空调、冰箱等家用电器的电源。
开关电源的发展趋势
1
小型化
2
不断缩小体积，提高功率密度，适应
输入滤波电路
用于去除输入电压中的干扰，保证开关电源 的稳定性。
输出滤波电路
用于去除输出电压的纹波，获取稳定的输出 电压。
开关管和驱动电路
通过周期性切断和导通，实现能量的转换和 调节。
控制电路
根据反馈信号，控制开关管的导通和截止， 保持输出电压稳定。
开关电源的优缺点
1 优点
2 缺点
高效率、小体积、轻重量、稳定性好、可 靠性高。
《开关电源技术》PPT课 件
欢迎来到《开关电源技术》PPT课件。本课程将介绍开关电源的定义、原理、 组成及工作原理，以及开关电源的优缺点和应用领域。
开关电源的定义和原理
开关电源是一种通过周期性切换电源输入电压的方式来实现稳定输出电压的电源系统。它基于开关管的 导通和截止，实现能量的转换和调节。
开关电源的组成和工作原理
各种场景需求。
3
高效节能
开发更高效的开关电源设计，以减少 能量损耗。
智能化
引入智能控制技术，实现更加精确的 电压输出和保护功能。

认识开关电源基础 ppt课件

认识开关电源基础 ppt课件
变压器的磁芯与其工作的频 率的平方成反比，频率越高 铁心就越小。增大频率这样 就可以大大减小变压器的体 积，是电源整体的体积和重 量都减小。
3、开关电源与线性电源的比较
二、开关电源的工作原理
工作原理 ① 交流电源输入经整流滤波得到直流电。 ② 通过高频PWM信号控制开关管，将直流电转换为高频的交流电，也叫逆变电路。
目录
一、概述 二、开关电源的工作原理 三、开关电源的主要参数 四、开关电源常用的拓扑 五、开关电源的应用
一、概述
• 电源定义是利用电能变换技术将市电或者电池中的电通过一次电
路转换为适合各种用电对象应用的二次电能的装置，利用电子线路反 馈技术实现输出电压稳定。分交流稳压电源和直流稳压电源或者工频 电源和高频电源。
•
•4、电网电压调整率
在额定负载范围内，输入电压在允许电压范围内变化，引起输出电压的变化量与输出额定 电压的百分比，即稳压电源输出电压的相对变化量。
•5、负载调ห้องสมุดไป่ตู้率
在规定的源电压范围内，负载电流从空载到满载的变化。引起输出电压的变化量与输出额 定电压的百分比称负载调整率，即输出电压最大相对变化量。
加到变压器初级。
③ 变压器副边耦合高频交流，再整流滤波成直流电。 ④ 输出部分的电压再通过一定的反馈电路给控制电路，控制PWM波的占空比，形
成闭环回路，已达到稳压输出的目的。
特点
开关电源的特点是体积小、重量轻，功耗小、效率高，稳压范围宽，电路应用 形式灵活多样。
1、开关电源的结构框图
2、开关电源分类
➢在交通运输，海陆空运输电源动力离不开开关电源。
➢在电机调速中的应用 ➢在生活中的应用，冰箱、空调、洗衣机、电视等。 ➢在电子装置用电源，充电器，通信领域 ➢在风能、太阳能发电中的应用 ➢环境保护中的应用， ➢在低碳生活的今天，电动汽车以及充电桩的领域日新月异。

《开关电源技术》PPT课件


CR
iS
t
O
uVD
t
O
t0
t1
a)
b)
图5-2 硬开关电路及波形
a）电路图 b）理想化波形
（显示放大图）
2021/4/25
6
5－31.2 零电压开关与零电流开关
❖ 零电压开通和零电流关断要靠电路中的谐振来实现。
❖ 零电压关断：与开关并联的电容能使开关关断后电 压上升延缓，从而降低关断损耗，有时称这种关断 过程为零电压关断。
❖ 软开关： – 在电路中增加了小电感、电容等谐振元件，在开关过程前后 引入谐振，使开关条件得以改善。 – 降低开关损耗和开关噪声。 – 软开关有时也被成为谐振开关。
❖ 工作原理： – 软开关电路中S关断后Lr与Cr间发生谐振，电路中电压和电流 的波形类似于正弦半波。谐振减缓了开关过程中电压、电流 的变化，而且使S两端的电压在其开通前就降为零。
a）基本开关单元 b）降压斩波器中的基本开关单元
c）升压斩波器中的基本开关单元 d）升降压斩波器中的基 本开关单元
2021/4/25
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5－3.2 软开关电路的分类
1． 准谐振电路 ❖ 准谐振电路中电压或电流的波形为正弦半波，因此称之为准谐振。 ❖ 为最早出现的软开关电路，可以分为：
– 零电压开关准谐振电路(Zero-Voltage-Switching Quasi-Resonant Converter—ZVS QRC）；
– 零电压开关多谐振电路(Zero-Voltage-Switching Multi-Resonant Converter—ZVS MRC）；
– 用于逆变器的谐振直流环节(Resonant DC Link）。
特点：
– 谐振电压峰值很高，要求器件耐压必须提高；

开关电源基本知识培训讲议共55页PPT资料

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(PFC)原理：
① 输入滤波电路：C1、L1、C2组成的双π型滤波 网络主要是对输入大功率开关电源的电磁噪声及杂 波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止大 功率开关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. 大功率开关电源反激式整流电路： T1为开关变压器，其初极和次极的相位相反。D1为整流二极管，R1、 C1为削尖峰电路。L1为续流电 感，R2为假负载，C4、L2、C5组成π型 滤波器。
3、大功率开关电 源同步整流电路： 工作原理：当变压器次级上端为正时，电流经 C2、R5、R6、R7使
Q2导通，电路构成回路，Q2 为整流管。Q1栅极由于处于反偏而截止。 当变压器次级下端为正时，电流经C3、R4、R2使 Q1导通，Q1为续流 管。Q2栅极由于处于反偏而截止。L2为续流电感，C6、L1、C7组成π 型滤波器。R1、C1、R9、C4为削尖峰电路。
第二部分 例 4-16V,40A输出大功率开关电源电路设 计
摘要：介绍一种采用半桥电路的开 关 电源，其输入电压为交流220V±20％， 输出电压为直流4～16V，最大电流40A， 工作频率50kHz。重点介绍了该电源的设
3、基本工作原理及原理框图 该电源的原理框图如图所示。此开关电源已成功地作为实验室电源、通信基 站电源使用。其效率≥85％，纹波优于30mVP-P，产品可靠性高、成本低，具 有一定的市场 竞争力。 220V交流电压经过EMI滤波及整流滤波后，得到约300V的直流电压加到半桥 变换器上，用脉宽调制电路产生的双列脉冲信号去驱动功率MOS 管，通过功率 变压器的耦合和隔离作用在次级得到准方波电压，经整流滤波反馈控制后可得到 稳定的直流输出电压。

《开关电源基本原理》PPT课件


当电感较小或负载较小或周期 T 较大时，buc k 变化器会工作在电感电流不连续工作模式，将造成整 体功耗的增加和整体性能变差，因此应避免变换器工作 在电感电流不连续工作模式。buck 变换器工作在电感电 流连续工作模式和不连续工作模式之间有个临界状态， 其发生条件为： 连续工作模式：
临界工作模式：
• 开关电源的主要元器件：
1. 开关：开关电源中的开关要求开关速度快，损耗小，快速渡过线性放大区。目前 主要使用的是三极管，MOS管，他们各有特点。
2. 电感：是电路的储能器件，一般与电容组成滤波电路；电感的电流不会突变；是 磁性元件，会出现饱和现象。
3. 电容：和电感一样都是储存和传递电能的器件，主要吸收电路纹波，使输出的电 压平滑稳定。电容的串联电阻ESR越大，发热越严重，寿命越短。下图是各种电 容的ESR比较，
30V。过电流能力Imax>iLmax 二极管的耐压Vd>Vimax，电流Id>Io。
一般取fc为主频f的1/10以下，计算出电容值。 （5）纹波电压可根据以下式求出：
也可以从已知要求的纹波电压反求出电容的ESR，然后再验证，以上 的数据都是理论计算，作为设计的依据，根据实际电路需要在中调试 验证中作相应改变。
2.基本原理图如下图5所示：
图5 反激变换器基
反激变换器基本原理图由变压器、开关管、整流 二极管和PWM芯片等元器件组成。
3. 工作原理：
如上图所示，开关管导通期间，变压器进行电能存储 阶段，这是相当于电感。如下图6所示：
图6a 能量存储阶段 电路图
图6b 能量存储阶段原边电流波形 和磁化现象
由图6可知，当Tr导通期间，原边绕组的电流I的值为LC =
一般实际电路的电感值取Lc值的5-10倍。 另外一种计算实际电感中L的计算方法：

开关电源的基础知识 ppt课件


(2).开关管V的截止期内，储能电感中 电流的最大变化量为
ILma1xUi LUO•tON
ILm
a2x
UO L
•tOFF
(3).开关管V导通期与截止期能量转换的条件：
Ui LUO•tONU LO•tOFF 即 U OtOt N O tO NF •U FiD •U itT O• N U i
另一种并联独立输出型开关电源
开关由一个功率场效应管构成（兼脉冲发生），也称为单端型。
脉宽调制等由集成电路UC3842 完成。
开关管导通时储能，开关截止时，储能释放给负载，称为单端型反激式。 开关管导通时间长，传输电能多，变压器次级绕组输出电压高、电流大。 用PWM控制功率开关管， 就可以改变次级绕组输出的电压和电流，同时， 使用闭环反馈可以稳定电压、电流或限制功率。
1.1开关电源组成及开关电源实例
3、并联独立输出型：通过续流电感的电磁耦合，实现隔离输出。 （电源输入端不使用变压器、实现多种电压输出）
＊应用最多的一种电路形式
＊三极管V可使用功率场效应管 ＊脉冲调宽、脉冲发生及误差信号的产生等可集成化例如TOP221TOP227
1.1开关电源组成及开关电源实例
(1).串联调整式线性性稳压器 (2).并联调整式线性性稳压器 (3).开关式稳压器
1.2 稳压电源的分类 二、开关电源的分类 1. 按激励方式分类
1.2 稳压电源的分类 二、开关电源的分类 2. 按控制原理(调制方式)分类
(1)脉宽调制型(PDM)开关电源
(2)脉频调制型(PFM)开关电源 (3)混合型开关电源 (4)脉冲密度调制型(PDM)开关电源
2. 开关稳压电源的缺点
(1)电压调整率和负载调整率较差 (2)存在较严重的开关噪声和干扰 (3)电路复杂，不便于维修
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Buck变换器在连续模式和不连续模式的主要波形
2020/3/30
13
讨论电感电流连续时变换器的工作原理(稳态）：
分析之前作如下假设： （1） 所有有源器件Q和D导通和关断时间为零。导通 时电压为零，关断时漏电流为零。 （2） 在一个开关周期中，滤波电容电压，即输出电 压Vout，有很小纹波(电压），但可认为基本保持不变, 其值为Vo。 （3） 电感和电容均为无损耗的储能元件。
等 3. MOS管的驱动：三种驱动方法（MOS管属于电压型控制器件，GS之
间的电压来控制D、S之间的导通情况。） 4. MOS管的封装以及生产的公司
HAT2140的datasheet1 STD5NM50T4的datasheet
2020/3/30
5
B. MOS管的门极驱动电路： 1) 直接驱动
电阻R1的作用是限流和抑制 寄生振荡，一般为10ohm到 100ohm，R2是为关断时提供放电 回路的；稳压二极管D1和D2是保 护MOS管的门极和源极；二极管 D3是加速MOS的关断。
D3 47 R1 V1
D4
D1
IRF530
Q1 20k R220Fra bibliotek0/3/306
2) 互补三极管驱动
当MOS管的功率很大 时，而PWM控制芯片输出 的PWM信号不足已驱动MOS
PWM
管时，加互补三极管来提 供较大的驱动电流来驱动 MOS管。
Vcc
Q3 R1
D1 R3 Q2
IRF530
Q1
20k R2
二、 开关电源的内容 (知识点）
1. 了解开关电源的应用。
2. 开关电源的结构（组成部分）。
3. 元器件的选择—MOS管、二极管、电阻和电容
4. 掌握拓扑结构的工作原理，能画出原理图。
5. 磁性元器件（变压器和电感）的特性。
6. PWM控制方法--UC3842的应用。
7.电源输入级电路的介绍。
8. 功率因数校正（PFC）。
2. 分析拓扑的工作原理（稳态分析）（CCM和DCM）：Buck、Boost 和 double forward 等。
2020/3/30
9
降压式变换器（Buck Converter）的介绍
1. Buck变换器的结构
Buck变换器的结 构如右图所示：
Q1 IRF530
48 V1
470u
L1
47 R2
D1 D1N4148 12 Pulse(0 1 0 39.604n 39.604n 3.9604u 10u) V2
电阻R1和R3的作用是限流和抑制寄生振荡，一般 为10ohm到100ohm，R2是为关断时提供放电回路的；二 极管D1是加速MOS的关断。
2020/3/30
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3) 耦合驱动（利用驱动变压器耦合驱动）
47 R1
V1
TX1
D1 Q2
IRF530
Q1
20k R2
当驱动信号和功率MOS管不共地或者MOS管的源极
9.同步整流及其控制方法。
10. 用UC3842控制的反激电路的工作原理，每个元器件在电路中的作
用，每一部分电路的作用。
11. 规格说明书---IPS和Test Plan。
2020/3/30
1
二、 开关电源的内容 (技能和能力）
1. 学会分析电路工作原理。 2. 掌握调试电路的方法，明白每一步调试的作用。 3. 掌握测试电路的方法。 4. 学会如何分析电路故障和排除电路故障。 5. 熟悉电路中元件布局的一些简单规则。
2020/3/30
2
2、电源电路的结构框图和完整的电路图
a. 离线式开关电源的结构框图：
direct-off-line switching power supply
AC EMI滤波器
input
功率因数 校正
隔离的 DC 降压电路 output
b. 模块开关电源的结构框图：
module switching power supply
2020/3/30
11
Buck变换器工作在不同模态的等效电路
Q1 IRF530
47 R2 48 V1 V2
470u L1
R1
C1
D1
D1N4148
12 Pulse(0 1 0 39.604n 39.604n 3.9604u 10u)
470u L1
R1 C1
R1 C1
(a)
(b)
(c)
2020/3/30
C1 R1
MOS管；续流二极管（freewheel）D；滤波电感L；
滤波电容C；负载RL。
2020/3/30
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2. Buck变换器的工作原理分析
Buck变换器存在两种导电模式，即连续导电模式CCM (Continuous Conduction Mode)和不连续导电模式DCM (Discontinuous Conduction Mode)。连续导电模式是 指在一个周期内电感电流是连续的（两种开关模态a和b)； 而不连续导电模式是指电感电流在一个周期内是断续的 也就是有一段时间电感电流为零(三种开关模态a、b 和 c)。
2020/3/30
14
(1) 模态1 [0—Ton] [对应于图 (a)]
在t=0时，Q1导通，Vin通过Q1 加到二极管D1 和输出滤 波电感Lf 、输出滤波电容Cf上以及给负载供电，因此续 流二极管D1截止，电源Vin对电感Lf充电，其电流iLf线性 上升，上升斜率为 (Vin-Vo)/Lf。
在t=Ton时，iLf达到最大值ILfmax。在Q导通期间，iLf
的增长量ΔiLf（+）= Vin LfV0*TonVin LfV0*Dy*Ts
浮地的时候，比如Buck变换器或者双管正激变换器中的
MOS管，利用变压器进行耦合驱动。驱动变压器的作用：
1. 解决驱动MOS管浮地的问题；2. 减少干扰。
2020/3/30
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4. 拓扑结构
1. 拓扑结构的类型：非隔离：Buck 、Boost和Buck-Boost； 隔离的： flyback、forward、half bridge、full bridge、 push-pull
DC input
隔离的 DC
降压电路
或者Boost output
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Buck变换器
3
离线式电源电路图 模块电源电路图1 模块电源电路图2
2020/3/30
4
3. 功率器件之一：MOS管
1. MOS管的等效电路 （输入输出电容 Cgs Cds，反并联二极管） 2. MOS管的三个工作区域条件 2. MOS管的参数：Rds（on），Vds Ids（与温度有关） 功率损耗