20170615-开关电源的小信号动态分析步骤

开关电源的测试步骤开关电源的测试步骤?一、功能(Functions)测试：输出电压调整(Hold-onVoltageAdjust)电源调整率(LineRegulation)负载调整率(LoadRegulation)综合调整率(ConmineRegulation)输出涟波及杂讯( OutputRipple&Noise,RARD)输入功率及效率(InputPower,Efficiency)动态负载或暂态负载(DynamicorTransientResponse)电源良好/失效(PowerGood/Fail)时间起动(Set-Up)及保持(Hold-Up)时间常规功能(Functions)测试A.?输出电压调整：?当制造开关电源时，第一个测试步骤为将输出电压调整至规格范围内。

此步骤完成后才能确保后续的规格能够符合。

?通常，当调整输出电压时，将输入交流电压设定为正常值(115Vac或230Vac)，并且将输出电流设定为正常值或满载电流，然后以数字电压表测量电源供应器的输出电压值并调整其电位器(VR)直到电压读值位于要求之范围内。

?B.?电源调整率：?电源调整率的定义为电源供应器于输入电压变化时提供其稳定输出电压的能力。

此项测试系用来验证电源供应器在最恶劣之电源电压环境下，如夏天之中午(因气温高，用电需求量最大)其电源电压最低；又如冬天之晚上(因气温低，用电需求量最小)其电源电压最高。

在前述之两个极端下验证电源供应器之输出电源之稳定度是否合乎需求之规格。

?为精确测量电源调整率，需要下列之设备：·能提供可变电压能力的电源，至少能提供待测电源供应器的最低到最高之输入电压范围，（KIKUSUIPCR系列电源能提供0--300VAC5-1000Hz?的稳定交流电源，0---400VDC的直流电源）。

一个均方根值交流电压表来测量输入电源电压，众多的数字功率计能精确计量VAWPF。

?·一个精密直流电压表，具备至少高于待测物调整率十倍以上，一般应用5位以上高精度数字表。

开关电源的工作原理和常见故障分析及维修开关电源的主要电路是由:防雷电路，输入电磁干扰滤波器（Electromagnetic Interference,简称EMI），输入整流滤波电路，功率变换电路，脉宽调制（PWM）控制器电路，输出整流滤波电路组成。

辅助电路有输入过压，欠压保护电路, 输出过压，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：高频脉冲电压。

把高频脉冲电压送给高频变压器，高频变压器的次级（二次侧）就会感应出一定的高频脉冲交流电，并送给高频整流滤波电路进行整流，滤波。

经高频整流滤波后便可得到我们所需的各种直流电压。

输出电压下降或者上升时，由取样电路将取样信号通过光电耦合器（PC817）,送入控制电路，经过其内部调制，由控制电路的输出端将变宽的或者变窄的驱动脉冲送到开关功率管的栅极（G 极），使变换电路产生的高频脉冲方波也随之变宽或者变窄，由此改变输出电压平均值的大小，从而使直流电压基本稳定在所须的电压值上。

开关电源的电路原理图如下：开关电源电路原理图开关电源的常见故障分析及维修由于开关电源的输入部份工作在高压，大电流的状态下，故障率最高，如高压大电流整流二极管，滤波电容，开关功率管等较易损坏。

其次就是输出整流部分的整流二极管，保护二极管，滤波电容，限流电阻等较易损坏；再就是脉宽调制控制器的反馈部份和保护部份。

下面就对开关电源常见故障产生的原因作一分析及如何排除这些故障的维修方法。

一．保险丝熔断普通情况下，保险丝熔断说明开关电源的内部电路存在短路或者过流的故障。

由于开关电源工作在高电压，大电流的状态下，直流滤波和变换振荡电路在高压状态工作时间太长，电压变化相对大。

电网电压的波动，浪涌都会引起电源内电流瞬间增大而使保险丝熔断。

重点应检查电源输入端的整流二极管，高压滤波电解电容，开关功率管，UC3842本身及外围元器件等。

检查一下这些元器件有无击穿，开路，损坏，烧焦，炸裂等现象。

开关电源的小信号动态分析序言普高（杭州）科技开发有限公司张兴柱博士开关电源是电力电子产品中一个分支，已被越来越广泛地应用于计算机、通信、电力、交通、机械、航空、航天、家电、医疗、仪器等多个不同的领域。

从输入电能的性质看，开关电源有AC输入和DC输入两类；从输出端所需稳定的变量看，开关电源有稳压源和稳流源两类。

因此我们可以将开关电源分成四类：（一）AC输入的稳压开关电源；（二）AC输入的稳流开关电源；（三）DC输入的稳压开关电源；（四）DC 输入的稳流开关电源。

稳压开关电源的应用远大于稳流开关电源；在稳压开关电源中，AC 输入的稳压开关电源比DC输入的稳压开关电源应用要多。

开关电源的输出都是DC，在稳压开关电源中，其输出为高精度的直流电压；在稳流开关电源中，其输出为高精度的直流电流。

不管输入是AC还是DC，一般都会将输出直流电压稳定的开关电源称为直流开关稳压电源，将输出直流电流稳定的开关电源称为直流开关稳流电源。

直流开关稳压电源有功率变换电路、控制电路、辅助电源、EMI和安装这些电路的PCB、结构件及外壳组成。

其中的功率变换电路有保险丝、开机浪涌电流限制电路、二极管全桥整流电路、Boost PFC功率级、DC-DC功率级等组成；控制电路有实现高精度输出电压的主控制电路、实现输入电流单位功率因数的PFC控制电路、实现各种故障保护功能的保护电路和实现其它功能要求的各种控制电路组成；辅助电源则是提供各种控制电路的供电电路，它是一个功率很小但可靠性要求更高的开关电源；EMI的作用是阻止开关电源电路对电网产生各种有危害的电子干扰，同时也防止外界对开关电源电路的干扰。

直流开关稳压电源中最关键的控制是如何实现输出电压的高精度。

在撇开辅助电源与保护电路后，可将直流开关稳压电源简化为由功率变换电路和主控制电路所组成的一个系统。

这个系统要实现高效率的功率变换和高精度的输出电压稳压。

前一个目标依赖于功率级拓扑、功率元器件和工作方式及开关频率等；后一个目标则依赖于控制功率级工作的控制策略、相应的控制IC和补偿电路结构及参数等。

详解：开关电源的小信号建模开关电源的反馈环路设计是开关电源设计的一个非常重要的部分,它关系到一个电源性能的好坏。

要设计一个好的环路，必须要知道主回路的数学模型，然后根据主回路的数学模型，设计反馈补偿环路.本文想重点介绍下主回路的数学建模方法.首先来介绍下小信号的分析法。

开关电源是一个非线性系统，但可以对其静态工作点附近进行局部线性化。

这种方法称为小信号分析法.以一个CCM模式的BOOST电路为例,其增益为：其增益曲线为:其中M和D之间的关系是非线性的。

但在其静态工作点M附近很小的一个区域范围内，占空比的很小的扰动和增益变化量之间的关系是线性的。

因此在这个很小的区域范围内,我们可以用线性分析的方法来对系统进行分析。

这就是小信号分析的基本思路。

因此要对一个电源进行小信号建模，其步骤也很简单，第一步就是求出其静态工作点，第二步就是叠加扰动,第三步就是分离扰动，进行线性化，第四步就是拉氏变换，得到其频域特性方程，也就是我们说的传递函数。

要对一个变换器进行小信号建模,必须满足三个条件。

首先要保证得到的工作点是“静"态的。

因此有两个假设条件：1，一个开关周期内，不含有低频扰动.因此叠加的交流扰动小信号的频率应该远远小于开关频率.这个假设称为低频假设2，电路中的状态变量不含有高频开关纹波分量。

也就是系统的转折频率要远远小于开关频率.这个假设称为小纹波假设.其次为了保证这个扰动是在静态工作点附近，因此有第三个假设条件:3，交流小信号的幅值必须远远小于直流分量的幅值.这个称为小信号假设。

对于PWM模式下的开关电源,通常都能满足以上三个假设条件，因此可以使用小信号分析法进行建模。

对于谐振变换器来说，由于谐振变换器含有一个谐振槽路。

在一个开关时区或多个开关时区内，谐振槽路中各电量为正弦量,或者其有效成分是正弦量。

正弦量的幅值是在大范围变化的，因此在研究PWM型变换器所使用的“小纹波假设”在谐振槽路的小信号建模中不再适用。

开关电源的小信号动态分析设计步骤普高（杭州）科技开发有限公司张兴柱博士
第一步：引入稳态工作点：
如开关电源是稳定的，则对于输入电压范围、负载电流范围和环境温度范围内的任何一个稳态工作点，其输出电压都是所稳压的值。

实际的开关电源在工作时，不可能工作于输入电压不变、负载电流不变和环境温度不变这种完全的稳态，这三个变量时时都在变化着。

第二步：引入准稳态工作点：
将开关电源的每一个输入变量都看成是对应的稳态输入叠加一个小信号扰动所致。

系统稳定的前提是其输出变量和状态变量也应为对应的稳态和小信号扰动之叠加。

用数学可表达成：
对准稳态这种变量，可用叠加原理来分别分析系统的稳态关系和小信号关系：
第三步：解析系统的稳态关系：
第四步：解析系统中各部分在稳态工作点上的小信号关系：
第五步：获得系统在稳态工作点上的小信号传递函数方块图：
第六步：引入等效功率级概念并获得等效功率级的小信号传递函数：
第七步：获得系统在引入等效功率级后的小信号传递函数方块图：
第八步：获得开关电源闭环的动态小信号方程或闭环动态小信号等效电路：
第九步：用控制理论作为工具设计系统在不同控制策略下的环路参数：。

动态电路分析的思路和技巧诀窍：去表判连接，恢复断所测，动态综合看，电表示数定。

浅释：定性分析动态电路的解题思路分三步：第一步：采用“去表法”分析电路的连接方式。

电流表内阻很小，可视为导线；电压表内阻很大，可视为断路；电压表可连同它两端的导线取走以简化电路结构，方便进行电路分析，这种方法叫做去表法。

第二步：将电表再恢复来判断电表测量对象。

第三步：动态分析，确定电表示数的变化。

简记：去表判连接，恢复断所测，动态综合看，电表示数定。

详解：欧姆定律是电学的重点，也是中考出题的方向，动态电路是它所衍生的知识板块之一。

动态电路变化问题大致可以分为两类，一是滑动变阻器滑片的位置变化引起电路中电学量的变化；二是开关的断开或闭合引起电路中电学量的变化。

一、滑动变阻器类分析思路顺口溜：一看电路串并联，二看电表与谁连，三看滑片移哪边，总阻随着变阻变，要问电表怎么变，欧姆定律来实现。

先电流，后电压，电压分析有技巧，定值电阻要先看，滑阻电压源压减。

注释：“欧姆定律来实现”，是指综合运用欧姆定律或分压分流原理等规律，抓住题中不变的量，如电源电压不变、定值电阻阻值不变等，把动态电路变成静态电路来处理，从而解决具体的实际问题。

“滑阻电压源压减”，即滑动变阻器两端的电压等于电源电压减去定值电阻两端的电压：U滑阻＝U电源－U定阻。

1.串联第一步：分析总电阻R总变化情况，找到总电流I总的变化情况（一般地，U总不变，根据I总＝U总/R总，得出电流I总与总电阻R总变化情况相反）；第二步：根据电流变化情况，找到阻值不变的部分的电压变化情况（由U定＝IR定，可判断出阻值不变部分的电压与电流变化情况相同）；第三步：根据串联电路“分压”规律，找到阻值变化部分的电压变化情况（由U变＝U总－U定，可判断阻值变化部分电压变化与阻值不变部分电压变化情况相反）。

（在实际解题中，我们还可以根据串联中电压分配与电阻成正比，先判断出变化部分的电压与此部分电阻变化情况相同；进一步判断其他阻值不变部分电压变化与阻值变化部分电压变化相反）。

初中物理开关动态电路
开关断开、闭合类动态电路分析一般的解题步骤为：
(1)首先确定初始时的电路连接状态(串联还是并联)，确定各电表所测的是哪段电路，必要时可画出等效电路图分析；
(2)再确定电路变化后的电路连接状态(串联还是并联)，确定各电表所测的是哪段电路．必要时可画出等效电路图分析；
(3)按串、并联电路电流、电压的特点和欧姆定律确定各电表的变化情况，在判断的过程中，要注意电源电压不变、定值电阻阻值不变等隐含条件．。