开关电源设计各项指标定义详解

开关电源有哪些技术指标？开关电源的性能指标可分为输入、输出、保护、显示和指示功能、系统功能、电气绝缘和电磁兼容等：1.开关电源的电气性能指标。

①输入特性：输入电压类型及电压范围，电网频率，谐波失真。

②输出特性：额定输出电压，额定输出电流，稳压精度（电压调整率和负载调整率），瞬态响应，输出纹波电压及纹波电流，输出噪声电压。

③电气绝缘。

开关电源的电气绝缘是安全指标中的重要内容，出厂的开关电源必须经过电气绝缘试验，才能够投入市场使用。

交流输入端对直流输出端的电气绝缘测试、漏电流测试。

④控制方式及控制功能：电压型控制方式，电流型控制方式，外部关断功能，远程遥控功能，数控功能。

⑤保护功能：开关电源必须有完善的保护措施，常有的保护是过流保护、短路保护、过压保护、放反接的极性保护和过热保护等。

必要时还可增加输入、输出电压及电流监视器，保护继电器，报警器，自动/手动复位电路等。

有条件的还应对样机进行电磁兼容性试验。

2.机械性能指标。

体积、重量等。

3.环境工作条件。

环境温度、存储温度、相对湿度、高度、散热条件（自然冷却、风扇冷却）等。

4.可靠性指标。

可靠性指标通常用平均故障间隔时间（Mean Time Between Failures,MTBF）来表示。

MTBF一般应大于100000小时。

开关电源中的输入、输出、保护、电气绝缘和电磁兼容是电源的基本要求，显示和指示功能、系统功能是通信的特殊要求。

在一般电源规范中，还有电源工作的环境条件、结构尺寸和质量等，由此决定电源的冷却和结构设计以及元器件的选择。

电源设计者必须充分研究以上条件，设计过程自始至终贯彻技术规范，并且充分考虑研制的开关电源的生产成本和制造方法，所设计的开关电源才能获得成功。

因此，产品设计不同于理论研究，这里电路先进是远远不够的。

产品应当采用成熟的先进电路技术，最低的生产成本，包括器件、制造、结构、劳动力、设备等，直至维护成本，同时要达到最高的可靠性。

第一部分：电源指标的概念、定义一．描述输入电压影响输出电压的几个指标形式。

1．绝对稳压系数。

A．绝对稳压系数：表示负载不变时，稳压电源输出直流变化量U0△与输入电网变化量Ui△之比。

既： K=U0/Ui△△。

B．相对稳压系数：表示负载不变时，稳压器输出直流电压Uo的相对变化量Uo△与输出电网Ui的相对变化量Ui△之比。

急：S=Uo/△Uo / Ui/△Ui2. 电网调整率。

它表示输入电网电压由额定值变化+-10%时，稳压电源输出电压的相对变化量，有时也以绝对值表示。

3. 电压稳定度。

负载电流保持为额定围的任何值，输入电压在规定的围变化所引起的输出电压相对变化Uo/Uo△（百分值），称为稳压器的电压稳定度。

二．负载对输出电压影响的几种指标形式。

1．负载调整率（也称电流调整率）。

在额定电网电压下，负载电流从零变化到最大时，输出电压的最大相对变化量，常用百分数表示，有时也用绝对变化量表示。

2．输出电阻（也称等效阻或阻）。

在额定电网电压下，由于负载电流变化IL△引起输出电压变化Uo△，则输出电阻为Ro=|Uo/IL|△△欧。

三．纹波电压的几个指标形式。

1．最大纹波电压。

在额定输出电压和负载电流下，输出电压的纹波（包括噪声）的绝对值的大小，通常以峰峰值或有效值表示。

2．纹波系数Y（%）。

在额定负载电流下，输出纹波电压的有效值Urms与输出直流电压Uo之比，既y=Umrs/Uo x100%3．纹波电压抑制比。

在规定的纹波频率（例如50HZ）下，输出电压中的纹波电压Ui~与输出电压中的纹波电压Uo~之比，即：纹波电压抑制比=Ui~/Uo~ 。

这里声明一下：噪声不同于纹波。

纹波是出现在输出端子间的一种与输入频率和开关频率同步的成分，用峰-峰（peak to peak）值表示，一般在输出电压的0.5%以下；噪声是出现在输出端子间的纹波以外的一种高频成分，也用峰-峰（peak to peak）值表示，一般在输出电压的1%左右。

开关电源的性能指标可分为输入、输出、保护、显示和指示功能、系统功能、电气绝缘和电磁兼容等：1. 开关电源的电气性能指标。

①输入特性：输入电压类型及电压范围，电网频率，谐波失真。

②输出特性：额定输出电压，额定输出电流，稳压精度（电压调整率和负载调整率），瞬态响应，输出纹波电压及纹波电流，输出噪声电压。

③电气绝缘。

开关电源的电气绝缘是安全指标中的重要内容，出厂的开关电源必须经过电气绝缘试验，才能够投入市场使用。

交流输入端对直流输出端的电气绝缘测试、漏电流测试。

④控制方式及控制功能：电压型控制方式，电流型控制方式，外部关断功能，远程遥控功能，数控功能。

⑤保护功能：开关电源必须有完善的保护措施，常有的保护是过流保护、短路保护、过压保护、放反接的极性保护和过热保护等。

必要时还可增加输入、输出电压及电流监视器，保护继电器，报警器，自动/手动复位电路等。

有条件的还应对样机进行电磁兼容性试验。

2. 机械性能指标。

体积、重量等。

3. 环境工作条件。

环境温度、存储温度、相对湿度、高度、散热条件（自然冷却、风扇冷却）等。

4. 可靠性指标。

可靠性指标通常用平均故障间隔时间（Mean Time Between Failures,MTBF ）来表示。

MTBF 一般应大于100000小时。

开关电源中的输入、输出、保护、电气绝缘和电磁兼容是电源的基本要求，显示和指示功能、系统功能是通信的特殊要求。

在一般电源规范中，还有电源工作的环境条件、结构尺寸和质量等，由此决定电源的冷却和结构设计以及元器件的选择。

电源设计者必须充分研究以上条件，设计过程自始至终贯彻技术规范，并且充分考虑研制的开关电源的生产成本和制造方法，所设计的开关电源才能获得成功。

因此，产品设计不同于理论研究，这里电路先进是远远不够的。

产品应当采用成熟的先进电路技术，最低的生产成本，包括器件、制造、结构、劳动力、设备等，直至维护成本，同时要达到最高的可靠性。

这样的产品才能够生存。

开关电源指标参数一．描述输入电压影响输出电压的几个指标形式。

绝对稳压系数。

A．绝对稳压系数：表示负载不变时，稳压电源输出直流变化量△U0与输入电网变化量△U i之比。

既：K=△U0/△Ui。

B．相对稳压系数：表示负载不变时，稳压器输出直流电压Uo的相对变化量△Uo与输出电网Ui的相对变化量△Ui之比。

即：S=△Uo/Uo / △Ui/Ui电网调整率。

它表示输入电网电压由额定值变化+-10%时，稳压电源输出电压的相对变化量，有时也以绝对值表示。

电压稳定度。

负载电流保持为额定范围内的任何值，输入电压在规定的范围内变化所引起的输出电压相对变化△Uo/Uo（百分值），称为稳压器的电压稳定度。

二．负载对输出电压影响的几种指标形式。

负载调整率（也称电流调整率）。

在额定电网电压下，负载电流从零变化到最大时，输出电压的最大相对变化量，常用百分数表示，有时也用绝对变化量表示。

输出电阻（也称等效内阻或内阻）。

没用在额定电网电压下，由于负载电流变化△IL引起输出电压变化△Uo，则输出电阻为Ro=|△Uo/△IL| 欧。

三．纹波电压的几个指标形式。

最大纹波电压。

在额定输出电压和负载电流下，输出电压的纹波（包括噪声）的绝对值的大小，通常以峰峰值或有效值表示。

纹波系数Y（%）。

在额定负载电流下，输出纹波电压的有效值Urms与输出直流电压Uo之比，既y=Umrs/Uo x100%纹波电压抑制比。

在规定的纹波频率（例如50HZ）下，输出电压中的纹波电压Ui~与输出电压中的纹波电压Uo~之比，即：纹波电压抑制比=Ui~/Uo~ 。

这里声明一下：噪声不同于纹波。

纹波是出现在输出端子间的一种与输入频率和开关频率同步的成分，用峰-峰（peak to peak）值表示，一般在输出电压的0.5%以下；噪声是出现在输出端子间的纹波以外的一种高频成分，也用峰-峰（peak to peak）值表示，一般在输出电压的1%左右。

纹波噪声是二者的合成，用峰-峰（peak to peak）值表示，一般在输出电压的2%以下。

大功率开关电源设计1. 引言大功率开关电源是一种能够稳定输出高功率电能的电源系统。

它在工业、通信、医疗等领域得到广泛应用。

本文将介绍大功率开关电源的设计原理、关键性能指标和具体设计步骤。

2. 设计原理大功率开关电源的设计原理基于切换电路的工作方式。

开关电源通过快速开关电路的状态，控制输入电压在输出端之间的传递。

这种工作方式能够实现高效能的电能转换和稳定的输出。

3. 关键性能指标大功率开关电源的性能主要体现在以下几个关键指标上：3.1 输出功率输出功率指的是开关电源可以稳定输出的最大功率。

设计大功率开关电源时，需要根据具体应用需求确定所需的输出功率。

3.2 效率效率是指输入功率与输出功率之间的比值。

大功率开关电源的设计需考虑如何提高电能的转化效率，以达到节能的目的。

3.3 稳定性稳定性是指开关电源在不同输入电压、负载变化等工况下输出电压的波动程度。

大功率开关电源应具备良好的稳定性，以确保输出电压的可靠性和稳定性。

3.4 输出电压纹波输出电压纹波是指输出电压在工作周期内的变化量。

较小的输出电压纹波意味着电源输出更加稳定，能够满足特定应用的要求。

3.5 开关频率开关频率是指开关电源进行切换的速率。

高频开关电源具有更高的效率和较小的元件体积，但也带来了更大的电磁干扰和更高的开关成本。

4. 设计步骤设计大功率开关电源的步骤如下：4.1 确定输出功率和电压根据实际应用需求，确定所需的输出功率和电压。

4.2 选择变换器拓扑结构根据设计要求和特定应用，选择合适的变换器拓扑结构，如Boost、Buck、Buck-Boost等。

4.3 计算元件参数根据选定的拓扑结构和设计要求，计算出所需的元件参数，包括电感、电容、开关管等。

4.4 电路仿真与验证使用相关电路仿真软件对设计的电路进行验证和优化，确保其满足设计要求和性能指标。

4.5 PCB布局和布线将设计好的电路布局在PCB上，并进行合理的布线，避免信号干扰和功率损耗。

开关电源的技术指标及术语一、输入特性：1. 输入电压相数对AC／DC、AC／AC型变换器，一般都是采用单相二线和三相三线，也有采用单相三线或三相四线式的。

该供电方除供给电源的相数外，还要标明包括漏电流规格在内的输入线的使用条件，例如单相三线或三相四线中的一线和中线及供电系统的接地条件等。

2. 输入电压范围A.交流输入中国及欧洲的供电电压是AC220V，美国是ACl20V，日本有ACl00V和AC200V。

不同的国家和地区有差异，变动范围一般是±10％，考虑配电线路和各国不同的电源情况，其改变范围多为-15％到+10％，但在我国农村及边远地区，供电条件要恶劣得多，要考虑为±20％。

如至尊金格600W电源输入电压范围为176-264V，电压范围广能应对恶劣条件。

3. 输入频率工业用额定频率有50Hz和60Hz。

开关电源对频率变动范围等特性影响不大，多为47到63Hz。

作为特殊标准，船舶及飞机等用的是400Hz。

4. 输入电流开关电源输入电流的最大值发生于输入电压的下限和输出电压电流的上限，因此要标明该条件下的有效输入电流。

额定输入电流是指输入电压和输出电压、电流在额定条件下的电流。

三相输入时各相电流会发生失衡现象，应取其平均值。

5. 输入冲击电流接通电源时交流回路的最大瞬时电流值。

受输入功率限制，100W以下为20A～30A；100W～400W为30A一50A；400w以上大于50A。

6. 功率因数a.前级不带Pfc电路，功率因数=I cosa/Li.输入基波电流L:非正弦波电流有效值cosa：位移因数b.前级带PFC电路功率因数=Volo/VNLNVo.输出电压DC lo：输出电流DCVn.输入电压AC Ln：输入电流AC由干AC—Dc、AC—AC型开关电源的输入部分大多采用整流加电容滤波的方式，因此输入电流的波形为脉冲状而不是正弦波，因而其功率因数只有0.6左右。

采用了功率因数补偿(无源或有源)后，功率因数可达0．93—0．99。

P O额定输出功率η 整机效率Is 次级绕组电流I PRI 初级绕组电流I R初级绕组脉动电流I R=I p*K RP(比值关系)K RP初级绕组电流比例因素K RP=I R/I pIp 初级绕组峰值电流Ip=I R/K RP(比值关系) Ip=I AVG/(1-0.5K RP)*Dmax(数值)I RMS初级绕组有效值电流Dmax 最大占空比Dmax=U OR/U OR+U Imin-U DS(on)*100%U Imin最低直流电压(一般取90V)C XT初级绕组的分布电容C D次级绕组的分布电容C OSS输出电容值U DS漏-源峰值脉冲U OR初级绕组感应电压L PO初级绕组漏感L SO次级绕组漏感I AVG输入电流平均值I AVG=P o/η*U IminB M最大磁通密度B M=100*I P*L P/N P*S Jδ 磁芯气隙宽度δ=40ΠS J(N P2/1000L P-1/1000A L)M 铜线安全边距，三重绝缘线M=0I SP次级峰值电流I SP=I P*N P/N SI SRMS次级有效值电流I RI输出滤波电容上的纹波电流Dsm 次级导线最小直径(裸线)DSM 次级导线最大外径（带绝缘层）DSM=b-2M/NsJ 初级绕组的电流密度（一般值为4-10A/mm2）U(BR)S次级整流管最大反向峰值电压U(BR)S=Uo+Umax*Ns/NpU(BR)FB反馈级整流管最大反向峰值电压U(BR)FB=U FB+Umax*N F/N PUo 输出额定电压U FB反馈额定电压N S输出次级绕组匝数Ns=(Uo+U D)*N P*(1-Dam)/V in(min)*DmaxN F反馈绕组匝数N F=Ns*U FB+U F2/Uo+U F1N P初级绕组匝数N P=Ns*U OR/Uo+U F1 ;N P=L P*I P/Ae*BU RI 输出纹波电压U RI=I SP*roI RMS整流桥输入有效值电流I RMS=Po/η*umin*CosφI OM最大输出电流ro 输出电容的等效串联电阻值（可查电容规格）C A导线的电流容量CA=400园密耳/ACosφ 开关电源功率因素（一般为0.5-0.7）I BR整流桥有效电流值I BR≥2I RMSU RM反馈级整流管最大反向工作电压U RM≥1.25U(BR)FBU BR整流桥最大反向击穿电压U BR≥1.25√2*umaxA LG 有气隙的磁芯等效电感A LG=L P/N P2L P初级绕组电感量LP=106*Po/I P2*K RP(1-K RP/2)f(HZ)*Z(1-η)+η/ηZ 损耗分配因素b E 有效骨架宽度b E=d(b-2M)d 初级层数b 骨架宽度n 初、次级的匝数比B AC交流磁通密度B AC=B M*K RP/Z ;B AC=108(Umin-U DS(ON))Dmax/2fS J*N P A L无气隙时的等效电感L 有效磁路长度S J 磁芯有效横截面积μr 无气隙时的相对磁导率μr=A L*1/4Π*S JD PM初级绕组导线的最大外径（带绝缘层）umin 交流输入最小值umax 交流输入最大值Umin 直流输入最小值Umax 直流输入最大值。

开关电源的关键功力指标
1、输入电压范围：当开关电源的输入电压发生变化时，保持输出特性不变的输入电压变化范围。

这个范围越宽，表示电源适应外界的市电变化的能力越强，开关电源的工
作范围就越宽。

它和开关电源内部的误差放大器、取样反馈调节电路的增益及占空比
调节范围有关。

如今开关电源的输入电压变化范围开始做到90V-270V,能够省去许多
电器上的110V/220V转换开关。

2、电压调整率：电压调整率也称为电压稳定度，是在输出电流不变（即负载不变化），而输入的交流工作电压变化时，输出电压的相对变化量。

此项功力指标用来验
证开关电源在最恶劣的电源电压环境下，输出电压的稳定度是否符合需求规格。

3、电流调整率：电流调整率也称负载调整率，是在输入的交流电压为额定值（比如220VAC), 而输出电流从最小值0变到最大值时，输出电压的相对变化量。

此项指标用来验证开关电源适配器在最恶劣的负载环境下，输出电压稳定度是否合乎需求的规格。

4、输出内阻：输出电压的变化量与输出电流的变化量的比值。

这个比值越小，表示
电源输出电压随负载大小的变化越小，稳压效果好。

5、转换效率：电源输出功率与输入功率的比值。

这个比值越高，表示变化效率高，
开关电源的体积越小，可靠性也越高。

如今开关电源的效率可达到90%以上。

6、输出电压的纹波：由于因为开关电源的稳压过程是一个不断取样反馈调节的过程，因此在输出的直流电压上会出现一个叠加的波动的纹波电压，即输出的纹波电压。