如何设计高压开关电源

【开篇】针对开关电源很多人觉得难，主要是理论与实践相结合；万事开头难，我在这里只能算抛砖引玉，慢慢讲解如何设计，有任何技术问题可以随时打断，我将尽力来进行解答。

设计一款开关电源并不难，难就难在做精；我也不是一个很精熟的工程师，只能算一个领路人。

希望大家喜欢大家一起努力!!【第一步】开关电源设计的第一步就是看规格，具体的很多人都有接触过；也可以提出来供大家参考，我帮助分析。

我只带大家设计一款宽范围输入的，12V2A 的常规隔离开关电源1. 首先确定功率，根据具体要求来选择相应的拓扑结构；这样的一个开关电源多项选择择反激式(flyback) 基本上可以满足要求备注一个，在这里我会更多的选择是经验公式来计算，有需要分析的，可以拿出来再讨论【第二步】2.当我们确定用flyback 拓扑进行设计以后，我们需要选择相应的PWM IC 和MOS 来进行初步的电路原理图设计(sch)无论是选择采用分立式的还是集成的都可以自己考虑。

对里面的计算我还会进行分解分立式：PWM IC 与MOS 是分开的，这种优点是功率可以自由搭配，缺点是设计和调试的周期会变长〔仅从设计角度来说〕集成式：就是将PWM IC 与MOS 集成在一个封装里，省去设计者很多的计算和调试分步，适合于刚入门或快速开发的环境集成式，多是指PWM controller 和power switch 集成在一起的芯片不限定于是PSR 还是SSR【第三步】3. 确定所选择的芯片以后，开始做原理图(sch)，在这里我选用ST VIPer53DIP(集成了MOS) 进行设计，原因为何(因为我们是销售这一颗芯片的)？设计之前最好都先看一下相应的datasheet，自己确认一下简单的参数无论是选用PI 的集成，或384x 或OB LD 等分立的都需要参考一下datasheet一般datasheet 里都会附有简单的电路原理图，这些原理图是我们的设计依据【第四步】4. 当我们将原理图完成以后，需要确定相应的参数才能进入下一步PCB Layout当然不同的公司不同的流程，我们需要遵守相应的流程，养成一个良好的设计习惯，这一步可能会有初步评估，原理图确认，等等，签核完毕后就可以进行计算一般有芯片厂家提供相关资料【第五步】5. 确定开关频率，选择磁芯确定变压器芯片的频率可以通过外部的RC 来设定，工作频率就等于开关频率，这个外设的功能有利于我们更好的设计开关电源，也可以采取外同步功能。

设计高压直流电源引言随着近代电子技术及电力电子技术的快速发展，一些先进的元器件如晶闸管被成功地应用到高压电源的设计和制造领域。

由于电源采用闭环控制，实现了高压的自动控制和调节，这使电源的稳定性、纹波电压及可靠性等技术指标都得到了显著的提高，而高压电源性能的提高也改善了使用质量，促进了电子技术的发展。

自上世纪90年代以来，新型电力电子器件（如IGBT）、数字控制技术及自动控制技术的快速发展和广泛应用，更加促进了电源技术的发展。

一般小型应用则采用PLC控制，由于PLC具有较强的抗干扰能力及控制功能强等特点，容易实现对电源技术应用设备的可靠控制。

2高压电源的主电路系统和参数高压电源的系统框图如图1所示，其主电路如图2所示。

它主要由以下电路组成。

2.1EMC滤波电路开关电源工作时会产生传导噪声返回到市电网络，影响电源控制电路的正常工作，并对其它的电器设备产生干扰，因此必须加以克服[2]。

本电源采用EMC滤波电路，主要由L 和C组成的电源线路滤波器，包括差模抑制和共模抑制电路，能有效抑制差模和共模噪声。

2.2可控整流电路可控整流电路由集成一体化智能调压模块组成，电感L1和电容C3组成滤波电路以获得较为平稳的直流电压，Rc和Rd组成精密的反馈取样电路，确保输出电压在控制电路的作用下保持稳定。

2.3IGBT逆变电路逆变电路由半桥电容C、IGBT、高压变压器、保护元件等组成。

IGBT为富士公司的快速系列模块，其型号为1MBH600-100。

T为高压变压器，经IGBT逆变后的方波电压经高压变压器升压到40kV左右的高频交流电压。

由于高压线圈的匝数较多，在高频时，寄生电容和自感会影响电源的输出特性[3]，因此须对线圈采取静电屏蔽，另外由于对地电容的作用，束流取样电阻上会叠加一高频交流信号[4]，必须采取补偿措施加以消除。

本电源采用双屏蔽措施来消除束流干扰信号，即在高低压线圈之间加装双层屏蔽，第一层屏蔽接地，第二层接在束流取样电阻上。

高频高压开关电源的设计的开题报告
一、研究背景和意义
高频高压开关电源是一种电能转换和控制的工具，广泛应用于无线电通讯、雷达设备、医疗设备等领域。

近年来，随着科技的发展，人们对高频高压开关电源的性能和应用范围的要求也越来越高，这就要求我们必须研究和开发出更加先进、可靠的高频高压开关电源。

二、研究目的
本研究的主要目的是设计一种高效率、高稳定性、高精度、高可靠性的高频高压开关电源，以满足现代化科技的需要，同时提升工业生产和实用性。

三、研究方法
本研究采用理论研究和实验验证相结合的方法，首先根据电路理论和电子学原理设计电路，并模拟分析电路的性能，最后在实验中对电路进行验证。

四、预期结果
本研究的预期结果是设计出一种长时间稳定工作，精度高，效率高的高频高压开关电源，满足现代科技发展的要求。

五、研究内容和进度
1. 研究高频高压开关电源的基础理论和电子学原理，了解高频高压开关电源相关的研究进展和应用；
2. 设计高频高压开关电源的电路方案，进行仿真分析；
3. 制作电路并进行实验测试，验证电路方案的可行性和稳定性；
4. 进行实验数据分析和总结，得出本研究的结论。

六、研究意义和实际应用
高频高压开关电源是现代化科技的重要组成部分，其在无线电通讯、雷达设备、医疗设备等领域有着广泛的应用。

设计出更加先进、可靠的高频高压开关电源对于推动现代化科技的发展，提升工业生产和实用性，具有重要的意义和实际价值。

高压开关电源的设计与研究发表时间：2018-06-04T09:43:43.820Z 来源：《电力设备》2018年第1期作者：宋正东童超[导读] 摘要：高压充电电源广泛应用于等离子体物理、高功率激光、大功率微波、粒子速武器等等精密电子系统领域。

（上海航天804所上海 201108）摘要：高压充电电源广泛应用于等离子体物理、高功率激光、大功率微波、粒子速武器等等精密电子系统领域。

要求电源系统具有重量轻、响应速度快、稳定性好、可靠性高等特点。

为了满足精密电子系统的要求，设计制作了一种新型高压开关电源。

因此，本文对高压开关电源的设计与研究进行了分析。

关键词：高压；开关；电源一、高压开关电源的特点与通常的低压开关电源比较，高压开关电源有如下特点：1.1无输出电感。

一般输出电感的选择应保证在规定的最小负载下其电流也连续，在几千伏高压以上输出情况下，输出电感的体积和价格都是很难承受的，并且在工作中电感两端会承受与输出电压相等的电压，会导致点晕和飞弧，所以在较高的电压运用中通常不考虑输出电感。

1.2变压器副边存在较大的分布电容。

变压器副边匝数多，绕组之间存在较大的分布电容，影响开关电源的工作状态。

要么采用分布电容的电路形式，要么尽量减小分布电容。

1.3负载变化范围宽。

在雷达等设备的应用中，由于工作状态多，要求高压电源有很宽的负载变化范围，即要选择适用宽范围运行的电路形式。

从上述特点来看，高压开关电源的软开关电路应采用以无输出电感的电路拓扑，对于极高电压大功率应用建议采用全桥的方式。

二、电路原理系统原理框图如图1所示。

高压电源的输入信号来自220V的交流市电，经整流滤波后与PWM脉冲调制器的输出信号一起驱动高频变压器，通过高频变压器得到的高压电源再经整流滤波后，输出直流高压。

输出反馈信号经光电隔离后反馈给脉冲调制器，通过与脉冲调制器中误差放大器的基准电压比较，控制脉冲调制器的输出占空比，以调节输出电压。

图１系统原理框图三、电路设计要点系统采用的PWM调制器为SG3524型号的芯片，电路如图2所示。

如何设计高效率开关电源开关电源中广泛用于我们的生活中，高效率的开关电源越来越受市场的青睐。

如何提高电源效率，成了电源设计时的重大课题。

本文将为你解读NTC 热敏电阻的使用方法，以及通过减小NTC 自身损耗提升电源效率的方法。

下图是一个较为完整的开关电源框架图：包括EMI 电路，输入，输出整流电路，PFC 电路，PWM 驱动电路,保护电路，变压器转换等。

想要提高开关电源的效率，首先需要了解开关电源在工作中存在哪些地方的损耗。

开关电源的损耗主要有输入整流器损耗，开关管损耗和缓冲电路损耗，控制，检测驱动和保护电路损耗，变压器和电感损耗，滤波电容器的损耗，多级电源变换的损耗，不合理控制方式的损耗，线路损耗等。

如何使用用继电器减小热敏电阻(NTC)损耗：在AC-DC 的开关电源设计中，工程师常常会在到AC 输入端加个热敏电阻（NTC ）来降低电源启动时浪涌电流冲击给电源带来的损害。

事实上热敏电阻在电源正常工作后电流持续流过会给电源带来一定的损耗。

比如使用一个25℃时为10Ω的NTC 热敏电阻，假设滤波电容的等效串联电阻为1Ω，那么浪涌电流的大小将相应的降到十分之一左右，可见NTC 的阻值越大限制浪涌电流的效果越好。

但是NTC 得阻值越大相对应的给电源带来的损耗也就越高。

如下图所示电路：LN上图所示的是一个输出100W 的AC-DC 电源前端电路的一部分，假设Z1使用一个25℃时为10Ω的NTC,在刚接通电源时，NTC 电阻将会有2W 左右的功率损耗：I 平均=P 总/V 有效值=100w/200V=0.45AP损耗=I平2*R=0.45A*0.45A*10=2W随后随着电流流过NTC热敏电阻，温度逐步升高，使用负温度系数的电阻在温度达到85℃的时候，电阻将会降到2Ω左右，在热敏电阻上长期损耗将会在0.4W左右。

假设100W 开关电源效率为80%，那么热敏电阻上损耗的占比将会是[0.4W/(100W/0.8)]*100%=0.32%。

开关电源的设计与制作第一章开关电源概述一. 什幺是开关电源(Switching Power Supply)所谓开关电源是指以高频变压器取代工频变压器,采用脉冲调制技术的直流直流变换器型稳压电源.开关晶体管,开关二级管和开关变压器是组成开关电源的三个关键组件.二. 隔离式高频开关电源.图标说明:1)交流线路电压无论是来自电纲的,还是经过变压器降压的,首先要经过电纲滤波,以消除电磁干扰和射频干扰;2)经电纲滤波后的电流首先要经过整流,滤波电路变成含有一定脉动电压成分的直流电压,然后进入高频变换部分;3)高频变换器具有多种形式,主要分为半桥式,全桥式,推挽式,单端正激式,单端反激式等;高频变换部分的核心是一个高频功率开关组件,比如开关晶体管,场效应管(MDSFET)等组件,高频变换器产生高频(20KHZ以上)高压方波,所得到的高压方波送给高频隔离变压器的初级,在变压器的次级感应出的电压被整流,滤波后就产生了低压直流.4)脉冲宽度调制器(P WM)主要用于调节输出电压,使得在输入交流和输出直流负载发生变化时,输出电压能保持稳定,运作过程是P WM电路通过输出电压采样,并把采样的结果反馈给控制电路,控制电路把它与基准电压作比较,根据比较结果来控制高频功率开关组件的开关时间比例(占空比),达到调整输出电压的目的.(注:控制电路还有调频方式的)5)为了使整个电路安全可靠地工作,必须设置过压,过流保护电路等辅助电路.三.开关电源常用术语.1.效率(dfficiency):电源的输出功率与输入功率的百分比(测量条件为满负载,输入交流电压为标准值)2.ESR: 等效串联电阻,它表示电解电容呈现的电阻值的总和. ESR值越低的电容,性能越好.3.输出电压保持时间: 在开关电源的输入电压撤离后,依然保持其额定输出电压的时间;4.激活浪涌电流限制电路: 属保护电路,它对电源激活时产生的尖峰电流起限制作用.5.隔离电压: 电源电路中的任何一部分与电源基板地之间的最大电压.或者能够加在开关电源的输入端与输出端之间的最大直流电压.6.线性调整率: 输出电压随输入线性电压在指定范转内变化的百分率,条件是线电压和环境温度保持不变.7.负载调整率: 输出电压随负载在指定范围内变化的百分率,条件是线电压和环境温度保持不变.8.噪音和纹波: 附加在直流输出信号上的交流电压和高频兴峰信号的峰值.通常是以mV度量.9.隔离式开关电源: 一般指高频开关电源,它从输入的交流电源直接进行整流和滤波,不使用低频隔离变压器.10.输出瞬态响应时间: 从输出负载电流产生变化开始,经过整个电路的调节作用,到输出电压恢复额定值所需要的时间.11.过载或过流保护: 防因负载过重,使电流超过原设计的额定值而造成电源损坏的电路.12.远程检测: 为了补赏电源输出的电压降,直接从负载上检测输出电压的方法.13.软激活: 在系流激活时,一种延长开关波形的工作周期的方法,工作周期是从零到它的正常工作点所用的时间.14.电磁干扰无线频率干扰(EMI一RFI):那些由开关电源的开关组件引起的,不希望传输和发射的高频能量频谱.15.快速短路保护电路:一种用于电源输出端的保护电路,当出现过压现象时,保护电路激活,将电源输出端电压快速短路.16.占空比:在高频开关电源中,开关组件的导通时间和变换器的工作周期之比.即:δ=Ton /Τ(T= Ton+Toff)开关电源的设计与制作第二章输入电路一.电压倍压整流技术世界范围内的交流输入电压,通常是交流90~130V和180~260V的范围,为了适应不同电源输入环境的需要,实现两种输入电源的转换,要利用倍压整流技术.如下图2一1所示.2一15可用于110V和220V交流的开关电源输入电路电路工作过程为:1)当开关S1闭合时,电路在115V交流输入电压下工作,在交流电的正半周,通过二极管VD1和电容器C1被充电到交流电压的峰值,即115×1.4=160V,在交流电的负半周,电容器C2通过二极管VD4也被冲电到160V, 这样,电路输出的直流电压应该是电容器C1和C2上充电电压之和(160+160V=320V) 注意:不同的用电环境电压选择开关位置一定要选择正确.否则,会导致直流变换器中的开关功率管损坏,或因为输入电压太低而使开关电源进入欠压输入自动保护状态.二.抗电磁干扰和射频干扰电路考虑输入滤波电路(电纲滤波)1.开关电源的设计,生产,一定要将其辐射和传导干扰降低到可接受的程度.在美国,权威的指导性文件是F CCD ocket20780,在国际上,德国的Verband Deutscher Elektronotechniker(VDE)安全标准则得到了广泛的采用.2.开关电源中的RFI产生源:开关噪声的主要来源是开关晶体管,主回路整流器,输出二极管,晶体三极管的保护二极管以及控制单元本身.反激式变换器,由于设计的原因,其输入电流波形呈现三角形,较之输入波形为矩形的变换器,如正激式,桥式变换器等将产生较少的传导RFI噪声.(付里叶分析表明,一个三角形电流波形的高频谐波幅度是以40dB每倍频程进行跌落的,而对一个差不多的矩形电流波形,则只呈现20dB每倍频程的跌落)3.交流输入线路噪声滤波器对RFI的抑制.通常在开关电源中采用的噪声抑制方法是在主交流输入回路接入一个LC组成的滤波器,用于差模一共模方式的RFI抑制,通常是交流线路上串入一对电感L1, , 其两端并联二只电容器(X电容器),并在交流线二端对大地各接一只电容器(Y电容器),如图2一2(低通滤波纲络)2一2开关电源输入线路滤波器结构1)上图中电容电感的值可以采用下列的数值:C (X): 0.1~2UF;C(Y): 2200PF~ 0.033uF;L: 在25A时, 为1.8mH; 0.3A时, 为47mH注意:在选择滤波器的组件时,重要的是要使输入滤波器的谐振频率远低于电源的工作频率;另一方面,滤波器使得电源的工作频率增加时,会使噪声的传导变得更容易.2)上图中并联在交流输入线的电阻R是X电容的放电电阻,这是由VDE一0806和IEC一380两个标准中的有关安全的规范条款推荐应用的.IEC一380的8.8节阐明:若线路滤波器的X电容器的值大于0.1UF,则放电电阻的数值应由下式确定:R=t /2.21c (2一1)式中,t=ls, c为l电容器的总和值3)为进一步减少对称和不对称的干扰电压的措施是在交流线路中另外再接入一对电感L2,从而使得电容C4(X)的充电电流得到限制,于是降低了干扰,如图2一32一3改进的线路滤波器上图中L1与C3.C4组成常模抗干扰回路,L1与C1.C2组成共模,抗干扰回路,L2用于C4的充电电流的限制,因此,整个组合对各种高频干扰信号的抑制作用较好.三.输入整流器及整流后滤波电路.一)输入整流器如图2一1中,此整流电路由VD1~VD4组成(桥式或倍压整流)在选择组合组件或分立组件的整流器时,必须要查对下面的一些重要参数:1.最大正向整流电流,这个参数主要根据开关电源设计的输出功率决定.所选择的整流二极管的稳态电流容量至少应是计算值的2倍.2.峰值反向截止电压(PIV).由于整流器工作在高电压的环境,所以它们必须有较高的PIV值,一般应为600V以上.3.要有能承受高的浪涌电流的能力.二.输入滤波电容.由于滤波电容的选择将会影响到:电源输出端的低频交流波及电压和输出电压保护时间.一般情况下,高质量的电解电容所具有的滤除交流波纹电压的能力越强,它的ESR值越低.其工作电压的额定值至少应达到200V.在图2一1中,C1,C2 为滤波电容,电阻R4,R5与之并联以便在电源关闭时,给电容提拱一个放电通路.计算滤波电容的公式为:C=It /ΔV (2一2)式中C: 电容量, F;I: 负载电流 At: 电容提供电流的时间, s;ΔV: 所允许的峰一峰值纹波电压v .例:计算50w开关电源的输入滤波电容器的值.设输入交流电压为115V,60HZ,允许30V峰一峰值的纹波电压,且电容可维持电压电平的时间为半周期.解:1)计算直流负载电流假定一个最坏的情况,电源的效率为70%,那幺,输出功率为50W的电源其输入功率应该是:Pin=Pout/η=50 / 0.7=71.5(w)利用电压倍压技术(图2一1),在输入交流为115V时,直流输出电压将是2×(115×1∙4)=320(V),则负载直流电流应为I=P/E=7105/320=0.22(A)2)因半周期的线性频率或者说对于60HZ的交流电压大约是8ms,即t=1/2×1/60=8.33ms,故根据式2一2有.C=0.22(8×10 –3) /30=58×10 _6 =58(uF)选择标称值为50 uF的电容器.3)因为在倍压结构中,C4C5为串联,故有1/C=1/C1+1/C2,有C1=C2=100uF,即50W的开关电源,其滤波电容C4,C5为100uF.四.输入保护电路一).浪涌电流1.浪涌,一般情况下,只是电容的ESR值,如果不采取任何保护措施,浪涌电流可接近几百安培.2.控制电流主要是由滤波电容充电引起的,在开关管开始导通的瞬间,电容对交流电呈现出很低的阻抗浪涌电流的方法:广泛采用的措施有两种,一种是利用电阻 双向可控硅并联纲络;另一种是采用负温度系数(NTC)的热敏电阻,用以增加对交流线路的阻抗.1) 如图2一1,R 1,VS 组成此电路,R 1与VS 并联,当输入滤波电容充满电后,由于双向可控硅和电阻是并联的,可以把电阻短路,对其进行分流.这种电路结构需要一个触发电路,当某些预定的条件满足后,触发电路把双向可控硅触发导通,如图2一4 所示.1 T 2可控硅VS 的工作过程为:当电源接通后,C 6两端的电压逐渐升高,电流相应稳定.在C 6两端的电压稳定之前,浪涌电流被与之串联的电阻R 1(6.8Ω)所抑制,当输入交流为115V 时,C6两端的电压V C =115×1∙4=160(V).当电容器C 6充电时,电压加到高频变压器T 1的绕组LB 上,则在绕组LP 4端上产生感应电压,当感应电压达到1.5V 时,电流I G 开启可控硅.即当IG 流过可控硅的控制极G 时,触发T 1与T 2短接,可控硅导通,电阻R 1被VS 短路,使其温度下降,于是实现了R 1抑制浪涌电流的目的 .注:设计时要认真地选择双向可控硅的参数,并加上足够的散热片,因为在它导通时,要流过全部的输入电流.2)热敏电阻技术:这种方法是把负温度系数(NTC)的热敏电阻串联在交流输入或者串联在经过桥式整流后的直流线上,如2一1图中的RT 1和RT 2,其工作原理为:当开关电源接通后,热敏电阻的阻值基本上是电阻的标称值,这样,由于阻值较大,它就限制了浪涌电流,当电容开始充电时,充电电流流过热敏电阻开始对其加热.由于其具有负温度系数,随着电阻的加热,其电阻值开始下降,如果热敏电阻选择得合适,在负载电流达到稳定状态时,其阻值应该是最小,这样,就不会影响整个开关电源的效率..二) 输入瞬间电压保护一般情况下,交流电纲上的电压比较稳定,但由于电纲附近电感性开关,暴风雨天气雷电等现象的存在,都会产生高压的尖峰(如受严重的雷电影响,电纲上的高压尖峰可达5KV;而电感性开关产生的电压尖峰的能量公式W=1/2L.I2.式中L是电感器的漏感:I是通过线圈的电流)可是,虽然电压尖峰持续的时间很短,但是它有足够的能量使开关电源的输入滤波器,开关晶体管等造成致命的损坏,故必须采取措施加以干扰.最通用的抑制干扰器件是金属氧化物物压敏电阻(MOV)瞬态电压抑制器.如图2一1中的RV 把压敏电阻RV连在交流电压的输入端,起到一个可变阻抗的作用.即,当高压尖峰瞬间出现在压敏电阻两端时,它的阻抗急剧减小到一个低消值,消除了尖峰电压使输入电压达到安全值.其瞬能量消耗在压敏电阻上,选择压敏电阻时应按下述步骤进行.(1)选择压敏电阻的电压额定值,应比最大的电路电压稳定值大10%~20%;(2)计算或估计出电路所要承受的最大瞬间能量的焦耳数.(3)查明器件所需要承受的最大尖峰电流开 关 电 源 的 设 计第三章 高频电源变换器的基本类型一. 高频电源变换器的基本类型高频电源变换器的基本类型有五种:单端反激式,单端正激式,推挽式.半桥式和全桥式变换器,而半桥式和全桥式变换器电路实际上是推挽式变换器电路的改进型,所以,有人把这三种电路形式统称为推挽式变换器.高频电源变换器从激励方式上可分为单端(单极性)激励和双极性激励变换器,双极性变换器包括推挽式,半桥式,桥式等,其工作原理的实质是两个单端正激式变换器电路,从其耦合方式可分为直接耦合和变压器隔离两种,其中直接耦合形式为其基本形式.近年来出现的新型的变换器为C U K 变换器.1.单端反激式变换器的模型图: (3一1)(a) (b) 3 一1单端反激式变换器模型图单端反激式变换器的工作原理为:1) 当开关s 闭合时,电流I 流过电感L,在L 中储存能量,由于电压的作用,使二极VD 处于反向偏置,因此,在负载电阻R L 上无电压;2) 当开关S 打开时(上b 图),电感上的感应电压极性相反,则二极管VD 处于正向偏置,并产生电流Iv,这样,在负载电阻R L 上就出现一个与输入电压极性相反的电压.由于开关S 不断地开关动作,电路中的电流就以及脉的形式出现,因此,在单端反激式变换器中,当开关闭合时,能量存储在电感L 中,在开关打开时,能量被传递到负载RL 上.3. 单端正激式变换器的电路模式图(3一2)单端正激式变换器的工作原理为:Vin Ic------------- 1) 当开关S 闭合时,电流I 流过电感L,系,二极管VD 处于反向偏置; 2) 当开关S 打开时,电感L 中的磁场极性发生变化,,b2单端正激式变换器模型图,无脉动现象,恰恰与其相反,输入电流则是不连续的,. 3.(3一3)推挽式变换器的工作原理为:1)当S 1闭合S 2打开时,电源电流流过方向为 a Lp 1 b s1 d V in,那幺此时,在变压器次级绕组中咸应出电压并形成感应电流Is 1.2)当S 2闭 合S 1打工时,电源电流方向为 a f e d vin,那幺此时在变压器次级绕组LS 2中感应出电压形成感应电流IS 2二. 隔离式单端反激式变换器电路.概述 :一般情况下,隔离式开关电源都是用高频变压器作为主要隔离器件.在单端反激式隔离L-------------电路中,高频变压器是以变压器的形成出现的,但实际上它起的作用是扼流圈,所以应称之为变压器 扼流圈.如图3一4中,由于隔离变压器T 除了具有初次级间安全隔离的作用外,它还有变压器和扼流圈的作用,所以在反激式变换器的输出部分一般不需要加电感,但在实际应用中,往往在整流器和滤波电容之间加一个小的电感线圈,用以降低高频开关噪声的峰值.单端隔离激式变换器的工作过程为:1) 当晶体管VT1导通时,它在变压器初 级电感线圈中储存能量,与变压器次 级相连的二极管VD 处于反偏压状 态而截止,故在变压器次级回路无电 流流过,即没有能量传给负截. 2) 当晶体管VT 1截止时,变压器次级电 感感线圈中的电压极性反转过来,使得二极管VD 导通,给输出电容C 充电,同时在负载L 年也有了电流I L 3 一4隔离单端反激式变换器电路注:图3一4中C 为输出滤波电容.1.单端反激式变换器电路中的开关晶体管在单端反激式变换器电路中,所使用的开关晶体管必须具备两个条件:1)在晶体管截止时,要能承受集电极尖峰电压; 2)在晶体管导通时,要能承受集电极的尖峰电流.1) 晶体管截止时尖峰电压的计算公式:V CE max =Vin / 1一δmax式中Vin 是输入电路整流滤波后的直流电压, δmax 是晶体管最大工作占空比(注意:为了限制限晶体管的集电板安全电压,工作占空比应保持在相对地低一些,一般要低于50%,δmax<0.5,在实际设计时, δmax 一般取0.4左右,这样就限制集电极峰值电压: V CE max ≦2.2Vin,因此,在单端反激式变换器电路设计中,晶体管的工作电压一般在800V 通常接900V 计算可安全可靠地工作.)2) 晶体管导通时的集电极电流计算式:I C = I L / n式中,I L 是变压器初级绕组的峰值电流,而n 是变压器初级与次级间的匝数比.注: 为了导出用变压器输出功率和输入电压表达集电极峰值工作电流的公式.变压器绕组传递的能量Pout =可用下式表示:Pout = L . I L 2 / 2T ·η (3 一 3 )式中,η是变换器的效率.则有: Ic= 2Pout / η·Vin ·δmax ( 3 一 4 )假定变器的效率η是0.8,最大占空比δmax=0.4(即40%),那幺Ic = 6. 2Pout / Vin ( 3 一 5 )2. 单端反激式变换电路中的变压器绕组.在单端反激式变换器电路中,在设计时要汪意不要使磁芯饱和,所选的磁芯一定要有足够大+ RL 一的有效体积,通常应用空气隙来扩大其有效体积:V=Uo ·Ue · I L max ·L / B 2max ( 3一6 )中,Ilmax: 最大负载电流;L :变压器次级绕组的电感量; Uo : 空气的导磁率,其值为1;Ue: 所选磁芯的磁性材料的相对导磁率Bmax:磁芯的最大磁通密度;(具体见第五章)3一53.基本的单端反激式变换器的变形.1)如图3一5中,由于考虑到单只晶体管有时承受不了过高的输入电压,(一般商甲晶体管达不到指针),故利用两只晶体管工作.图中VD 1和VD 2同时导通或截止,二管起箝位作用,它们把晶体管的最大集电板电压限制在Vin,这样耐压低的晶体管就可以使用了.2单端反激式变换器电路的优点是:电路结构简单,可以实现多路电压输出.如图3一6,在电路中隔离变压器对各路输出电压起到公共扼流圈的作用变压器的次级可以有多个绕组,故可以实现多路输出 .每个次级绕组只需一个整流二极管和一个滤波电容,就可以得到一组直流输出电压.3一6有多路输出的单端反激式变换器电路+ R L 一1 1 out 1 out2 + V out3 一 L L3一7隔离单端正激式变换器电路图三.隔离单端正激式变换器电路1.概述:如图3一7所示1)在单端正激式变换器电路中,隔离组件是一个纯粹的变压器,为了有效地传递能量,,在输出电路中, 必须有储能组件电感线圈Lo同时,初次级绕组的极性是相同的.其电路工作过程为:当VT1导通时,在变压器的初级产生了电流,并储存了能量,由于变压器的次级极性与初级同相,这个能量也传到了变压器的次级并处在偏正的二极管VD2把能量储存到了电感L中.此时,二极管VD3是处在反向偏压状态,为截止状态,当三极管VT1截止时,二极管VD2是反向偏压,变压器绕组中的电压反向,续流二级管VD3处于正向偏压,在输出回路中,储存在电感中的能量通过电感L 继续传负载R L .2)变压器的第三绕组称为箝位绕组(或回授绕组)LP2,它与二极管VD1串联,其作用是用来限制晶体管C一E结上的电压尖峰,在晶体管截止时,还能使高频变压器的磁通复位, 这是因为:A.在VT1导通时,变压器初级绕组LP 1中会储存能理,当VT1截止时,变压器次级侧二极管VD2截止,那幺储存在LP1中的能量再不能传递到次级绕组了,此时必须要通过一种途径释放出来,否则,必然在线圈两端产生过高的电压,解决的办法是增加箝位绕组和二极管VD1,并使箝位绕组的匝数与初级绕组的匝数相同,二者紧密耦合,这样,当箝位绕组上的感应电超过电源电压时,二极管VD1导通,将磁能送回电源中,就可以把初级绕组的电压限制在电源电压上,所以,开关晶体管VT1的C一E极间的最高电压就被限制在二倍电源电压上.B.为满足磁芯复位的条件,使磁通建立和复位的时间相等,所以这种把电路的占空比不能超过50%.3)磁化电流Imag的计算公司为:Ima= Tδmax·Vin∕N ( 3一7)式中, T·δmax是VT时向,L是输出电感Ho4))单端正激式变换器是在晶体管导通时通过变压向负载传输能量,故运用的输出功率范转较大,一般情况下可达50~200W,其高频变压器要起变压器隔离和传输能量的作用,又起电感线圈储存能量的作用.2单端正激式变换器电路中的开关晶体管1)晶体管截止峰值电压:在单端正激式变换器电路中,由于有第三绕组和续流二极管VD1的作用,所以其截止时降在VT1上的最大电压VCEmax应为2Vin,且只要二极管VD1处于导通状态,即在Tδmax这个时间内,降在VT铁C 一E间的2Vin的峰值电压就维持不变.2)晶体管导通时集电极电流的峰值:为正激式变换器的电流值加上磁化电流Imag.Ic= Ic / n + Tδmax Vin / L =6.2Pout / Uin式中.n: 变压器初次级匝数比;IL : 输出电感电流. A;Tδmax: 晶体管导通时间L: 输出电感, H.3.单端正激式变换器电路的传输变压器在设计正激式变换器的传输变压器时,应十分注意选择适当的磁芯有效体积,并选择空气隙,以避免磁芯的饱和,其有效体积V为:V= UoUe I2mag L / B2max注意:A.这种电源的最大工作占空比应保持低于50%,以便通过第三绕组将变压器的电压进行箝位,将总电限制在2倍输入电压之内.这样,当VT1导通时,为箝位电平:当VT停止时,使该总电压接近于0值.如果最大工作占空比大于50%,即δmax > 0.5,将打破这种2倍于电源电压的平衡,导致变压器发生饱和,反过来会产生很高的集电峰位电流,这可能会损坏开关晶体管.B.尽管有第三绕组以及箝位二极管可将开关晶体管的峰值集电极电压限制在2倍直流输入电压之内,但在制作变压器时,还要严格注意初级绕组和第三绕组间的紧密耦合,以消除由于漏感引起的致命的电压尖峰.4.单端正激式变换器电路的变形.1)如同单端反激式变换器电路一样,也可用两个晶体管代替一个晶体管工作,它们同时导通或同时截止,但每个晶体管所承受的电压不会高于Vin.2)此电路也可以产生多路的出电压,但是需增加二极管和扼流圈应指出的是,续流二极管的容量至少要与主回路中的整流二极管相同,因为在晶体管VT1截止时,它要提供输出电路中的全部电流.四. 推挽式变换器电路概述:如图3一8所示,推挽式变换器电路实际上是由两个正激式变换器电路组成,只是它们工作时相位相反,在每个周期里,,两个晶体管交替导通和截止,在各自导通的半个周期内,分别把能量传递给负载,所以称之为”推挽”电路.故在推挽式变换器电路中,两组开关三极管和输出整流二极管因流过每一组组件的平均电流比同等的单端正激式变换器电路减少35%以上,其设计计算可接单端正激式变换器.还应看到,在只开关晶体管导通间隙,二极管VD1和VD2同时导通,它们把高频变压器的次级给短路了,与此同时,把能量传递到了输出回路,实质上,它们起到了续流二极管的作用.推挽式变换器电路的输出电压可用下式计算:V out= 2δmax·Vin / n (3一10)注意:为了避免两只开关晶体管同时导通而引起损坏,公式中δmax的值必须得持在0.5以下.假定δmax=0.4则有:Vout = 0.8Vin / n (3一11 )式中n是高频变压器的初级对次级的匝数比.1)每只开关管的峰值集电极电流Ic=Ic / n (3一12)Ic = Pout / η. (3一13)设η=0.8 δmax=0.8则Ic= 1.6Pout / Vin (3一14)2)每只管所承受的峰值电压限制在2Vin以内.3.推挽式变换器电路中的高频变压器在推挽式变换器电路中,两只晶体管导通时间相等(或者说强制两管导通时间相等),高频变压器的。

电气工程师如何设计电力系统的高压开关柜电气工程师在设计电力系统的高压开关柜时，需要考虑多个因素，包括电力系统的要求、安全性、可靠性和经济性。

本文将探讨电气工程师在设计高压开关柜时需要注意的重要方面。

一、高压开关柜的选型在设计电力系统的高压开关柜时，首先需要根据实际情况选择合适的开关柜型号和规格。

要考虑的因素包括负荷容量、电压等级、断路器类型等。

挑选适当的开关柜有助于提高电力系统的安全性和可靠性。

二、高压开关柜的配置配置高压开关柜时，需要注意以下几个方面：1. 主要设备的选择：根据电力系统的要求选择适合的刀闸、隔离开关、断路器等主要设备。

要确保这些设备具有良好的质量和性能。

2. 保护和控制装置的配置：合理配置保护和控制设备，如过流保护装置、动作保护装置等，以确保高压开关柜能够正常运行并提供必要的保护功能。

3. 辅助设备的配置：包括仪表、信号设备等。

合理配置这些设备可以提高操作人员对高压开关柜状态的监测和控制能力。

三、高压开关柜的安装和布线在设计高压开关柜时，需要合理安排开关柜的安装位置和布线，以确保系统的可靠运行和安全性。

以下几个方面需要注意：1. 安装位置选择：要选择通风良好、无湿气和腐蚀性气体的场所，并确保开关柜与其他设备、建筑物的安全距离。

2. 布线规划：要根据电力系统的布线需求，合理规划高压开关柜的进线和出线，避免布线混乱、交叉和干扰。

3. 接地系统设计：合理设计接地系统，减小接地电阻，提高系统的安全性和可靠性。

四、高压开关柜的维护和检修设计高压开关柜时，需要考虑维护和检修的便利性，以确保系统的可靠运行和延长设备的使用寿命。

以下几个方面需要注意：1. 排布空间：合理安排开关柜内设备的排布，确保维护人员能够方便地进行操作和检修。

2. 标识和标牌：在开关柜上设置清晰可见的标识和标牌，以便维护人员准确找到相应的设备和元件。

3. 维护计划和记录：制定维护计划，并记载开关柜的维护细节和周期，及时记录维护和检修情况。

开关电源的设计及生产工艺2011-10-2313:23:51| 分类：默认分类 |字号大中小定阅第一从开关电源的设计及生产工艺开始描绘吧，先谈谈印制板的设计。

开关电源工作在高频率，高脉冲状态，属于模拟电路中的一个比较特别种类。

布板时须依照高频电路布线原则。

1、布局：脉冲电压连线尽可能短，此中输入开关管到变压器连线，输出变压器到整流管连结线。

脉冲电流环路尽可能小如输入滤波电容正到变压器到开关管返回电容负。

输出部分变压器出端到整流管到输出电感觉输出电容返回变压器电路中 X电容要尽量接近开关电源输入端，输入线应防止与其余电路平行，应避开。

Y电容应搁置在机壳接地端子或FG 连结端。

共摸电感觉与变压器保持必定距离，以防止磁巧合。

如不好办理可在共摸电感与变压器间加一障蔽，以上几项对开关电源的EMC性能影响较大。

输出电容一般可采纳两只一只凑近整流管另一只应凑近输出端子，可影响电源输出纹波指标，两只小容量电容并联成效应优于用一只大容量电容。

发热器件要和电解电容保持一定距离，以延伸整机寿命，电解电容是开关电源寿命的瓶劲，如变压器、功率管、大功率电阻要和电解保持距离，电解之间也须留出散热空间，条件同意可将其搁置在进风口。

控制部分要注意：高阻抗弱信号电路连线要尽量短如取样反应环路，在办理时要尽量避免其受扰乱、电流取样信号电路，特别是电流控制型电路，办理不好易出现一些想不到的不测。

下边谈一谈印制板布线的一些原则线间距：跟着印制线路板制造工艺的不停完美和提升，一般加工厂制造出线间距等于甚至小于0.1mm已经不存在什么问题，完好能够知足大部分应用处合。

考虑到开关电源所采用的元器件及生产工艺，一般双面板最小线间距设为0.3mm，单面板最小线间距设为0.5mm，焊盘与焊盘、焊盘与过孔或过孔与过孔，最小间距设为0.5mm，可防止在焊接操作过程中出现“桥接”现象。

，这样大部分制板厂都能够很轻松知足生产要求，并能够把成品率控制得特别高，亦可实现合理的布线密度及有一个较经济的成本。

开关电源的设计与制作.开关电源是一种具有多种功能的电源，能够将交流电转换为准直流电，具有高效、稳定、小体积、负载适应性强等特点，被广泛应用于电子产品中。

下面将介绍开关电源的设计和制作过程。

一、设计1. 选择主控芯片在选择主控芯片时，需要考虑到开关电源的需要功率，输入电压等重要因素。

一般来讲，主要考虑二极管、三极管、场效应管和MOSFET，选择的主控芯片一定要能够支持这些器件。

2. 电路板设计开关电源的电路板设计需要关注的是电源输出功率，输入电压，使用环境等因素。

在设计时，需要根据实际需要计算出各种元器件的参数，如电路板电流、输出电压、电源开关频率等。

3. 其他元器件的选择根据开关电源的功能和使用环境选择其他元器件。

例如，输入电容器和输出电容器是至关重要的，其要求是具有低ESR和低电感，同时还需要尽可能小的尺寸，以防止电容器的贡献对整个系统的影响。

其次，需要选择稳压模块、电压桥等元器件，以确保稳定输出电压。

LED和LCD显示屏、温度传感器、风扇等功能元件也是需要考虑的。

在选择元件时，最好和电路板的其他部分相匹配，以保证整个系统稳定。

二、制作1. 材料准备制作开关电源前，需要准备好所需要的工具和材料，包括主控芯片、电路板、电解电容器、熔丝、开关、散热器和电线等。

2. 版图制作根据设计的电路图，使用PCB设计软件制作电路板版本。

可以将电路板绘制在电脑上并导出到光刻模板上，也可以自行手动制作。

在电路板上安装元器件时，应该先将元器件插入到它们对应的插槽中，然后焊接。

在焊接过程中，注意电路板上的金属导线应该彼此连接，而不是被阻隔或干扰。

4. 测试和调试完成开关电源的制作后，需要进行测试和调试。

通过外界的输入电流和电压，测试输出电压是否稳定、电源工作时的电流是否适当等。

较大的游离噪声可能会影响系统功能，因此需要对系统进行精确的调整，确保电源输出稳定。

以上就是开关电源的设计和制作过程，希望可以帮助您更好的理解开关电源的实现过程。

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。