开关电源设计及波形
ACDC开关电源的设计
AC/DC开关电源的设计一． 技术要求1.1 AC/DC 开关电源 1．输出电压： 直流，纹波电压（峰峰值）小于额定电压的0.5% 2． 输入电压： AC 三相380V ±10％ 3． 输入电压频率： 50±5HZ 4． 负载短时过载倍数： 200％ 5． 瞬态特性： 较好6．技术指标要求： 输出直流电压(V)10~12~14输出电流（A ）140 1.2 设计条件1） 电路形式 全桥 全波整流 2） 工作频率 20KHZ3） 逆变器电路最高，最低电压 DC 592～450V4） 输出电压 max o V =14VDC min 10o V VDC = 输出电流 150A5） 开关管最大导通时间 max o T ＝22.5us 6） 开关管导通压降 1U ∆=3V7） 整流二极管导通压降 2U ∆＝1V 8） 变压器允许温升 25C ︒ 9） 电原理图二、主电路原理与设计2.1主电路工作原理380V 市电经不控整流后变成了脉动的直流电，经直流滤波电路后变成平稳的直流供给逆变电路，逆变桥在驱动信号的作用下根据正弦脉宽调制原理将直流电变成一定电压一定频率的交流电，再经过隔离变压器来实现电压的匹配，经过整流来得到直流更好的直流电，经直流滤波隔离后供给负载。
采用SPWM 调制方式，通过电压负反馈调节输出电压，使输出电压稳定在一定的范围内。
2.2主电路结构UVW主电路原理简图如图所示主电路主奥包括以下几个部分：1）不控整流部分：主要采用三相不控整流，该电路结构简单，可靠性高。
2）DC滤波部分：注意用无源滤波电路来使电路中的有害谐波减少，提高对以后电路供电的可靠性。
3）逆变电路：采用功率IGBT为开关器件，SPWM调制方式，利用电压负反馈构成闭环控制，稳定输出电压。
4）隔离电路：主要是用隔离变压器来实现电路的隔离和电压的匹配。
5）二次逆变部分：注意是实现电压的二次变换，来实现供电的高可靠性和高直流性。
如何一步一步设计开关电源？开关电源设计调试步骤全过程
如何一步一步设计开关电源？开关电源设计调试步骤全过程针对开关电源很多人觉得很难，其实不然。
设计一款开关电源并不难，难就难在做精，等你真正入门了，积累一定的经验，再采用分立的结构进行设计就简单多了。
万事开头难，笔者在这就抛砖引玉，慢慢讲解如何一步一步设计开关电源。
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，我帮忙分析。
在这里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选择反激式(flyback)基本上可以满足要求。
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。
2、选择相应的PWMIC和MOS来进行初步的电路原理图设计当我们确定用flyback拓扑进行设计以后，我们需要选择相应的PWMIC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：PWMIC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PWMIC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。
3、做原理图确定所选择的芯片以后，开始做原理图(sch)，在这里我选用STVIPer53DIP(集成了MOS)进行设计。
设计前最好都先看一下相应的datasheet，确认一下简单的参数。
无论是选用PI的集成，或384x或OBLD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。
4、确定相应的参数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PCBLayout。
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了。
反激式开关电源工作原理及波形分析
反激式开关电源工作时可以简化为下图所示电路：
Mos管控制原边（左侧）电流的通断。
Mos管导通时：
电感充电（实则为建立磁通），副边二极管截止，无电流。
Mos管断开时：
由于电流不同突变（实际上是磁通不能突变），于是在副边形成感应电流，二极管导通。
原边反射电压：
副边有电流流通时，会在原边感应出一个电压（下+上-），叠加在输入电压上。
原边的尖峰电压：
由于漏电感的存在，该部分的磁通没有通过磁芯耦合到副边，因此mos管断开时，会产生很大的电压来维持电流，从而达到维持磁通的目的。
振荡波形：
Mos管关断时尾部有振荡，是由于开关电流工作在断续模式时，能量释放完全后，原边、副边无电流。
此时原边的电路可以等效为电源+电感+电容（Mos管输入电容），发生谐振。
实测波形如下：
（黄色为mos驱动，绿色为mos管的VDS，粉色是原边线圈的电流）。
反激式开关电源设计波形分析应力计算回路布局
反激式开关电源设计波形分析应力计算回路布局
一、反激式开关电源设计波形分析
1.开关信号波形：
反激式开关电源的主要工作是利用开关控制器的输出，控制MOSFET 的开启和关闭，从而实现交流波的改变。
MOSFET的开启和关闭状态，只受开关控制器输出信号的影响。
因此，开关控制器输出的波形是反激开关电源设计的重要参数。
一般情况下，开关控制器输出的波形有脉冲宽度调制波形（PWM）和恒定周期调制波形（FPWM）两种。
PWM波形由正弦波组成，经过两个对称的截止点，形成周期性正方形波，控制MOSFET的端极变化产生脉冲宽度调制波形，以控制交流波形。
而FPWM波形，在它的正弦波上增加了一个脉冲，形成了一个在宽度上恒定的正弦波，控制MOSFET的端极变化产生恒定周期调制波形，来控制交流波形。
2.交流波形：
当MOSFET开启和关闭时，变压器的交流波形会随之发生变化，其形式可以用下式表示：
Vac(t)=Vm*sin(ωt+θm)
其中Vm为交流波形的最大电压，ω为开关控制器输出信号的频率，θm为交流相位角。
开关电源中阻尼振荡波形
开关电源中阻尼振荡波形图(1)是一个典型的Buck-Boost电路，如果其电感中电流不连续，一般教材中其开关管集电极(或漏极)电压波形的波形如图(2)，其中上面曲线纵轴表示开关管T集电极(漏极)电压，下面曲线表示电感L中电流。
图(1)通常，对类似图(1)的开关电源电路分析时，总假定元件是理想的，即：忽略磁材料的非线性，忽略电感的电阻和电容的等效电阻，忽略晶体管和二极管的管压降，电容的容量足够大因而一个周期中电容两端电压不变化，等等。
而且假定电路已经达到稳态。
这个稳态指的是每个周期中占空比电压电流等与下一个周期相同。
图(2)图(2)中，从TA到TB这段时间开关管导通，集电极(或漏极)电压接近于零，因电流不连续，电感中电流已经为零，所以电感中电流从零开始线性上升，电感中储存的能量不断增加。
时刻TB开关管关断，但电感中电流不能突变，故电感中电流经二极管向电容C充电。
因为我们已经假定电容两端电压不会在一个周期中变化，所以电感中电流线性下降，电感中储存的能量向电容C转移，电感的自感电动势等于电容两端电压，方向上负下正。
所以三极管两端电压等于电源电压加上负载两端电压。
随着电感中储存的能量不断减少，在时刻TC电感中电流降到零，二极管关断。
因电感中电流不再变化，所以电感的自感电动势为零。
既然电感两端电压为零，功率管两端电压降低到电源电压，TC时刻之后开关管集电极电压出现一个“台阶”。
时刻TD功率管导通，开始重复上一周期过程。
图(3)但用示波器看功率管集电极电压波形，看到的却是如图(3)那样，时刻TC(二极管关断)到时刻TD(功率管导通)这段时间里，集电极电压是图中的衰减振荡波形。
很多开关电源的初学者感到迷惑：这是怎么回事？怎么和书上的不一样？甚至怀疑自己的电路有错误。
其实什么问题都没有，这是完全正常的波形。
那么，这样的波形是如何产生的？这样的波形与图(2)不一样，是由于前面的分析中我们把电路中的元件理想化，忽略了电感和功率管的分布电容而产生的。
DCDC开关电源的设计
引言随着电子技术的飞速发展，现代电子测量装置往往需要负电源为其内部的集成电路芯片与传感器供电。
如集成运算放大器、电压比较器、霍尔传感器等。
负电源的好坏很大程度上影响电子测量装置运行的性能，严重的话会使测量的数据大大偏离预期。
目前，电子测量装置的负电源通常采用抗干扰能力强，效率高的开关电源供电方式。
以往的隔离开关电源技术通过变压器实现负电压的输出，但这会增大负电源的体积以及电路的复杂性。
而随着越来越多专用集成DC/DC控制芯片的出现，使得电路简单、体积小的非隔离负电压开关电源在电子测量装置中得到了越来越广泛的应用。
因此，对非隔离负电压开关电源的研究具有很高的实用价值。
传统的非隔离负电压开关电源的电路拓扑有以下两种，如图1、图2所示。
图3是其滤波输出电容的充电电流波形。
由图3可见，采用图2结构的可获得输出纹波更小的负电压电源，并且在相同电感峰值电流的情况下其带负载能力更强。
由于图2的开关器件要接在电源的负极，这会使得其控制电路会比图1来得复杂，因此在市场也没有实现图2电路结构（类似于线性稳压电源调节芯片7915功能）的负电压开关电源控制芯片。
为了弥补现有非隔离负电压开关电源技术的不足，以获得一种带负载能力强、输出纹波小的非隔离负电压开关电源，本文提出一种采用Boost开关电源控制芯片LT1935及分立元件实现了图2所示原理的基于峰值电流控制的新型非隔离负电压DC/DC开关电源。
图1 传统的非隔离负电压开关电源电路结构1图2 传统的非隔离负电压开关电源电路结构2图3 两种开关电源滤波电容的充电电流波形1 工作原理分析本文设计的非隔离负电压DC/DC开关电源如图4所示，负电源工作在连续电流模式。
当电源控制器LT1935内部的功率三极管导通时，直流电源给输出电感L1和输出电容C1充电。
当电源控制器LT1935内部的功率三极管关断时，输出电感L1中的电流改由通过肖特基二极管VD1提供的低阻抗回路继续给输出电容C1充电直至下一个周期电源控制器LT1935内部的功率三极管再次导通。
浅谈开关电源上的电压波形曲线
浅谈开关电源上的电压波形曲线
课程介绍对于一个很好的开关电源需要具备两个功能，第一个是占空比可调，第二个就是电压反馈，这个我们在第七部时已经用分立元器件讲到了这两点，第六步里面我们用的是一个电源芯片来做的。
它们都是占空比可调，而且也都是电压反馈的。
我们可以把一样的技术和方式应用到我们现在的电路中来，这样同样可以实现电压可调带电压反馈的电路。
变压器输入为300V，下方为三极管。
考虑到高压三极管虽然也很多，但也要考虑到电流和耐高压的问题。
这种情况下，MOS管是可以完全满足的。
这样原先三极管之前的电阻我们就可以从10kΩ改为10Ω或者100Ω左右，从而使得充电放电都比较快。
但MOSFET 还是需要加入一个下拉电阻。
假设我们加入的是一个高压管，那我们来分析一下高压管上面的一个电压波形曲线。
学习获得：
学习隔离式反激开关电源设计
1、反激开关电源的设计思路，拓扑结构及原理框图讲解
2、驱动电路设计
3、经典驱动芯片UC3842 内部结构讲解
4、频率设计讲解
5、吸收电路设计及作用讲解
6、功率开关管MOSFET的开关速度，发热因素及选型讲解
7、输出电路设计
8、MOSFET选型，吸收电路器件选型，输出二极管选型，输入输出电容等重要器件参数计算。
9、电流环设计
10、电压环设计
11、经典基准电压源TL431 内部结构讲解。
开关电源工作原理解析及正反激电路图解
开关电源工作原理解析及正反激电路图解
本文将介绍开关电源的工作流程，开关电源正激电路、反激电路原理图及工作过程分析，希望能对您有所帮助。
开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的导通与截止，将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压。
转为高频交流电的原因是高频交流在变压器变压电路中的效率要比
50HZ高很多．所以开关变压器可以做的很小，而且工作时不是很热，成本很低。
如果不将50HZ变为高频，那幺开关电源就没有意义。
开关电源的工作流程是：
电源→输入滤波器→全桥整流→直流滤波→开关管（振荡逆变）→开关变压器→输出整流与滤波。
交流电源输入经整流滤波成直流
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
开关变压器次级感应出高频电压，经整流滤波供给负载
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
交流电源输入时一般要经过厄流圈一类的东西，过滤掉电网上的干扰，同时也过滤掉电源对电网的干扰；
在功率相同时，开关频率越高，开关变压器的体积就越小，但对开关管的要求就越高；
开关变压器的次级可以有多个绕组或一个绕组有多个抽头，以得到需要的输出；。
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（a）
（b）
a） 直接升压式 b）外接NPN管扩流式
图8-13 CW34063的Boost converter
（三）反转电路
a）直接用于降压b） 外接NPN晶体管扩流电路 图8-12 CW34063的降压应用电路
2.电流断续的工作状态
3.电流连续的工作状态
(三)电感电流的平均值计
算 IL I0 U2L0 toff ILmin
（四）输出电压纹波值的计算
U 0 1C 1tto o/2 n n (U in L U 0t U i2 n L U 0to)n d t
U i8n L U C 0to 2n U i8n L U C 0(U U 0T in S)2
50～ 200W
应用 环境
小型仪器、仪表，家用电器等电 源，自动化设备中的控制电源
小型仪器、仪表，家用电器等电 源，自动化设备中的控制电源
类，每类传输 的功率也不相 同，应用环境 也稍有不同， 如下所示：
推换式变 换器
半桥式变 换器
全桥式变 换器
100～ 500Ｗ
100～ 5000W
500W ～
30kW
第8章 开关电源
8.1.1 直流稳压电源的发展
直流稳压电源是电子、电器、自动化设备中最基本的部分。传统的转换方法设计制作的 电源，其效率低，损耗大，温升高。加上多路电压输出，而各个电压的等级、质量要求又 不相同时，使之传统的串联稳压式电源越来越难于得到解决。如图8-1所示的串联式线性 稳压电源，就属此类。
无工频变压器开关稳压电源的不足之处： 1.输出纹波较大，约有10～100mV的峰 峰值； 2.脉冲宽度调制式的电路中，电压、电 流变化率大； 3.控制电路比较复杂，对元器件要求高； 4.动态响应时间至少要大于一个开关周 期，不如串联式晶体管线性稳压电源。
8.1.2 用高频变压器的开关电源结构概述
这类电源的共同特点是具有高
频变压器、直流稳压是从变压
器次级绕组的高频脉冲电压整
流滤波而来。变压器原副方是
隔离的，或是部分隔离的，而
输入电压是直接从交流市电整
图8-5 高频变压器开关电源基本功能
框图
电路
目前，用高频 变压器的变换
类型
单端反激 式变换器
电路按其工作 方式可分为五
单端正激 式变换器
流得到的高压直流。
传输功 率
20～ 100W
图8-1 晶 体管串联 式线性稳 压电源
当今计算机及自动化设备上大多数控制电源都向低压大电流，高效率，重量轻、体积 小的方向发展。在这种要求面前首先得到发展的是晶体管串联式开关稳压电源，如图82所示。
图8-2 晶体管 串联式 开关稳 压电源
随着电力电子技术的发展，大功率开关晶体管、快恢复二极管及其它元器件的电压得 到很大的提高，这为取消稳压电源中的工频变压器，发展高频开关电源创造了条件。由于 它不需要工频变压器，故称无工频变压器开关式直流稳压电源。它使电源在小型化、轻量 化、高效率等方面又迈进了一步。图8-3是无工频变压器的开关电源的方框图。
升压变换器（boost converter）；（3）降、升压
变换器（buck-boost converter）。其原理电路如
图8-6所示。
（一）在开关VT导通期间
iL1
UinU0 L
tILmin
ILma xUinL U0tonILmin
（二）在开关VT截止期间
iL2 U L0(tton)ILmax
1.临界连续工作状态
控制设备，计算机等电源
焊机，超声电源，计算机电 源等 焊机、高频感应加热，交换 机等
8.2 DC/DC变换的开关电源
8.2.1 Buck converter
对于输入与输出电压不需隔离 只用一个工作开关和L、D、C 组成的变换器电路最基本的为 如下三种：（1）降压变换器 （buck converter）；（2）
8.2.3 Buck—Boost converter
图8-9 Buck—Boost converter
t on U 0 t off U in
U
0
U in
α t
1αt
I0th
Uinton 2L
toff TS
U0
U
2 in
to2n
2TS LI0
IPKUiLnton
2I0
TS toff
= LminUIiP ntK onU2inIt0ontToSff
图8-3 无工频 变压器 的开关 电源原 理框图
无工频变压器开关稳压电源，有如下的优点： 1.效率高。一般在70～80%以上。 2.体积小、重量轻，随着频率的提高，收效更显著。 3.稳压范围广，一般交流输入80～265V，负载作大幅 度变化时，性能很好。 4.噪声低，声频在20kHz以上时，已是人耳听不到的 超声波，而开关电源的工作频率一般都大于此频率； 5.性能灵活，通过输出隔离变压器，可得到低压大电 流、高压小电流；一个开关控制的一路输入可得到多 路输出以及同号、反号等输出； 6.电压维持时间长，为了适应交流停电时，计算机、 现代自动化控制设备电源转换的需要，开关电源可在 几十毫秒内保证仍有电压输出。 7.可靠性大，当开关损坏时，也不会有危及负载的高 电压出现。
a） 电路拓扑 b）工作波形
图8-6 无隔离的DC→DC变换 电路
U 02
U0 8CL
t2 off
图8-7 Buck converter
8.2.2 Boost converter
1.在 t on 期间
iL1
Uin L
t
ILmin
2.在 t off 期间
ILmaxULintonILmin
iL2UinL U0(tto)nILmax
U0TS ( Uin )2 2I0 U0 Uin
图8-10 Buck-Boost converter工作波形图
uc
I0ton C
I0 C
U0 U0 Uin
TS
8.3 单端功率输出的直流变换器
8.3.1 CW34063的工作原理
（二）升压式电路
图8-11 CW34063的原理框图
8.3.2 CW34063的应用电路 (一)降压式电路
3.负载电流的平均值 I 0
Ioth
Uint0n 2L
toff TS
4.输入电流的平均值 I 1
I1ILT 1 S
to 0
n iL1d tT 1 S
tT oSn iVD dt 12[ILm
axILm
in]
5.输出电压 U 0 的纹波计算
U0
uC
I0ton
a）电路拓扑 b）工作波形 图8-8 Boost converter