开关电源原理与设计46
开关电源工作原理
开关电源工作原理开关电源是一种常见的电源供应装置，其工作原理是将输入电压通过开关器件进行高频开关，经过变压、整流、滤波等电路处理后，得到稳定的输出电压。
开关电源具有高效率、小体积、重量轻等优点，广泛应用于各种电子设备中。
一、开关电源的基本构成开关电源由输入端、输出端和控制电路组成。
1. 输入端：输入端主要包括输入电源和输入电路。
输入电源为交流电源，输入电路包括输入滤波电路和整流电路。
其中，输入滤波电路用于滤除输入电源中的杂波和干扰，保证输入电源的稳定性；整流电路将交流电源转换为直流电源。
2. 输出端：输出端主要包括输出电路和输出滤波电路。
输出电路通过开关器件进行高频开关，将整流后的直流电源转换为高频脉冲信号，经过输出滤波电路后得到稳定的直流输出电压。
3. 控制电路：控制电路主要包括开关控制电路和保护电路。
开关控制电路用于控制开关器件的开关频率和占空比，保证输出电压的稳定性和精度；保护电路用于监测输入输出电流电压，当超过设定值时进行过载保护。
二、开关电源的工作原理开关电源的工作原理可分为两个过程：变频过程和整流滤波过程。
1. 变频过程：变频过程即将输入电压通过开关器件进行高频开关，形成高频脉冲信号。
开关器件通常采用开关管或晶闸管进行控制，高频开关频率通常在几十kHz至几MHz之间。
当开关器件导通时，输入电源的能量通过开关管传导至输出端，形成电流；当开关器件断开时，输出端的电感储能元件将电能通过二极管进行放电，形成负电流。
通过不断的开关导通-断开操作，输入电压的能量被转换为高频脉冲信号。
2. 整流滤波过程：经过变频过程的高频脉冲信号需要通过变压、整流和滤波电路进行进一步处理。
首先，高频脉冲信号经过变压电路进行降压变换，得到适合输出电压的信号。
然后，经过整流电路将高频信号转换为直流信号，通过二极管进行单向导通。
最后，通过滤波电路对直流信号进行滤波，去除残余脉动和高频噪声，得到稳定的输出电压。
三、开关电源的工作模式开关电源的工作模式主要有两种：连续导通模式和断续导通模式。
开关电源的原理与设计
摘要随着电力电子技术的发展和新型功率元器件的不断出现，开关电源技术得到了飞速的发展，在计算机、通讯、电力、家用电器、航空航天等领域得到广泛应用，取得了显著的成果。
本论文是通过用电源控制芯片M51995AFP设计并制作一种开关电源，该开关电源是通过PWM技术控制开关的占空比来调整输出电压的，以达到稳定输出的目的。
论文主要完成的内容有：（1）根据设计需要选择开关电源电路；（2）设计输入整流滤波电路，并确定相关器件参数；（3）基于M51995AFP对开关电源的控制核心部分进行设计；（4）设计输出整流滤波电路，并确定相关器件参数；（5）设计电压反馈电路；（6）通过实验和计算对设计中的数据进行验证。
本论文对开关电源的滤波、整流、反馈电路等分别作了细致的研究工作，通过实验和计算，掌握了开关电源设计的核心技术，并对设计过程进行了详尽的阐述。
关键词：开关电源；占空比；PWMAbstractWith the development of the electronic technology and the emerging of new power components, switching power supply has been widely used in computer, communications, electricity, home appliances and aerospace fields, achieving remarkable results.The purpose of this papers is to design and make a switching power supply based on control chip M51995AFP and PWM Control. This switching power supply could adjust the output voltage by using the duty cycle of PWM Control. Stable output purposes could be attained.The main content of the papers are:(1)Choose switching power supply circuit based on the requirement;(2)Design input rectifier filter circuit and identify the relevant device parameters;(3)Design the core control parts of switching power supply based on M51995AFP;(4)Design rectifier output filter circuit and establish the relevant device parameters;(5)Design voltage feedback circuit;(6)Validate data of the designing by adoption of experimental and computations.In the thesis , the switching power supply filtering, rectifier and the feedback circuit are studied in details. The main technology of designing switching power supply is obtained by experiments and calculations. The design process is specified also.Key words: Switching Power Supply; Duty cycle; PWM按照电子理论，所谓AC/DC就是交流转换为直流；AC/AC称为交流转换为交流，即为改变频率；DC/AC称为逆变；DC/DC为直流变交流后再变直流。
开关电源工作原理与设计要点 ppt课件
uc
I 0ton C
I0 C
U0 U 0 U in
TS
PPT课件
6
单端反激式开关电源
（一）在开关VT导通期间：
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（二）在开关VT截止期间
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5.输出电压U 0 的纹波计算
U0 uC PPT课件
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U 0 U in U0
TS
4
串联调整型----降压型
在开关VT导通期间
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开关电源的设计及计算
开关电源的设计及计算开关电源是一种将交流电转换为直流电的功率电子装置。
它有着体积小、效率高、稳定性好等优点，是现代电子设备中广泛使用的电源技术。
本文将介绍开关电源的设计及计算方法。
一、开关电源的基本原理开关电源由输入变压器、整流滤波电路、功率开关器件、变压器、输出滤波电路等部分组成。
其基本工作原理如下：1.输入变压器将交流输入电压变换为合适的交流电压。
2.整流滤波电路对输入交流电压进行整流和滤波处理，得到脉动较小的直流电压。
3.功率开关器件通过调制开关信号的方式将输入直流电压转换为高频脉冲信号。
4.变压器对高频脉冲信号进行变压和隔离，以便适应不同的电压需求。
5.输出滤波电路对转换后的高频脉冲进行滤波处理，得到稳定的直流输出电压。
二、开关电源的设计步骤1.确定输入所需电压范围和输出电压要求。
2.根据输入电压范围和输出电压要求确定变压器的变比和功率开关器件的参数。
3.选择合适的整流滤波电路和输出滤波电路，保证输出的直流电压稳定性。
4.进行功率开关器件的选型，保证其工作在正常范围内。
5.进行开关频率的选取，以及脉宽调制的设计。
6.进行输入电路和反馈控制电路的设计，确保开关电源的稳定性和可靠性。
三、开关电源的计算方法1.变压器的计算：变压器的计算主要包括输入端和输出端的电压计算，以及变比的选择。
一般情况下，变压器的输入电压应略高于所需输出电压，变比的选择应根据输入输出电压比例来确定。
2.功率开关器件的计算：功率开关器件的计算主要包括开关频率、最大输出功率和开关管的损耗等参数的计算。
一般情况下，开关频率可以根据应用需求来确定，最大输出功率一般由输出电流和输出电压来确定，开关管的损耗可以根据其参数和工作条件来计算。
3.整流滤波电路和输出滤波电路的计算：整流滤波电路和输出滤波电路的计算主要包括滤波电容和滤波电感的选择。
滤波电容的选择可以根据输出电流来确定，滤波电感的选择可以根据输出电压来确定。
4.输入电路和反馈控制电路的计算：输入电路和反馈控制电路的计算主要包括稳压元件和反馈电路的设计。
【技术视点】开关电源设计原理及全过程
【技术视点】开关电源设计原理及全过程LED 开关电源设计原理及全过程如下：一、概论开关电源是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一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET 构成。
开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。
线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。
随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间。
电源有如人体的心脏，是所有电设备的动力。
但电源却不像心脏那样形式单一。
因为，标志电源特性的参数有功率、电源、频率、噪声及带载时参数的变化等等；在同一参数要求下，又有体积、重量、形态、效率、可靠性等指标，人可按此去”塑造”和完美电源，因此电源的形式是极多的。
随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入80 年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90 年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。
开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET 构成。
开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。
线性电源成本在某一输出功率点上，反而。
开关电源的原理与设计
开关电源原理及其应用第一部分：功率电子器件第一节：功率电子器件及其应用要求功率电子器件大量被应用于电源、伺服驱动、变频器、电机保护器等功率电子设备。
这些设备都是自动化系统中必不可少的，因此，我们了解它们是必要的。
近年来，随着应用日益高速发展的需求，推动了功率电子器件的制造工艺的研究和发展，功率电子器件有了飞跃性的进步。
器件的类型朝多元化发展，性能也越来越改善。
大致来讲，功率器件的发展，体现在如下方面：1．器件能够快速恢复，以满足越来越高的速度需要。
以开关电源为例，采用双极型晶体管时，速度可以到几十千赫；使用MOSFET和IGBT，可以到几百千赫；而采用了谐振技术的开关电源，则可以达到兆赫以上。
2．通态压降（正向压降）降低。
这可以减少器件损耗，有利于提高速度，减小器件体积。
3．电流控制能力增大。
电流能力的增大和速度的提高是一对矛盾，目前最大电流控制能力，特别是在电力设备方面，还没有器件能完全替代可控硅。
4．额定电压：耐压高。
耐压和电流都是体现驱动能力的重要参数，特别对电力系统，这显得非常重要。
5．温度与功耗。
这是一个综合性的参数，它制约了电流能力、开关速度等能力的提高。
目前有两个方向解决这个问题，一是继续提高功率器件的品质，二是改进控制技术来降低器件功耗，比如谐振式开关电源。
总体来讲，从耐压、电流能力看，可控硅目前仍然是最高的，在某些特定场合，仍然要使用大电流、高耐压的可控硅。
但一般的工业自动化场合，功率电子器件已越来越多地使用MOSFET和IGBT，特别是IGBT获得了更多的使用，开始全面取代可控硅来做为新型的功率控制器件。
第二节：功率电子器件概览一．整流二极管：二极管是功率电子系统中不可或缺的器件，用于整流、续流等。
目前比较多地使用如下三种选择：1，高效快速恢复二极管。
压降0.8-1.2V，适合小功率，12V左右电源。
2，高效超快速二极管。
0.8-1.2V，适合小功率，12V左右电源。
3，肖特基势垒整流二极管SBD。
开关电源工作原理与设计
开关电源工作原理与设计1. 概述开关电源是一种将电能从一种形式转换成另一种形式的电源装置。
它通过开关器件（如晶体管、MOSFET等）来精确控制电路的通断，从而实现对电能的高效调节和转换。
本文将详细介绍开关电源的工作原理和设计。
2. 开关电源工作原理2.1 输入电路开关电源的输入电路通常包括输入滤波电路、整流电路和功率因数校正电路。
-输入滤波电路用于去除输入电源中的高频噪声和杂散信号。
- 整流电路将交流输入转换为直流信号，常见的整流方式有单相整流桥和三相整流桥。
- 功率因数校正电路主要用于改善电源对电网的功率因数，提高电能的利用率。
2.2 PFC控制电路功率因数校正（PFC）是开关电源中的一个重要环节，通过控制输入电流和输入电压之间的相位关系，提高整体效率和功率因数。
常见的PFC控制技术有边界模式控制和谐振模式控制。
2.3 DC-DC变换器DC-DC变换器是开关电源的核心部分，它将输入的直流电压转换为需要的输出电压。
常见的DC-DC变换器包括降压、升压、降压升压和反激式变换器。
2.4 控制电路开关电源中的控制电路主要负责检测输出电压和输出电流，并通过反馈回路对开关器件的导通和断开进行精确控制。
常见的控制技术有电压模式控制和电流模式控制。
3. 开关电源的设计要点3.1 选型与设计在开关电源的设计过程中，需要根据实际需求选择合适的开关器件、电容和电感等元件，并进行适当的参数计算和仿真分析，以保证整体性能和稳定性。
3.2 效率和功率因数开关电源的效率和功率因数是评估其性能的重要指标。
通过合理的拓扑结构设计、优化控制算法和合适的滤波电路，可以提高开关电源的效率和功率因数。
3.3 温度管理由于开关电源中包含许多功率器件，温度管理是开关电源设计中需要重点考虑的问题。
合理的散热设计和温度保护措施可以提高开关电源的可靠性和寿命。
3.4 EMI/EMC设计开关电源可能会产生电磁干扰和接收外部干扰，因此应进行合适的EMI/EMC设计，包括滤波、屏蔽和接地等，以满足相关标准和要求。
开关电源基本原理与设计介绍
間,主開關管Q1可在零電流零電壓下完成關斷過程.在此之後,電容電壓 cr 將 在輸出電流的作用下線性衰減到零,使續流二極體D自然導通,直到下一個開關 週期到來..輔助開關管Q2可以在D到同之後及下一個開關週期到來之前的任何
變壓器上的第三個繞組与D1互相串聯在一起,可達到變壓器 消磁的作用,如此可避免Q1在OFF時,變壓器的磁能會轉回至輸入 直流匯流排上.
Forward
實際舉例
300LB A FORWARD CIRCUIT
Isolated Flyback DC-DC變換器拓補
4. Isolated Flyback Ideal transfer function
Peak drain voltage Average diode currents Diode voltages (vrm)
DC-DC變換器拓補
FULL BRIDGE
Ideal transfer function Peak drain current
Peak drain voltage Average diode currents Diode voltages (vrm)
由于此種隔离元件的動作就象是變壓器与扼流圈,因此在反擊 式轉換器輸出部分,就不需要額外的電感器了,但是在實際應用中, 為了抑制高頻的轉換電訊波尖,還是會在整流器与輸出電容之間加 裝小型電感器.
Flyback
實際舉例
DPS-200PB-135 B FLYBACK CIRCUIT
Forward&Flyback DC-DC變換器拓補
Average diode currents
Buck變換器工作狀態
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开关电源原理与设计（连载四十六）全桥式变压器开关电源
的优缺点
时间：2014-02-28 来源： 作者：
1-8-3-5.全桥式变压器开关电源的优缺点
全桥式变压器开关电源与推挽式变压器开关电源一样，由于两组开关器件轮流
交替工作，相当于两个开关电源同时输出功率，其输出功率约等于单一开关电源输
出功率的两倍。因此，全桥式变压器开关电源输出功率很大，工作效率很高，经桥
式整流或全波整流后，其输出电压的电压脉动系数Sv和电流脉动系数Si都很小，
仅需要一个很小值的储能滤波电容或储能滤波电感，就可以得到一个电压纹波和电
流纹波都很小的输出电压。
全桥式变压器开关电源最大的优点是，对4个开关器件的耐压要求比推挽式变
压器开关电源对两个开关器件的耐压要求可以降低一半。因为，全桥式变压器开关
电源4个开关器件分成两组，工作时2个开关器件互相串联，关断时，每个开关器
件所承受的电压，只有单个开关器件所承受电压的一半。其最高耐压等于工作电压
与反电动势之和的一半，这个结果正好是推挽式变压器开关电源两个开关器件耐压
的一半。
全桥式变压器开关电源主要用于输入电压比较高的场合，在输入电压很高的情
况下，采用全桥式变压器开关电源，其输出功率要比推挽式变压器开关电源的输出
功率大很多。因此，一般电网电压为交流220伏供电的大功率开关电源大部分都是
使用全桥式变压器开关电源。而在输入电压较低的情况下，推挽式变压器开关电源
的输出功率又要比全桥式变压器开关电源的输出功率大很多。
全桥式变压器开关电源的电源利用率比推挽式变压器开关电源的电源利用率
低一些，因为2组开关器件互相串联，两个开关器件接通时总的电压降要比单个开
关器件接通时的电压降大一倍;但比半桥式变压器开关电源的电源利用率高很多。因
此，全桥式变压器开关电源也可以用于工作电源电压比较低的场合。
与半桥式开关电源一样，全桥式变压器开关电源的变压器初级线圈只需要一个
绕组，这也是它的优点，这对小功率开关电源变压器的线圈绕制多少带来一些方便。
但对于大功率开关电源变压器的线圈绕制没有优势，因为，大功率开关电源变压器
的线圈需要用多股线来绕。
全桥式变压器开关电源的缺点主要是功率损耗比较较大，因此，全桥式变压器
开关电源不适宜用于工作电压较低的场合，否则工作效率会很低。另外，全桥式变
压器开关电源中的4个开关器件连接没有公共地，与驱动信号连接比较麻烦。
全桥式开关电源最大的缺点是，当两组控制开关K1、K4和K2、K3处于交替
转换工作状态的时候，4个开关器件会同时出现一个很短时间的半导通区域，即两
组控制开关同时处于接通状态。这是因为开关器件在开始导通的时候，相当于对电
容充电，它从截止状态到完全导通状态需要一个过渡过程;而开关器件从导通状态转
换到截止状态的时候，相当于对电容放电，它从导通状态到完全截止状态也需要一
个过渡过程。
当两组开关器件分别处于导通和截止过渡过程时，即两组开关器件都处于半导
通状态时，相当于两组控制开关同时接通，它们会造成对电源电压产生短路;此时，
在4个控制开关的串联回路中将出现很大的电流，而这个电流并没有通过变压器负
载。因此，在4个控制开关K1、K4和K2、K3同时处于过渡过程期间，4个开关
器件将会产生很大的功率损耗。为了降低控制开关过渡过程产生的损耗，一般在全
桥式开关电源电路中，都有意让两组控制开关的接通和截止时间错开一小段时间。