开关电源设计教程—理论基础篇
开关电源基础讲解
开关电源基础引言电源发展是趋于轻小。
而关键是既要小又要高效。
近几年的优秀半导体、磁材和无源器件，使得功率变换的选择余地越来越大。
线性和开关电压线性电源和开关电压都是把不稳定的输入变换成稳定的输出，但是却是完全不同的技术，它们各有优缺点。
线性电源只能是降压型的。
它们是用双极型晶体管或MOSFET 的线性工作，保持输出电压的稳定。
半导体调整器件上的电压就是输入输出电压差，半导体损耗就是调整器件上的电压乘负载电流，即V dr I o 。
所以，变换效率只在35-65％。
例如，把12V 输入变换成5V 输出，输出电流100mA ，输出功率只有500mW ，而损耗是700mW ，效率是42％。
所以，散热片的体积大成本高。
但是线性电源在输入电压变化范围小的小功率应用场合，也有它的优点，比如电路简单，没有开关电压的开关噪音。
开关电压的开关器件，只工作在截止和饱和导通状态，损耗低，效率可到65-95％。
开关电压即可降压也可升压。
但是，开关电压电路复杂，输出电压包含着开关噪音，必须虑除。
开关电源基础PWM 开关电压有两种基本结构，即正激型和升压型。
正激型变换器正激变换器的输出LC 滤波器给出DC 输出电压。
输出电压为D VV ino(1)降压变换器是最简单的正激型变换器，如图1所示。
图1 基本正激型(降压)变换器及其波形它的工作可以分成两个不同的方式，即开关导通和关断。
当开关导通时，输入电压加到LC滤波器的输入端。
假设变换器工作在稳态，滤波器输出端的电压就是输出电压。
电感电流开始由开关周期开始时的初始值线性上升。
电感电流为ti VVioninit oin Lontt L≤≤+ -=(2)在这个时期里，电感磁芯里存储能量。
当功率开关关断时，磁芯存储的能量传输到负载。
当功率开关关断时，电感输入端的电压被拉到地，被正向偏置的二极管D而箝位。
电感磁芯储能通过续流二极管D传向负载。
电感电流由初始的峰值i pk而减小为t Vi ioff opk Lofftt L≤≤-=(3)关断阶段一直持续到开关在控制电路控制下开启，下一个开关周期开始。
开关电源的基本工作原理和实例 共22页
反激式变换器不仅可以传输能量，还可以储存能量，无需利用输出电感和电容进 行储能，因此输出电感和电容规格比正激式小很多。
反激式开关管工作波形
相对于正激式变换器，反激式变换器的优缺点
反激式开关电源的优点 1、 反激式变换器中，变压器既具有具有变压和隔离的功能，还具有储能的作用； 2 、反激式变换器占空比变化范围宽，输出受输入电压影响小，适应宽输入电压范围； 3、 反激式变换器不需要加磁复位绕组； 4、 反激式变换器电路比较简单，体积比较小，成本也要低； 5、 反激式变换器一般多用于功率较小或是多路输出的场合 反激式开关电源的缺点 1、 反激式变换器的瞬态控制特性相对较差，不适合用在电压精度要求高的场合。 2、 由于反激式开关电源变压器具有储能的功能，变压器磁芯之间留有气隙，所以初级
需要满足防雷标准:EN 61000-4-5的要求
家用电器中电源的防雷通常属于2级甚至3级防雷，具体方案是： 1、增加防雷元件：根据不同的防雷要求，适当选择输入端保险丝Fuse、压 敏电阻ZNR的规格，规格越大则元件本身防雷效果越好；但规格过大时，就 无法对电源内部元件取到良好的保护作用；
在有特别要求的情况下，可选择气体放电管或陶瓷放电管(反应速度快、 可恢复)。 2、优化PCB LAYOUT:合理的走线，足够的安全距离，共模电感引脚焊盘增 加放电针等方法，可以有效的提高电源内部元件承受雷击的能力。
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零起点学开关电源设计基础篇
零起点学开关电源设计基础篇
开关电源是一种高效、稳定、小型化的电源供应器，广泛应用于现代电子设备中。
想要学习开关电源设计基础知识，需要掌握以下几个方面的内容：
1. 开关电源的基本原理
开关电源是一种能够将交流电转化为直流电的电源供应器。
它通过开关管对输入电压进行开关控制，使交流电的平均值变为直流电。
整个开关电源由输入滤波电容、整流电路、开关变换器、输出滤波电容、稳压电路等部分组成。
2. 开关电源的分类
开关电源可以根据输入电压的不同，分为交流输入型和直流输入型；根据输出功率的不同，分为低功率（小于100W）、中功率（100W-1KW）和高功率（大于1KW）；根据拓扑结构的不同，分为Buck型、Boost型、Buck-Boost型、Cuk型、Sepic型、Flyback型、Forward 型等。
3. 开关电源的主要元器件
开关电源的主要元器件包括开关管、二极管、电感、电容、变压器、稳压管等。
4. 开关电源的设计步骤
开关电源的设计步骤主要包括：计算输入电容、整流电路的设计、选择开关变换器拓扑结构、计算开关变换器元器件参数、稳压电路的设计、确定滤波电容电感的参数、进行仿真和优化。
5. 开关电源的性能指标
开关电源的主要性能指标包括输出电压、输出电流、输出功率、效率、稳定性、负载调整能力、温度特性等。
以上是零起点学开关电源设计基础的一些内容，希望对初学者有所帮助。
(完整版)开关电源基本原理与设计方法
一.简介.电源组成（一）1.全波整流2.功率因数校正3.变压器4.降压型开关电路（二）.各模块工能1.全波整流：用4个二极管组成桥式整流器，将其变为大小变化的直流电波形图正半周电流D1→R→D3负半周电流D2→R→D42.功率因子较正：稳定的能源设备除了能供应系统维持正常的功能外并影响整个系统的特性，再者当今能源短缺急需节约能源潮流的驱使下，设计产生高效率的能源设备，减少能源浪费是为众所追求的目标。
并且在电力品质与电力性能方面也必须有较严格的标准，例如：较大的额定功率,较小的杂讯干扰，较理想的能源使用率等，都是设计电路必须考虑的问题,采用升压型开关电源电路，使经整流后的.电压升至一固定电压，从而使后续电路设计简单，模块化．优点：利用率高，在工作过程中不会出现向电网回馈能量现象，使得电网比较干净.如果电网中存在回馈能量现象则会降低能量的利用率，严重时会使得输电线路损坏缺点：.增加了成本，设计不良时会降低电源寿命3.变压器：将输入的高电压变为低电压并输出，由麦克斯韦方程，交变电场产生交变磁场，交变磁场产生交的电场但在设计变压器时有一个需注意：泄磁环节4.输出：采用forwand结构电路，将大小时刻在改变的直流电压稳定在所需的范转内二.工作原理（一）PFC1.PFC定义（功率因子校正）功率因子：衡量对电网电能量利用率大小提出的一个指标，数学定义为（假设电流与电压为正弦量）Cosψ.电压相位与电流相位差值的余弦，它仅仅只从差值来定义，也就是说不论哪个相位在前，如电流相位落后电压相位60°（或领先60°）功率因子都是Cos60°=?.(说明，只有一半的电网能量被利用，另一半反回馈到了电网中)例：纯电容电路电网释放的功率结果说明：虽然有电流流经电容，但从整个过程来看电容并没有消耗能量，对电网能量利用率为0.例：电感与电阻由电阻电压计算1).计算电阻上得到的功率．2功率因子计算由).2.PFC电路1).工作过程：导通时：B点与地接通，输入电压Ui直接加在电感L两端，这时流经电感电流直线上升，。
开关电源基础知识讲解 ppt课件
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开关电源
开关电源基础知识讲解
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开关电源主要类型
按照开关管的开关条件，DC/DC转换器又可以分为硬开（HardSwitching） 开关电源和软开关（Soft Switching）两种。硬开关DC/DC转换器的开关器件 是 在承受电压或流过电流的情况下，开通或关断电路的，因此在开通或关断过程中 将会产生较大的交叠损耗，即所谓的开关损耗（Switching loss）。当转换器的 工作状态一定时开关也是一定的，而且开关频率越高，开关损耗越大，同时在开 关过程中还会激起电路分布电感和寄生 电容的振荡，带来附加损耗，因此，硬 开关DC/DC转换器的开关频率不能太高。软开关DC/DC转换器的开关管，在开 通或关断过程中，或是加于 其上的电压为零，即零电压开关（Zero-VoltageSwitching，ZVS），或是通过开关管的电流为零，即零电流开关（ZeroCurrent·Switching，ZCS）。这种软开关方式可以显着地减小开关损耗，以及开 关过程中激起的振荡，使开关频率可以大幅度提高，为转换器的小型化和模块化 创造 了条件。功率场效应管（MOSFET）是应用较多的开关器件，它有较高的 开关速度，但同时也有较大的寄生电容。它关断时，在外电压的作用下， 其寄 生电容充满电，如果在其开通前不将这一部分电荷放掉，则将消耗于器件内部， 这就是容性开通损耗。为了减小或消除这种损耗，功率场 效应管宜采用零电压 开通方式（ZVS）。
信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。
开关电源的工作过程相当容易理解，在线性电源中，让功率晶体管工作在线性模
式，与线性电源不同的是，PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态
，在这两种状态中，加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的（在导通时，电压低，
《开关电源基础》课件
绿色环保
环保意识的提高促使开关电 源向更加绿色、环保的方向 发展，如采用高频化技术减 少电磁干扰和散热噪声等。
开关电源的应用前景展望
电动汽车与充电设施 随着电动汽车市场的不断扩大， 开关电源在充电设施领域的应用 将更加广泛，要求更高效率、更 安全可靠。
工业自动化与智能制造 工业自动化和智能制造领域对开 关电源的需求持续增长，要求其 具备高效、可靠、安全等特点。
开关电源的特点
总结词
高效率、高可靠性、体积小、重量轻
详细描述
开关电源具有高效率、高可靠性、体积小、重量轻等优点，在电子设备中广泛应 用。
开关电源的应用
总结词
计算机、通信、工业控制等领域
详细描述
开关电源在计算机、通信、工业控制等领域得到广泛应用，为各种电子设备提供稳定的电能供应。
02
开关电源的工作原理
冗余设计
采用并联、备份等冗余措施，提高电源的可用性和可靠性。
电磁兼容性设计
优化电路布局和元件选型，降低电磁干扰和噪声，提高电源的电 磁兼容性。
环境适应性设计
考虑电源在不同环境下的适应性，如温度、湿度、振动等，提高 电源的环境适应性。
05
开关电源的测试与调试
开关电源的测试项目
输入电压范围测试
检查开关电源在输入电压范围内的正 常工作情况，确保电源在各种电压条 件下都能稳定运行。
故障率。
开关电源的优化方法
最优控制策略
采用先进的控制算法，如PID、模糊控制等，实现快速响应、高精 度调节和高效运行。
元件选择与匹配
根据电路需求选择合适的元件类型和规格，优化元件参数匹配，降 低内阻和损耗。
热设计优化
合理设计散热结构和散热器，降低电源温升，提高元件寿命和电源 可靠性。
前工程师讲解：开关电源设计教程—理论基础篇
前工程师讲解：开关电源设计教程—理论基础篇
很多工程师都能回想起自己初学电源时的情景，从最基础的理论基础开始，大量的查阅资料。
经历了迷茫和困惑，用时间一点点的积累。
小编将为大家整理一系列有关开关电源设计的教程，几乎包含了开关电源的所有拓扑。
这些教程由前工程师编写，根据自身的自学经验为大家量身打造，希望能够帮助大家走出迷茫，尽快迈上正轨。
对于初学者来说，最难的不是学习资料，而是找到并且区别哪些资料是有价值的，并且哪些是有必要的。
为了新手能够快速找到学习的路子，快速入门，真的迈进开关电源这个世界，现在将常用的拓扑一个一个写出来，用最简单，通俗的语言，用工程实践检验过的最可靠的理论。
先说说做开关电源需要具备的理论基础，做电源的工程师，分两类，一类是搞研究的，一类是搞工程的。
所谓搞研究的，就是研究各种新的技术、新材料、新工艺、新的拓扑结构等等。
这些人需要很高的理论底子，当然必须是高学历，数学、电磁学、电子学、自动控制等等。
还有一种就是我们最常见的电源工程师，就是在公司开发部做项目的电子工程师。
本文面对的是第二类的，也就是面对应用阶层的电源设计工程师。
必须加一句，像陶显芳老师赵修科老师这一类的大神级别的大师写的书，新手完全没必要使劲啃的，很费时费力。
大可囫囵吞枣看一下，能懂多少是多少。
然后在慢慢成长的过程中，回头再看，就会有很大的收获。
我们是做工程的，他们搞理论基础的。
大师写的书，一下子完全看懂，不大可能。
那些书很多方面写得很详细，有完整的理论推导，包括的也非常全面。
但是我还是奉劝新手不要在数学公式里面纠结。
开关电源制作设计(电路原理图+PCB)
一、工作原理我们先熟悉一款开关电源的工作原理，该电源可输出5V电压，如图1所示。
1. 抗干扰电路在电网输入端首先设置一个NTC5D-9负温度系数热敏电阻，作用是保护后面的整流桥，刚开机时热敏电阻处于冷态，阻值比较大，可以限制输入电流，正常工作时，电阻比较小。
这样对开机时的浪涌电流起到有效的缓冲作用。
电容CY1、CY2、CY3、CY4用以滤除从工频电网上进入开关稳压电源和从开关稳压电源进入工频电网的不对称杂散信号，电容CX1、CX2用以滤除从工频电网上进入开关稳压电源和从开关稳压电源进入工频电网的对称杂散信号，用电感L1抑制从工频电网上进入开关稳压电源和从开关稳压电源进入工频电网的频率相同、相位相反的杂散干扰电流信号。
采用高频特性好的瓷片电容和铁芯电感，实现开关稳压电源电路中的高频辐射不污染工频电网和工频电网上的杂散电磁波不会窜入开关稳压电源电路中而干扰和影响其工作，对高频分量或工频的谐波分量具有急剧阻止通过功能，而对于几百赫兹以下的低频分量近似一条短路线。
图1 开关电源的工作原理图2. 整流滤波电路在电路中D1、D2、D3、D4组成全桥整流电路，把输入的交流电压进行全波整流，然后用C1进行滤波，最后变成直流输出供电电压，为后级的功率变换器供电，整流滤波后的电压约为300V。
3. UC3842供电与振荡300V的脉动直流电压，此电压经R12降压后给C4充电，供电UC3842的7脚，当C4的电压达到UC3842的启动电压门槛值时，UC3842开始工作并提供驱动脉冲，由6脚输出推动开关管工作。
一旦开关管工作，反馈绕组的能量经过D6整流，C4滤波，又供电到UC3842的7脚，这时可以不需要R12的启动了。
C9、R11接UC3842的定时端，和内部电路构成振荡电路，振荡的工作频率计算为：f=1.8/（Rt*Ct）代入数据可计算工作频率：f=68.18K4. 稳压电路该电路主要由精密稳压源T L 4 3 1 和线性光耦P C 8 1 7 组成，假设输出电压↑→经过R 1 6 、R 1 9 、R20、RES3的取样电压↑→TL431的1脚电压↑，当该脚电压大于TL431的基准电压2.5V时，TL431的2、3脚导通，→通过光电耦合到UC3842的2脚，于是UC3842的6脚驱动脉冲的占空比↓→开关变压器T1绕组上的能量↓→输出电压↓，达到稳压作用；反之，假设输出电压下降，则稳压过程与上相反。
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前工程师讲解：开关电源设计教程—理论基础篇
2015-02-06 09:24 来源：电源网作者：铃铛
很多工程师都能回想起自己初学电源时的情景，从最基础的理论基础开始，大量的查阅资料。
经历了迷茫和困惑，用时间一点点的积累。
小编将为大家整理一系列有关开关电源设计的教程，几乎包含了开关电源的所有拓扑。
这些教程由前工程师编写，根据自身的自学经验为大家量身打造，希望能够帮助大家走出迷茫，尽快迈上正轨。
对于初学者来说，最难的不是学习资料，而是找到并且区别哪些资料是有价值的，并且哪些是有必要的。
为了新手能够快速找到学习的路子，快速入门，真的迈进开关电源这个世界，现在将常用的拓扑一个一个写出来，用最简单，通俗的语言，用工程实践检验过的最可靠的理论。
先说说做开关电源需要具备的理论基础，做电源的工程师，分两类，一类是搞研究的，一类是搞工程的。
所谓搞研究的，就是研究各种新的技术、新材料、新工艺、新的拓扑结构等等。
这些人需要很高的理论底子，当然必须是高学历，数学、电磁学、电子学、自动控制等等。
还有一种就是我们最常见的电源工程师，就是在公司开发部做项目的电子工程师。
本文面对的是第二类的，也就是面对应用阶层的电源设计工程师。
必须加一句，像陶显芳老师赵修科老师这一类的大神级别的大师写的书，新手完全没必要使劲啃的，很费时费力。
大可囫囵吞枣看一下，能懂多少是多少。
然后在慢慢成长的过程中，回头再看，就会有很大的收获。
我们是做工程的，他们搞理论基础的。
大师写的书，一下子完全看懂，不大可能。
那些书很多方面写得很详细，有完整的理论推导，包括的也非常全面。
但是我还是奉劝新手不要在数学公式里面纠结。
那些书完全可以作为技术手册来使用。
做技术都有一个成长的过程，到了一定的程度，那些书就很有用处了。
应用类的工程师需要必须具备的理论基础有：模拟电子技术基础。
先说模拟电子技术的学习深度问题。
刚毕业，一般都不可能把模电学好，谁要是真的觉得自己刚毕业就很棒，那就有两种可能，要么自己自高自大，不知天高地厚。
要么就是跟导师真正实际做过项目，并且勤奋学习理论的人。
对于我们做电源的工程师来说，模电必须懂的东西列举一下：
电阻：电阻是各种电子电路里面最基础的原件，电阻在开关电源里面的应用主要有各种控制返回电路的分压网络，然后就是吸收回路里面的功率耗散。
我们设计中必须关注的有电阻的封装，功耗，耐压，精度。
三极管：三极管在开关电源中有两类用途：第一，做开关管。
开关电源的开关管现在主要有Mos管，三极管，IGBT。
第二，信号处理。
三极管在开关电源的控制电路里面，用的最多的也就是做个保护电路里面简单的小信号开关，然后就是做线性稳压电源（主电路里面的辅助电源）。
需要懂什么呢，刚开始，知道三极管怎么打开，怎么关闭就好。
然后知道什么是线性工作状态，什么是开关状态。
书上那些乱七八糟的计算，先放下来，平时基本用不上，用到了，再去查，很快就看懂了。
千万不要一头钻进理论里面去，浪费时间，浪费精力，用到的时候，第一参考元器件规格书，第二请教别人，然后再回头看书。
二极管：正向导通，反向截止。
知道什么是二极管结电容，二极管的关断时间，反向耐压，正向导通电压，正向持续电流，脉冲电流这些概念就OK了，基本够用了。
工作中遇到问题，然后再回头看书。
运算放大器：这个东西在电源设计里面，真的很重要。
学校里面老师讲的虚短虚断，必须懂，这个不能打折扣，反馈放大器，电流放大器，各种放大器的设计计算，它都是基础。
至于频率特性，相位特性，有能力的当然也要学习，也是很有用处的，别的暂且放下不管，不要死扣理论。
比较器：在开关电源里面主要用来做快速保护电路，当然运算放大器也可以用来做保护，但是，特别是过流保护，运算放大器就不行，反映时间太长了。
然后就是频率发生器，PWM比较器，滞回比较器等。
比较器和运放相比，还是简单一些的。
然后电工电子技术必须掌握的东西：
单相交流电;
单相交流电整流;
三相交流电;
三相交流电整流;
电容;
电容的分类：电解电容，最常用的整流滤波电容。
电解电容分极性，极性接反了，电容发生化学反应，就短路炸掉了。
电解电容的主要参数：耐压，容值，等效电阻（esr），工作温度，使用寿命，外观尺寸。
瓷片电容，金属膜电容，这些电容不分极性，ESR小，一般做高频旁路用的，因为电解电容ESR比较大，通常在电解电容旁边并联ESR小的高频电容。
Y电容，各种标准需要的。
关于电容，在分析电路时候，有一条最重要的我必须强调：电容充电，电流必须由电源正极，通过外部电路，流向电源负极;电容放电：电流必须由电容正端，通过外部回路，回到电容负端。
电感：开关电源里面电杆就分两大类，一类是储能用的，一类是做滤波器用的，就这两类。
变压器：开关电源里面的变压器指的就是变压器，跟工频变压器的工作原理一样。
（Flyback，LLC变压器，这个严格意义上，不是变压器，这俩是耦合电感）。
磁芯：必须知道的由：什么是磁芯截面积Ae,什么是窗口面积Aw，什么是B-H曲线，这个必须懂的。
铜线：必须知道什么是穿透深度，什么是电流密度。
为什么要用三层绝缘线，为什么要打挡墙。
一般来说，在刚入行的阶段，如果能够将上述提到的这些理论知识全部搞明白并烂熟于心，那么就有资格作为一名助工了。
这里要强调的是，从事电源工程师行业，实践经验的重要性要远远大于基础理论的学习，知识都是在问题的解决和实践中学习到的，而不是对着书本死磕理论得来的。
在下一篇教程当中，将为大家讲解开关电源的分类，欢迎关注。