提高开关电源效率的电路技术
如何提高开关电源效率 电阻的大小会有何影响
如何提高开关电源效率电阻的大小会有何影响
课程介绍本课程主要讲的是自举电容首次充电电路的分析和搭建。
上节课我们讲到了MOS管前的这个电阻，当一个12V的电压过来充电的话，电阻两端就会有一个18V的压降。
如果这个压降比较大，而电阻阻值比较小的话，那么这个电阻的功率就会特别的大。
电阻功率一大就容易发热，不符合我们低功耗设计的一个规范和需求，同时开关电源整个的效率都被大大降低了。
要使得开关电源效率很高，那么电路中每个点的功耗都不能太大，所以这里消耗了这么大的电流是不行的。
因此我们要把该电阻加的特别大，而加到多少比较合适呢？理论上来说是越大越合适，因为流过电阻的电流变小了，我们的设计方向就是这个电流越小越好。
但是如果电阻上了MΩ级，30V通过这个电阻对电容进行充电，充电的时间就特别长。
我们希望的Buck电路启动时间不会太长。
电容的经验充电电流一般都是1-2mA的电流，这样充到10V的时间比较快，所以这个电阻取20KΩ是比较合适的。
学习获得：
通过这个课程你可以：
掌握开关电源电感计算；
学会前级驱动电路的设计与分析；
了解自举电容自举电容首次充电电路的分析和搭建，分析电路不足并引出电流环和电压环；
电路的调试；
适宜学习人群：
1、如果你还是学生，正厌倦于枯燥的课堂理论课程，想得到电子技术研发的实战经验；
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电力电子技术中的开关电源稳定性问题解决方案
电力电子技术中的开关电源稳定性问题解决方案在电力电子技术领域，开关电源被广泛应用于各种电子设备中，如电脑、电视、手机等。
然而，开关电源在工作过程中可能会遇到一些稳定性问题，如输出电压波动、负载调整时的响应速度慢等。
为了解决这些问题，工程师们提出了一系列解决方案，以提高开关电源的稳定性。
本文将介绍一些常见的解决方案，并探讨其优缺点。
1. 负载平衡控制负载平衡控制是一种通过调整负载来提高开关电源稳定性的方法。
通过监测负载的变化，控制电源输出电压的稳定性。
具体来说，可以通过增加负载电流的计算方法，以达到平衡负载的目的。
虽然这种方法可以在一定程度上提高稳定性，但是其优势在于简单易行，缺点在于无法解决电源本身的波动问题。
2. 调整开关频率开关频率是开关电源的一个重要参数，它对其稳定性有着直接影响。
通过调整开关频率，可以降低输出电压的波动程度，提高开关电源的稳定性。
研究表明，较高的开关频率可以减少输出电压的波动，但也会增加电源的功耗。
因此，在选择开关频率时，需要综合考虑功耗和稳定性之间的权衡。
此外，还可以通过采用多重开关频率的控制方法来提高稳定性。
3. 使用反馈控制反馈控制是一种常见且有效的方法，用于提高开关电源的稳定性。
通过采集输出电压、电流等参数，并将其与设定值进行比较，通过调节控制回路来实现对电源的稳定控制。
这种方法可以及时检测并纠正电源输出的偏差，以达到稳定的输出效果。
然而，反馈控制的缺点在于需要较复杂的电路设计，并且容易受到环境干扰。
4. 推嵌式磁控制推嵌式磁控制是一种应用于开关电源的新技术，它可以提高电源的稳定性和效率。
通过在开关电源输入端添加嵌入式磁性元件，可以减少输出电压的波动，并提高稳定性。
这种技术还具有体积小、重量轻等优点。
然而，其缺点在于需要较高的成本投入和复杂的制造工艺。
5. 使用滤波器滤波器是一种常见的用于抑制电源噪声的装置，也可以用来提高开关电源的稳定性。
通过将滤波器连接在电源输出端，可以有效地滤除输出电压中的高频噪声，提供更稳定的输出电压。
自举电路原理
自举电路原理自举电路（Bootstrap Circuit）是一种常见的电路设计技术，它可以利用电容器的自举效应来提高电路的性能和稳定性。
在许多应用中，自举电路被广泛应用于放大器、开关电源和驱动电路中。
本文将介绍自举电路的原理、工作方式和应用。
自举电路的原理是利用电容器的自举效应来提高电路的输入阻抗和稳定性。
在自举电路中，一个电容器被连接到电路的输出端和输入端，通过这种连接方式，电容器可以存储输出信号的能量，并将其反馈到输入端，从而提高输入阻抗。
这种反馈机制可以有效地减小电路的输入阻抗，提高放大器的增益和带宽，提高开关电源的效率，增强驱动电路的性能。
自举电路的工作方式是通过一个反馈回路来实现的。
当电路的输出信号发生变化时，电容器会存储输出信号的能量，并将其反馈到输入端，从而改变输入端的电压。
这种反馈机制可以使电路的输入阻抗变大，从而提高电路的性能和稳定性。
在放大器中，自举电路可以提高放大器的增益和带宽，减小失真和噪声；在开关电源中，自举电路可以提高开关管的导通速度和效率；在驱动电路中，自举电路可以增强驱动器的响应速度和输出能力。
自举电路的应用非常广泛。
在放大器中，自举电路可以提高放大器的性能和稳定性，使其适用于更广泛的应用场合；在开关电源中，自举电路可以提高开关电源的效率和稳定性，降低功耗和热损耗；在驱动电路中，自举电路可以增强驱动器的输出能力和响应速度，提高系统的性能和可靠性。
总之，自举电路是一种非常重要的电路设计技术，它可以提高电路的性能和稳定性，适用于各种应用场合。
通过合理地设计和应用自举电路，可以提高电路的性能和可靠性，满足不同应用场合的需求。
希望本文的介绍能够帮助大家更好地理解和应用自举电路，为电路设计和应用提供参考和借鉴。
运用软开关技术的Boost电路原理及实现
运用软开关技术的Boost电路原理及实现1 引言采用硬开关工作方式的Boost电路，在开关频率很高时，其开关损耗增大，电源效率降低。
为了提高开关电源的频率和效率，必须减小开关损耗。
本文提出了一种运用软开关技术的Boost电路，该电路实现简便，开关频率恒定，控制简单。
通过对该电路工作原理的分析，以及仿真及实验的结果，证明该电路具有良好的减少开关损耗及提高电源效率的作用。
2 主电路拓扑及工作原理分析该电路的拓扑如图1所示。
从图中可以看出，它是由传统的Boost 电路与由D2、D3、Lr、Cr组成的谐振电路连接而成的。
该电路工作过程如图2所示。
为了讨论的方便，我们假定L1中的电流和Cf中的电压在一个开关周期内保持不变。
电路工作波形如图3所示。
1) 第一阶段[t0－t1]t0时刻二极管D1导通，能量由电源向负载输送。
2) 第二阶段[t1－t2]S1在ZCS的状态下开通，t2时刻Lr中的电流线性下降到零。
由于D1保持导通，Cr的电压保持在Vo。
3) 第三阶段[t2－t3]t2时刻D1截至，谐振开始，D2导通，电容Cr向Lr充电，Cr上的电压由V o变到－Vi。
4) 第四阶段[t3－t4]t3时刻D3导通，Cr中的电压与输入电压相等。
在这个阶段中，Lr 中的电流线性减小到零。
5) 第五阶段[t4－t5]t4时刻Lr中的电流变为0，D2、D3截至。
6) 第六阶段[t5－t6]t5时刻S1在ZVS的状态下断开，D3为电流ii提供一条通路，电容线性放电。
7) 第七阶段[t6－t7]t6时刻电容Cr上的电压变为（Vo－Vi）时，D1导通。
在此过程中，Lr和Cr又有一次谐振，直至VCr变为V o。
8) 第八阶段[t7－t8]t7时刻VCr=V o时，D2导通，Lr中的电流线性上升，直至电流变为Ii。
该阶段结束后，便开始，下一个周期。
从图3中可以看出，电路是工作在软开关状态下的。
3 电源变换范围的讨论为了便于对电路电压增益进行定量的分析，我们假定所有的元器件都是理想的。
电力电子技术在开关电源中的应用
电力电子技术在开关电源中的应用一、开关电源的基本原理开关电源是一种将交流电转化为直流电的电源装置，其基本原理是通过电子器件的导通和断开，实现电源的电压、电流的控制和调节。
开关电源一般由整流滤波电路、功率因数校正电路、PWM控制电路、变压器等部分组成。
整流滤波电路是将交流电转化为直流电的第一步，其作用是将输入的交流电变成大致平稳的直流电。
功率因数校正电路用于校正电源的功率因数，提高整体的电能利用效率。
PWM控制电路通过脉冲宽度调制技术，对电源的输出电压、电流进行精密的控制。
变压器则用于提高或降低电压，使得输出电压与负载匹配。
1. 电力电子器件电力电子器件是电力电子技术在开关电源中的核心部件，包括晶闸管、场效应管、三极管等。
晶闸管由于其可控性能好，因此在开关电源中应用广泛。
场效应管则因其损耗小、性能稳定而备受青睐。
电力电子器件的不断进步和发展，为开关电源的控制和调节提供了强有力的支持。
2. PWM技术PWM技术是一种通过改变开关管的导通时间和断开时间，实现对电源输出电压、电流的控制和调节的技术。
通过PWM技术可以实现输出电压、电流的精确匹配，提高了开关电源的效率和稳定性。
PWM技术还可以实现软开关技术，减小开关管的开关损耗，提高了电源的整体性能。
3. 电磁兼容性电磁兼容性是指电器设备在正常工作时不对周围的电子设备造成干扰，也不受周围电子设备的干扰。
电力电子技术在开关电源中的应用，需要考虑到电磁兼容性的问题。
通过合理设计布局和滤波器的加入，可以有效降低开关电源对周围设备的干扰，保证了电力系统的正常运行。
4. 多级逆变技术多级逆变技术是一种将直流电转化为交流电的技术，可以实现对电源输出波形的控制和调节。
多级逆变技术可以将开关电源的输出电压、频率进行精确控制，提高了电源的质量和稳定性。
多级逆变技术还可以实现多重保护功能，确保了设备的安全运行。
5. 节能节电技术电力电子技术在开关电源中的应用，可以实现对电源的节能节电。
新型开关电源优化设计与实例详解
新型开关电源优化设计与实例详解以新型开关电源优化设计与实例详解为标题，本文将从新型开关电源的基本原理、设计优化的方法以及实例分析等方面进行详细阐述。
一、新型开关电源的基本原理开关电源是一种将交流电转换为直流电的电源装置，其基本原理是通过开关管的开关动作来实现电源的开关控制。
传统的开关电源在工作过程中存在一些问题，如功率损耗大、效率低、噪声大等。
为了克服这些问题，新型开关电源采用了一些优化设计方法。
二、新型开关电源的设计优化方法1. 降低功率损耗：通过采用功率开关管的低导通电阻材料和优化电路设计，降低功率开关管的导通电阻，从而减少功率损耗。
2. 提高效率：采用高效的开关控制器和高效的变压器设计，减少能量的损耗，提高开关电源的转换效率。
3. 降低噪声：通过优化电路布局和选择低噪声元件，减少开关电源的噪声产生，提高工作环境的舒适性。
4. 提高稳定性：采用先进的控制算法和稳压电路设计，提高开关电源的稳定性，减少输出波动。
5. 减小体积：通过优化元件布局和采用高集成度的芯片设计，减小开关电源的体积，提高电源的集成度和便携性。
三、新型开关电源的实例分析以一款新型开关电源为例进行分析，该开关电源采用了先进的控制算法和高效的变压器设计，具有以下特点：1. 高效率：通过优化的开关控制器和变压器设计，该开关电源的转换效率达到了90%以上，相比传统开关电源提高了20%以上。
2. 低噪声：采用低噪声元件和优化的电路布局，该开关电源的噪声水平明显低于传统开关电源，提高了工作环境的舒适性。
3. 稳定性强：通过先进的控制算法和稳压电路设计，该开关电源的输出稳定性非常好，输出波动小于1%。
4. 小巧便携：采用高集成度的芯片设计和优化的元件布局，该开关电源的体积明显减小，非常适合便携式设备的使用。
以上是对新型开关电源优化设计与实例的详细阐述。
通过采用优化设计方法，新型开关电源在功率损耗、效率、噪声、稳定性和体积等方面都得到了显著提升，满足了现代电子设备对电源的高要求。
zvs原理
zvs原理ZVS原理是一种用于降低电力损失和提高效率的电源开关技术，它的全称是“零电压开关原理”（Zero Voltage Switching）。
该技术用于开关电源、逆变器等电路中，可以有效减少开关器件的开关损耗，从而提高整个电路系统的效率，同时降低了电压的涟漪和噪声。
一、ZVS的原理在讲解ZVS原理之前，我们需要先来了解一下开关电源的基本结构。
开关电源主要由开关管、变压器、输出电容、滤波电感和控制电路等组成。
开关电源的工作原理是，通过控制开关管的导通和断开，将直流电源转换为高频脉冲电流，然后通过变压器转换为所需电压和电流，最后通过输出电容和滤波电感对电压进行滤波，得到所需的直流电信号。
在这个过程中，开关管的开关是非常重要的。
一般来说，开关管在导通和断开时都会存在一定的开关损耗，这会造成能量的损失和电路的效率下降。
为了降低这种开关损耗，ZVS技术被广泛应用在开关电源中。
ZVS技术是利用一个LC 谐振电路来控制开关管的开关，让开关管在电压为零的时候进行开关，从而达到减小开关损耗的效果。
图1是ZVS电路的示意图，它由一个开关管Q1、一个变压器T1和两个谐振电容C1、C2和两个电感L1、L2组成。
在电源端口增加了一个电感Ls并且在输出负载上并联一个电容Cout。
图中的电感L1、L2直接连接到开关管Q1上。
在开关管Q1和变压器T1之间串联了一个电容Cin，电容Cin的值大约是图中LC谐振电路的四倍。
当开关管Q1导通时，电流从直流电源流入到电容Cin中，同时电容Cin开始充电。
当电容Cin中的电压与电源电压相等时，电容Cin开始放电，电流通过电感L1、Ls、L2和开关管Q1之间形成了一个匹配的谐振电路。
当电容C2的电压达到零电位时，开关管Q1不会产生开关损耗。
电容C2接在变压器T1次级上，当C 2 的电压达到零电位时，开关管才能够开关。
在此前的时刻，开关管无法开关，因为电容Cin会阻止开关管Q1中的电流流入谐振电路的一侧。
开关电源效率低的解决方法
开关电源效率低的解决方法开关电源是现代电子设备中非常常见的一种电源类型，其具有体积小、重量轻、效率高的特点。
然而，有时候我们可能会遇到开关电源效率低的问题，这不仅会导致能源浪费，还可能影响设备的稳定性和寿命。
那么，接下来我将详细介绍开关电源效率低的解决方法。
首先，了解开关电源效率低的原因是解决问题的关键。
开关电源效率低的主要原因包括功耗大、损耗多、输出电压波动大。
功耗大主要是因为开关管的导通电阻和开关管与负载之间的传输线的阻抗造成的，损耗多主要是因为开关管开关失真、谐振出现等。
因此，解决开关电源效率低的方法可以从限制功耗、减少损耗、稳定输出电压等方面来着手。
首先，限制功耗是提高开关电源效率的重要方法之一。
可以通过选择合适的电源规格、减小开关电源的额定功率等来限制功耗。
此外，优化开关管结构和材料，减小导通电阻和开关损耗，也是限制功耗的有效手段。
例如，采用具有低导通电阻和低开关损耗的电路元件，如SiC (碳化硅)或GaN (氮化镓)等材料制作的开关管，可以显著降低功耗，提高效率。
其次，减少损耗是提高开关电源效率的另一个重要方法。
损耗主要包括开关损耗和导通损耗。
开关损耗可以通过合理选择开关频率和最小化开关失真来减少。
导通损耗可以通过降低电源输出电压和限制电流波动来减小。
此外，优化开关电源的传输线路，减少阻抗损耗也可以降低导通损耗。
最后，稳定输出电压是提高开关电源效率的关键。
开关电源的输出电压波动会导致效率下降和对负载设备造成损害。
为了稳定输出电压，可以采用反馈控制方法，通过连接反馈电路来实时监测并调节输出电压。
此外，增加电源滤波电容和电感，可以有效提供稳定的输出电压和滤除噪声。
综上所述，开关电源效率低的问题可以通过限制功耗、减少损耗和稳定输出电压等方式来解决。
采用合适的电源规格和元件材料，优化开关电源的结构和设计，以及实施反馈控制，是提高开关电源效率的关键。
通过系统的设计和实施这些方法，我们可以显著提高开关电源的效率，减少能源浪费，同时也能提高设备的性能和寿命。
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提高开关电源效率的电路技术
熊猫电子集团公司岳云
引言
随着半导体技术的不断进步，信号处理和信息处理电路的高密度集成化取得了长足的进步，系统LSI研发和推广活动也开展得如火如荼。
与此同时，对为这些系统LSI供电的电源电路本身也提出了高功率密度的要求。
目前使用的电源几乎都是开关电源，其小型化的基本方法便是提高开关电源的开关频率。
从另一个方面来说，如果电源的功耗增加，则对于电源的小型化是极为不利的。
尤其随着近来信息处理设备用量的激增，从节能的角度考虑，人们对于降低功耗（亦即提高电源的效率）给予了很大的关注。
本文将从电路和系统的层面上对开关电源效率指标的改善进行一些粗浅的分析。
提高开关电源效率的常见方法
开关电源的功耗包括由半导体开关、磁性元件和布线等的寄生电阻所产生的固定损耗以及进行开关操作时的开关损耗。
对于固定损耗，由于它主要取决于元件自身的特性，因此需要通过元件技术的改进来予以抑制。
在磁性元件方面，对于兼顾了集肤效应和邻近导线效应的低损耗绕线方法的研究由来已久。
为了降低源自变压器漏感的开关浪涌所引起的开关损耗，人们开发出了具有浪涌能量再生功能的缓冲电路等新型电路技术。
以下是提高开关电源效率的电路和系统方法：
（1）ZVS（零电压开关）、ZCS（零电流开关）等利用谐振开关来降低开关损耗的方法。
（2）运用以有源箝位电路为代表的边缘谐振（Edge Resonance）来降低开关损耗。
（3）通过延展开关元件的导通时间以抑制峰值电流的方法来减少固定损耗。
（4）在低电压大电流的场合通过改善同步整流电路的方法来减少固定损耗。
（5）利用转换器的并联结构来减少固定损耗。
其中，第一种方法对于降低开关损耗极为有效，但问题是因峰值电流和峰值电压所导致的固定损耗将会增加。
第二种方法是为解决该问题而开发的有源缓冲器（Active Snubber），是一种极为实用的ZVS方式；但是，由轻负载条件下的无功电流所引发的效率下降问题却是其一大缺陷。
第三种方法中，采用抽头电感器（Tap Inductor）的方式是比较有效的，它能够应付由漏感所引起的浪涌现象。
关于第四种方法，两段式结构是实现同步整流电路高效工作的方法之一，它采用接近0.5的固定时间比率（Time Ratio），并由前段的转换器来进行
输出电压控制。
它一反“两段式结构将导致效率下降”这一传统思维模式，在低电压大电流的场合非常有效。
至于第五种方法，既可将整个转换器电路进行并联，也可像电流倍增器（Current Doubler）那样部分采用并联结构。
下面将对利用转换器的并联操作所实现的效率提升情况进行简要阐述。
并联结构转换器实现高效化
1．采用转换器并联结构的效率改善
图1示出了采用单个转换器和两个并联转换器的不同转换器系统
结构。
这些并联的转换器是完全相同的，内阻为r，固定损耗为PC。
设负载电压为VO，负载电流为IO，则采用单个转换器时的电效率η
S为：
ηS = VOIO /(VOI_ + PC + rIO2) (1)
图2描绘了负载电流与效率特性的关系曲线。
对于采用并联转换器结构的场合而言，其功率效率为：
ηP=VOIOVO/(VOIO+2PC+(k2+(1- k)2 )rIO2) (2)
式中，k为负载电流的分割比。
效率改善率F被定义为：
F≡(ηP-ηS)/ηS×100% (3)
将(1)式和(2)式代入可得出：
F=(2k(1-k) rIO2 - PC)/((2k2- 2k+1)rIO2+2PC + VOIO) (4)
该效率改善率与负载电流的关系曲线示于图3。
由图可知，
k=0.5时的效率改善率最高。
另外，如果将负载电流集中于一个转换器反而会使效率下降，
这是由于存在固定损耗造成的。
2．采用PFC（功率因数校正）型转换器时的效率改善
以往的一段式PFC转换器为了在改善输入电流波形的同时减小输出电压纹波而采用了图4所示的混合并联（Hybrid Parallel，简称HP）方式。
这种PFC转换器所采用的并联结构是把以不连续电流模式工作的回扫型转换器置于上部，而将普通的回扫型DC/DC转换器置于下部。
在这种场合，出于改善输入电流波形的需要，通过调整两个变压器的激励电感的方法来使上部的电流占全部电流的70%～80%。
因此，即使是对于5A这样的大电流也能够获得满足IEC规格5级标准（Class 5）的电流波形。
但由图3可知，从改善效率的角度考虑，采用并联结构只是在负载电流分割比k = 0.7～0.8的情况下才能获得满意的效果。
为此人们对图4所示的电路进行了改良，即通过改变传统HP-PFC转换器输入端体电容的充电路径（Charging Path）的方法来抑制峰值输入电流（参见图5）。
这种改良型PFC转换器的输入电流波形满足IEC规格D级标准（Class D），而且可把负载电流分割比k设定为0.5～0.6，从而进一步提升效率。
图6对HP-PFC转换器改进前后的效率指标进行了对比。
参考文献
1 Journal of Power Electronics, V ol.2, No.3, 2002
2 APEC'02 Proceedings, pp.735-741, 2002
3 信学技法, V ol.102, No.643, pp.77-82, EE2002-76。