直流开关电源的分类介绍
最详细的开关电源分析
最详细的开关电源分析开关电源是一种能将输入电源电能高效地转换成输出电源电能的电子装置，广泛应用于各种电子设备和系统中。
本文将详细介绍开关电源的工作原理、分类、特点以及常见故障分析。
开关电源的工作原理：开关电源通过使用开关器件（如MOS管、可控硅等）的开通和关断来对输入电源进行周期性切换，从而实现输入电源电能到输出电源电能的转换。
开关电源的主要工作原理可以分为四个阶段：整流、滤波、变压和稳压。
1.整流：开关电源的输入一般是交流电，首先需要将交流电转换为直流电。
整流电路可以使用整流桥或者整流二极管进行半波或全波整流，将交流电转换为脉冲电流。
2.滤波：在整流后，脉冲电流中还存在很多纹波，需要通过滤波电路将其滤除，使得输出电压更加平稳。
常见的滤波电路有电容滤波器和电感滤波器，它们通过对电流进行平滑处理来得到稳定的直流电压。
3.变压：在滤波后，输出电压一般较低，需要通过变压器将其升高或降低。
变压器的工作原理是利用磁性耦合将输入电压传递到输出端，通过变压器的变比关系调整输出电压。
4.稳压：得到了所需的输出电压后，还需要对输出电压进行稳定控制。
稳压电路通过反馈控制将输出电压与设定值进行比较，调整开关器件的开闭时间，使得输出电压稳定在设定值。
开关电源的分类：按照输入电源类型，开关电源可以分为交流输入开关电源（AC/DC）和直流输入开关电源（DC/DC）两种类型。
交流输入开关电源主要被应用于家用电器、工业设备等领域，直流输入开关电源则主要用于电子设备和通信设备等领域。
按照结构形式，开关电源可以分为离线式开关电源和在线式开关电源。
离线式开关电源将输入电流与输出电路通过电压变换器隔离，具有较好的安全性能。
在线式开关电源则可以将输入电流直接传导至输出电路，体积小巧，但对工作环境要求较高。
开关电源的特点：1.高效性：开关电源采用开关器件进行切换，可以实现高效率的能量转换，尤其在大功率和高频率应用中效果显著。
2.稳定性：开关电源采用稳压反馈控制，能够在输入电压范围和负载变化时保持稳定的输出电压。
开关电源 执行标准
开关电源执行标准开关电源是一种电子设备，它利用电路控制开关管进行高速开启和关闭，以提供稳定电压和电流的电源。
以下是开关电源的介绍和执行标准：一、开关电源的介绍1. 开关电源的基本原理开关电源利用电路控制开关管进行高速开启和关闭，以提供稳定电压和电流的电源。
它主要由输入电路、输出电路、开关管、控制电路等组成。
输入电路接收交流电，通过整流滤波得到直流电，再通过开关管进行高频开关，输出稳定的直流电。
控制电路则负责控制开关管的开启和关闭，以达到稳定的输出电压和电流。
2. 开关电源的种类开关电源可分为交流电源（AC-DC）和直流电源（DC-DC）两大类。
交流电源是将交流电转换为直流电，而直流电源则是将直流电进行升降压或稳压处理。
此外，根据输出路数和电路结构的不同，开关电源还可分为单路输出和多路输出，以及正激式和反激式等不同类型。
3. 开关电源的特点开关电源具有高效率、小体积、轻量化、高可靠性等优点。
由于其采用高频开关技术，因此具有较高的功率密度，能够提供稳定的电压和电流输出。
此外，开关电源还具有较好的保护功能，如过流保护、过压保护、欠压保护等，以确保用电设备和人身安全。
二、开关电源的执行标准1. 安全标准开关电源作为一类电子设备，其安全性是首要考虑的因素。
因此，在设计和生产过程中，需要严格遵守相关的安全标准。
例如，应符合GB4943.1-2011《信息技术设备安全第1部分：通用要求》、GB17625.1-2012《电磁兼容限值谐波电流发射限值（设备每相输入电流≤16A）》等国家或行业标准。
同时，对于出口产品还需符合相应的国际标准，如UL60950-1、EN60950-1等。
2. 性能标准开关电源的性能标准主要包括输出电压、电流、功率、效率等指标。
这些指标需要符合设计要求，以确保开关电源能够满足实际应用的需求。
例如，输出电压和电流需要稳定且精度较高，功率和效率则需要尽可能提高以降低能耗。
此外，对于具有稳压功能的开关电源，其稳压精度应符合相应的国家或行业标准。
开关电源DC-DC buck和boost介绍
输出电流
Iout(retad)：额定输出电流。 Iout(min)：在正常运行情况下，最小的输出电流。 Iout(max)：负载的瞬态承受的输出电流。 Isc：负载短路时的最大极限电流。
电源系统设计指标
动态负载响应时间
当加上阶跃负载时，电源系统响应需要的时间
电压调整率
输入电压变化时，输出电压的变化率，即： 电压调整率=（最高输出电压-最低输出电压）/额定输出电压 X100%
A
V+
B
V-
面积A=面积B
A
V+
B
V-
开关电源的基本分析
分析开关电源中电容和电感的几条原则：
1. 2. 3. 4. 电容两端的电压不能突变 (当电容足够大时,可认为其电压不 变)。 电感中的电流不能突变 (当电感足够大时,可认为其电流恒定 不变)。 流经电容的电流平均值在一个开关周期内为零。 电感两端的伏秒积在一个开关周期内必须平衡。
I C
+ U -
U
It C
2. 在稳态工作的开关电源中流经电容的电流对时间的积分为零。
A
I+
B
I-
面积A=面积B
开关电源的基本分析
电感的基本方程
i(t)
+ u(t) -
di(t ) u(t ) L dt
1. 当一电感突然加上一个电压时, 其中的电流逐渐增加, 并且电感量越大电流增加 越慢.
有源开关(Switch)
二极管(Diode)
电感(Inductor)
电容器(Capacitor)
变压器(Transformer)
开关电源的基本分析
电容的基本方程
i(t) + u(t) -
开关电源分类及原理
开关电源分类及原理开关电源是一种常见的电源类型，广泛应用于各种电子设备中。
根据其工作原理和特点，可以将开关电源分为多种类型。
本文将介绍几种常见的开关电源分类及其原理。
一、开关电源的分类1. 基于工作方式的分类开关电源可以根据其工作方式进行分类，主要包括以下几种类型：（1）开关模式电源：开关模式电源是一种常见的开关电源类型，其工作原理是通过开关管的开关动作来控制电源的输出。
开关模式电源具有高效率、稳定性好等特点，广泛应用于计算机、通信设备等领域。
（2）开关逆变器电源：开关逆变器电源是一种将直流电转换为交流电的开关电源。
它通过开关管的开关动作，将直流电源转换为高频交流电，再通过滤波电路得到稳定的交流电输出。
开关逆变器电源在太阳能发电、电动汽车等领域有着广泛的应用。
（3）开关稳压电源：开关稳压电源是一种能够提供稳定输出电压的开关电源。
它通过反馈控制电路来实现对输出电压的调节，具有输出电压稳定、响应速度快等特点，常用于精密仪器、医疗设备等领域。
2. 基于拓扑结构的分类开关电源还可以根据其拓扑结构进行分类，主要包括以下几种类型：（1）开关电源的原理开关电源的工作原理是通过开关管的开关动作来控制电源的输出。
当开关管导通时，电源输出电压；当开关管关断时，电源停止输出。
通过不断地开关动作，可以控制输出电压的大小和稳定性。
（2）开关电源的优点开关电源相比传统的线性电源具有以下优点：- 高效率：开关电源采用开关管进行开关动作，能够实现高效率的能量转换，减少能量损耗。
- 小体积：开关电源采用高频开关动作，可以减小变压器和滤波电容的体积，使整个电源模块更加紧凑。
- 宽输入电压范围：开关电源能够适应较宽的输入电压范围，具有较好的电网适应性。
- 稳定性好：开关电源通过反馈控制电路来实现对输出电压的调节，具有较好的稳定性和响应速度。
（3）开关电源的应用领域开关电源广泛应用于各种电子设备中，包括计算机、通信设备、工业自动化设备、医疗设备等。
开关电源的9种分类方式
开关电源的9种分类方式
（1）按技术、开关管的连接方式、电源技术划分，开关电源可分为串联型开关电源和并联型开关电源。
串联型开关电源的开关管是串联在输入电压和输出负载之间，属于降压式稳压电路；而并联型开关电源的开关管是在输入电压和输出负载之间并联的，类似于冗余电源一类的属于升压式稳压电路。
（2）按激励方式，开关电源可分为自激式和他激式。
在自激式开关电源中，由开关管和变压器技术'>高频变压器构成正反馈环路，来完成自激振荡，类似于间歇振荡器；而他激式开关电源必须附加一个振荡器，振荡器产生的开关脉冲加在开关管上，控制开关管的导通和截止，使开关电路工作并有直流电压输出。
（3）按调制方式，像服务器电源的开关电源可分为脉宽调制（PWM）方式和脉频调制（PFM）方式。
PWM是通过改变开关脉冲宽度来控制输出电压稳定的方式，而PFM是当输出电压变化时，通过取样比较，将误差值放大后去控制开关脉冲周期（即频率），使输出电压稳定。
（4）按输出直流值的大小，开关电源可分为升压式开关电源和降压式开关电源，也可分为高压开关技术'>高压开关电源和低压开关电源。
（5）按输出波形，开关电源可分为矩形波和正弦波电路。
（6）按输出性能，开关电源可分为恒压恒频和变压变频电路。
（7）按开关管的个数及连接方式又可将开关电源分为单端式、推挽式、半桥式
和全桥式等。
单端式仅用一只开关管，推挽式和半桥式采用两只开关管，全桥式则采用四只开关管。
（8）开关电源按能量传递方式又可分为正激式和反激式。
（9）按软开关方式分，开关电源有电流谐振型、电压谐振型、E类与准E类谐振型和部分谐振型等。
直流电源的分类
直流电源的分类
直流电源的分类包括以下几种：
1. 普通变压器直流电源：采用变压器将输入的交流电压降压后，经过整流、滤波等处理后输出稳定的直流电压。
这种电源常用于简单的电子电路或小型机器设备中。
2. 开关电源：开关电源是一种高频变压器直流电源。
它通过高频脉冲变换器将输入的交流电压变换成高频交流电压，再经过滤波等处理后输出稳定的直流电压。
开关电源具有高效率、高精度、低噪音等优点，是电子产品普遍采用的主要直流电源。
3. 并联电源：并联电源是指多种直流电源共同供电的一种电源方式。
它可以同时使用多个直流电源，从而大大提高了电源的输入电流、输出电压等性能。
4. 内置式直流电源：内置式直流电源是指将电源设备内置于电子产品中，直接为产品提供电力。
这种电源常用于各种移动设备、平板电脑、智能手机等电子产品中。
5. 模块化直流电源：模块化直流电源是指将电源模块化，可以根据需要组合不同的电源模块，满足不同的电力需求。
6. 机柜式直流电源：机柜式直流电源是指可以安装在机柜内的直流电源，它具有高可靠性、高稳定性等优点，常用于通信、金融等行业的关键设备中。
此外，直流电源还可以根据输出电压特性、工作方式、用途、电源结构等方式进行分类。
不同种类的直流电源适用于不同的场合和设备，选择合适的电源才能更好地满足电力需求和设备运行要求。
DCDC原理及指标介绍
DC-DC原理及指标介绍1、开关电源：是一种高频化电能转换装置，其主要利用电子开关器件(如晶体管、MOS管、可控晶闸管等)，通过控制电路，使电子开关器件周期性地"接通"和"关断"，让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现电压变换以及输出电压可调和自动稳压的功能。
开关电源的优势：①功耗低，效率高。
②体积小，重量轻。
③稳压范围宽。
开关电源的损耗来源：①开关管损耗。
②电感电容损耗。
③二级管损耗。
开关电源的损耗分析：开关电源的效率可以达到90%以上，如果精心优化与设计，甚至可以达到95%以上，这在以电池作为电力来源的场合非常重要，例如手机、小型无人机等。
因此开关电源设计的优劣程度将直接影响设备的续航能力。
(1)开关管损耗：这是开关电源的主要损耗，主要包括开关损耗、导通损耗。
因此应该尽量选择导通电阻比较小的开关管作为开关电源的核心元器件。
(2)电感电容损耗：电感损耗主要包括直流电阻损耗，电容损耗主要包括漏电流损耗。
因此应该尽量选择直流电阻较小的电感和漏电流较小的电容元器件。
(3)二极管损耗：主要包括导通损耗和开关损耗。
因此应该尽量选择导通压降较小，反向恢复时间较短的二极管，例如肖特基二极管或快恢复二极管等。
2、开关电源的分类：按照调制方式的不同可分为脉宽调制(PWM)和脉频调制(PFM)两种，目前脉宽调制(PWM)在开关电源中占据主导地位。
按照管子的连接方式可分为串联式开关电源、并联式开关电源和变压器式开关电源三大类。
按照输出电压的不同可分为降压式开关电源和升压式开关电源两种。
按照输入输出类型可分为：AC-AC、DC-AC、AC-DC、DC-DC四种，这里以DC-DC为主进行介绍。
按照是否有电气隔离可分为隔离型开关电源和非隔离型开关电源两种。
3、开关电源的三种基本拓扑结构(以非隔离型为主)：DC/DC变换器一般都包括两种基本工作模式：电感电流连续模式(CCM)、电感电流断续模式(DCM)。
开关电源的分类标准
开关电源的分类标准
开关电源可以按照多种标准进行分类，下面是一些常见的分类标准：
1. 按输入电压类型分类：
-直流输入开关电源：输入电压为直流电。
-交流输入开关电源：输入电压为交流电。
2. 按输出电压类型分类：
-单路输出开关电源：只有一个输出电压。
-多路输出开关电源：具有多个输出电压，可同时提供不同电压的输出。
3. 按输出功率大小分类：
-小功率开关电源：输出功率在几瓦特以下。
-中功率开关电源：输出功率在数十瓦特到几百瓦特之间。
-大功率开关电源：输出功率在数百瓦特到几千瓦特以上。
4. 按工作方式分类：
-开环开关电源：没有反馈控制回路，输出电压不受监
控和调整。
-闭环开关电源：采用反馈控制回路，能够对输出电压进行监测和调整。
5. 按应用领域分类：
-工业开关电源：用于工业自动化设备、仪器仪表等领域。
-通信开关电源：适用于通信设备、网络设备和数据中心等领域。
-汽车开关电源：专门设计用于汽车电子系统供电。
这些分类标准并不是绝对的，开关电源还可以根据其他特定要求进行更详细的分类。
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直流开关电源的分类介绍
现代开关电源有两种：一种是直流开关电源；另一种是交流开关电源。
这里介绍的只是直流开关电源，其功能是将电能质量较差的原生态电源（粗电），如市电电源或蓄电池电源，转换成满足设备要求的质量较高的直流电压（精电）。
直流开关电源的核心是DC/DC转换器。
因此直流开关电源的分类是依赖DC/DC转换器分类的。
也就是说，直流开关电源的分类与DC/DC转换器的分类是基本相同的，DC/DC转换器的分类基本上就是直流开关电源的分类。
直流DC/DC转换器按输人与输出之间是否有电气隔离可以分为两类：一类是有隔离的称为隔离式DC/DC转换器；另一类是没有隔离的称为非隔离式DC/DC转换器。
隔离式DC/DC转换器也可以按有源功率器件的个数来分类。
单管的DC/DC转换器有正激式（Forward）和反激式（Flyback）两种。
双管DC/DC转换器有双管正激式（DoubelTransistor Forward Converter），双管反激式（Double Transistr F1yback Converter）、推挽式
（Push-Pu11 Converter）和半桥式（Ha1f-Bridge Converter）四种。
四管DC/DC转换器就是全桥DC/DC转换器（Fu11-Bridge Converter）。
非隔离式DC/DC转换器，按有源功率器件的个数，可以分为单管、双管和四管三类。
单管DC/DC转换器共有六种，即降压式（Buck）
DC/DC转换器，升压式（Boost）DC/DC转换器、升压降压式（Buck Boost）DC/DC转换器、Cuk DC/DC转换器、Zeta DC/DC转换器和SEPIC DC/DC转换器。
在这六种单管DC/DC转换器中，Buck和Boost式
DC/DC转换器是基本的，Buck-Boost、Cuk、Zeta、SEPIC式DC/DC 转换器是从中派生出来的。
双管DC/DC转换器有双管串接的升压式（Buck-Boost）DC/DC转换器。
四管DC/DC转换器常用的是全桥
DC/DC转换器（Fu11-Bridge Converter）。
隔离式DC/DC转换器在实现输出与输入电气隔离时，通常采用变压器来实现，由于变压器具有变压的功能，所以有利于扩大转换器的输出应用范围，也便于实现不同电压的多路输出，或相同电压的多种输出。
在功率开关管的电压和电流定额相同时，转换器的输出功率通常与所用开关管的数量成正比。
所以开关管数越多，DC/DC转换器的输出功率越大，四管式比两管式输出功率大一倍，单管式输出功率只有四管式的1/4。
非隔离式转换器与隔离式转换器的组合，可以得到单个转换器所不具各的一些特性。
按能量的传输来分，DC/DC转换器有单向传输和双向传输两种。
具有双向传输功能的DC/DC转换器，既可以从电源侧向负载侧传输功率，也可以从负载侧向电源侧传输功率。
DC/DC转换器也可以分为自激式和他控式。
借助转换器本身的正反馈信号实现开关管自持周期性开关的转换器，叫做自激式转换器，如洛耶尔（Royer）转换器就是一种典型的推挽自激式转换器。
他控式DC/DC转换器中的开关器件控制信号，是由外部专门的控制电路产生的。
按照开关管的开关条件，DC/DC转换器又可以分为硬开关（Hard
Switching）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损耗也是一定的，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-Voltage-Switching，ZVS），或是通过开关管的电流为零，即
零电流开关（Zero-Current·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）。
绝缘栅双极性晶体管（Insu1ated Gate Bipo1ar tansistor，IGBT）是一种复合开关器件，关断时的电流拖尾会导致较大的关断损耗，如果在关断前使流过它的电流降到零，则可以显着地降低开关损耗，因此IGBT宜采用零电流（ZCS）关断方式。
IGBT在零电
压条件下关断，同样也能减小关断损耗，但是MOSFET在零电流条件下开通时，并不能减小容性开通损耗。
谐振转换器（ResonantConverter ，
RC）、准谐振转换器（Qunsi-Tesonant Converter，QRC）、多谐振转换器（Mu1ti-ResonantConverter，MRC）、零电压开关PWM转换器（ZVS PWM Converter）、零电流开关PWM转换器（ZCS PWM Converter）、零电压转换（Zero-Vo1tage-Transition，ZVT）PWM转换器和零电流转换（Zero- Vo1tage-Transition，ZVT）PWM转换器等，均属于软开关直流转换器。
电力电子开关器件和零开关转换器技术的发展，促使了高频开关电源的发展。