开关电源中控制器特性分析举例
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。
开关电源控制模式分析
开关电源控制模式分析摘要:开关电源高频化、模块化、数字化的实现,标志着开关电源控制技术的成熟,本文分析了开关电源控制模式,在总结了开关电源发展历程的基础上分析了数字化控制及电流型控制模式的优点。
关键词:开关电源控制模式数字化控制模块化开关电源作为一种能够稳定持续输出电压的电源,其主要是由控制开关晶体管控制开通和关断时间的,因此,在开关电源中最重要、最核心的部分就是控制电路,本文进行了开关电源控制模式分析。
1 开关电源概述开关电源是伴随着电力电子技术的进步而发展起来的,由于具有高效节能、轻巧便捷等特点,开关电源得到了越来越广泛的应用。
开关电源的效率可达到85%以上,与普通的线性电源相比其效率提高了近一倍,且其可靠性也较高,采用了体积较小的散热器和滤波元件,具有良好的发展前途。
可将开关电源分为AC/AC和DC/DC电源等类型,其中DC/DC电源变换器已实现了模块化的设计和发展,得到了广大用户的普遍认可。
2 开关电源发展历程开关电源的发展已经经历了40多年,早期开发的开关频率非常低,且价格较高,只能应用于卫星等少数要求电源质量较高的领域。
但自20世纪60年代晶闸管相位控制模式出现后开关电源经历了较快的发展,70年代时制约开关电源发展的瓶颈主要是效率问题,同时由于调试工作困难而难以大规模的推广应用。
70年代后期,随着大规模集成电路技术的出现,各种专用的开关电源芯片进入市场,将控制电路、驱动电路、保护电路和检测电路封装在一起的模式非常有利于开关电源的发展,由于焊点减小提高了开关电源的可靠性,同时也由于集成化的发展是开关电源的体积减小,为应用带来了极大的便利。
如今,集成化的电源已被广泛应用于计算机、航天、彩色电视等各个领域,且随着微电子技术、半导体技术的进一步发展,功能更强大,集成度更高的超大规模集成电路的出现,电子设备的体积和重量仍在不断减小,但与之相匹配的电源体积却大的多,在现代化的电子产品中,电源的体积要比微处理器大10倍以上,因此,如何缩小电源的体积就是一项非常具有意义的研究课题。
五种开关电源特性分析、优缺点(优点、缺点)解析
五种开关电源特性分析、优缺点（优点、缺点）解析1、单端正激式单端。
通过一只开关器件单向驱动脉冲变压器.正激：其脉冲变压器的原/副边相位关系确保在开关管导通，驱动脉冲变压器原边时，变压器副边同时对负载供电。
该电路的最大问题是：开关管T交替工作于通/断两种状态，当开关管关断时，脉冲变压器处于“空载”状态，其中储存的磁能将积累到下一个周期，直至电感器饱和，使开关器件烧毁。
图中的D3与N3构成的磁通复位电路，提供了泄放多余磁能的渠道。
2、单端反激式。
反激式电路与正激式电路相反，其脉冲变压器的原/副边相位关系确保当开关管导通，驱动脉冲变压器原边时，变压器副边不对负载供电，即原/副边交错通断。
脉冲变压器积累磁能问题容易解决，但是，由于变压器存在漏感，将在原边形成电压尖峰，可能击穿开关器件，需要设置电压钳位电路予以保护D3、N3构成的回路。
从电路原理图上看，反激式与正激式很相像，表面上只是变压器同名端的区别，但电路的工作方式不同，D3、N3的作用也不同。
3、推挽（变压器中心抽头）式。
这种电路结构的特点是：对称性结构，脉冲变压器原边是两个对称线圈，两只开关管接成对称关系，轮流通断，工作过程类似于线性放大电路中的乙类推挽功率放大器。
主要优点：高频变压器磁芯利用率高（与单端电路相比）、电源电压利用率高（与后面要叙述的半桥电路相比）、输出功率大、两管基极均为低电平，驱动电路简单。
主要缺点：变压器绕组利用率低、对开关管的耐压要求比较高（至少是电源电压的两倍）。
4、全桥式。
这种电路结构的特点是：由四只相同的开关管接成电桥结构驱动脉冲变压器原边。
图中T1、T4为一对，由同一组信号驱动，同时导通/关断；T2、T3为另一对，由另一组信号驱动，同时导通/关断。
两对开关管轮流通/断，在变压器原边线圈中形成正/负交变的脉冲电流。
主要优点：与推挽结构相比，原边绕组减少了一半，开关管耐压降低一半。
主要缺点：使用的开关管数量多，且要求参数一致性好，驱动电路复杂，实现同步比较困难。
模拟开关的关键技术特性和应用实例分析
模拟开关的关键技术特性和应用实例分析近年来，便携式产品越来越多地采用多源设计，因此开关功能是视频、音频传输及处理过程中的一个重要组成部分。
早期采用的机械开关具有可靠性低、体积大、功耗大的缺点，所以模拟开关已经引起了越来越多人的重视，并已被广泛应用于各种电子产品中。
尽管模拟开关具有机械开关不可取代的优势，然而它的应用较机械开关稍微复杂些，初次使用模拟开关的工程人员往往会由于模拟开关使用不当，引起整个系统的故障。
本文通过将模拟开关与普通机械开关作比较，论述了模拟开关的若干基本概念，并结合实例对模拟开关应用的关键技术进行研究。
模拟开关的模拟特性许多工程师第一次使用模拟开关，往往会把模拟开关完全等同于机械开关。
其实模拟开关虽然具备开关性，但和机械开关有所不同，它本身还具有半导体特性：1. 导通电阻(R on )随输入信号(V IN )变化而变化图1a 是模拟开关的简单示意图，由图中可以看出模拟开关的常开常闭通道实际上是由两个对偶的N 沟道MOSFET 与P 沟道MOSFET 构成，可使信号双向传输，如果将不同V IN 值所对应的P 沟道MOSFET 与N 沟道MOSFET 的导通电阻并联，可得到图1b 并联结构下R on 随输入电压(V IN )的变化关系，如果不考虑温度、电源电压的影响，R on 随V in 呈线性关系，将导致插入损耗的变化，使模拟开关产生总谐波失真(THD)。
此外，R on 也受电源电压的影响，通常随着电源电压的上升而减小。
2. 模拟开关输入有严格的输入信号范围由于模拟开关是半导体器件，当输入信号过低(低于零电势)或者过高(高于电源电压)时，MOSFET 处于反向偏置，当电压达到某一值时(超出限值0.3V)，此时开关无法正常工作，严重者甚至损坏。
因此模拟开关在应用中，一定要注意输入信号不要超出规定的范围。
3. 注入电荷 应用机械开关我们当然希望R on 越低越好，因为低阻可以降低信号的损耗。
【很完整】牛人教你开关电源各功能部分原理分析、计算与选型
【很完整】⽜⼈教你开关电源各功能部分原理分析、计算与选型1 开关电源介绍此⽂档是作为张占松⾼级开关电源设计之后的强化培训，基于计划安排，由申⼯讲解了变压器设计之后，在此⽂章中简单带过变压器设计原理，重点讲解电路⼯作原理和设计过程中关键器件计算与选型。
开关电源的⼯作过程相当容易理解，其拥有三个明显特征：开关：电⼒电⼦器件⼯作在开关状态⽽不是线性状态⾼频：电⼒电⼦器件⼯作在⾼频⽽不是接近⼯频的低频直流：开关电源输出的是直流⽽不是交流也可以输出⾼频交流如电⼦变压器1.1 开关电源基本组成部分1.2 开关电源分类：开关电源按照拓扑分很多类型：buck boost 正激反激半桥全桥 LLC 等等，但是从本质上区分，开关电源只有两种⼯作⽅式：正激：是开关管开通时传输能量，反激：开关管关断时传输能量。
下⾯将以反激电源为例进⾏讲解。
1.3 反激开关电源简介反激⼜被称为隔离buck-boost 电路。
基本⼯作原理：开关管打开时变压器存储能量，开关管关断时释放存储的能量反激开关电源根据开关管数⽬可分为双端和单端反激。
根据反激变压器⼯作模式可分为CCM 和DCM 模式反激电源。
根据控制⽅式可分为PFM 和PWM 型反激电源。
根据驱动占空⽐的产⽣⽅式可分为电压型和电流型反激开关电源。
我们所要讲的反激电源精确定义为：电流型PWM 单端反激电源。
1.4 电流型PWM 单端反激电源此类反激电源优点：结构简单价格便宜，适⽤⼩功率电源。
此类反激电源缺点：功率较⼩，⼀般在150w 以下，纹波较⼤，电压负载调整率低，⼀般⼤于5%。
此类反激电源设计难点主要是变压器的设计，特别是宽输⼊电压，多路输出的变压器。
2 举例讲解设计过程为了更清楚了解设计中详细计算过程，我们将以220VAC-380VAC 输⼊，+5V±3%（5A），±15±5%（0.5A）三路共地输出反激电源为例讲解设计过程。
提出上⾯要求，选择思路如下：提出上⾯要求，选择思路如下：电源总输出功率P=5*5W+15*0.5*2=40W 功率较⼩，可以选择反激开关电源。
开关电源的基本概念和分析方法
有源开关(Switch)
二极管(Diode)
电感(Inductor)
电容器(Capacitor)
变压器(Transformer)
+ u(t) -
i(t)
电容的基本方程
1. 当一电流流经电容, 电容两端的电压逐渐增加, 并且电容量越大电流增加越慢.
C
I
+ U -
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。
有源开关(Switch)
二极管 (Diode)
电感器 (Inductor)
电容器(Capacitor)
电阻器(Resistor)
开关电源 (Switching Power)
开关工作 主动控制功率流向与流量
单向导电 被动控制功率流向
以电流形式储能
以电压形式储能
不在功率回路中除出现
线性电源 (Linear Power)
恒流充电
恒压储能
两个有用的公式：
C:
L:
Buck电路工作原理分析：
Vin
Vo
D
L
Io
S
S
UL
IL
Vin-Vo
-Vo
Io
D
1-D
T
根据L的伏秒平衡原则：
(Vin-Vo)*DT=Vo*(1-D)T
Vo=Vin *D
L*ΔIo=Vo *(1-D)T
Is
根据L在1-D时间的基本方程：
ΔIo=Vo *(1-D)T/L
I+
I-
A
B
面积A=面积B
+ u(t) -
i(t)
电感的基本方程
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.
开关电源电压和电流两种控制类型
开关电源电压和电流两种控制类型开关电源有两种控制类型，一种是电压控制（Voltage Mode Control），另一种是电流控制（Current Mode Control）。
二者有各自的优缺点，很难讲某种控制类型对所有应用都是最优化的，应根据实际情况加以选择。
1、电压控制型开关电源的基本原理是什么？电压控制是开关电源最常用的一种控制类型。
以降压式开关稳压器（即Buck变换器）为例，电压控制型的基本原理及工作波形分别如图2-2-2（a）、（b）所示。
电压控制型的特点是首先通过对输出电压进行取样（必要时还可增加取样电阻分压器），所得到的取样电压UQ就作为控制环路的输入信号；然后对取样电压UQ和基准电压UREF进行比较，并将比较结果放大成误差电压Ur，再将Ur送至PWM 比较器与锯齿波电压UJ进行比较，获得脉冲宽度与误差电压成正比的调制信号。
图中的振荡器有两路输出，一路输出为时钟信号（方波或矩形波），另一路为锯齿波信号，CT为锯齿波振荡器的定时电容。
T为高频变压器，VT为功率开关管。
降压式输出电路由整流管VD1、续流二极管VD2、储能电感L和滤波电容CO组成。
PWM锁存器的R 为复位端，S为置位端，Q为锁存器输出端，输出波形如图2-2-2（b）所示。
图2-2-2电压控制型开关电源的基本原理及工作波形（a）基本原理；（b）工作波形2、电压控制型开关电源有哪些优点？电压控制型开关电源具有以下优点：（1）它属于闭环控制系统，且只有一个电压反馈回路（即电压控制环），电路设计比较简单。
（2）在调制过程中工作稳定。
（3）输出阻抗低，可采用多路电源给同一个负载供电。
3、电压控制型开关电源有哪些缺点？电压控制型开关电源的主要缺点如下：（1）响应速度较慢。
虽然在电压控制型电路中使用了电流检测电阻RS，但RS并未接入控制环路。
因此，当输入电压发生变化时，必须等输出电压发生变化之后，才能对脉冲宽度进行调节。
由于滤波电路存在滞后时间，输出电压的变化要经过多个周期后才能表现出来。
最详细的开关电源分析报告
当输出电路短路，输出电压消失，光耦OT1不导通，UC3842①脚电压上升至5V左右，R1与R2的分压超过TL431基准，使之导通，UC3842⑦脚VCC电位被拉低，IC停止工作。UC3842停止工作后①脚电位消失，TL431不导通UC3842⑦脚电位上升，UC3842重新启动，周而复始。当短路现象消失后，电路可以自动恢复成正常工作状态。
九、功率因数校正电路（PFC）
1、原理示意图：
2、工作原理： 输入电压经L1、L2、L3等组成的EMI滤波器，BRG1整流一路送PFC电感，另一路经R1、R2分压后送入PFC控制器作为输入电压的取样，用以调整控制信号的占空比，即改变Q1的导通和关断时间，稳定PFC输出电压。L4是PFC电感，它在Q1导通时储存能量，在Q1关断时施放能量。D1是启动二极管。D2是PFC整流二极管，C6、C7滤波。PFC电压一路送后级电路，另一路经R3、R4分压后送入PFC控制器作为PFC输出电压的取样，用以调整控制信号的占空比，稳定PFC输出电压。
4、 下图是常见的限流、短路保护电路。其工作原理简述如下：
当输出电路短路或过流，变压器原边电流增大，R3 两端电压降增大，③脚电压升高，UC3842⑥脚输出占空 比逐渐增大，③脚电压超过1V时，UC3842关闭无输出。
5、下图是用电流互感器取样电流的保护电路，有着功耗小，但成本高和电路较为复杂，其工作原理简述如下：
整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电。
逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分。
输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。
2． 控制电路
一方面从输出端取样，与设定值进行比较，然后去控制逆变器，改变其脉宽或脉频，使输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对电源进行各种保护措施。
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开关电源中控制器特性分析举例
假设控制对象为Buck 转换器，已知其控制一输出传递函数为：
考虑ESR 零点时，
式中RC——滤波电容的ESR，假设滤波电感的电阻可以忽略。
G（s）有一个ESR 零点：ωz＝-1/RcC，位于左半S 平面；谐振频率，阻尼系数2ζ＝（RcC＋L/R）ωr≈ωrL/R，品质因数
由于G（s）有高频ESR 零点，在ωc处相位滞后
并使G（s）幅频特性的斜率由-2 变成-1。
下面分析采用比例和比例一积分控制器对ESR＝0 的理想Buck 转换器
系统特性进行校正的设计方法和问题。
（1）选用比例控制器，比例系数为kp，则控制器的传递函数为
忽略ESR 零点时，未加控制器时Buck 转换器的幅频特性，如图中的曲线1 所示；加比例控制器后，系统的开环传递函数为
图1 用比例控制器的Buck 开关电源Bode 图
其幅频特性如图1 中曲线2 所示。
显然可知，采用比例控制器后，电源
的幅频特性低频段增益低，在增益交越频率ωr处，相位为-180°，才目位裕量
为0，系统不稳定。
（2）选用比例－积分控制器，比例系数为kp，则控制器的传递函数为。