开关电源讲解与习题
课题四开关电源
开关电源是一种高效率、高可靠性、小型化、轻型化的稳压电源，是电子设备的主流电源。广泛应用于生活、生产、军事等各个领域。各种计算机设备、彩色电视机等家用电器等都大量采用了开关电源。本课题介绍了开关电源的相关知识：开关器件（电力晶体管、电力场效应晶体管）、DC/DC变换电路、开关状态控制电路以及软开关技术。
一、本课题学习目标与要求
1．掌握开关电源主要器件（大功率晶体管GTR、功率场效应晶体管MOSFET）的工作原理和特性。
2．掌握DC/DC变换电路的基本概念和工作原理。
3．了解PWM控制电路的基本组成和工作原理。
4．熟悉PWM控制器集成芯片。
5．了解软开关的基本概念。
二、主要概念提示及难点释疑
1．电力晶体管
在电力电子技术中，GTR主要工作在开关状态。晶体管通常连接称共发射极电路，NPN型GTR通常工作在正偏（I b>0）时大电流导通；反偏（I b<0）时处于截止高电压状态。因此，给GTR的基极施加幅度足够大的脉冲驱动信号，它将工作于导通和截止的开关工作状态。
2．电力场效应晶体管
当D、S加正电压（漏极为正，源极为负），U GS=0时，D、S之间无电流通过；如果在G、S之间加一正电压U GS，当U GS大于某一电压U T时，栅极下P区表面的电子浓度将超过空穴浓度，从而使P型半导体反型成N型半导体而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电。电压U T称开启电压或阀值电压，U GS超过U T越多，导电能力越强，漏极电流越大。
3．DC/DC变换电路
DC/DC 变换电路是将一种直流电源变换为另一种直流电源的电力电子装置。常见的DC/DC 变换电路有非隔离型电路、隔离型电路和软开关电路。
（1）降压斩波电路
降压斩波电路是一种输出电压的平均值低于输入直流电压的电路。输出电压平均值为
kU U =o
式中k 为斩波器的占空比
T T k ON =
（2）升压斩波电路
升压斩波电路的输出电压总是高于输入电压。输出电压平均值为
（3）升降压斩波电路
升降压斩波电路可以得到高于或低于输入电压的输出电压。输出电压为：
U k k U T T T U T T U -=-==
1ON ON OFF ON O
上式中，若改变占空比k ，则输出电压既可高于电源电压，也可能低于电源电压。 由此可知，当0 在输出滤波电感电流连续的情况下T T N N U U ON 12i o = 如果输出电感电路电流不连续，输出电压 o U 将高于上式的计算值，并随负载减小而 升高，在负载为零的极限情况下， i 12 o U N N U = 。 U k U T T U T T T U -==+= 11 OFF OFF OFF ON o （5）反激电路 当工作于电流连续模式时，off on 12i o T T N N U U = 反激电路不应工作于负载开路状态。 （6）半桥电路 当滤波电感L 的电流连续时，有T T N N U U ON 12i o = 如果输出电感电流不连续，输出电压U o 将高于式中的计算值，并随负载减小而升高， 在负载电流为零的极限情况下， 2i 12o U N N U = 。 （7）全桥电路 当滤波电感L 的电流连续时，有T T N N U U ON 12i o 2= 如果输出电感电流不连续，输出电压U o 将高于式中的计算值，并随负载减小而升高， 在负载电流为零的极限情况下， i 12 o U N N U = 。 （8）推挽电路 当滤波电感L 的电流连续时，有T T N N U U ON 12i o 2= 如果输出电感电流不连续，输出电压U o 将高于式中的计算值，并随负载减小而升高， 在负载电流为零的极限情况下， i 12 o U N N U = 。 4．开关状态控制电路 开关状态的控制方式主要有占空比控制和幅度控制两大类。占空比控制又包括脉冲宽度控制和脉冲频率控制两大类。目前，集成开关电源大多采用PWM 控制方式。 5．软开关技术 在原有硬开关电路的基础上增加一个很小的电感、电容等谐振元件，构成辅助网络，在开关过程前后引入谐振过程，使开关开通前电压先降为零，这样就可以消除开程中电压、电流重叠的现象，降低、甚至消除开关损耗和开关噪声，这种电路称为软开关电路。具有这样开关过程的开关称为软开关。 三、学习方法 1．对比法。电力晶体管和电力场效应晶体管的学习要对照模拟电子技术中所学的晶体管和场效应管，其结构、工作原理、特性以及参数都类似。 2．讨论分析法：读者要学习与他人讨论分析问题，并了解其他读者的学习方法和学习收获，提高学习效率。 四、典型题解析 例4-1 降压式斩波电路，输入电压为27V ±10%，输出电压为15V ，求占空比变化范围； 解：降压斩波电路输出电压 kU U =o ，则 U U k O = V U i 7.29%102727max =⨯+=，则505.07.2915 max 0min ≈== i U U k V U i 3.24%102727min =⨯-=，则 617.073.2415 min 0max ≈== i U U k 例4-2 升压式斩波电路，输入电压为27V ±10%，输出电压为45V ，输出功率为750W ，效率为95%，若等效电阻为R =0.05Ω。 （1） 求最大占空比； （2） 如果要求输出60V ，是否可能？为什么？ 解：输入电流的平均值为 i i U P I η0 = 设I i 为理想的常值，则 k RI U U i i --= 10 000 00 11U U P R U U U U P R U U RI U k i i i i i i ηη+-= --=-- = （1）当 i U 取最小值时，k 为最大值 V U i 3.24%102727min =⨯-= 5 .045 3.2495.0750 05.03.2445max ≈⨯⨯+-= k （2）如果要求输出电压60V ，此时占空比为 62 .060 3.2495.0750 05.03.2460max ≈⨯⨯+-= k 理论上说明此电路是可以输出60V 电压的。 例4-3 有一降压斩波电路，U =120V ，负载电阻R =6Ω，开关周期性通断，通30μs ，断20μs ，忽略开关导通压降，电感L 足够大。试求： （1） 负载电流及负载上的功率。 （2） 若要求负载电流在4A 时仍能维持，则电感L 最小应取多大？ 解：依据题意，开关通断周期T=50μs 占空比 6.05030 === T T k on （1） 负载电压的平均值 V kU U 721206.0o =⨯== 负载电流的平均值A R U I 12672 000=== 负载功率的平均值 W I U P 8641272000=⨯== （2）设占空比不变，当负载电流为4A 时，处于临界连续状态，则电感量L 为 五、自我检测题 1.填空题 1）请在正确的空格内标出下面元件的简称： 电力晶体管；功率场效应晶体管； 2）为了减小变流电路的开、关损耗，通常让元件工作在软开关状态，软开关电路种类很多，但归纳起来可分为与两大类。 3）电力场效应晶体管的图形符号是；电力晶体管的图形符号是； 4）直流斩波电路在改变负载的直流电压时，常用的控制 有、、三种。 5）直流斩波电路按照输入电压与输出电压的高低变化来分类有斩波电路；斩波电路；斩波电路。 6）功率开关管的损耗包括两方面，一方面是；另一方面是。 7）大功率晶体管产生二次击穿的条件有、和。 8）开关型DC/DC变换电路的3个基本元件是、和。 2．判断题 1）电力晶体管属电流驱动型开关管，而电力场效应晶体管则属电压驱动型开关管。 （）2）在GTR的驱动电路设计中，为了使GTR快速导通，应尽可能使基极驱动电流大些。（）3．选择题 1）下列元器件中，属于不控型，属于全控型，属于半控型。 A、普通晶闸管 B、整流二极管 C、电力晶体管 D、电力场效应晶体管 E、双向晶闸管 F、可关断晶闸管 G、绝缘栅双极型晶体管 2）下列器件中，最适合用在小功率、高开关频率的变换电路中。 A、GTR B、IGBT C、MOSFET D、GTO 3）下列器件中，属于电流控制型器件的是，属于电压控制型器件的是。 A、普通晶闸管 B、电力场效应晶体管 C、电力晶体管 D、绝缘栅双极型晶体管 4．分析题 根据下图简述升压斩波电路的基本工作原理。（图中设：电感L、与电容C足够大） 5．计算题 在图示升压斩波电路中，已知E=50V，负载电阻R=20Ω，L值和C值极大，采用脉宽调制控制方式，当T=40µs，t on=25µs时，计算输出电压平均值U0，输出电流平均值I0。 六、自我检测题答案 1.填空题 1）GTR MOSFET 2）零电压电路，零电流电路 3） 4）等频调宽控制；等宽调频控制；脉宽与频率同时控制 5）降压；升压；升降压 6）导通损耗、开关过程中损耗 7）大电流、高电压、持续时间长 8）功率开关管、电感、电容 2．判断题 1）√2）× 3．选择题 1）B、CDFG、AE 2）C 3）AC、BD 4．分析题 1）当V处于通态时，电源E向电感L充电，设充电电流为I1，L值很大，I1基本恒定，同时电容C向负载供电，C很大，使电容器电压U0基本不变，设V处于通态的时间为t on，在t on时间内，电感L上积蓄的能量为EI1t on；当V处于断态时，E与L同时向电容充电，并向负载R提供能量。设V处于断态的时间为t off，在t off时间内L释放的能量 为（U0-E）I1t off，在一周期内L积蓄的能量与释放的能量相等。可求得： U k U - = 1 1 o 分析不难看出该斩波电路是升压斩波电路。 5．计算题 1）U0=133.3V；I0=6.67A； 课题四开关电源 开关电源是一种高效率、高可靠性、小型化、轻型化的稳压电源，是电子设备的主流电源。广泛应用于生活、生产、军事等各个领域。各种计算机设备、彩色电视机等家用电器等都大量采用了开关电源。本课题介绍了开关电源的相关知识：开关器件（电力晶体管、电力场效应晶体管）、DC/DC变换电路、开关状态控制电路以及软开关技术。 一、本课题学习目标与要求 1．掌握开关电源主要器件（大功率晶体管GTR、功率场效应晶体管MOSFET）的工作原理和特性。 2．掌握DC/DC变换电路的基本概念和工作原理。 3．了解PWM控制电路的基本组成和工作原理。 4．熟悉PWM控制器集成芯片。 5．了解软开关的基本概念。 二、主要概念提示及难点释疑 1．电力晶体管 在电力电子技术中，GTR主要工作在开关状态。晶体管通常连接称共发射极电路，NPN型GTR通常工作在正偏（I b>0）时大电流导通；反偏（I b<0）时处于截止高电压状态。因此，给GTR的基极施加幅度足够大的脉冲驱动信号，它将工作于导通和截止的开关工作状态。 2．电力场效应晶体管 当D、S加正电压（漏极为正，源极为负），U GS=0时，D、S之间无电流通过；如果在G、S之间加一正电压U GS，当U GS大于某一电压U T时，栅极下P区表面的电子浓度将超过空穴浓度，从而使P型半导体反型成N型半导体而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电。电压U T称开启电压或阀值电压，U GS超过U T越多，导电能力越强，漏极电流越大。 3．DC/DC变换电路 DC/DC 变换电路是将一种直流电源变换为另一种直流电源的电力电子装置。常见的DC/DC 变换电路有非隔离型电路、隔离型电路和软开关电路。 （1）降压斩波电路 降压斩波电路是一种输出电压的平均值低于输入直流电压的电路。输出电压平均值为 kU U =o 式中k 为斩波器的占空比 T T k ON = （2）升压斩波电路 升压斩波电路的输出电压总是高于输入电压。输出电压平均值为 （3）升降压斩波电路 升降压斩波电路可以得到高于或低于输入电压的输出电压。输出电压为： U k k U T T T U T T U -=-== 1ON ON OFF ON O 上式中，若改变占空比k ，则输出电压既可高于电源电压，也可能低于电源电压。 由此可知，当0 开关电源原理 一、 开关电源的电路组成: 功率变换电路、PWM ① 防雷电路：当有雷击，产生高压经电网导入电源时，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、 F3、FDG1组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值降低，使高压能量消耗在压敏电阻上,若电流过大，F1、F2、F3会烧毁保护后级电路。 ②输入滤波电路:C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声 及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网 干扰.当电源开启瞬间，要对C5充电，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻)就能有效 的防止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上,一定时间后温度升高后RT1阻值 减小（RT1是负温系数元件）,这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。 ③整流滤波电路：交流电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若 C5容量变小,输出的交流纹波将增大。 C3、C4为安规电容，L2、L3为差模电感。 ②R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路.在起机的瞬间， 由于C6的存在Q2不导通,电流经RT1构成回路。当C6上的电压充至Z1的稳压值时 Q2导通.如果C8漏电或后级电路短路现象，在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增 大，Q1导通使Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级电 路。 三、功率变换电路： 1、MOS管的工作原理:目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET(MOS管），是利用半导体 表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态，所以输入电阻可以大大提高,最高可达105 欧姆，MOS 管是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。 2、常见的原理图： 3、工作原理： R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器，和开关MOS 管并接，使开关管电压应力减少，EMI 减少，不发生二次击穿.在开关管Q1关断时,变压器的原边线圈易产生尖峰电压和尖峰电流，这些元件组合一起，能很好地吸收尖峰电压和电流。从R3测得的电流峰值信号参与当前工作周波的占空比控制，因此是当前工作周波的电流限制。当R5上的电压达到1V 时，UC3842停止工作，开关管Q1立即关断 。 R1和Q1中的结电容C GS 、C GD 一起组成RC 网络,电容的充放电直接影响着开关管的开关速度.R1过小,易引起振荡，电磁干扰也会很大；R1过大，会降低开关管的开关速度。Z1通常将MOS 管的GS 电压限制在18V 以下，从而保护了MOS 管。 Q1的栅极受控电压为锯形波,当其占空比越大时，Q1导通时间越长，变压器所储存的能量也就越多；当Q1截止时，变压器通过D1、D2、R5、R4、C3释放能量，同时也达到了磁场复位的目的，为变压器的下一次存储、传递能量做好了准备。IC 根据输出电压和电流时刻调整着⑥脚锯形波占空比的大小，从而稳定了整机的输出电流和电压。 C4和R6为尖峰电压吸收回路. 开关电源复习题 一、单项选择题 1）滤波电路中，滤波电容放电常数愈大，输出滤波电压愈高，滤波效果愈好； 2）肖特基势垒二极管适合小电压大电流整流； 3）总效率η= Pout / Pin ╳100% 4）整流二极管的最大反向电压是指整流管不导电时，在它俩端出现的最大反向电压； 5）倍压整流一般用在，输入电压小而输出电压大、输出电流不大的场合6）利用电感具有阻止电流变化的特点，在整流电路的负载回路中串联电感起滤波作用； 7）在磁性元件中，一般Ae代表磁心的横截面积； 8）在磁性元件中，一般Ac代表磁心的窗口面积； 9）漏感是指没有耦合到磁心或其他绕组的电感量； 10）交叉调整量是指一个输出端的负载变化时，使其他输出端电压波动大小； 11）在开关电源工作方式中，哪种开关方式及经济又简单实用？反激12）在正激式开关电源中，一般占空比应为(35~45)%； 13）反激式开关电路的功率ＭＯＳ管的Id 一般为2Pout/Vin(min)； 14）在推挽式变换器电路中，一般都是由两个正激变换器电路工作在“推挽”方式下，及两个开关交替打开和关闭； 15）在正激方式工作的开关电源，往往要增加一组绕组即励磁绕组，其主要作用是磁芯复位； 16）设计正激式变换器时，应选用适当的磁芯有效体积，并选择空气隙，以免磁芯饱和； 17）在开关电源中，使用功率MOS管而不是用晶体管或双晶体管，这是因为MOS管有很多性能上的优势，主要表现在高频状态下； 18）每个开关电源中都有一个交流电压最大的节点，这个节点就是功率开关的漏极； 19）开关电源的最佳布置的流程是：a）放置变压器或电感；b) 布置功率开关管电流环路；c) 布置输出整流器电流环路；d) 把控制电路与交流功率电路连接；e) 布置输入环路和输入滤波器；f) 布置输出负载环路和输出滤波器； 20）开关电源的功率可由下式计算：Pin=Pout/ η这里的η是估计的开关电源效率； 21）对于无源感性负载，功率因数就是电压和电流波形之间的相位差；22）磁粉心是一种铁心结构，是一种由几类材料复合而成的复合型铁心；23）负反馈电路的核心是一个高增益的运算放大器，称作电压误差放大器； 24）在单端正激式变换器电路中，隔离器件是一个纯粹的变压器； 25）变压器电压、电流及匝数的关系式为：Np/Ns=Vp/Vs=Is/Ip ；其中Np是：初级变压器的匝数； 26）变压器电压、电流及匝数的关系式为：Np/Ns=Vp/Vs=Is/Ip ；其中Ns是：次级变压器的匝数； 27）交叉调整量是电源一个或多个输出端负载变化时，对其他输出端电压的影响量 28）功率开关部分的主要作用是把直流输入电压变换成脉宽调制的交流电压； 29）每个开关电源内部都有4个环路，每个环路都是相互独立的，对布ＰＣＢ板非常重要功率开关管电流环路, 输出整流器电流环路, 输入环路, 输出负载环路 30）开关电源功率调整管工作于开关状态，它的变化效率高； 二、多项选择题 1）一般开关电源采用哪几种工作方式，列出其中四中正激、反激、推挽、半桥； 2）电源工作的组织结构有哪几种高效谐振开关电源、线性电源、PWM 控制开关电源； 3）典型的输入整流滤波电路由三到五部分组成他们是：EMI滤波器、启动浪涌电流限制器、浪涌电压抑制器、整流级、输入滤波电容 4）制作电源需要考虑哪些因素是：重量和尺寸、功率的大小、输入及输出特性、成本； 5）控制电路的主要组成部分是：驱动电路、调节器电路、并机均流电路、保护电路； 6）功率MOS管驱动电路十分讲究，一般有：用TTL电路驱动、用线性电路驱动、用隔离变压器驱动 7）开关电源的内部损耗大致可包括：开关损耗、附加损耗、电阻损耗、导通损耗； 8）磁性非晶合金可以从化学成分上分为下列几类：铁基非晶、铁镍基非晶、钴基非晶、 铁基纳米晶 9）一般高频变压器除了具有初、次级间安全隔离的作用，还具有变压器和额流圈的作用； 10）光电耦合器主要由发光二极管、光敏三级管元件构成； 11）电容器是各种电子设备中不可缺少的重要元器件，它广泛用于抑制电源噪声、尖峰的吸收、滤波等多种场合； 12）软开关电源工作方式的电路中，一般可分为零电压电路、零电流电路； 13）UPS（不间断电源）按工作的原理可分为动态式、静态式；14）动态式UPS的主要组成部分是：整流器、电池、直流电动机、惯性飞轮、交 流发电机 15）每个开关电源内部都有四个电流环路，每个环路都要相互分开，它们是功率开关管交流电流环路、输出整流器交流电流环路、输入电源电流环路、输出负载电流环路； 16）EMI滤波器的主要作用是滤除：开关噪声、输入线引入的谐波；17）在开关电源中使用的PWM控制的IC，一般具有下列特点：自动补偿、具有充放电振荡电路，可精确的控制占空比、工作电流低、内部具有参考电源 18）整流器损耗可以分为：开通损耗、导通损耗、关断损耗部分； 19）线性电源有并联式、串联式几种类型； 20）通常与电源相关的附加功能是：与外部电源同步、输入低电压限制、紧急调电信号 21）设计开关电源，选择最合适的拓扑形式主要考虑的因数是：输入输出是否需要变压器隔离、加在变压器一次侧或电感上的电压值是多大、通过开关管的峰值电流、加在开关管上的最高峰值电压 22）开关电源优点主要集中在：安全可靠、体积小重量轻、稳压范围宽、功耗小 23）开关电源的技术发展动向是：高效率、模块化、低噪声、抗干扰能力强 24）设计开关电源主要考虑的步骤是：主电路形式的选择、开关的工作频率、功率器件的确定、控制电路的设计 25）影响高频开关电源的主电路方案的因素是：输入输出电压、电流范围与半导体器件规格的配合；电路的可靠性，工作范围的适应性；减小体积、重量和提高效率；较小损耗可减小散热器的尺寸和重量；减小对电网的污染 26）未来的开关电源发展的新技术有：同步整流方式的应用、均流技术的应用、功率因数的改善 27）在开关电源中，所需的整流二极管必须具有正向压降低、快速恢复、足够的输出功率等特点； 28）高频变压器的漏电感和肖特基蒸馏二极管的结电容在管子截至时，会形成一个谐振电路，它会引起瞬时过压振荡；29）为防止功率管（ＭＯＳ）截至期间烧坏，会增加ＲＣ吸收电路进 行抑制，它们的形式是ABC； 30）在隔离式开关电源中，使用光耦作为输入输出隔离，但必须遵循 的原则是：所选的光耦器件必须符合国内或国际的有关隔离击穿电压标 准、若用放大电路驱动光耦，必须保证它能够补偿耦合器的温度不稳定 和漂移、所选的光耦器件必须有较高的耦合系数； 31）PCB板合理的装配十分重要，应采取下列顺序装配：焊装小功耗 电阻及小电容；装大功率电阻、安装IC、装高频变压器、装大体积的电 容器、装MOS管 32）通信类电源的要求很多，主要归纳为：杂音电压小、少污染、自动 保护、电压准确和稳定、自动监测和集中控制 三、判断题 2）负载调整率就是负载电流从半载到额定负载时，输出电流的变化率； ╳ 7）KA(UC)3844B控制芯片，是电压型PWM控制IC；╳ 12）在仪器或设备中出现EMI干扰应采用合理布局、机壳正确的接地处 理，出现FRI干扰应采用滤波处理；╳ 16）在电源的输入电路中，浪涌抑制部分要放在EMI前，整流和滤波电 容后，这样效果更好；╳ 17）高频变压器输出电压的大小与变压器的匝数成反比；╳ 19）过电压保护的目的是防止控制电路出现故障时，输出电流过高烧坏 元器件；╳ 20）为了减少滤波电容的等效串联电阻，经常会把多个电容串联使用； ╳ 22）不管是正激式开关方式还是反激式工作方式的电源中，制作变压器 都要开一定的气隙以防止变压器饱和；╳ 24）铁氧体性能参数是由其本身的材料和体积决定的，因此在任意温度 下其饱和磁通密度都是固定不变的；╳ 25）我们所说的电源的效率就是电源的输出功率对输入功率的比；╳ 26）为减小滤波电容的等效电阻（ESR），经常用多个电容串联；╳ 28）整流器的导通损耗就是指整流器通过电流时的损耗；╳ 四、问答： 1、简述集成稳压器的分类及各类稳压器优缺点： 答：集成稳压器按出线端子多少和使用情况大致可分为多端可调式、三 端固定式、三端可调式及单片机开关式等几种。 ①多端可调式是早期集成稳压器产品，其输出功率小，引出端多，使用 不太方便，但精度高，价格便宜。 ②三端固定式集成稳压器是将取样电阻、补偿电容、保护电路、大功率 调整管理等都集成在同一芯片上，使整个集成电路块只有输入、输出和 公共三个引出端，使用非常方便，因此获得广泛应用。它的缺点是输出 电压固定，所以必须生产各种输出电压、电流规格的系列产品。 ③三端可调式集成稳压器只需外接两只电阻即可获得各种输出电压。 单片开关式集成稳压电源，是最近几年发展起来的一种稳压电源，其效 率特别高。它的工作原理与上面三种类型稳压器不同，是由直流变交流 再变直流的变换器。 目前广泛应用在电视机和测量仪器等设备中。 2、采用线性集成稳压器构成实际的稳压电源时，往往出现故障使电源电 路不能正常工作，除了焊接的原因以外，大部分是设计不当造成的。请 列出制作的稳压电源可能出现的故障及其原因。 答：故障一：稳压电源自激振荡产生的原因：1布线不合理、2补偿电 容容量不够、3输入引线的旁路、4外接控制晶体管的振荡故障二： 轻负载时稳定度降低PNP产生的原因：1外接晶体管扩流时，发射极 基极间电阻过大2最小负载电流小于1mA 3电路结构不合理故障 三：额定负载时稳定度降低产生的原因：1输入输出间电压差过小、2 外接晶体管的电流放大倍数不够大、3电流限制值过大、4电压检测处 与负载间的引线电阻较大、5散热条件不充分故障四：集成稳压器或 外接晶体管由于温度升高而损坏产生的原因：1散热条件不充、2输入 产生过电压故障五：控制晶体短路时损坏：产生的原因：1控制晶体 管的额定参数较小、2散热条件不充分故障六：集成稳压器短路时损 坏：产生的原因：1超过集成稳压器的电流或安全工作区、2散热条件 不充分 故障七：电源关闭时集成稳压器损坏产生的原因：集成稳压器加反 偏置故障八：电源接通时集成稳压器损坏产生的原因：1输入电压 过大、2由于负载充电，集成稳压器电流超过其最大值或安全工作区故 障九：电源接通或短路后输出电压不升高产生的原因：1输出特性相反、 2负载闭锁故障十：输出纹波较大产生的原因：输入电容滤波器出 故障 3、简述开关电源设计步骤： 答：1主电路形式选择主电路形式主要依据输出功率大小、输出电压高 低等进行选择。若输出功率较大时宜采用三相输入电源及桥式逆变电 路；若输出功率较小但输出电压较高时宜采用反激变换器电路等。采用 单相输入电源时功率器件、输入滤波电容等 的耐压要求较低，元器件成本相对也较低，因而输出功率较小时优先选 用单相输入电源。对大功率电源，为降低成本，提高电源系统的可靠性， 可采用中、小功率模块并联供电的方式来实现。2开关工作频率选择 开关工作频率应根据输出功率要求与市场器件供应情况等多种因素综合 选择确定。3功率器件的确定根据输出功率要求与主电路开关工作频 率，可基本选定功率器件类型。4控制电路设计控制电路的核心是根 据反馈控制原理，将期望输出电压信号与实际输出电压信号进行比较， 利用误差信号对功率开关器件的导通与关断比例进行调节，从而实现实 际输出电压维持在期望电压附近的目标。 4、简述开关电源的技术指标 答：开关电源的优越性表现在：1功耗小、2稳压范围宽、3体积小重 量轻、4安全可靠常见的开关电源电气技术指标有：1输入电源的 相数、频率、根据输出功率不同，可采用单相或三相电源供电。在输出 功率高于5千瓦时通常采用三相电源供电，以使三相负载均衡；2额定 输入电压、容许电压波动范围，我国工频电源额定相电压为220V，线电 压为380V。在容许的输入电压波动范围内都要保证额定输出功率。 5、简述UUPPSS的选用原则 答：UUPPSS的选用原则：1功率的确定、2确定相数、3确定UPS是在 线式的还是后备式的、4确定UPS的保护时间、5确定UPS的保护时间、 6根据供电质量要求选用、7品牌的确定 开关电源复习题 一、单项选择题 1）滤波电路中，滤波电容放电常数愈大，输出滤波电压愈高，滤波效果 愈好； 2）肖特基势垒二极管适合小电压大电流整流； 3）总效率η= Pout / Pin ╳100% 4）整流二极管的最大反向电压是指整流管不导电时，在它俩端出现的最 大反向电压； 5）倍压整流一般用在，输入电压小而输出电压大、输出电流不大的场合 6）利用电感具有阻止电流变化的特点，在整流电路的负载回路中串联电 感起滤波作用； 7）在磁性元件中，一般Ae代表磁心的横截面积； 8）在磁性元件中，一般Ac代表磁心的窗口面积； 9）漏感是指没有耦合到磁心或其他绕组的电感量； 10）交叉调整量是指一个输出端的负载变化时，使其他输出端电压波动 大小； 11）在开关电源工作方式中，哪种开关方式及经济又简单实用？反激 12）在正激式开关电源中，一般占空比应为(35~45)%； 13）反激式开关电路的功率ＭＯＳ管的Id 一般为2Pout/Vin(min)； 14）在推挽式变换器电路中，一般都是由两个正激变换器电路工作在“推 挽”方式下，及两个开关交替打开和关闭； 15）在正激方式工作的开关电源，往往要增加一组绕组即励磁绕组，其 主要作用是磁芯复位； 16）设计正激式变换器时，应选用适当的磁芯有效体积，并选择空气隙， 以免磁芯饱和； 17）在开关电源中，使用功率MOS管而不是用晶体管或双晶体管，这是 因为MOS管有很多性能上的优势，主要表现在高频状态下； 18）每个开关电源中都有一个交流电压最大的节点，这个节点就是功率 开关的漏极； 19）开关电源的最佳布置的流程是：a）放置变压器或电感；b) 布置功 率开关管电流环路；c) 布置输出整流器电流环路；d) 把控制电路与交 流功率电路连接；e) 布置输入环路和输入滤波器；f) 布置输出负载环 路和输出滤波器； 20）开关电源的功率可由下式计算：Pin=Pout/ η这里的η是估计的开 关电源效率； 21）对于无源感性负载，功率因数就是电压和电流波形之间的相位差； 22）磁粉心是一种铁心结构，是一种由几类材料复合而成的复合型铁心； 23）负反馈电路的核心是一个高增益的运算放大器，称作电压误差放大 器； 24）在单端正激式变换器电路中，隔离器件是一个纯粹的变压器； 25）变压器电压、电流及匝数的关系式为：Np/Ns=Vp/Vs=Is/Ip ；其中 Np是：初级变压器的匝数； 26）变压器电压、电流及匝数的关系式为：Np/Ns=Vp/Vs=Is/Ip ；其中 Ns是：次级变压器的匝数； 27）交叉调整量是电源一个或多个输出端负载变化时，对其他输出端电 压的影响量 28）功率开关部分的主要作用是把直流输入电压变换成脉宽调制的交流 电压； 29）每个开关电源内部都有4个环路，每个环路都是相互独立的，对布 ＰＣＢ板非常重要功率开关管电流环路, 输出整流器电流环路, 输入环路, 输出负载环路 30）开关电源功率调整管工作于开关状态，它的变化效率高； 二、多项选择题 1）一般开关电源采用哪几种工作方式，列出其中四中正激、反激、推挽、 半桥； 2）电源工作的组织结构有哪几种高效谐振开关电源、线性电源、PWM 控制开关电源； 3）典型的输入整流滤波电路由三到五部分组成他们是：EMI滤波器、启 动浪涌电流限制器、浪涌电压抑制器、整流级、输入滤波电容 4）制作电源需要考虑哪些因素是：重量和尺寸、功率的大小、输入及输 出特性、成本； 5）控制电路的主要组成部分是：驱动电路、调节器电路、并机均流电路、 保护电路； 6）功率MOS管驱动电路十分讲究，一般有：用TTL电路驱动、用线性 电路驱动、用隔离变压器驱动 7）开关电源的内部损耗大致可包括：开关损耗、附加损耗、电阻损耗、 导通损耗； 8）磁性非晶合金可以从化学成分上分为下列几类：铁基非晶、铁镍基非 晶、钴基非晶、 铁基纳米晶 9）一般高频变压器除了具有初、次级间安全隔离的作用，还具有变压器 和额流圈的作用； 10）光电耦合器主要由发光二极管、光敏三级管元件构成； 11）电容器是各种电子设备中不可缺少的重要元器件，它广泛用于抑制 电源噪声、尖峰的吸收、滤波等多种场合； 12）软开关电源工作方式的电路中，一般可分为零电压电路、零电流电 路； 13）UPS（不间断电源）按工作的原理可分为动态式、静态式； 14）动态式UPS的主要组成部分是：整流器、电池、直流电动机、惯 性飞轮、交 流发电机 15）每个开关电源内部都有四个电流环路，每个环路都要相互分开， 它们是功率开关管交流电流环路、输出整流器交流电流环路、输入电源 电流环路、输出负载电流环路； 16）EMI滤波器的主要作用是滤除：开关噪声、输入线引入的谐波； 17）在开关电源中使用的PWM控制的IC，一般具有下列特点：自动补 偿、具有充放电振荡电路，可精确的控制占空比、工作电流低、内部具 有参考电源 18）整流器损耗可以分为：开通损耗、导通损耗、关断损耗部分； 19）线性电源有并联式、串联式几种类型； 20）通常与电源相关的附加功能是：与外部电源同步、输入低电压限 制、紧急调电信号 21）设计开关电源，选择最合适的拓扑形式主要考虑的因数是：输 入输出是否需要变压器隔离、加在变压器一次侧或电感上的电压值是多 大、通过开关管的峰值电流、加在开关管上的最高峰值电压 22）开关电源优点主要集中在：安全可靠、体积小重量轻、稳压范围宽、 功耗小 23）开关电源的技术发展动向是：高效率、模块化、低噪声、抗干扰能 力强 24）设计开关电源主要考虑的步骤是：主电路形式的选择、开关的工作 频率、功率器件的确定、控制电路的设计 25）影响高频开关电源的主电路方案的因素是：输入输出电压、电流 范围与半导体器件规格的配合；电路的可靠性，工作范围的适应性；减 小体积、重量和提高效率；较小损耗可减小散热器的尺寸和重量；减小 对电网的污染 26）未来的开关电源发展的新技术有：同步整流方式的应用、均流技术 的应用、功率因数的改善 27）在开关电源中，所需的整流二极管必须具有正向压降低、快速恢 复、足够的输出功率等特点； 28）高频变压器的漏电感和肖特基蒸馏二极管的结电容在管子截至时， 会形成一个谐振电路，它会引起瞬时过压振荡； 开关电源电路以及各功能电路详解 一、开关电源的电路组成 开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。开关电源的电路组成方框图如下： 二、输入电路的原理及常见电路[： 1、AC输入整流滤波电路原理： ①防雷电路：当有雷击，产生高压经电网导入电源时，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，F1、F2、F3会烧毁保护后级电路。 ②输入滤波电路：C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。当电源开启瞬间，要对C5充电，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻）就能有效的防止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小（RT1是负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。③整流滤波电路： 交流电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5容量变小，输出的交流纹波将增大。 2、DC输入滤波电路原理： ①输入滤波电路：C1、L1、C2组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。C3、C4为安规电容，L2、L3为差模电感。② R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路。在起机的瞬间，由于C6的存在Q2不导通，电流经RT1 构成回路。当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象，在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大，Q1导通使Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级电路。 三、功率变换电路： 1、MOS管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET（MOS管），是利用半导体表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态，所以输入电阻可以大大提高，最高可达105欧姆，MOS管是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。 2、常见的原理图： 3、工作原理 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VI。所以，变换效率只在35-65％。例如，把12V输入变换成5V输出，odr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 VV D?(1) ino降压变换器是最简单的正激型变换器，如图1所示。 1 )变换器及其波形基本正激型(降压图1 输入电压加到即开关导通和关断。当开关导通时，它的工作可以分成两个不同的方式，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LC 流开始由开关 周期开始时的初始值线性上升。电感电流为VV?ii oin?t?initLon L(2) t?0?t on磁芯存储的能量传输到负载。在这个时期里，电感磁芯里存储能量。当功率开关关断时，而箝位。电感D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传向负载。电感电流由初始的峰值i而减小为磁芯储能通过续流二极管D pk Vii o t??Loffpk L(3) t?t?0off降压变换器可下一个开关周期开始。关断阶段一直持续到开关在控制电路控制下开启，与反激型变换100W。输出超过kW的功率，当典型应用是用作负载点变换器，输出功率小于这种降压出于安全考虑，器相比，正激变换器输出电压纹波较低。缺点是它不是隔离拓扑，的应用。变换器最好不用在输入电压大于42.5V 开关电源原理详解 开关电源是指一种将输入电源转换为期望输出电压的电力转换装置。它由开关管、变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路等多个组成部分构成。 开关电源的原理为：通过交流电源输入端的整流电路将交流电转换为直流电，然后通过开关管对直流电进行开关控制。开关管在开关导通状态时，允许电流通过，并将输入电源的能量存储在变压器中的磁场中；在开关断开状态时，变压器中的储能磁场将能量释放出来，输出到负载上。通过不断进行开关的导通和断开，可以将高频脉冲电流转换为平滑的直流输出电压。 具体而言，以下是开关电源的工作过程： 1. 输入电源：交流电源经过输入端的滤波电路进行滤波，去除交流电的纹波成分，得到平滑的直流电源。 2. 变压器：平滑的直流电源输入到变压器中，通过变压器实现电压的升降。 3. 控制电路：控制电路根据负载的需求，通过PWM调制产生 一系列的脉冲信号，用于控制开关管的导通与断开。脉冲宽度越大，开关管导通时间越长，输出电压越高；脉冲宽度越小，开关管导通时间越短，输出电压越低。 4. 开关管：开关管根据控制电路的信号，在导通状态时，允许电流通过；在断开状态时，阻止电流通过。通过开关管的不断导通与断开，可以将直流电源的能量存储和释放。 5. 输出电路：经过开关管的控制，输出电压在变压器的作用下进行升降，并经过滤波电路的过滤，得到平滑的直流输出电压。 6. 稳压电路：通过反馈控制，将输出电压与参考电压进行比较，并通过改变PWM控制信号的脉宽来调整开关管的导通时间， 以实现对输出电压的稳定控制。 总体来说，开关电源利用开关管的导通与断开控制电流的通断，通过变压器和滤波电路将输入电源的能量转换为平稳的直流输出电压。通过稳压电路的反馈控制，能够实现对输出电压的稳定调节。开关电源具有高效率、小体积、稳定性好的特点，在电子设备中得到了广泛的应用。 开关电源电路详解图 开关电源电路详解图 一、开关电源的电路组成 开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM 控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。 开关电源的电路组成方框图如下： 二、输入电路的原理及常见电路 1、AC 输入整流滤波电路原理： ①防雷电路：当有雷击，产生高压经电网导入电源时，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1 组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，F1、F2、F3 会烧毁保护后级电路。 ②输入滤波电路：C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及 杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。当电源开启瞬间，要对C5充电，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻）就能有效的防止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小（RT1是负温系数元 3、工作原理： R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器，和开关MOS管并接，使开关管电压应力减少，EMI减少，不发生二次击穿。在开关管Q1关断时，变压器的原边线圈易产生尖峰电压和尖峰电流，这些元件组合一起，能很好地吸收尖峰电压和电流。从R3测得的电流峰值信号参与当前工作周波的占空比控制，因此是当前工作周波的电流限制。当R5上的电压达到1V时， UC3842停止工作，开关管Q1立即关断。R1和Q1中的结电容CGS、CGD一起组成RC网络，电容的充放电直接影响着开关管的开关速度。R1过小，易引起振荡，电磁干扰也会很大；R1过大，会降低开关管的开关速度。Z1通常将 开关电源原理 一、 开关电源的电路组成： PWM ①防雷电路：当有雷击，产生高压经电网导入电源时，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、 FDG1组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，F1、F2、F3会烧毁保护后级电路。 ②输入滤波电路：C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂 波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。当电源开启瞬间，要对C5充电，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻）就能有效的防止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小（RT1是负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。 ③整流滤波电路：交流电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5容 量变小，输出的交流纹波将增大。 ① 输入滤波电路：C1、L1、C2组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。C3、C4为安规电容，L2、L3为差模电感。 ② R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路。在起机的瞬间，由于C6的存在Q2不导通，电流经RT1构成回路。当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象，在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大，Q1导通使Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级电路。 三、 功率变换电路： 1、MOS 管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET （MOS 管），是利用半导体表面 的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态，所以输入电阻可以大大提高，5来改变半导体表面感生电 2、常见的原理图： 3、工作原理： R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器，和开关MOS 管并接，使开关管电压应力减少，EMI 减少，不发生二次击穿。在开关管Q1关断时，变压器的原边线圈易产生尖峰电压和尖峰电流，这些元件组合一起，能很好地吸收尖峰电压和电流。从R3测得的电流峰值信号参与当前工作周波的占空比控制，因此是当前工作周波的电流限制。当R5上的电压达到1V 时，UC3842停止工作，开关管Q1立即关断 。 易知课堂开关电源精讲 开关电源是一种常见的电源类型，其工作原理是通过开关器件（如MOS管）的开关动作，将输入电源的直流电压转换为需要的输 出电压。开关电源具有高效率、小体积、稳定性好等优点，在各种 电子设备中得到广泛应用。 首先，我们来讨论开关电源的工作原理。开关电源主要由输入端、输出端、开关器件和控制电路组成。输入端接入交流电源，通 过整流电路将交流电转换为直流电。然后，控制电路对开关器件进 行控制，使其以高频率开关，将直流电转换为脉冲信号。接下来， 经过滤波电路对脉冲信号进行滤波处理，得到平稳的直流输出电压。 接下来，我们来探讨开关电源的优点。首先，开关电源具有高 效率。由于开关器件的开关动作，可以实现快速切换，减少了能量 的损耗，从而提高了电源的转换效率。其次，开关电源体积小，重 量轻。相比传统的线性电源，开关电源采用高频开关，可以大幅度 减小变压器和电容器的体积，使得整个电源更加紧凑。此外，开关 电源的输出电压稳定性好，负载能力强，能够适应各种负载变化的 需求。 然而，开关电源也存在一些缺点和注意事项。首先，开关电源 的设计和制造较为复杂，需要精确的控制电路和高频开关器件，增 加了成本和技术要求。其次，开关电源在工作时会产生一定的电磁 干扰，需要采取相应的屏蔽措施，以避免对其他电子设备的影响。 此外，开关电源的输出电压纹波较大，需要通过滤波电路进行处理，以保证输出电压的稳定性。 总结来说，开关电源是一种高效、小体积、稳定性好的电源类型。它通过开关器件的开关动作，将输入的直流电压转换为需要的 输出电压。开关电源在各种电子设备中得到广泛应用，但也需要注 意其复杂的设计和制造、电磁干扰以及输出电压纹波等问题。 开关电源的工作原理开关电源电路图详解 （开关电源）的（工作原理） 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，（电流）大；关断时，电压高，电流小）/功率器件上的伏安乘积就是功率（半导体）器件上所产生的损耗。 与线性电源相比，PWM开关电源更为有效的工作过程是通过“斩波”，即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。脉冲的占空比由开关电源的（控制器）来调节。一旦输入电压被斩成交流方波，其幅值就可以通过变压器来升高或降低。通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压值。最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。 开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。随着随着电力（电子）技术的发展和创新，目前开关电源主要以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用到几乎所有的电子设备，其重要性可见一斑。 基于TOP204的15V开关电源电路图 图为TOP204的典型应用电路。该电源的技术特点是输入电压为交流85～265V；输出电压为15V±2％；额定输出功率为30W；输出电压纹波不大于±50mV；线性调整率为±2％；效率为85％。电路中，由N3、D8、C7、IC2、IC3、R1～R4和C8构成输出电压取样电路，控制IC1输出脉冲的占空比，从而实现稳定输出电压的目的。 调整C3和R5使振荡频率在30KHz-45KHz。输出电压需要稳压。输出电流可以达到500mA.有效功率8W、效率87%。其他没有要求就可以正常工作。 推挽式开关电源电路图 推挽式开关电源的典型电路如下图所示。它是一个双端转换电 开关电源环路设计及实例详解 一、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，其基本原理是通过开关管控制变压器的工作状态，从而实现对输入交流电进行变换、整流和稳压的过程。开关电源具有输出功率大、效率高、体积小等优点，因此被广泛应用于各种电子设备中。 二、开关电源环路的组成 1. 输入滤波器：用于滤除输入交流电中的高频噪声和杂波信号，保证后续环节能够正常工作。 2. 整流桥：将输入交流电转换为直流电信号。 3. 直流滤波器：用于滤除直流信号中的纹波和杂波信号，保证输出稳定。 4. 开关变换器：通过控制开关管的导通和截止状态来控制变压器的工作状态，从而实现对输入信号的变换。 5. 输出稳压器：用于对输出直流信号进行稳压处理，保证输出恒定。 三、开关电源环路设计步骤 1. 确定输出功率和输出电压范围。 2. 选择合适的变压器。 3. 设计整流桥和直流滤波器。 4. 设计开关变换器，包括选择合适的开关管和控制电路。 5. 设计输出稳压器，包括选择合适的稳压芯片和反馈电路。 6. 进行整个电路的仿真和优化。 7. 进行实际电路的搭建和调试。 四、开关电源环路设计实例 以12V/5A开关电源为例，进行具体设计。 1. 确定输出功率和输出电压范围：输出功率为60W，输出电压范围为11-13V。 2. 选择合适的变压器：根据需求选择带有多个二次侧绕组的变压器， 其中一个二次侧用于提供控制信号，另一个二次侧用于提供输出信号。通过计算得到变压比为1:2。 3. 设计整流桥和直流滤波器：采用全波整流桥结构，并选用大容量滤 波电容进行直流滤波处理。 4. 设计开关变换器：选用MOS管作为开关管，并采用反激式结构进 行设计。控制信号通过脉冲宽度调制（PWM）技术进行控制。同时，在输入端加入输入滤波器进行滤波处理。 5. 设计输出稳压器：选用LM2576芯片进行稳压处理，通过反馈电路控制输出电压。同时，加入输出滤波电容进行滤波处理。 6. 进行整个电路的仿真和优化：通过仿真软件进行各个环节的仿真和 优化，保证整个电路的性能符合要求。 7. 进行实际电路的搭建和调试：根据设计结果进行实际电路的搭建和 FS1: 由变压器计算得到Iin值，以此Iin值(0.42A）可知使用公司共享料2A/250V，设计时亦须考虑Pin（max）时的Iin是否会超过保险丝的额定值. TR1（热敏电阻）: 电源启动的瞬间，由于C1（一次侧滤波电容）短路，导致Iin电流很大，虽然时间很短暂,但亦可能对Power产生伤害，所以必须在滤波电容之前加装一个热敏电阻，以限制开机瞬间Iin在Spec之内(115V/30A,230V/60A），但因热敏电阻亦会消耗功率,所以不可放太大的阻值（否则会影响效率），一般使用 SCK053(3A/5Ω），若C1电容使用较大的值，则必须考虑将热敏电阻的阻值变大(一般使用在大瓦数的Power上）。 VDR1(突波吸收器): 当雷极发生时,可能会损坏零件，进而影响Power的正常动作，所以必须在靠AC 输入端（Fuse之后),加上突波吸收器来保护Power（一般常用07D471K)，但若有价格上的考虑,可先忽略不装。 CY1，CY2(Y-Cap）： Y-Cap一般可分为Y1及Y2电容，若AC Input有FG（3 Pin)一般使用Y2- Cap ，AC Input若为2Pin(只有L，N）一般使用Y1-Cap，Y1与Y2的差异，除了价格外(Y1较昂贵），绝缘等级及耐压亦不同(Y1称为双重绝缘，绝缘耐压约为Y2 的两倍，且在电容的本体上会有“回”符号或注明Y1)，此电路蛭蠪G所以使用Y2-Cap,Y—Cap会影响EMI特性，一般而言越大越好,但须考虑漏电及价格问题，漏电（Leakage Current )必须符合安规须求（3Pin公司标准为750uA max）。CX1（X-Cap)、RX1: X-Cap为防制EMI零件，EMI可分为Conduction及Radiation两部分，Conduction 规范一般可分为： FCC Part 15J Class B 、 CISPR 22(EN55022） Class B 两种 , FCC测试频率在450K～30MHz,CISPR 22测试频率在150K～30MHz，Conduction可在厂内以频谱分析仪验证，Radiation 则必须到实验室验证，X—Cap 一般对低频段(150K ~ 数M之间)的EMI防制有效，一般而言X-Cap愈大，EMI防制效果愈好(但价格愈高)，若X-Cap在0。22uf以上(包含0.22uf），安规规定必须要有泄放电阻（RX1，一般为1.2MΩ 1/4W)。 LF1(Common Choke): EMI防制零件，主要影响Conduction 的中、低频段，设计时必须同时考虑EMI 特性及温升，以同样尺寸的Common Choke而言，线圈数愈多（相对的线径愈细)，EMI防制效果愈好，但温升可能较高。 BD1（整流二极管): 将AC电源以全波整流的方式转换为DC，由变压器所计算出的Iin值,可知只要使用1A/600V的整流二极管，因为是全波整流所以耐压只要600V即可. C1（滤波电容）： 由C1的大小（电容值)可决定变压器计算中的Vin（min）值，电容量愈大，Vin （min)愈高但价格亦愈高，此部分可在电路中实际验证Vin(min）是否正确，若AC Input 范围在90V～132V （Vc1 电压最高约190V)，可使用耐压200V的电容；若AC Input 范围在90V～264V（或180V~264V），因Vc1电压最高约380V，所以必须使用耐压400V的电容。 D2（辅助电源二极管)： 整流二极管，一般常用FR105(1A/600V)或BYT42M(1A/1000V),两者主要差异: 耐压不同(在此处使用差异无所谓) VF不同(FR105=1。2V，BYT42M=1。4V） R10(辅助电源电阻）： 主要用于调整PWM IC的VCC电压，以目前使用的3843而言，设计时VCC必须大于8。4V(Min. Load时)，但为考虑输出短路的情况,VCC电压不可设计的太高，以免当输出短路时不保护（或输入瓦数过大). C7（滤波电容)： 辅助电源的滤波电容，提供PWM IC较稳定的直流电压，一般使用100uf/25V电容。开关电源讲解与习题
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