开关电源资料

什么是开关电源开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的道通与截止．将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压！转华为高频交流电的原因是高频交流在变压器变压电路中的效率要比５０ＨＺ高很多．所以开关变压器可以做的很小，而且工作时不是很热！！成本很低．如果不将５０ＨＺ变为高频那开关电源就没有意义！！开关变压器也不神秘．就是一个普通的变压器！这就是开关电源.开关电源大体可以分为隔离和非隔离两种,隔离型的必定有开关变压器,而非隔离的未必一定有.简单地说,开关电源的工作原理是:1.交流电源输入经整流滤波成直流;2.通过高频PWM(脉冲宽度调制)信号控制开关管,将那个直流加到开关变压器初级上;3.开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载;4.输出部分通过一定的电路反馈给控制电路,控制PWM占空比,以达到稳定输出的目的.交流电源输入时一般要经过厄流圈一类的东西,过滤掉电网上的干扰,同时也过滤掉电源对电网的干扰;在功率相同时,开关频率越高,开关变压器的体积就越小,但对开关管的要求就越高;开关变压器的次级可以有多个绕组或一个绕组有多个抽头,以得到需要的输出;一般还应该增加一些保护电路,比如空载、短路等保护,否则可能会烧毁开关电源.以上说的就是开关电源的大致工作原理.其实现在已经有了集成度非常高的专用芯片,可以使外围电路非常简单,甚至做到免调试.例如TOP系列的开关电源芯片(或称模块),只要配合一些阻容元件,和一个开关变压器,就可以做成一个基本的开关电源.USB电源结构性能USB外设电源的输入电压既已确定，其输出电压的高低便成为选择电路结构形式的决定性因素。

目前最常用的标准电源电压，有3.3V、5V和12V等几种。

许多USB数字设备采用3.3V电源，倘若电源变换效率以95％计，则其最大可用电流约为0.65A。

此时只要功率裕量足够，可以首选线性稳压器件，因其成本最低，所需外围元件也少，只是电源效率较低，不可能超过67％。

若对效率有所讲求，不妨考虑“电荷泵”器件，因其虽在成本与体积方面稍逊于前者，但在变换效率方面占有明显优势。

不过此类器件的负载能力通常较弱，只能满足上述低功耗装置的要求。

若是需要获取尽可能多的有用功率，那就只能采用效率更高的降压型开关稳压电路，但是成本与体积亦将随之增加。

当然，即使已经决定采用开关电源，其实仍有几种电路形式可供选择。

一般说来，开关电源集成器件分为两种类型，即需要外接功率开关(多为功率型MOSFET)的“开关电源控制器”以及片内自带集成功率开关的“单片开关电源”。

前者成本稍低，并且易于获得较低的功率开关导通电阻而有利于提高电源变换效率；后者则以体积小巧见长，并且能对功率开关实现完善的过热、过流保护。

此外，两类器件又均各有“常规型”(亦称“异步型”或“非同步型”)与“同步型”之分；后者采用受控MOSFET取代前者的续流二极管，虽然成本较高，但因MOSFET 的导通压降通常明显低于二极管的正向压降，由此至少可将开关电源的变换效率提高几个百分点，所以两者各有优劣而同时并存至今。

表１列出了上述几种常用电源电路的结构分类与主要性能。

对于一些需要12V电源的USB模拟设备，电路形式的选择余地不大，以往几乎全部采用升压型开关稳压器，效率常在85％以上；倘若必须解决这类电路无法实现输出短路保护功能的难题，则可考虑下述之SEPIC(单端初级电感变换器)电路，但是成本将会因此明显上升。

当然，在这两类电路中，同样有着上述之外接或在片功率开关以及异步或同步整流的区别。

如果USB外设需要5V电源，事情就稍为有些棘手，因为USB口的外供电压可能略高于也可能略低于这一数值。

为此，以往常用先升压再降压或先降压再升压的办法。

这在需要多种输出电压的场合，倒也不失为一条可行途径；但若仅需单一的5V输出，此类电路结构便难免“叠床架屋”之嫌。

或许正是这一缘故，上述之SEPIC尽管电路复杂，成本也高，但因其能集升压、降压功能于一身，所以近来已呈应用渐广之势。

来源开关电源工作原理分析摘要本文先分析了开关电源产生电磁干扰的机理, ,就目前几种有效的开关电源电磁干扰措施进行了分析比较，并为开关电源电磁干扰的进一步研究提出参考建议。

目前，许多大学及科研单位都进行了开关电源EMI（Electromagnetic Interference）的研究，他们中有些从EMI产生的机理出发，有些从EMI 产生的影响出发，都提出了许多实用有价值的方案。

这里分析与比较了几种有效的方案，并为开关电源EMI 的抑制措施提出新的参考建议。

一、开关电源电磁干扰的产生机理开关电源产生的干扰,按噪声干扰源种类来分,可分为尖峰干扰和谐波干扰两种;若按耦合通路来分,可分为传导干扰和辐射干扰两种。

现在按噪声干扰源来分别说明（全文略）。

开关电源的发展和趋势1955年美国罗耶（GH.Roger)发明的自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器，是实现高频转换控制电路的开端，1957年美国查赛（Jen Sen)发明了自激式推挽双变压器，１９６４年美国科学家们提出取消工频变压器的串联开关电源的设想，这对电源向体积和重量的下降获得了一条根本的途径。

到了１９６９年由于大功率硅晶体管的耐压提高，二极管反向恢复时间的缩短等元器件改善，终于做成了２５千赫的开关电源。

目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。

目前市场上出售的开关电源中采用双极性晶体管制成的１００kHz、用ＭＯＳ－ＦＥＴ制成的５００kHz电源，虽已实用化，但其频率有待进一步提高。

要提高开关频率，就要减少开关损耗，而要减少开关损耗，就需要有高速开关元器件。

然而，开关速度提高后，会受电路中分布电感和电容或二极管中存储电荷的影响而产生浪涌或噪声。

这样，不仅会影响周围电子设备，还会大大降低电源本身的可*性。

其中，为防止随开关启-闭所发生的电压浪涌，可采用R-C或L-C缓冲器，而对由二极管存储电荷所致的电流浪涌可采用非晶态等磁芯制成的磁缓冲器。

不过，对1MHz以上的高频，要采用谐振电路，以使开关上的电压或通过开关的电流呈正弦波，这样既可减少开关损耗，同时也可控制浪涌的发生。

这种开关方式称为谐振式开关。

目前对这种开关电源的研究很活跃，因为采用这种方式不需要大幅度提高开关速度就可以在理论上把开关损耗降到零，而且噪声也小，可望成为开关电源高频化的一种主要方式。

当前，世界上许多国家都在致力于数兆Hz的变换器的实用化研究。

单片开关电源原理及应用西南交通大学回宝成郭世明(成都610031)沈阳铁路局李海波 (沈阳110001)摘要：介绍了三端离线式脉宽调制单片开关电源集成电路即TOP开关及其典型应用。

关键词：单片开关集成电路开关电源1前言开关电源自20世纪70年代开始应用以来，涌现出许多功能完备的集成控制电路，使开关电源电路日益简化，工作频率不断提高，效率大大提高，并为电源小型化提供了广阔的前景。

三端离线式脉宽调制单片开关集成电路TOP(Threeterminaloffline)将PWM控制器与功率开关MOSFET合二为一封装在一起，已成为开关电源IC发展的主流。

采用TOP开关集成电路设计开关电源，可使电路大为简化，体积进一步缩小，成本也明显降低。

2TOP开关结构及工作原理2.1结构TOP开关集各种控制功能、保护功能及耐压700V的功率开关MOSFET于一体，采用TO 220或8脚DIP封装。

少数采用8脚封装的TOP开关，除D、C两引脚外，其余6脚实际连在一起，作为S端，故仍系三端器件。

三个引出端分别是漏极端D、源极端S和控制端C。

其中，D是内装MOSFET的漏极，也是内部电流的检测点，起动操作时，漏极端由一个内部电流源提供内部偏置电流。

控制端C控制输出占空比，是误差放大器和反馈电流的输入端。

在正常操作时，内部的旁路调整端提供内部偏置电流，且能在输入异常时，自动锁定保护。

源极端S是MOSFET的源极，同时是TOP开关及开关电源初级电路的公共接地点及基准点。

2.2工作原理TOP包括10部分，其中Zc为控制端的动态阻抗，RE是误差电压检测电阻。

R A 与CA构成截止频率为7kHz的低通滤波器。

主要特点是：（1）前沿消隐设计，延迟了次级整流二级管反向恢复产生的尖峰电流冲击；（2）自动重起动功能，以典型值为5％的自动重起动占空比接通和关断；（3）低电磁干扰性（EMI），TOP系列器件采用了与外壳的源极相连，使金属底座及散热器的dv/dt=0，从而降低了电压型控制方式与逐周期峰值电流限制;（4）电压型控制方式与逐周期峰值电流限制。

下面简要叙述一下：（1）控制电压源控制电压Uc 能向并联调整器和门驱动极提供偏置电压，而控制端电流Ic则能调节占空比。

控制端的总电容用Ct表示，由它决定自动重起动的定时，同时控制环路的补偿，Uc有两种工作模式，一种是滞后调节，用于起动和过载两种情况，具有延迟控制作用；另一种是并联调节，用于分离误差信号与控制电路的高压电流源。

刚起动电路时由D-C极之间的高压电流源提供控制端电流Ic，以便给控制电路供电并对Ct充电。

（2）带隙基准电压源带隙基准电压源除向内部提供各种基准电压之外，还产生一个具有温度补偿并可调整的电流源，以保证精确设定振荡器频率和门极驱动电流。

（3）振荡器内部振荡电容是在设定的上、下阈值UH、UL之间周期性地线性充放电，以产生脉宽调制器所需要的锯齿波（SAW），与此同时还产生最大占空比信号(Dmax)和时钟信号(CLOCK)。

为减小电磁干扰，提高电源效率，振荡频率（即开关频率）设计为100kHz，脉冲波形的占空比设定为D。

（4）放大器误差放大器的增益由控制端的动态阻抗Zc 来设定。

Zc的变化范围是10Ω～20Ω，典型值为15Ω。

误差放大器将反馈电压UF与5.7V基准电压进行比较后，输出误差电流Ir ，在RE上形成误差电压UR。

（5）脉宽调制器（PWM）脉宽调制器是一个电压反馈式控制电路，它具有两层含义。

第一、改变控制端电流Ic的大小，即可调节占空比D，实现脉宽调制。

第二、误差电压UR经由R A 、CA组成截止频率为7kHz的低通滤波器，滤掉开关噪声电压之后，加至PWM比较器的同相输入端，再与锯齿波电压UJ 进行比较，产生脉宽调制信号UB。

（6）门驱动级和输出级门驱动级（F）用于驱动功率开关管(MOSFET)，使之按一定速率导通，从而将共模电磁干扰减至最小。

漏 源导通电阻与产品型号和芯片结温有关。

MOSFET 管的漏 源击穿电压U(bo)ds≥700V。

（7）过流保护电路过流比较器的反相输入端接阈值电压ULIMIT，同相输入端接MOSFET管的漏极。