开关电源设计一些重要知识点
开关电源工程化实用设计指南
开关电源工程化实用设计指南开关电源是一种非常重要的电力转换设备，它可以将输入的直流电压转换为输出的交流电压，从而满足各种电子设备的供电需求。
开关电源的工程化实用设计是一项涉及到多个领域的技术工作，包括电路设计、磁性元件设计、功率转换器设计、控制器设计和可靠性设计等。
下面将介绍开关电源的工程化实用设计指南。
一、电路设计开关电源的电路设计是整个设计的核心，也是最关键的一步。
在电路设计中，需要考虑以下几个方面的因素：输入和输出电压：开关电源的输入和输出电压需要根据电子设备的实际需求来确定。
在输入电压方面，需要考虑到电网电压的波动和噪声等因素，确保开关电源能够稳定工作。
在输出电压方面，需要根据电子设备的功率和负载特性来进行设计，确保输出的电压能够满足电子设备的供电需求。
功率容量：开关电源的功率容量需要根据电子设备的功率需求来确定。
在确定功率容量时，需要考虑到开关电源的最大负载和可能出现的峰值负载等因素，确保开关电源的功率容量足够且不会出现过载或损坏的情况。
电路拓扑：开关电源的电路拓扑是指其基本电路结构。
根据不同的需求，可以选择不同的电路拓扑来进行设计。
常用的电路拓扑包括BUCK型、BOOST型、BUCK-BOOST型等，需要根据实际情况来选择合适的电路拓扑。
控制方式：开关电源的控制方式是指如何控制开关管的导通和关断，以达到稳定输出电压的目的。
常用的控制方式包括脉冲宽度调制（PWM）、脉冲频率调制（PFM）和电流模式控制等，需要根据实际情况来选择合适的控制方式。
二、磁性元件设计开关电源中的磁性元件主要包括电感和变压器，它们在功率转换器中起到重要的作用。
在磁性元件设计中，需要考虑以下几个方面的因素：磁芯材料：磁芯材料的选择是磁性元件设计的关键。
常用的磁芯材料包括铁氧体、坡莫合金和非晶合金等，需要根据实际情况来选择合适的磁芯材料。
线圈设计：线圈设计是磁性元件设计的另一个关键因素。
在电感设计中，需要考虑到线圈的匝数、线径和绕制方式等因素，以确保电感能够满足开关电源的负载需求。
零起点学开关电源设计基础篇
零起点学开关电源设计基础篇
开关电源是一种高效、稳定、小型化的电源供应器，广泛应用于现代电子设备中。
想要学习开关电源设计基础知识，需要掌握以下几个方面的内容：
1. 开关电源的基本原理
开关电源是一种能够将交流电转化为直流电的电源供应器。
它通过开关管对输入电压进行开关控制，使交流电的平均值变为直流电。
整个开关电源由输入滤波电容、整流电路、开关变换器、输出滤波电容、稳压电路等部分组成。
2. 开关电源的分类
开关电源可以根据输入电压的不同，分为交流输入型和直流输入型；根据输出功率的不同，分为低功率（小于100W）、中功率（100W-1KW）和高功率（大于1KW）；根据拓扑结构的不同，分为Buck型、Boost型、Buck-Boost型、Cuk型、Sepic型、Flyback型、Forward 型等。
3. 开关电源的主要元器件
开关电源的主要元器件包括开关管、二极管、电感、电容、变压器、稳压管等。
4. 开关电源的设计步骤
开关电源的设计步骤主要包括：计算输入电容、整流电路的设计、选择开关变换器拓扑结构、计算开关变换器元器件参数、稳压电路的设计、确定滤波电容电感的参数、进行仿真和优化。
5. 开关电源的性能指标
开关电源的主要性能指标包括输出电压、输出电流、输出功率、效率、稳定性、负载调整能力、温度特性等。
以上是零起点学开关电源设计基础的一些内容，希望对初学者有所帮助。
开关电源基础知识
开关电源基础知识
1. 你知道开关电源到底是啥玩意儿吗？就好比家里的电灯开关，一按就亮，开关电源也是这样控制电流的呀！比如手机充电器就是个典型的开关电源。
2. 开关电源的工作原理复杂吗？其实也没那么难理解啦！就像人吃饭消化提供能量一样，它把电处理好给设备供能呢！像电脑主机里的电源就是这样工作的。
3. 开关电源有哪些重要的组成部分呢？嘿，这就像搭积木，每个部分都不可或缺呀！像变压器，不就像个大力士在帮忙变魔法嘛！比如一些电器里的变压器。
4. 开关电源的效率能有多高呢？哇塞，那可高得很呢！就如同跑步冠军一样，快速又高效地完成任务！像一些高效节能的灯具用的就是高效率的开关电源。
5. 开关电源的稳定性重要不？当然啦，这可关系重大呀！就好像走钢丝，得稳稳当当的才行呢！像一些精密仪器就需要稳定的开关电源来保障。
6. 开关电源的体积能做很小吗？能呀，小得惊人呢！就像小魔术一样把大东西变小了。
像现在很多便携设备里的电源就超小的。
7. 开关电源在生活中有多常见呢？哎呀，那可太常见啦！简直无处不在呀！像电视、冰箱，到处都有它的身影呢！
8. 开关电源的质量怎么判断呢？这可得好好研究研究呀！就像挑水果，得看外表又得看内在。
比如有些电源用起来就特别靠谱。
9. 开关电源未来会发展成啥样呢？那可不好说呀，也许会像科幻电影里一样厉害呢！说不定以后的电源都超级智能啦！
10. 学习开关电源基础知识有趣吗？当然有趣啦！就像探索一个神秘的世界一样让人兴奋呢！等你了解了就知道啦！。
开关电源的原理与设计
开关电源的原理与设计一、引言开关电源是一种将交流电转换为直流电的电子设备，广泛应用于各种电子设备中。
本文将介绍开关电源的原理与设计。
二、开关电源的原理开关电源的基本原理是利用开关管（MOS管）的导通和截止来控制电源输出。
其主要由输入滤波电路、整流电路、变换电路、输出电路和控制电路等组成。
1. 输入滤波电路输入滤波电路的作用是将交流电转换为稳定的直流电。
它由电容和电感构成，通过对电流的整流和滤波作用，使得输出电压平稳。
2. 整流电路整流电路主要由二极管桥整流电路组成，将交流电转换为脉冲直流电。
二极管桥整流电路具有整流和滤波功能，可以将交流电转换为脉动较小的直流电。
3. 变换电路变换电路是开关电源的核心部分，主要由开关管、变压器和输出电感组成。
开关管的导通和截止控制了电源的输出电压，变压器用于提高或降低电压。
通过开关管的开关动作，可以实现高效率的电能转换。
4. 输出电路输出电路由输出电容和负载组成，用于稳定输出电压并提供给负载使用。
输出电容的作用是存储能量，平稳输出直流电压。
5. 控制电路控制电路主要由控制芯片和反馈电路组成，用于监测和控制输出电压。
控制芯片通过反馈电路不断调整开关管的导通和截止，以保持输出电压的稳定。
三、开关电源的设计开关电源的设计需要考虑输入电压、输出电压、输出功率、效率和稳定性等因素。
1. 输入电压根据应用场景的不同，可以选择不同的输入电压范围。
常见的输入电压有220V交流电和110V交流电。
2. 输出电压输出电压是开关电源设计的关键参数之一，需根据实际需求确定。
常见的输出电压有5V、12V、24V等。
3. 输出功率输出功率是开关电源能够提供的最大功率，需根据负载的功率需求确定。
需要注意的是，输出功率不能超过开关电源的额定功率。
4. 效率开关电源的效率是指输出功率与输入功率的比值，通常以百分比表示。
较高的效率意味着更少的能量损耗，可提高整个系统的能量利用率。
5. 稳定性开关电源的稳定性是指输出电压的稳定性，即在负载变化或输入电压波动时，输出电压的变化情况。
开关电源设计知识介绍
（一）. 传导干扰的传输通道
（1）容性耦合
（2）感性耦合
（3）电阻耦合
a.公共电源内阻产生的电阻传导耦合
b.公共地线阻抗产生的电阻传导耦合
c.公共线路阻抗产生的电阻传导耦合
（二）. 辐Leabharlann 干扰的传输通道 （1）在开关电源中，能构成辐射干扰源的元器件和导线均可以被假设为天线，从而利用电偶极子和磁偶极子理论进行分析；二极管、电容、功率开关管可以假设为电偶极子，电感线圈可以假设为磁偶极子；
开关电源设计知识介绍
1 电子产品，特别是军用稳压电源的设计是一个系统工程，不但要考虑电源本身参数设计，还要考虑电气设计、电磁兼容设计、热设计、安全性设计、三防设计等方面。因为任何方面那怕是最微小的疏忽，都可能导致整个电源的崩溃，所以我们应充分认识到电源产品可靠性设计的重要性。
2 开关电源电气可靠性设计
Q=(n / N)×100%
式中：N——受试样品总数；
n——被剔除的样品数；
如果Q超过标准规定的上限值，则本批元器件全部不准上机，并按有关规定处理。
在符合标准规定时，则将筛选合格的元器件打漆点标注，然后入专用库房供装机使用。
（3)设计问题
首先是恰当地选用合适的元器件：
硬开关技术因开关损耗的限制，开关频率一般在350kHz以下，软开关技术是应用谐振原理，使开关器件在零电压或零电流状态下通断，实现开关损耗为零，从而可将开关频率提高到兆赫级水平，这种应用软开关技术的变换器综合了PWM变换器和谐振变换器两者的优点，接近理想的特性，如低开关损耗、恒频控制、合适的储能元件尺寸、较宽的控制范围及负载范围，但是此项技术主要应用于大功率电源，中小功率电源中仍以PWM技术为主。
开关电源设计(精通型)
开关电源设计（精通型）一、开关电源基本原理及分类1. 基本原理开关电源的工作原理是通过控制开关器件的导通与关断，实现电能的高效转换。
它主要由输入整流滤波电路、开关变压器、输出整流滤波电路和控制电路组成。
在开关电源中，开关器件将输入的交流电压转换为高频脉冲电压，通过开关变压器实现电压的升降，经过输出整流滤波电路，得到稳定的直流电压。
2. 分类（1）PWM（脉冲宽度调制）型开关电源：通过调节脉冲宽度来控制输出电压，具有高效、高精度等特点。
（2）PFM（脉冲频率调制）型开关电源：通过调节脉冲频率来控制输出电压，适用于负载变化较大的场合。
二、开关电源关键技术与设计要点1. 高频变压器设计（1）选用合适的磁芯材料，保证变压器在高频工作时的磁通密度不超过饱和磁通密度。
（2）合理设计变压器的绕组匝数比，以满足输出电压和电流的要求。
（3）考虑变压器损耗，包括铜损、铁损和杂散损耗，确保变压器具有较高的效率。
2. 开关器件的选择与应用（1）开关频率：根据开关电源的设计要求，选择合适的开关频率。
（2）电压和电流等级：确保开关器件能承受最大电压和电流。
（3）功率损耗：选择低损耗的开关器件，提高开关电源的效率。
（4）驱动方式：根据开关器件的特点，选择合适的驱动电路。
3. 控制电路设计（1）稳定性：确保控制电路在各种工况下都能稳定工作。
（2）精度：提高控制电路的采样精度，降低输出电压的波动。
（3）保护功能：设置过压、过流、短路等保护功能，提高开关电源的可靠性。
三、开关电源设计实例分析1. 确定设计指标输入电压：AC 85265V输出电压：DC 24V输出电流：4.17A效率：≥90%2. 高频变压器设计选用EE型磁芯，计算磁芯尺寸、绕组匝数和线径。
3. 开关器件选择根据设计指标，选择一款适合的MOSFET作为开关器件。
4. 控制电路设计采用UC3842作为控制芯片，设计控制电路，实现开关电源的稳压输出。
5. 实验验证搭建实验平台，对设计的开关电源进行测试，验证其性能指标是否符合要求。
开关电源技术 (复习)PPT资料102页
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Buck变换器在连续模式和不连续模式的主要波形
2020/3/30
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讨论电感电流连续时变换器的工作原理(稳态）：
分析之前作如下假设： （1） 所有有源器件Q和D导通和关断时间为零。导通 时电压为零，关断时漏电流为零。 （2） 在一个开关周期中，滤波电容电压，即输出电 压Vout，有很小纹波(电压），但可认为基本保持不变, 其值为Vo。 （3） 电感和电容均为无损耗的储能元件。
等 3. MOS管的驱动：三种驱动方法（MOS管属于电压型控制器件，GS之
间的电压来控制D、S之间的导通情况。） 4. MOS管的封装以及生产的公司
HAT2140的datasheet1 STD5NM50T4的datasheet
2020/3/30
5
B. MOS管的门极驱动电路： 1) 直接驱动
电阻R1的作用是限流和抑制 寄生振荡，一般为10ohm到 100ohm，R2是为关断时提供放电 回路的；稳压二极管D1和D2是保 护MOS管的门极和源极；二极管 D3是加速MOS的关断。
D3 47 R1 V1
D4
D1
IRF530
Q1 20k R220Fra bibliotek0/3/306
2) 互补三极管驱动
当MOS管的功率很大 时，而PWM控制芯片输出 的PWM信号不足已驱动MOS
PWM
管时，加互补三极管来提 供较大的驱动电流来驱动 MOS管。
Vcc
Q3 R1
D1 R3 Q2
IRF530
Q1
20k R2
二、 开关电源的内容 (知识点）
1. 了解开关电源的应用。
2. 开关电源的结构（组成部分）。
3. 元器件的选择—MOS管、二极管、电阻和电容
开关电源重点全解-14页文档资料
1:什么是线形串联稳压电源?答：线性稳压电源是指在稳压电源电路中的调整功率管工作于线性放大区；串联型开关稳压电源电路是指其储能电感串联在输入与输出电压之间。
由变压器，整流、滤波电路和线性稳压电路组成。
2:什么是开关稳压电源?答：它有全波整流器、开关功率管V、PWM控制与驱动器、续流二极管VD、储能电感L、输出滤波电容C和采样反馈电路等组成。
实际上，开关稳压电源的核心部分是一个支流变压器。
3:开关稳压电源的种类?1、按激励方式分：他激式~和自激式~2、按调制方式分：脉宽调制型~、频率调制型~和混合型~3、按开关功率管电流的工作方式分：开关式~和谐振式~4、按功率开关的类型分：晶体管式~可控硅型~MOSFET型~和IGBT型5、按储能电感的连接方式分：串联型~和并联型~6、按功率开关的连接方式分：单端正激式~单端反激式~推挽式~半桥式~全桥式~7、按输入和输出的电压大小分：升压式~降压式~输出极性反转式~8、按工作方式分：可控整流式~斩波式~隔离型~9、按电路结构分：散件式~集成电路式~4:降压型开关稳压电源的工作原理?答：把驱动方波信号加到功率开发V的基极上，这样功率开关就会按照驱动方波信号的频率周期性的导通与关闭，其工作过程可以用功率开关的导通以及开关稳压电源实现动态平衡等过程来解说。
1、在Ton=t1-t0期间，功率开关导通，续流二极管因反向偏置二截止，虽然输入电压时一个直流电压，但电感中电流不能突变，电感中的电流将线性上升，并以磁能的形式在储能电感中存储能量，在t1时刻，储能电感中的电流上升到最大值。
2、在Toff=t2-t1期间，功率开关截止，但是在t1时刻，由于功率管刚刚截止，并且储能电感中的电流不能突变，于是L两端产生了与原来两端电压极性相反的自感电动势。
此时，续流二极管开始正向导通，储能电感所存储的磁能将以电能的形式通过续流二极管和负载电阻开始泄放。
所泄放的电流的波形就是锯齿波中随时间下降的那一段电流。
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1、什么叫boost电路？
the boost converter,或者叫step-up converter，是一种开关直流升压电路，它可以是输出电压比输入电压高。
基本电路图见图一。
假定那个开关（三极管或者mos管）已经断开了很长时间，所有的元件都处于理想状态，电容电压等于输入电压。
下面要分充电和放电两个部分来说明这个电路
充电过程
在充电过程中，开关闭合（三极管导通），等效电路如图二，开关（三极管）处用导线代替。
这时，输入电压流过电感。
二极管防止电容对地放电。
由于输入是直流电，所以电感上的电流以一定的比率线性增加，这个比率跟电感大小有关。
随着电感电流增加，电感里储存了一些能量。
放电过程
如图，这是当开关断开（三极管截止）时的等效电路。
当开关断开（三极管截止）时，由于电感的电流保持特性，流经电感的电流不会马上变为0，而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。
而原来的电路已断开，于是电感只能通过新电路放电，即电感开始给电容充电，电容两端电压升高，此时电压已经高于输入电压了。
升压完毕。
说起来升压过程就是一个电感的能量传递过程。
充电时，电感吸收能量，放电时电感放出能量。
如果电容量足够大，那么在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流。
如果这个通断的过程不断重复，就可以在电容两端得到高于输入电压的电压。
一些补充
1 AA电压低,反激升压电路制约功率和效率的瓶颈在开关管,整流管,及其他损耗(含电感上).
1.电感不能用磁体太小的(无法存应有的能量),线径太细的(脉冲电流大,会有线损大).
2 整流管大都用肖特基,大家一样,无特色,在输出3.3V时,整流损耗约百分之十.
3 开关管,关键在这儿了,放大量要足够进饱和,导通压降一定要小,是成功的关键.总共才一伏,管子上耗多了就没电出来了,因些管压降应选最大电流时不超过0.2--0.3V,单只做不到就多只并联.......
4 最大电流有多大呢?我们简单点就算1A吧,其实是不止的.由于效率低会超过1.5A,这是平均值,半周供电时为3A,实际电流波形为0至6A.所以咱建议要用两只号称5A实际3A的管子并起来才能勉强对付.
5 现成的芯片都没有集成上述那么大电流的管子,所以咱建议用土电路就够对付洋电路了.
以上是书本上没有直说的知识,但与书本知识可对照印证.
开关管导通时，电源经由电感-开关管形成回路，电流在电感中转化为磁能贮存；开关管关断时，电感中的磁能转化为电能在电感端左负右正，此电压叠加在电源正端，经由二极管-负载形成回路，完成升压功能。
既然如此，提高转换效率就要从三个方面着手：1.尽可能降低开关管导通时回路的阻抗，使电能尽可能多的转化为磁能；2.尽可能降低负载回路的阻抗，使磁能尽可能多的转化为电能，同时回路的损耗最低；3.尽可能降低控制电路的消耗，因为对于转换来说，控制电路的消耗某种意义上是浪费掉的，不能转化为负载上的能量。
2、芯片UC3842各引脚的功能：
3、什么叫电压调整率、负载调整率？怎样计算，及效率的计算？答： 1电压调整率：SV:定义为负载不变，输入电压变化时维持输出电压不变的
能力，常用单位输出电压下输出电压变化量与额定输出电压的百分比。
2 电流调整率：（负载调整率）满载时输出电压-半载时输出电压与额定负载时输出电压的百分比。
3效率为输出功率与输入功率之比。
可以根据电路各部分的功耗来计算。
4、什么是比较放大器？
答：就是运放构成的比较器，输入级输入要比较的电压，输出端输出高低电平作为比较结果。
5、电感的计算？
答：各参数定义：
I off：场效应管关闭时流经电感的电流
I on：场效应管导通时流经电感的电流
V in：经整流滤波后输出电压
V o：输出电压
V L：电感两端电压
T：开关周期
T on：一个周期内开关导通时间
T off：一个周期内开关关闭时间
D：占空因数
流经电感的电流表达式：i(t)=i(0)+∫V L/Ldt
MOSFET导通时流经电感的电流：i L=I off+∫V L/Ldt=I off+V L*t/L
MOSFET关闭时流经电感的电流：i L=I on-∫(V o-V in)/Ldt=I on-(V o-V in)*t/L，则：
I on=I off+V in*T on/L (1)
I off=I on-(V o-V in)*T off/L (2)
由(1)(2)两式可得：
V o=V in*T/(T-T on)= V in *1/(1-D) //即D=1-Vi/Vo;占空比对Vo的影响
上式即为开关电路的输出电压与输入电压的关系。
在导通期间电路消耗的能量为：
E on=∫P(t)dt=∫i(t)V in dt=∫(I off+V in*t/L)V in dt= P out*T，得:
I off=(P ont*T-V in2T on2/2L)/V in*T on
在开关电路的导通和关闭时期，电感的电流应是连续的，需满足：I off>=0则：L>=V in2T on2/2P out T=V in2D2/2P out f
当D=1/2时，Vo=2V in,上式右边取最大值，此时：L>=V o2/32P out f
题目要求：输入电压V in的范围是15V到21V,输出电压V o的范围是30V到36V。
由于经整流滤波后电压会有所提高，一般满足：
V inmin=15*1.2V=18V
V inmax=21*1.414-1.5=28V
V omin=30V
V omax=36V
于是：
D min=1-V in/V o=1-28/30=0.067
D max=1-V in/V o=1-18/38=0.5，可知占空比要达到50%。
若取f=100kHz,I omin=0.1A，则可计算出L min的取值可为0.1mH。
6、MC34063芯片各引脚功能？
答：MC34063的基本结构及引脚图功能：
图1
1脚：开关管T1集电极引出端；
2脚：开关管T1发射极引出端；
3脚：定时电容ct接线端；调节ct可使工作频率在100—100kHz范围内变化；
4脚：电源地；
5脚：电压比较器反相输入端，同时也是输出电压取样端；使用时应外接两个精度不低于1％的精密电阻；
6脚：电源端；
7脚：负载峰值电流（Ipk）取样端；6，7脚之间电压超过300mV时，芯片将启动内部过流保护功能；
8脚：驱动管T2集电极引出端。
7、过流保护电路？
答：。