开关电源培训资料

开关电源基础一 开关电源概述什么是电源？很难用一句话来概括。

在现代人的生活中谁都离不开电源。

文化娱乐，办公学习，科学研究，工农业生产，国防建设，教育，环境保护，医疗卫生，交通运输，照明，通讯，等等，只用有电就离不开电源。

绝大部分的电是发电厂生产并发送的，称之为市电。

像灯泡，电炉，交流电动机等只要接上市电就可以使用；计算机，电视机等虽然也是一打开开关就能工作，但是其内部都已经做了电能变换处理，将正弦波的交流电转化成各自需要的直流电，高压电，脉冲电，让计算机，电视机等工作起来；在无法提供市电的岛屿，车船上，可以用蓄电池经过电能转化获得跟市电一样的交流电，让计算机等设备工作起来。

进入太空的卫星利用太阳能转化为自己需求的各种电能来维持长期的运行。

电能是宝贵的资源，所以需要珍惜和节约，所以90年代又提出绿色电源的要求。

总之，所谓的电源乃是利用电能变换技术将市电或者电池等一次电能转化成适合各种用电对象的二次电能的系统或者装置。

一些国家使用的市电电压有所不同，比如美国是110V电网、欧洲大多国家是230V的电网，再没有使用高频开关技术以前，这些要求很难实现。

高频开关电源的输入电压范围之宽是线性开关电源所无法比拟的，也就是现在人常说的全球通用电源AC100V~AC240V。

人体的心脏只有一种形式，而电源的形式却多种多样，那是因为标志电源特性的参数有许多，比如功率、电压、频率、噪声等等，而且在实际使用中还有体积、重量、形态、效率等诸多限制，人们在设计电源时会在某种限制下或为了实现某种特性而去塑造电源，也就使电源的形式变得多种多样。

在60年代，大功率半导体器件被开发出来以来，用其做功率开关器件转换，开关电源开始飞速发展。

广义地说，凡是用半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转换为另一种电源形态的电路就叫开关转换电路，转换时用自动控制闭环稳定输出的就成为开关电源。

随着半导体技术的高速发展，高耐压的快速开关晶体管的出现使没有工频变压器的开关电源迅速实用化。

随着大规模和超大规模集成电路的快速发展，电子设备向着小型化、固态化方向发展，同时也对电源设备提出了更高的要求，要求电源设备同样向着小型化、高效化方向发展。

小型化、重量轻、效率高的隔离式开关电源开始取代那些体积大而笨重的、使用工频变压器的线性调节稳压电源。

在70年代，开关电源开始被广泛应用与电子计算机、彩色电视机、卫星通讯设备、程控交换机、精密仪表等电子设备。

因为开关电源能够满足现代电子设备对多种电压和电流的需求。

半导体集成电路技术的迅速发展使适应各类开关电源控制要求的集成电路应运而生；开关电源的功能不断完善，集成化水平不断提高，外接元件越来越少，使开关电源的设计、生产日益简化，成本不断下降。

上个世纪末高耐压的大功率MOS管的广泛应用使开关电源的工作频率由最初的20kHz提高到100kHz，又使开关电源的体积更小，重量更轻，效率更高。

现在，只要电子设备的消耗功率在20W以上，就要考虑使用开关电源。

虽然开关电源的优点很多，但也带来了对人有害的高频干扰，为了合理的使用，世界各国纷纷出台了开关电源的使用规范和制造要求，对开关电源的变化技术又提出了新的挑战，也就是人常说的CE标准，FCC标准，GS，CCC等等。

一方面对开关电源技术有了更高的要求，另一方面对规范电源市场也起了很好的推动作用。

二 常用术语效率：电源的输出功率和输入功率的百分比。

ESR：等效串联电阻，作为电解电容的指标之一，在选择输出滤波电容时会考量。

一般来说，ESR越低，电容性能越好。

输出电压保持时间：指在开关电源的输入电压撤消以后，开关电源依然保持其额定输出电压的时间。

启动浪涌电流限制电路：属于保护线路。

对电源启动时产生的尖峰电流起限制作用。

隔离电压：电源电路中的任何一部分与电源基板地（一般称之为保护地或大地）之间的最大电压。

或者能够加在开关电源的输入端与输出端之间的最大电压。

电压调整率：也称之为线性调整率，指输出电压随输入电压变化而变化的百分率，条件是负载和环境温度保持恒定。

负载调整率：指输出电压随负载变化而变化的百分率，条件是输入电压和环境温度保持恒定。

噪声和纹波：指附加在直流输出信号上的交流电压和高频尖峰信号的峰值。

通常是以mV为单位。

输出瞬态响应时间：从输出负载电流产生变化开始，经过整个电路的调节作用，到输出电压恢复额定值所需要的时间。

过载保护：也称之为过流保护，指防止因负载过重，使电流超过原设计的额定值而造成电源损坏的电路.远程检测：电压检测的一种方法。

为了补偿电源输出的电压降，直接从负载上检测输出电压的一种方法。

软启动：系统启动时，一种延长开关电源的输出从零到正常值所需要的时间的方法。

电磁干扰：指那些由开关电源的开关元件引起的，不希望传输和发射的高频能量频谱。

占空比：在高频开关电源中，开关元件的导通时间和工作周期的比值。

在输入电压或输出负载变化时，开关电源一般是通过调整占空比来达到稳定输出电压的目的。

三 开关电源的组成开关电源可以分为四类，按照电力电子学的习惯称谓，AC-DC称之为整流，DC-AC称之为逆变，AC-AC称之为交-交变频（或变压），DC-DC称之为直流-直流变换。

目前公司的产品就属于AC-DC和DC-DC两类，下面的方框图描述的就是AC-DC开关电源的基本组成部分：EMI线路：主要由共模电感、差模电感、X电容和Y电容组成，其目的是为了保护开关电源能正常工作不受外部电磁干扰的影响以及防止开关电源本身制造的电磁噪声干扰其它电子设备。

输入整流滤波线路：主要由桥式整流器和输入电容组成，其目的是将输入的交流电进行初步的整流滤波得到一个初步的直流电。

初级开关转换线路和次级整流滤波线路：是开关电源的主要组成部分，主要由隔离变压器，半导体开关和二次侧的整流半导体、滤波电容组成，作用是将初步整流滤波所得的直流电转化为输出所需要的直流电并满足部分输出特性，比如输出纹波电压。

PWM控制线路：由PWM控制集成电路和其周边的起辅助作用的电阻电容组成，是开关电源的核心，其作用是通过控制半导体开关来得到所希望的输出电压。

输出反馈线路：由输出电压采样线路、反馈光耦、提供独立参考电压的辅助线路和其它一些闭环控制所需的电容电阻组成，作用是将输出的电压转化为某种特定的信号传送给初级的PWM控制线路。

输出保护线路：由输出采样线路、反馈光耦、提供独立参考电压的辅助线路和其它一些辅助的电容电阻组成，其作用是在某些异常情况下保护输出端连接的电子设备和开关电源本身，比如输出过电压和输出过载。

以上是一个开关电源最基本的线路，在实际使用中，为了实现某种特性，还会加入一些线路，比如为了提高功率因数，就必须在开关电源中加入功率因数校正线路即PFC线路。

四 开关电源与线性电源的比较在开关电源出现以前，电子设备使用的电源主要是线性稳压电源，为什么开关电源会逐渐取代线性电源？为什么现在还有线性电源在生产和使用？下面将从一些方面将开关电源和线性电源进行比较：1) 体积：线性电源主要是通过工频变压器实现降压目的，处理的功率越大，工频变压器的体积就越大，线性电源的体积也就越大；开关电源因为是通过高频转换电路来达到降压的目的，当处理的功率越大时，可以通过提高工作频率的方式来保持体积不变，甚至变得更小。

2) 效率：线性电源主要是在工频变压器降压后使用线性稳压器达到稳压目的，当输入电压上升时，线性稳压器将有更多的损耗，比如在输入10V时使用线性稳压器使输出电压稳定在5V，此时线性稳压器上将有5V的压降，整个线性电源的效率将低于50%（因为工频变压器本身也有损耗）；而一个50W，5V输出的开关电源的效率可以实现在80%以上。

3) 输入电压的范围：因为工频变压器只是通过其线圈匝比进行降压，当输入电压的范围越大时，线性稳压器的输入端电压变化越大，在最高输入电压的效率越低，损耗更大；而一般开关电源的电压调整率可以做到0.5%甚至更高。

4) EMC：由于开关电源是通过高频转换来处理功率，工作频率在20kHz~150kHz甚至更高，半导体开关器件在开关瞬间会产生较强的电磁噪声；相对而言线性电源不存在开关工作，产生的高频电磁噪声几乎没有。

5) 成本：线性电源零件个数远比开关电源少，成本优势明显。

总的看来，在电源的性能指标方面，开关电源的各方面性能要优于线性电源；在成本方面，线性电源要有优势；而且开关电源对环境的污染（主要指电磁污染）也要大于线性电源。

所以，现在在需求比较低功率（如几瓦或十几瓦）的电源时，会选择线性电源；在需求较高功率（二十瓦或以上）或对体积等性能指标有较高要求时，会选择开关电源。

五 开关电源的基本类型六，充电器的一般概述。

简单的说，充电器是为电池或由电池工作的设备完成充电的一种装置或设备。

充电器的工作方式一般是恒流恒压型的，它和ADAPTER有一点不同，它的负载主要是电池。

充电器是电源产品的一个分支，可分为线性充电器和开关充电器，目前我们公司只做一种手机充电器，也就是大家常说的旅行充电器，电池座充充电器。

这种充电器主电路工作方式一般有两种线路即RCC线路的，单片功率IC型的，两种充电器都能满足对电池充电的要求，但从价格成本上来说RCC较低，但对生产中的控制要求很严，因为分立元件的离散性较大，分选的工作较多。

而单片IC的电路来说，外围元器件较少，好控制，但成本较高易受供应商的影响。

•如不受电击,火灾之危险一般通用安规标准 (一)•基本上是依IEC 国际标准,各国依据国家不同之需求而制订其标准•如 IEC60950 ( Information Technology Equipment 资讯类产品)•USA – UL60950•欧盟 – EN60950•中国 – GB 4943•澳洲 – AS3260•日本 – J60950•韩国 – K60950•没有特别制定标准号码, 仍为IEC60950 –•新加坡,阿根廷..一般通用安规标准 (二)医疗设备 – IEC60601视讯产品 – IEC60065家电类产品 – IEC60335•IEC 安规standard 一般订名称IEC60XXX•EMC standard一般订名称IEC61000-一般通用电压•北美 – US, Canada 120V, 60Hz•中南美 – 220V 较多,有的国家也有120V• 欧盟 – 230V, 50Hz (因为英国原本是240V, 其它西欧国家为220V,因此折中220V ) •东欧 – 一般为 220V, 50Hz• 澳洲,纽西兰 – 240V, 50 Hz•日本 – 100V, 50 HZ•其它国家以220V 居多 – 中国,韩国,东南亚国家电源供应器形式•Adaptor – 有塑料外壳• – Class I 有接地 pin• – Class II 没有接地 pin ( 双重绝缘)• - 使用 Inlet• - 直接插墙式•Open Frame – 没外壳• - 有铁壳各国插头•US Type – 使用于 北美, 日本, 台湾 ,•EU Type – 使用于欧洲及一般为220V电压之国家•UK Type – 使用于 英国,爱尔兰•Australia Type – 使用于澳洲 , 纽西兰•Korea Type – 使用于韩国, 其形状与EU type 相同但其Metal cap EU type 4.0 mm, Korea type 4.8 mm.•Argentina type – 类似澳洲plug 但在靠近Neutral pin 附近要打印 “ N”有强制安规要求之国家•日本-PSE•新加坡- PSB•韩国- EK mark•欧盟- CE : EMC + LVD•澳洲- EMI ( C-tick ), Safety•墨西哥- NOM•中国- CCC•阿根廷- IRAM•US 非强制性, 但没有安规客户不接受•Taiwan – BSMI ( EMI )•沙特阿拉伯- SASO•东欧国家。