精通开关电源设计
《开关电源的设计》课件
开关电源是一种将电能进行转换的装置，通过控制开关管的 工作状态，将输入的直流电压或交流电压转换成所需的电压 或电流。它主要由输入电路、输出电路、开关管、控制电路 等部分组成。
开关电源的特点
总结词
开关电源具有效率高、体积小、重量轻、动态响应快、可靠性高等特点。
详细描述
开关电源的效率一般在80%以上，甚至可以达到90%以上，因此具有较高的能源利用率。同时，由于开关电源采 用了高频变压器，使得其体积和重量都大大减小，方便了设备的集成和运输。此外，开关电源的动态响应速度快 ，可以快速地响应输入电压和负载的变化，提高了系统的稳定性和可靠性。
02 开关电源的基本原理
开关电源的工作原理
01
开关电源通过控制开关管开通和关断的时间比率，维
持输出电压的稳定。
02
当输入电压或负载电流发生变化时，控制电路会调整
开关管的通断时间，以保持输出电压的稳定。
03
开关电源的效率较高，因为开关管在截止期间不消耗
电能。
开关电源的电路组成
输入电路
包括滤波器、整流器和限流电路，用 于将交流输入电压转换为直流电压。
根据不同的控制方式，可以选择不同的控制电路 类型，如脉冲宽度调制（PWM）和脉冲频率调 制（PFM）。
控制电路的设计原则
根据输出电压、电流的要求，选择合适的控制芯 片、电阻和电容元件，并确定其参数。
04 开关电源的优化
提高效率的优化
优化电路拓扑结构
选择合适的电路拓扑结构，如 Boost、Buck等，以降低能量
设计故障诊断与保护电路，及时检测并处 理电源故障，提高电源的可靠性。
05 开关电源的测试与调试
测试方法
输入测试
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。
精通开关电源设计的重要指南与技术原理
精通开关电源设计的重要指南与技术原理开关电源是一种常见的电源设计方案，它能够将交流电转换为稳定的直流电，并广泛应用于各种电子设备中。
精通开关电源设计对于电子工程师来说非常重要，能够确保电源稳定性、效率和可靠性。
本文将为您介绍开关电源设计的重要指南和技术原理。
首先，了解开关电源的基本原理是掌握开关电源设计的关键。
开关电源主要由四个基本组成部分组成：输入滤波电路、整流电路、开关转换电路和输出滤波电路。
输入滤波电路用于去除输入交流电的噪声和干扰；整流电路将交流电转换为直流电；开关转换电路通过开关器件的开关动作实现电流的调整和电压的稳定；输出滤波电路用于去除输出直流电的纹波和噪声。
其次，了解开关电源设计中的关键参数和性能指标也是非常重要的。
其中，输出电压稳定性、负载调整率、效率、纹波和噪声等是评估开关电源质量的重要指标。
良好的输出电压稳定性可以确保电子设备正常工作；负载调整率描述了开关电源在负载变化时的稳定性；效率是指开关电源转换输入电能为输出电能的能力，高效率可以减少能量损耗；纹波和噪声是开关电源输出直流电中的波动和干扰，应尽量减小。
在开关电源设计中，选择合适的开关器件和控制策略也是至关重要的。
开关管、整流二极管等器件的选择需要考虑其耐压、导通压降和开通速度等因素。
对于控制策略，常见的有连续导通模式和间断导通模式，选择合适的模式可以在保证稳定性的前提下提高效率。
此外，良好的散热设计也是开关电源设计中的重要环节。
高功率的开关电源在工作过程中会产生大量的热量，正确的散热设计可以确保温度不过高，延长器件的使用寿命。
另外，开关电源设计过程中应注重EMC(电磁兼容性)的考虑。
开关电源会在工作过程中产生较大的电磁干扰，因此需要采取合适的措施来减小干扰，例如采用合适的滤波电路、屏蔽罩等。
最后，不断学习和积累实践经验也是精通开关电源设计的关键。
学习相关的理论知识和实践经验，参与实际项目的设计和调试都可以提高开关电源设计的能力。
精通开关电源设计
1.4.3 buckboost变换器 31
1.4.4 电路地参考点 32
1.4.5 buckboost变换器的结构 33
1.4.6 开关节点 33
1.4.7 buckboost电路分析 34
1.4.8 buckboost电路的性质 35
7.22 反馈网络传递函数 198
7.23 闭环 200
7.24 环路稳定性判据 201
7.25 带积分器的开环波特图 201
7.26 抵消lc滤波器双重极点 203
7.27 esr零点 203
7.28 3型运算放大器补偿网络的设计 204
7.29 反馈环路优化 207
7.30 输入纹波抑制 209
2.18.2 电流纹波率 78
2.18.3 峰值电流 79
2.18.4 磁通密度 79
2.18.5 线圈损耗 80
2.18.6 磁心损耗 81
2.18.7 温升 81
2.19 计算其他最恶劣应力 82
2.19.1 最恶劣磁心损耗 82
2.19.2 二极管最恶劣损耗 83
2.19.3 开关管最恶劣损耗 83
1.2.8 基于lc的开关调整器 10
1.2.9 寄生参数的影响 10
1.2.10 高频率开关时产生的问题 11
1.2.11 可靠性、使用寿命和热管理 12
1.2.12 降低应力 14
1.2.13 技术进步 14
1.3 认识电感 15
1.3.1 电容/电感和电压/电流 15
1.3.2 电感电容充电/放电电路 15
2.17.1 “磁场纹波率” 74
精通开关电源设计
精通开关电源设计
开关电源是一种常见的电源设计，它能够将输入的电能转换为需要的输出电能。
精通开关电源设计需要具备以下几个方面的知识和技能。
首先，了解开关电源的工作原理是非常重要的。
开关电源基本上由输入变压器、整流电路、滤波电路、开关电源控制器和输出调节器等部分组成。
输入变压器将交流电转换为中间直流电压，经整流电路和滤波电路后得到平稳的直流电源。
开关电源控制器通过控制开关管的通断频率和占空比来调节输出电压和电流。
输出调节器对输出电流进行过流保护和稳压稳流调节。
其次，熟悉开关电源的常见拓扑结构，如Boost、Buck、Buck-Boost等。
对于不同的应用场景和要求，选择适合的拓扑结构非常重要。
例如，Boost拓扑适合将低电压升压到高电压的场景，而Buck拓扑适合将高电压降压到低电压的场景。
再次，掌握开关电源的关键器件选型和参数计算。
开关电源设计中常用的器件有开关管、二极管、电感和电容等。
选型合适的器件能够提高开关电源的效率和可靠性。
同时，针对具体应用场景，需要计算和确定各个器件的参数，如开关管的额定电压和电流、电感的电感值和电阻、电容的容值等。
最后，掌握开关电源的故障排除和调试技巧。
由于开关电源涉及到高频开关和复杂控制电路，容易出现故障。
了解常见的故障原因和解决办法，并掌握使用示波器、万用表等仪器进行调试和测量的技巧，能够快速定位故障点并进行修复。
总之，精通开关电源设计需要具备对其工作原理的深入理解，熟悉拓扑结构和器件选型，能够进行参数计算和故障排除。
通过不断学习和实践，提高开关电源设计的技能和水平。
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。
一步一步精通单端反激式开关电源设计
一步一步精通单端反激式开关电源设计目录■系统应用需求 (3)■步骤1_确定应用需求 (3)■步骤2_根据应用需求选择反馈电路和偏置电压VB (4)■步骤3_确定最小和最大直流输入电压VMIN和VMAX，并基于输入电压和PO选择输入存储电容CIN的容量 (6)3.1、选择输入存储电容CIN的容量 (6)3.2、确定最小和最大直流输入电压VMIN和VMAX (8)■步骤4_输入整流桥的选择 (9)■步骤5_确定发射的输出电压VOR以及钳位稳压管电压VCLO (10)■步骤6_对应相应的工作模式及电流波形设定电流波形参数KP：当KP≤1时，KP=KRP;当KP≥1时，KP=KDP (13)■步骤7_根据VMIN和VOR确定DMAX (15)■步骤8_计算初级峰值电流IP、输入平均电流IAVG和初级RMS电流IRMS (15)■步骤9_基于AC输入电压，VO、PO以及效率选定MOS管芯片 (16)■步骤10_设定外部限流点降低的ILIMIT降低因数KI (16)■步骤11_通过IP和ILIMIT的比较验证MOS芯片选择的正确性 (17)■步骤12_计算功率开关管热阻选择散热片验证MOS芯片选择的正确性 (17)■步骤13_计算初级电感量LP (17)■步骤14_选择磁芯和骨架，再从磁芯和骨架的数据手册中得到 ， ， ，和BW的参考值 (18)■步骤15_设定初级绕组的层数L以及次级绕组圈数 （可能需要经过迭代的过程） (24)■步骤16_计算次级绕组圈数 以及偏置绕组圈数 (24)■步骤17_确定初级绕组线径参数OD、DIA、AWG (25)■步骤18_步骤23‐检查 、 以及 。
如果有必要可以通过改变L、 或 或磁芯/骨架的方法对其进行迭代，知道满足规定的范围 (25)■步骤24 –确认 ≤4200高斯。
如有必要，减小限流点降低因数 (26)■步骤25 –计算次级峰值电流 (26)■步骤26 –计算次级RMS电流 (26)■步骤27 –确定次级绕组线径参数 、 、 (26)■步骤28 –确定输出电容的纹波电流 (27)■步骤29 –确定次级及偏置绕组的最大峰值反向电压 , (27)■步骤30 –参照表8，基于VOR及输出类型选择初级钳位电路中使用的钳位稳压管以及阻断二极管 (27)■步骤31 –根据表9选择输出整流管 (27)■步骤32 –输出电容的选择 (28)■步骤33 –后级滤波器电感L和电容C的选择 (29)■步骤34 –从表10选择偏置绕组的整流管 (29)■步骤35 –偏置绕组电容的选择 (29)■步骤36 –控制极引脚电容及串联电阻的选择 (29)■步骤37 –根据图3、4、5及6中所示的参考反馈电路的类型，选用相应的反馈电路元件 (29)■步骤38 –环路动态补偿设计 (30)■系统应用需求交流输入最小电压：VACMIN，单位V交流输入最大电压：VACMAX，单位V交流输入电压频率：FL，单位HZ开关频率：FS，单位KHZ输出电压：Vo，单位V输出电流：IO，单位A电源效率：η负载调整率：SI损耗分配因子：Z空载功率损耗：P_NO_LOAD，单位MW输出纹波电压：VRIPPLE，单位MV■步骤1_确定应用需求●交流输入最小电压：VACMIN●交流输入最大电压：VACMAX输入（VAC ） VACMIN（V） VACMAX（V）宽电压范围 85 265 230或115倍压整流 195 265自定义 自定义 自定义●交流输入电压频率：FL50HZ或者60HZ，详见世界电网频率表。
开关电源设计(精通型)
开关电源设计三种基础拓扑（buck boost buck-boost ）的电路基础： 1， 电感的电压公式dtdI LV =＝TI L∆∆，推出ΔI ＝V ×ΔT/L2， sw 闭合时，电感通电电压V ON ，闭合时间t ON sw 关断时，电感电压V OFF ，关断时间t OFF3， 功率变换器稳定工作的条件：ΔI ON ＝ΔI OFF 即，电感在导通和关断时，其电流变化相等。
那么由1，2的公式可知，V ON ＝L ×ΔI ON /Δt ON ，V OFF ＝L ×ΔI OFF /Δt OFF ，则稳定条件为伏秒定律：V ON ×t ON ＝V OFF ×t OFF4， 周期T ，频率f ，T ＝1/f ，占空比D ＝t ON /T ＝t ON /（t ON ＋t OFF ）→t ON ＝D/f ＝TD→t OFF ＝（1－D ）/f电流纹波率r P51 52r ＝ΔI/ I L ＝2I AC /I DC 对应最大负载电流值和最恶劣输入电压值ΔI ＝E t /L μH E t ＝V ×ΔT （时间为微秒）为伏微秒数，L μH 为微亨电感，单位便于计算 r ＝E t /（ I L ×L μH ）→I L ×L μH ＝E t /r →L μH ＝E t /（r* I L ）都是由电感的电压公式推导出来 r 选值一般0.4比较合适，具体见 P53电流纹波率r ＝ΔI/ I L ＝2I AC /I DC 在临界导通模式下，I AC ＝I DC ，此时r ＝2 见P51 r ＝ΔI/ I L ＝V ON ×D/Lf I L ＝V O ＦＦ×（1－D ）/Lf I L →L ＝V ON ×D/rf I L 电感量公式：L ＝V O ＦＦ×（1－D ）/rf I L ＝V ON ×D/rf I L 设置r 应注意几个方面：A,I PK ＝（1＋r/2）×I L ≤开关管的最小电流，此时r 的值小于0.4，造成电感体积很大。
开关电源工作原理与设计
开关电源工作原理与设计1. 概述开关电源是一种将电能从一种形式转换成另一种形式的电源装置。
它通过开关器件（如晶体管、MOSFET等）来精确控制电路的通断，从而实现对电能的高效调节和转换。
本文将详细介绍开关电源的工作原理和设计。
2. 开关电源工作原理2.1 输入电路开关电源的输入电路通常包括输入滤波电路、整流电路和功率因数校正电路。
-输入滤波电路用于去除输入电源中的高频噪声和杂散信号。
- 整流电路将交流输入转换为直流信号，常见的整流方式有单相整流桥和三相整流桥。
- 功率因数校正电路主要用于改善电源对电网的功率因数，提高电能的利用率。
2.2 PFC控制电路功率因数校正（PFC）是开关电源中的一个重要环节，通过控制输入电流和输入电压之间的相位关系，提高整体效率和功率因数。
常见的PFC控制技术有边界模式控制和谐振模式控制。
2.3 DC-DC变换器DC-DC变换器是开关电源的核心部分，它将输入的直流电压转换为需要的输出电压。
常见的DC-DC变换器包括降压、升压、降压升压和反激式变换器。
2.4 控制电路开关电源中的控制电路主要负责检测输出电压和输出电流，并通过反馈回路对开关器件的导通和断开进行精确控制。
常见的控制技术有电压模式控制和电流模式控制。
3. 开关电源的设计要点3.1 选型与设计在开关电源的设计过程中，需要根据实际需求选择合适的开关器件、电容和电感等元件，并进行适当的参数计算和仿真分析，以保证整体性能和稳定性。
3.2 效率和功率因数开关电源的效率和功率因数是评估其性能的重要指标。
通过合理的拓扑结构设计、优化控制算法和合适的滤波电路，可以提高开关电源的效率和功率因数。
3.3 温度管理由于开关电源中包含许多功率器件，温度管理是开关电源设计中需要重点考虑的问题。
合理的散热设计和温度保护措施可以提高开关电源的可靠性和寿命。
3.4 EMI/EMC设计开关电源可能会产生电磁干扰和接收外部干扰，因此应进行合适的EMI/EMC设计，包括滤波、屏蔽和接地等，以满足相关标准和要求。
精通开关电源设计 引用
精通开关电源设计引用开关电源是现代电器中必不可少的组成部分。
它能够将电力转换为支持人类生活所需的各种形式，例如直流电、交流电、高电压和低电压。
作为科技领域的领先技术之一，能够理解开关电源设计并在实践中精通它是非常必要的。
以下是一些关于精通开关电源设计的有用信息：1. 了解电路基础知识：在深入探究复杂的开关电路设计之前，首先必须掌握基础的电气知识。
必要的数学和物理知识便于正确地理解和计算电路中的各个部分。
2. 学习控制电路：如要设计一个完整的开关电源，一般需要包含一个控制电路。
控制电路有助于实现所需的电压和电流输出。
这部分的电路设计复杂度更高，需要有相关的技能、知识才能正确地设计出符合要求的控制电路。
3. 熟悉开关管：开关电源的主要组成部分之一是开关管。
这个设备可控制电路中能源传输的方式，该部分相当于是开关电源中比较核心的组成部分。
学习如何选择和使用开关管是非常重要的。
4. 研究电感器和电容器的应用：在开关电源中，电容器和电感器是传输能量的好帮手。
选举和应用电容器和电感器的技巧可以帮助电源设计者使用最优的电子元件。
5. 学习双极型和场效应管的区别：双极型和场效应管是开关电源中另外两种基本的电路组件。
学习双极型和场效应管设计应用的不同可以使你在实践中更加容易选购部件。
6. 技巧性地整合以上所有元素：一个综合性好的开关电源设计必须能够整合电路基础知识，控制电路，开关管，电感和电容器，以及场效应和双极型管。
学习这些元素以及它们的相互作用，是您成为精通开关电源设计的关键。
7. 加深理解和实践：最后，当你掌握了以上所有要素并开始实践时，一定要继续加以思考和不断尝试新的设计方案。
经过长时间的实验，分析和总结，你会发现你的设计已经逐渐地走向稳定和智能。
总之，想要成为一名精通开关电源设计的专家，需要通过对电源设计的基础知识的掌握，掌握相关部件的性质，学会设计、选购和整合部件，以及不断深入地进行实践和体验。
不断地积累学习和实践，你就可以成为全方位的开关电源设计专家。