开关电源范文

开关电源范文第1篇

1、开关电源概述

2、开关电源的发展

3、开关电源的基本构成及分类

4、开关电源的电路组成及功能

开关电源的PWM

1、开关电源PWM的五种反馈控制模式

2、三种经典型号控制集成芯片：UC3842、TL494、SG3525

开关电源的电磁兼容性与可靠性

开关电源的电磁电磁兼容技术

开关电源的噪声

开关电源的EMC设计

开关电源的计算机辅助分析与计算

直流开关电源设计

直流开关电源原理及特点

直流开关电源的保护

六、参考文献

开关电源设计相关

电源，即提供电能的设备，主要分三类：一次电源（将其它能量转换为电能），二次电源和蓄电池。其中，二次电源指的是把输入电源（由电网供电）转换为电压、电流、频率、波形及在稳定性、可靠性（含电磁兼容，绝缘散热，不间断电源，智能控制）等方面符合要求的电能供给负载。电子设备都离不开可靠的电源。开关电源由于具有效率高、体积小、重量轻的特点，近年来获得了飞速发展。开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体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和功率开关器件（如MOS-FET）等构成。简单的说：就是开关型直流稳压电源。开关电源把直流电源或交流电源通过它可以获得一个稳定的直流电压源。它具有效率高，输出电压稳定，交流纹波小，体积小和重量轻的许多优点。

开关电源主要包括输入电网滤波器、输入整流滤波器、变换器、输出整流滤波器、控制电路、保护电路。它们的功能是：

输入电网滤波器：消除来自电网，如电动机的启动、电器的开关、雷击等产生的干扰，同时也防止开关电源产生的高频噪声向电网扩散。

输入整流滤波器：将电网输入电压进行整流滤波，为变换器提供直流电压。

变换器：是开关电源的关键部分。它把直流电压变换成高频交流电压，并且起到将输出部分与输入电网隔离的作用。

输出整流滤波器：将变换器输出的高频交流电压整流滤波得到需要的直流电压，同时还防止高频噪声对负载的干扰。

控制电路：检测输出直流电压，并将其与基准电压比较，进行放大。调制振荡器的脉冲宽度，从而控制变换器以保持输出电压的稳定。

保护电路：当开关电源发生过电压、过电流短路时，保护电路使开关电源停止工作以保护负载和电源本身。

现代开关电源有两种：一种是直流开关电源；另一种是交流开关电源。

PWM开关稳压或稳流电源基本工作原理就是在输入电压变化、内部参数变化、外接负载变化的情况下，控制电路通过被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈，调节主电路开关器件的导通脉冲宽度，使得开关电源的输出电压或电流等被控制信号稳定。PWM的开关频率一般为恒定，控制取样信号有：输出电压、输入电压、输出电流、输出电感电压、开关器件峰值电流。由这些信号可以构成单环、双环或多环反馈系统，实现稳压、稳流及恒定功率的目的，同时可以实现一些附带的过流保护、抗偏磁、均流等功能。对于定频调宽的PWM闭环反馈控制系统，主要有五种PWM反馈控制模式

开关电源PWM的五种反馈控制模式

1、电压模式控制PWM(VOLTAGE-MODECONTROLPWM)：2.峰值电流模式控制PWM(PEAKCURRENT-MODECONTROLPWM)：3.平均电流模式控制PWM(AVERAGECURRENT-MODECONTROLPWM)：

4.滞环电流模式控制PWM(HYSTERETICCURRENT-MODECONTROLPWM)：5.相加模式控制PWM(SUMMING-MODECONTROLPWM)：

开关电源的PWM专用芯片有三个经典型号:UC3842,TL494,SG3525

UC3842是电流模式八脚单端PWIVI控制芯片，其内部电路框图如图所示，主要由基准电压发生器、欠电压保护电路、振荡器、PWM闭锁保护、推挽放大电路、误差放大器及电流比较器等电路组成。该控制芯片与振荡定时器件、开关管、开关变压器可构成功能完善的他励式开关电源。

直流稳压电源是一种常见的电子仪器，广泛地应用于电子电路、教学实验和科学研究等领域。目前使用的直流稳压电源大部分是线性电源，利用分立器件组成，其体积大，效率低，可靠性性差，操作使用不方便，自我保护功能不够，因而故障率高。随着电子技术的飞速发展，各种电子、电器设备对稳压电源的性能要求日益提高，稳压电源不断朝着小型化，高效率，低成本，高可靠性，低电磁干扰，模块化和智能化方向发展。以单片机系统为核心而设计制造出来的新一代智能稳压电源不但电路简单，结构紧凑，价格低廉，性能卓越，而且由于单片机具有计算和控制能力，利用它对采样数据进行各种计算，从而可排除和减少由于骚扰信号和模拟电路引起的误差，大大提高稳压电源输出电压和控制电流精度，降低了对模拟电路的要求。智能稳压电源可利用单片机设置周密的保护监测系统，确保电源运行可靠。输出电压和限定电流采用数字显示，输入采用键盘方式，电源的外表美观，操作使用方便，具有较高的使用价值。

控制和保护电路主要处理信号，属于“弱电”电路，但它控制着主电路中的开关器件，一旦出现失误，将造成严重的后果，使电源停止工作或损坏。电源的很多指标，如稳压稳流精度、纹波、输出特性等也与控制电路相关

开关电源主要有以下特点：

体积小、重量轻：由于没有工频变压器，所以体积和重量只有线性电源的20～30%。

功耗小、效率高：功率晶体管工作在开关状态，所以晶体管上的功耗小，转化效率高，一般为60～70%，而线性电源只有30～40%。

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：

输入电路的原理及常见电路：

AC输入整流滤波电路原理：

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。

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。

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。

DC输入滤波电路原理：

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。

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。

功率变换电路：

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。

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。

4、推挽式功率变换电路

Q1和Q2将轮流导通。

5、有驱动变压器的功率变换电路：

T2为驱动变压器，T1为开关变压器，TR1为电流环。

输出整流滤波电路：

正激式整流电路：

T1为开关变压器，其初极和次极的相位同相。D1为整流二极管，D2为续流二极管，R1、C1、R2、C2为削尖峰电路。L1为续流电感，C4、L2、C5组成π型滤波器。

反激式整流电路：

T1为开关变压器，其初极和次极的相位相反。D1为整流二极管，R1、C1为削尖峰电路。L1为续流电感，R2为假负载，C4、L2、C5组成π型滤波器。

同步整流电路：

工作原理：当变压器次级上端为正时，电流经C2、R5、R6、R7使Q2导通，电路构成回路，Q2为整流管。Q1栅极由于处于反偏而截止。当变压器次级下端为正时，电流经C3、R4、R2使Q1导通，Q1为续流管。Q2栅极由于处于反偏而截止。L2为续流电感，C6、L1、C7组成π型滤波器。R1、C1、R9、C4为削尖峰电路。

稳压环路原理：

1、反馈电路原理图：

2、工作原理：

当输出U0升高，经取样电阻R7、R8、R10、VR1分压后，U1③脚电压升高，当其超过U1②脚基准电压后U1①脚输出高电平，使Q1导通，光耦OT1发光二极管发光，光电三极管导通，UC3842①脚电位相应变低，从而改变U1⑥脚输出占空比减小，U0降低。

当输出U0降低时，U1③脚电压降低，当其低过U1②脚基准电压后U1①脚输出低电平，Q1不导通，光耦OT1发光二极管不发光，光电三极管不导通，UC3842①脚电位升高，从而改变U1⑥脚输出占空比增大，U0降低。周而复始，从而使输出电压保持稳定。调节VR1可改变输出电压值。

反馈环路是影响开关电源稳定性的重要电路。如反馈电阻电容错、漏、虚焊等，会产生自激振荡，故障现象为：波形异常，空、满载振荡，输出电压不稳定等。

六、短路保护电路：

1、在输出端短路的情况下，PWM控制电路能够把输出电流限制在一个安全范围内，它可以用多种方法来实现限流电路，当功率限流在短路时不起作用时，只有另增设一部分电路。

2、短路保护电路通常有两种，左图是小功率短路保护电路，其原理简述如下：

当输出电路短路，输出电压消失，光耦OT1不导通，UC3842①脚电压上升至5V左右，R1与R2的分压超过TL431基准，使之导通，UC3842⑦脚VCC电位被拉低，IC停止工作。UC3842停止工作后①脚电位消失，TL431不导通UC3842⑦脚电位上升，UC3842重新启动，周而复始。当短路现象消失后，电路可以自动恢复成正常工作状态。

3、右图是中功率短路保护电路，其原理简述如下：

当输出短路，UC3842①脚电压上升,U1③脚

电位高于②脚时，比较器翻转①脚输出高电位，给

C1充电，当C1两端电压超过⑤脚基准电压时

U1⑦脚输出低电位，UC3842①脚低于1V，UCC3842

停止工作，输出电压为0V，周而复始，当短路

消失后电路正常工作。R2、C1是充放电时间常数，

阻值不对时短路保护不起作用。

4、左图是常见的限流、短路保护电路。其工作原理简述如下：

当输出电路短路或过流，变压器原边电流增大，R3

两端电压降增大，③脚电压升高，UC3842⑥脚输出占空

比逐渐增大，③脚电压超过1V时，UC3842关闭无输出。

5、右图是用电流互感器取样电流的保护电路，有

着功耗小，但成本高和电路较为复杂，其工作原

理简述如下：

输出电路短路或电流过大，TR1次级线圈感

应的电压就越高，当UC3842③脚超过1伏，UC3842

停止工作，周而复始，当短路或过载消失，电路自行恢复。

七、输出端限流保护：

左图是常见的输出端限流保护电路，其工作原理简述如下：

当输出电流过大时，RS（锰铜丝）两端电压上升，U1③脚电压高于②脚基准电压，U1①脚输出高电压，Q1导通，光耦发生光电效应，UC3842①脚电压降低，输出电压降低，从而达到输出过载限流的目的。

八、输出过压保护电路的原理：

输出过压保护电路的作用是：当输出电压超过设计值时，把输出电压限定在一安全值的范围内。当开关电源内部稳压环路出现故障或者由于用户操作不当引起输出过压现象时，过压保护电路进行保护以防止损坏后级用电设备。应用最为普遍的过压保护电路有如下几种：

1、可控硅触发保护电路：

如图，当Uo1输出升高，稳压管（Z3）击穿导通，可控硅（SCR1）的控制端得到触发电压，因此可控硅导通。Uo2电压对地短路，过流保护电路或短路保护电路就会工作，停止整个电源电路的工作。当输出过压现象排除，可控硅的控制端触发电压通过R对地泄放，可控硅恢复断开状态。

2、光电耦合保护电路：

如右图，当Uo有过压现象时，

稳压管击穿导通，经光耦（OT2）

R6到地产生电流流过，光电耦合器

的发光二极管发光，从而使光电耦合

器的光敏三极管导通。Q1基极得电导通，

3842的③脚电降低，使IC关闭，停止整个电源的工作，Uo为零，周而复始，。

3、输出限压保护电路：

输出限压保护电路如下图，当输出电压升高，稳压管导通光耦导通，Q1基极有驱动电压而道通，UC3842③电压升高，输出降低，稳压管不导通，UC3842③电压降低，输出电压升高。周而复始，输出电压将稳定在一范围内（取决于稳压管的稳压值）。

4、输出过压锁死电路：

图A的工作原理是，当输出电压Uo升高，稳压管导通，光耦导通，Q2基极得电导通，由于Q2的导通Q1基极电压降低也导通，Vcc电压经R1、Q1、R2使Q2始终导通，UC3842③脚始终是高电平而停止工作。在图B中，UO升高U1③脚电压升高，①脚输出高电平，由于D1、R1的存在，U1①脚始终输出高电平Q1始终导通，UC3842①脚始终是低电平而停止工作。

九、功率因数校正电路（PFC）：

1、原理示意图：

2、工作原理：

输入电压经L1、L2、L3等组成的EMI滤波器，BRG1整流一路送PFC电感，另一路经R1、R2分压后送入PFC控制器作为输入电压的取样，用以调整控制信号的占空比，即改变Q1的导通和关断时间，稳定PFC输出电压。L4是PFC电感，它在Q1导通时储存能量，在Q1关断时施放能量。D1是启动二极管。D2是PFC整流二极管，C6、C7滤波。PFC电压一路送后级电路，另一路经R3、R4分压后送入PFC控制器作为PFC输出电压的取样，用以调整控制信号的占空比，稳定PFC输出电压。

十、输入过欠压保护：

原理图：

工作原理：

AC输入和DC输入的开关电源的输入过欠压保护原理大致相同。保护电路的取样电压均来自输入滤波后的电压。

取样电压分为两路，一路经R1、R2、R3、R4分压后输入比较器3脚，如取样电压高于2脚基准电压，比较器1脚输出高电平去控制主控制器使其关断，电源无输出。另一路经R7、R8、R9、R10分压后输入比较器6脚，如取样电压低于5脚基准电压，比较器7脚输出高电平去控制主控制器使其关断，电源无输出。

十

一、电池管理：

电池管理原理图：

虚线框A内的零件组成电池启动和关断电路；虚线框B为电池充电线性稳压电路；虚线框C为电子开关电路；虚线框D为电池充电电流限制电路。

电池启动原理：

输入电压由INPUT和AGND端输入，分为三路。第一路经D7直接送后级和电池启动、关断电路。R28、R27、R26分压后的电压使U3导通（此电压在设计时已计算好了，正常工作时高于2.5V），光藕OT1导通。R25为U3提供工作电压，R23、R24为光藕的限流及保护电阻。

光藕导通后电源经R22、OT1、D9给Q4提供基极偏置电压，Q4导通，R21为Q4的下偏置电阻。继电器RLY1-A的线圈中有电流流过，继电器触点RLY1-B吸合，将电池BAT接入电路中。D4为阻止在Q4关断时继电器线圈产生的电动势影响后级电路，D5为防止在Q4关断时继电器线圈产生的电动势损坏Q4，将继电器线圈产生的能量释放。

电池充电稳压原理：

在通电的初期，由于Q3没有偏置而不导通，D3的正端无电压。电源经R1降压Z1稳压后给U1和U2提供工作电压。R2、U1组成基准电压，R13、R4、R5、R6、VR1组成电池电压检测电路，当U2②脚检测电压低于③脚电压时，其①脚输出高电平，经R14给Q2提供偏置电压，Q2导通、Q3也跟着导通，电源经Q3、D3、继电器触点RLY1-B、F1给电池BAT充电。

当U2②脚检测电压高于③脚电压时，其①脚输出低电平，Q2失去偏置电压而截止，Q3截止，D3的正端无电压，其负极电压下降，U2②脚检测电压也跟着下降，当U2②脚检测电压低于③脚电压时，其①脚输出高电平，Q2、Q3导通继续充电，如此周而复始，使D3的负端电压维持在某一设定值。调节VR1可以改变充电电压值。

电池充电限流原理：

在充电的过程中，电流经Q3、RLY1-B、F1、BAT、R20回到地（AGND）。在电池充电的初期，因电池电压比较低，流经Q3、RLY1-B、F1、BAT、R20的电流就会增大，那么在R20上产生的压降就会增大(R20为电流取样电阻)。电阻R20的上端S点经R11连接到U2B的同相输入端⑤脚，U2B的反相输入端⑥脚有一固定参考电压，当R20上的压降超过参考电压时，U2⑦脚输出高电平，经D2、R15给Q1提供偏置电压，Q1因此导通。Q1导通后Q2因失去基极电压而截止，将使线性稳压器的输出关断，Q3、RLY1-B、F1、BAT、R20回路中就没有电流流过，R20上的压降消失，U2⑦脚输出低电平，Q1截止，Q2、Q3导通继续充电，如此周而复始，就将充电电流限制在某一设定值范围内。

调节R10、R11可改变限流点。

电池欠压关断原理：

当输入电压没有时，电池电压经D6给后级和电池启动、关断电路供电。当电池电压下降，U3①脚电压也跟着下降，在电池电压下降至设计关断点时（也就是U3①脚电压低于2.5V时），U3不导通，OT1不发生光电藕合，Q4无偏置而截止，继电器RLY1-A的线圈中没有电流流过，继电器触点RLY1-B断开，将电池BAT从电路中断开，防止电池过放电而损坏。改变R26、R27的阻值，可以改变电池欠压关断时的电压值。

十

二、智能风扇散热：

在开关电源中，对电源进行散热的方式有很多种，智能散热就是其中之一。它是随电源工作时的温度高低，来调节散热风扇的工作电压而改变风力大小，达到最佳散热效果。有着节能的目的。其原理图如下：

工作原理：

输入电压由INPUT端（12～13V）输入，R6为U2提供工作电压，R7、R8阻值相同，分压后为TL431提供触发电压，使A点的基准电压在+5V；RT1为负温度系数热敏电阻，经R1、R2分压加在U1的反相输入端⑥脚。R5为输出电压取样电阻，与R4分压后加在U1的同相输入端⑤脚；Q1为电子开关管；风扇电压由FANOUT端输出。

在刚通电的时候，由于Q1还没导通，C点无电压，U1的⑥脚电压高于⑤脚，因此U1⑦脚输出低电平，Z1击穿导通，Q1导通，C点有电压输出；应Q1的发射极接输入电压端，因此C点电压约等于输入电压，经R5与R4分压后加在U1的同相输入端⑤脚，使⑤脚电压高于⑥脚电压，U1⑦脚输出高电平，Z1不导通，Q1不导通，C点无电压输出；使⑤脚电压又低于⑥脚电压，U1⑦脚又输出低电平，如此反复最终使C电压稳定在某一值（因⑥脚电压不变）；也就是说C点的电压是随B点的电压变化而变化的。

开关电源工作的初期（或轻载工作），机内温度低，热敏电阻RT1的内阻很大，B点的电压相对较低，因此C点的输出电压也低，风扇因工作电压低而转速慢、风力小。当开关电源机内温度逐渐升高（满载工作），热敏电阻RT1的内阻逐渐减小，B点的电压也升高，因此C点的输出电压也跟着升高，风扇因工作电压升高而转速加快、风力加大。当机内温度下降后，热敏电阻内阻逐渐增大，B点电压下降，C点的输出电压也降低，风扇因工作电压低而转速变慢、风力小。当B点电压（温度）升高到一定程度时，U1③脚电压高于②脚基准电压，U1①脚输出高电平，一路经D1、R13返回到B点，使U1①脚始终输出高电平（也就是自锁）；另一路经D2输出到过温保护电路，实现过温保护功能。

十

三、均流技术：

在通讯设备或其它用电设备中，为了使系统不间断的工作，对供电系统的要求就很高。除了要求电源本身的性能要稳定外，另一种方法就是采用1+1备分的方式，就是一台设备用两台电源并联供电，当其中的一台损坏，另外一台可继续给系统供电。在正常工作时，每台电源提供的能量相等，也就是它们输出的电压、电流基本一致。为了使每台电源输出的电压、电流基本一致，就要用到均流技术。原理如下图所示：

均流电路原理图

工作原理：

U1A、R1～R7、C1～C5、VR1组成电流取样电压放大器；U1B、D1组成电压跟随器；R10为均流电压输出电阻；R11～R14、U2A、C6～C10组成平衡电压比较器；R15～R17、Q1为电子开关；R30～R33、C17、C18、U2B组成过流保护电路；R19～28、D2、D3、D4、C12～C14、Q2是电源的输出电压稳压环路，其中D2、D3、R19～R21为输出电压取样电路。D6为输出隔离二极管。

电源在工作时，由电流环或锰铜丝检测的电流取样电压由+IS、-IS加入U1A

组成的电压放大器进行放大，经R5、R6、R7、VR1分压后分两路输出，一路

送入U1B电压跟随器，D1起隔离作用，防止均流母线上的电压变化对前级电

路产生影响，另一路送过流保护电路。经过电压跟随器后的电流取样电压又

分为两路，一路经R10输出作为均流信号电压JL+，另一路经R11送入U2A

组成的平衡电压比较器与U2②脚的参考电压进行比较，当U2③脚电压高于②

脚电压，其①输出高电平，Q1基极得电导通，将R17、R18并入输出电压取

样电路，使输出电压升高，输出电压升高后输出电流就会减小，检测的电流

取样电压也就降低，均流信号电压JL+降低，U2③脚电压低于②脚电压，其①

输出低电平，Q1截止，R17、R18从输出电压取样电路中退出，输出电压降低。

如此循环，最终使输出电压、电流保持稳定。

如右图，当两台电源并机工作时，其输出端是并接在一起的，均流信号线也连接在一起。现在假设电源A的输出电流Io1大于电源B的输出电流Io2，在两台电源内部的电流取样电压就会A高于B，也就是JL1+高于JL2+，而JL1+和JL2+是接在同一条线上（均流母线），因此JL2+升高，通过电源B内部均流电路的控制迫使其输出电压升高，Io2增大，Io1减小（负载电流不变）；Io2高于

Io1时，其控制过程刚好相反，如此循环，最终使两台电源的输出电压、电流保持一致。

Q3、C19、R34～R36组成的电路的作用是，在电源启动初期输出电压低或输出欠

压时Q3导通，使U2A③脚处于低电位，U2A①脚输出低电平，Q1截止，也就是使均

流电路不起作用。

VR1可调节均流信号的电压值，也可调节输出限流点。

参考文献：1、开关稳压电源原理与实用技术科学出版社刘芯

2、开关电源原理机械工业出版社王维

3、直流开关电源技术人民大学出版社李田新

4、开关电源维修实用技术电力出版社高一

5、开关电源集成芯片技术机械出版社王新

6、开关稳压电源原理及设计电力出版社张伟

7、开关电源的原理与设计（修订版）电子工业出版社张占松

8、电源应用技术科学出版社邹怀虚

9、现代高频开关电源实用技术电子工业出版社刘胜利

10、新型开关电源设计与应用科学出版社何希才

开关电源范文第2篇

【关键词】开关电源；主电路；控制电路

1.引言

开关电源是指通过控制开关晶体管开通和关断时间的比率，维持稳定输出电压的一种电源。开关电源被人们誉为十分高效节能的电源，它代表稳压电源发展的方向，现已经是稳压电源主流产品。开关电源的内部重要元器件均运行在高频开关的状态，本身消耗很低的能量，其电源的效率可以达到百分之八十到九十，是普通的线性稳压电源效率的将近两倍。开关电源也被叫做无工频的变压器电源，它利用体积很小高频的变压器以实现电压的转变和电网隔离，不仅可以去掉十分笨重的工频变压器，而且可使用体积很小的滤波元件以及散热器，这就为研究和开发的高效率、高可靠性、高精度、体积小、重量轻的开关电源打下了坚实的基础。

2.开关电源的实现方案研究

2.1 开关变换器的拓扑结构

现代直流稳压电源可分为直流稳压开关电源和交流稳压开关电源两大类，前者可输出质量相对较高的直流电压；后者可输出相对质量较高的交流电压。本研究课题的研究范围属于前者的，直流变换器按照输入与输出间是否含电气隔离，可以分成两类：无电气隔离的直流变换器称为不隔离的直流变换器，具有电气隔离的直流变换器称为隔离的直流变换器。

不隔离的直流变换器根据使用的有源功率器件的个数，可以分为单管、双管以及四管共三大类。采用单管的直流变换器共有六种，包括降压式(Buck)、升压式、Cuk、Zeta、升降压式和Sepic等。这六类单管式变换器当中，降压和升压式是最为基础的，另外四种则是衍生出来的。双管式直流的变换器中有双管式串接的变换器。全桥式直流的变换器是通常用的四管式直流的变换器。隔离直流的变换器同样可以根据所用开关的器件个量进行分类。单管的包括正激式和反激式两类。双管的有正激、推挽、反激和半桥四种。四管式直流即全桥式直流。隔离直流通常使用变压器来造成输入以及输出间的电气隔离，变压器其本身就具有变压功能，将有利于扩展变换器的使用范围以及利于完成多路不同的电压或者多路相同的电压输出。

2.2 开关变换器的软开关的技术

PWM技术已经在电力电子电路中得到了日益广泛的应用，一般说来是指在开关变换的过程中保持开关频率的恒定，但通过改变开关接通时间的长短，使负载变化时，负载上电压输出变化却不大的方法。但这种开关技术是一种“硬开关”，也就是开关管的通断控制与其上流过的电流以及器件两端所加的电压并无关系，功率开关管的开通、关断在器件上的电流或电压不等于零的状态下强迫进行，开关损耗很大。特别是现代电力电子技术正向频率更高的方向发展，PWM硬开关技术将使得开关损耗成为高频化发展的显著障碍。

高频软开关技术大致可以分为以下三大类：

（1）谐振式变换器(串联谐振，准谐振，并联谐振和多谐振)；

（2）有源钳位的ZVS单端变换器；

（3）零开关--脉宽调制变换器(ZVS/ZCS-PWM、PSC FB ZVS-PWM、ZVT/ZCT-PWM变换器)；根据本研究课题所探讨的电源功率大，开关频率高的特点，选用串联谐振变换器等这类谐振变换器和零开关PWM DC/DC全桥变换器以实现软开关，则较为适合。下面以这两类中较为典型的移相全桥ZVS-PWM变换器和串联的谐振式变换器为例，对这两类变化器的特点进行综合比较。

2.3 移相全桥ZVS-PWM变换器与串联式谐振变换器相互比较

谐振式变换器包括串联谐振式和并联式，在谐振的变换器中，谐振元件一直谐振工作，可参与能量变换的全过程。串联式谐振的变换器可实现开关管软开通或者软关断，改善开关管的工作条件；这类的基本控制方式是调频控制；变换器回路电流近似为正弦波，它的EMI小；但同时存在以下缺点：

（1）开关器件通态电流或断态电压的应力较大。对于在电压模式下的谐振开关，开关于零电压下所进行的开通与关断所承受的断态的峰值电压可为其输出电压值的两倍还要多，对于电流模式，则通态的电流峰值可达到输出电流值的两倍还多，通态损耗比较大。

（2）开关的器件工作频率并不为恒定。采用调频的方式控制，当电源或者负载变化，便只能依靠改变开关的器件的运行工作频率来调节相关的输出的电压值，使频率的变化范围很大，以致对功率变压器、输入、输出滤波器的设计以及优化均难以进行，且频率大范围变化并不利于与下级变换器的同步。

3.开关电源的主电路设计

3.1 高频变压器的设计

开关电源主电路主要是处理电能，也就是功率变换。主电路主要包括输入滤波电路、高频变压器、逆变电路、输出滤波电路等部分。主电路的设计一般在整个电源设计过程中具有最为重要的地位。

变压器是开关电源中的核心元器件，许多其他主电路的元器件参数设计均考虑了变压器参数，因此，应首先对变压器进行设计制造。高频的变压器在运行时电压、电流均不为正弦波，因此，工作的状况与工频并不一样，计算公式也不尽相同。需计算的参数包括铁心的尺寸、导体的截面积、各绕组的匝数及其结构等，它们的基础参数是工作电流、电压和频率等。

3.2 输入端整流式滤波电路设计

交流的输入一般使用包括单相输入和三相式输入（包括四线方式和无中线的方式）。对于中大功率的场合，考虑到单相整流电压相对三相整流电压要低得多，使DC-DC电路电流变大，功耗也增大，单相整流和三相整流比较而言直流脉动也比较大，因此，采纳三相输入，故本设计中输入部分使用三相的无中线的控制方式，经过功率控制的二极管形成三相的桥式的整流器以输出脉动的直流波形，并且在整流器的输出端接上LC滤波网络，使脉动电流变成平滑的直流。

输入滤波电容(C1)主要功能是起到滤波以及使得输出直流电压变得平滑，并减小脉动作用，故输入端滤波的电容的挑选是相当关键。一般情况下，输入滤波的电容值根据控制纹波来估算，也就是为了确保逆变电路供应稳定直流电压，滤波电路时间常数必须为纹波中基波周期的6倍以上，由此根据直流输入电压、电流推算出输入滤波电容值。

3.3 输出整流回路的结构设计

一般而言，输出整流回路包括两种，一种为四个二极管组成的单相式全桥整流，另一种是两个整流二极管组成的单相式全波整流。比较两者，全波式整流电路的二次绕组具有中心抽头，结构较为复杂；而全桥式整流相对于全波式整流多采用了两个二极管，成本较高，若输出的电流大，那么整流桥上的二极管总通态损耗也变大，影响了变换器的效率，但是对于波整流电路，二极管所经受最大的反向电压是全桥整流电路值的两倍。通过以上的考虑，当输出的电压较高，且输出的电流较小时，一般采取全桥整流的方式；而输出的电压比较低，且输出的电流较大时，一般使用全波整流的方式。结合本课题所研究的情况，输出整流电路选用单相的全桥整流电路。

3.4 功率开关器件的选型设计

目前，在高频开关电源中使用最为广泛的功率开关器件是MOSFET和IGBT，在功率转换的应用中，MOSFET的导通损耗与开关损耗之比约为3:1,而相比之下的IGBT的导通损耗与开关损耗之比约为1:4。MOSFET较高的导通损耗是由较高的RDS(on)引起，而IGBT较高的开关损耗是由关断时电流拖尾所导致的。相比较而言IGBT的开关速度是低于功率MOSFET的，目前开关速度最快的IGBT的开关频率可以达到150kHz（IR公司的开关频率可高达150kHz的WARP系列400～600V IGBT），而MOSFET的所能达到开关频率则比IGBT高出许多，且在开关频率很高的时候，IGBT的开关损耗比MOSFET要大，故本课题研究采用MOSFET作为逆变电路的功率开关器件。

通常，若主电路工作在硬开关条件下，功率开关管的额定电压常常要求大于直流母线电压两倍。而本电路工作在零电压开关的条件下，功率开关管额定电压可以适当降低一些，因此可选为600V。

3.5 附加谐振电感设计

通过研究移相全桥ZVS-PWM变换器可看出，开关的过程中，输出滤波电感是参与串联谐振的，它的能量很大，已可满足开关管的并联电容器进行充放电的需要，因此超前臂较易实现ZVS；但滞后臂于开关的过程中，变压器副边为短路，仅剩下变压器的原边漏感的能量可参与谐振，并不能快速完成其并联电容器充放电的过程，滞后桥臂达到ZVS相对较为困难。故为了促进滞后桥臂达到ZV S，我们可另外增设附加的电感量，从而为并联电容器充放电提供足够多的磁能。

4.开关电源控制电路设计

4.1 开关电源控制电路设计

开关电源的主电路主要任务是处理电能，而控制电路的主要任务是处理电信号，它控制着主电路中各个开关器件的工作，控制电路的设计质量对电源的性能甚为重要。一般由驱动电路，PWM控制电路，调节器电路及保护电路组成。

其中，PWM控制电路的作用是将于一定范围内不断变化的控制量模拟信号转换为PWM信号，通常集成的PWM控制器可将误差电压放大器（EA），振荡器，PWM比较器，基准源，驱动，保护电路等常用开关电源控制电路集成在同一个芯片中，组成功能完整的集成电路，成为控制电路的核心。

4.2 移相PWM控制芯片UC-3879特性

这里UC-3879的系列IC是指UC-3875的改进产品，它是一个含软开关的功能的PWM式驱动器，采用移相开关方式调节半桥电路的驱动式脉冲的电压，同时控制了全桥式变换器的功率管，使固定的频率的脉宽调制器和谐振零电压的开关结合以具有相对高性能。此芯片除了可在电压模式工作，同时可工作在电流模式，并且具有快速的过流保护功能。UC3879可以独立编程以控制时间延迟，在每只输出级开关管导通之前提供足够的死区时间，为每个谐振开关区间里实现ZVS留有余地。

4.3 驱动电路设计

驱动电路是主电路与控制电路的接口，同开关电源的可靠性，效率等性能关系密切。驱动电路对快速性有较高要求，能提供一定的驱动功率，并具有较高的抗干扰和隔离噪声的能力。通常MOSFET的驱动电路包括以下三类：

1)使用光耦合器作为电气隔离的驱动电路，它由电气隔离及放大电路两部分构成，可以获得很好的驱动波形，但由于受到光耦响应时间限制，当开关频率较高时，驱动延时显著(为微秒级)，并且需要独立的驱动电源。

2)使用集成驱动芯片(比如IR2110)的驱动电路，根据自举原理，驱动高压侧和低压侧的两元件时，并不需独立电源，驱动延时较小(纳秒级)，适用的开关频率高，驱动波形理想。但是当MOSFET并联时，该电路驱动能力显得不足，需要增加放大电路。

3)使用脉冲变压器的驱动电路，它的电路结构简单而可靠，并不需独立驱动电源，延时小（为纳秒级），适用的开关频率很高。本设计依据自身的特点，采用脉冲变压器来组成驱动电路，电路的结构简单，延时较小（经实验测定本电源驱动电路延时小于50ns）,可靠性较高。

4.4 电源容量扩充的途径

自八十年代，伴随高频电源技术及新型功率器件的快速发展，大容量高频开关电源的研究和开发逐渐成为当今电力电子学的主要研究方向，并且派生了多个新研究方向。我们从电路的角度来考虑开关电源的容量扩充，将容量扩充技术分为二大类：

第一种，通过器件的串、并联增大电源工作电压或工作电流，以实现扩容的目的；

第二种，通过将多台单个电源并联，实现扩容和冗余设计的目标。

对于前者，器件的串、并联的方式中，需要特别处理串联式器件均压问题以及并联器件均流问题，考虑到器件的制造工艺以及参数离散性，限制器件相互之间的串并联的数目，同时串、并联的数量越多，那么装置可靠性将会越差。

对于后者，多台电源并联的技术是基于器件的并联技术进行大容量的可行方式，借助可靠电源并联技术，在单机的容量合适的情况下，可简单通过并联的运行方式得到非常大容量的装置，每台单机仅为装置的一个整理单元或一个相关的模块。大功率电源系统是由若干个较小的模块化电源形成的。在空间上，各个模块接近于负载，供电的质量高，采用调整并联模块数量以符合有差异的功率负载，设计较为灵活，每个模块可承受较小的电应力，开关频率将达兆赫级，从而提高系统的功率的密度。另外，模块化的电源系统突破了仅仅只有单个电源的功率限制，用户可如同搭建积木一般，按照电源功率进行最佳的组合，当某一个模块发生了故障，可热换掉此模块，这时其他的模块会均担此故障模块负载，并不影响整体系统工作，以提升系统安全，且方便维护，节省了投资。

4.5 开关电源电磁兼容的设计

随着电子电路不断向高密度高集成化的方向发展，我们对电源产品的要求越来越高。体积小、高效能、重量轻、高可靠性的“绿色电源”已不可避免地成为下一代电源产品的发展趋势。功率密度急剧增大将导致电源内部电磁环境日益复杂，由此产生的电磁干扰对电源及其周围的电子设备正常工作都产生威胁。同时随着国际电磁兼容法规变得日益严格，国内已经以新的3C认证取代了CCIB和CCEE认证，对开关电源在电磁兼容方面的要求更加详细、更加严格。目前，如何降低以致消除开关电源的EMI问题已成为全球开关电源设计师和电磁兼容设计师密切关注的问题。

电磁兼容(EMC)是说在十分有限的时间、空间和有限的频谱范围内不同的电气设备共同存在但却不会造成各个电气设备的性能下降，包括电磁敏感(EMS)和电磁干扰(EMI)这样两个方面。EMS是指电气设备抵御电磁的干扰方面的能力，EMI则指的是电气设备向周围环境发出噪声。某一台具有十分良好的电磁兼容的性能设备，将会既不会遭到周围的电磁噪声的影响，同时对周围的环境也不会形成较大的电磁干扰。

参考文献

[l]刘军.开关电源的应用与发展[J].大众用电,2002(12):16-17.

[2]丁道宏.国内外开关电源发展展望[J].电气时代,2000(10):14-15.

作者简介：

方传伟（1976—），男，河南潢川人，大学专科，助理工程师，现供职于中石化中原油田分公司天然气处理厂，研究方向：电子电气。

开关电源范文第3篇

关键词：单片开关电源快速设计

topswithⅱ

thewayofquickdesignforsinglechipswitchingpowersupplyabctract:threeendssinglechipswitchingpowersupplyisnewtypeswitchingpowersupplycorewhichhasbeenpopularsince1990.thispaperintroducesquickdesignforsinglechipswitchingpowersupply.

keywords:singlechipswitchingpowersupply,quickdesign,topswithⅱ

在设计开关电源时，首先面临的问题是如何选择合适的单片开关电源芯片，既能满足要求，又不因选型不当而造成资源的浪费。然而，这并非易事。原因之一是单片开关电源现已形成四大系列、近70种型号，即使采用同一种封装的不同型号，其输出功率也各不相同；原因之二是选择芯片时，不仅要知道设计的输出功率po，还必须预先确定开关电源的效率η和芯片的功率损耗pd，而后两个特征参数只有在设计安装好开关电源时才能测出来，在设计之前它们是未知的。

下面重点介绍利用topswitch－ii系列单片开关电源的功率损耗（pd）与电源效率（η）、输出功率（po）关系曲线，快速选择芯片的方法，可圆满解决上述难题。在设计前，只要根据预期的输出功率和电源效率值，即可从曲线上查出最合适的单片开关电源型号及功率损耗值，这不仅简化了设计，还为选择散热器提

η/％(uimin=85v)

中图法分类号：tn86文献标识码：a文章编码：02192713(2000)0948805

po/w

图1宽范围输入且输出为5v时pd与η，po的关系曲线

图2宽范围输入且输出为12v时pd与η，po的关系曲线

图3固定输入且输出为5v时pd与η，po的关系曲线

供了依据。

1topswitch－ii的pd与η、po关系曲线

topswitch－ii系列的交流输入电压分宽范围输入（亦称通用输入），固定输入（也叫单一电压输入）两种情况。二者的交流输入电压分别为ui=85v～265v，230v±15％。

1．1宽范围输入时pd与η，po的关系曲线

top221～top227系列单片开关电源在宽范围输入（85v～265v）的条件下，当uo=＋5v或者＋12v时，pd与η、po的关系曲线分别如图1、图2所示。这里假定交流输入电压最小值uimin=85v，最高

η/％(uimin=85v)

η/％(uimin=195v)

交流输入电压uimax=265v。图中的横坐标代表输出功率po，纵坐标表示电源效率η。所画出的7条实线分别对应于top221～top227的电源效率，而15条虚线均为芯片功耗的等值线（下同）。

1．2固定输入时pd与η、po的关系曲线

top221～top227系列在固定交流输入（230v±15％）条件下，当uo=＋5v或＋12v时，pd与η、po的关系曲线分别如图3、图4所示。这两个曲线族对于208v、220v、240v也同样适用。现假定uimin=195v,uimax=265v。

2正确选择topswitch－ii芯片的方法

利用上述关系曲线迅速确定topswitch－ii芯片型号的设计程序如下：

（1）首先确定哪一幅曲线图适用。例如，当ui=85v～265v，uo=＋5v时，应选择图1。而当ui=220v(即230v－230v×4.3％)，uo=＋12v时，就只能选图4；

（2）然后在横坐标上找出欲设计的输出功率点位置（po）；

（3）从输出功率点垂直向上移动，直到选中合适芯片所指的那条实曲线。如不适用，可继续向上查找另一条实线；

（4）再从等值线（虚线）上读出芯片的功耗pd。进而还可求出芯片的结温（tj）以确定散热片的大小；

（5）最后转入电路设计阶段，包括高频变压器设计，元器件参数的选择等。

下面将通过3个典型设计实例加以说明。

例1：设计输出为5v、300w的通用开关电源

通用开关电源就意味着交流输入电压范围是85v～265v。又因uo=＋5v，故必须查图1所示的曲线。首先从横坐标上找到po=30w的输出功率点，然后垂直上移与top224的实线相交于一点，由纵坐标上查出该点的η=71.2％，最后从经过这点的那条等值线上查得pd=2.5w。这表明，选择top224就能输出30w功率，并且预期的电源效率为71.2％,芯片功耗为2.5w。

若觉得η=71.2％的效率指标偏低，还可继续往上查找top225的实线。同理，选择top225也能输出30w功率，而预期的电源效率将提高到75％，芯片功耗降至1.7w。

根据所得到的pd值，进而可完成散热片设计。这是因为在设计前对所用芯片功耗做出的估计是完全可信的。

例2：设计交流固定输入230v±15％，输出为直流12v、30w开关电源。

图4固定输入且输出为12v时pd与η，po的关系曲线

η/％(uimin=195v)

图5宽范围输入时k与uimin′的关系

图6固定输入时k与uimin′的关系

根据已知条件，从图4中可以查出，top223是最佳选择，此时po=30w，η=85.2％，pd=0.8w。

例3：计算topswitch－ii的结温

这里讲的结温是指管芯温度tj。假定已知从结到器件表面的热阻为rθa(它包括topswitch－ii管芯到外壳的热阻rθ1和外壳到散热片的热阻rθ2)、环境温度为ta。再从相关曲线图中查出pd值，即可用下式求出芯片的结温：

tj=pd·rθa＋ta(1)

举例说明，top225的设计功耗为1.7w，rθa=20℃/w，ta=40℃，代入式（1）中得到tj=74℃。设计时必须保证，在最高环境温度tam下，芯片结温tj低于100℃，才能使开关电源长期正常工作。

3根据输出功率比来修正等效输出功率等参数

3．1修正方法

如上所述，pd与η，po的关系曲线均对交流输入电压最小值作了限制。图1和图2规定的uimin=85v，而图3与图4规定uimin=195v（即230v－230v×15％）。若交流输入电压最小值不符合上述规定，就会直接影响芯片的正确选择。此时须将实际的交流输入电压最小值uimin′所对应的输入功率po′，折算成uimin为规定值时的等效功率po，才能使用上述4图。折算系数亦称输出功率比（po′/po）用k表示。topswitch－ii在宽范围输入、固定输入两种情况下，k与u′min的特性曲线分别如图5、图6中的实线所示。需要说明几点：

（1）图5和图6的额定交流输入电压最小值uimin依次为85v，195v，图中的横坐标仅标出ui在低端的电压范围。

（2）当uimin′>uimin时k>1，即po′>po，这表明原来选中的芯片此时已具有更大的可用功率，必要时可选输出功率略低的芯片。当uimin′（3）设初级电压为uor，其典型值为135v。但在uimin′<85v时，受topswitch－ii调节占空比能力的限制，uor会按线性规律降低uor′。此时折算系数k="uor′"/uor<1。图5和图6中的虚线表示uor′/uor与uimin′的特性曲线，利用它可以修正初级感应电压值。

现将对输出功率进行修正的工作程序归纳如下：

（1）首先从图5、图6中选择适用的特性曲线，然后根据已知的uimin′值查出折算系数k。

（2）将po′折算成uimin为规定值时的等效功率po，有公式

po=po′/k（2）

（3）最后从图1～图4中选取适用的关系曲线，并根据po值查出合适的芯片型号以及η、pd参数值。

下面通过一个典型的实例来说明修正方法。

例4：设计12v，35w的通用开关电源

已知uimin=85v，假定uimin′=90％×115v=103.5v。从图5中查出k=1.15。将po′=35w、k=1.15一并代入式（2）中，计算出po=30.4w。再根据po值，从图2上查出最佳选择应是top224型芯片，此时η=81.6％，pd=2w。

若选top223，则η降至73.5％,pd增加到5w，显然不合适。倘若选top225型，就会造成资源浪费，因为它比top224的价格要高一些，且适合输出40w～60w的更大功率。

3．2相关参数的修正及选择

（1）修正初级电感量

在使用topswitch－ii系列设计开关电源时，高频变压器以及相关元件参数的典型情况见表1，这些数值可做为初选值。当uimin′lp′=klp（3）

查表1可知，使用top224时，lp=1475μh。当k=1.15时，lp′=1.15×1475=1696μh。

表2光耦合器参数随uimin′的变化

最低交流输入电压uimin(v)85195

led的工作电流if（ma）3.55.0

光敏三极管的发射极电流ie（ma）3.55.0

（2）对其他参数的影响

当uimin的规定值发生变化时，topswitch－ii的占空比亦随之改变，进而影响光耦合器中的led工作电流if、光敏三极管发射极电流ie也产生变化。此时应根据表2对if、ie进行重新调整。

开关电源范文第4篇

[关键词]节能；单片机；开关电源

中图分类号：TG303 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）02-0000-01

前言：开关电源就是电源电路中的功率变换器件工作在开关状态，它是在线性稳压电源的基础上产生的。它是一个把交流电变换成电，把直流电又转化为交流电，再把交流电转换为直流电的电源转换电路。它是通过电路中控制元件的导通时间来调整电压大小。开关电源属于电力电子技术，他运用功率变换器进行电能变换，经过变换电能，他可以满足各种用电要求。开关电源是美国 NASA 用于宇宙火箭搭载电源目的而开发的。与线性电源相比开关电源具有体积小、重量轻、效率高的特点，被广泛用于电视机、计算机、自动控制装置、产业机械、通信装置等各个领域。特别是随着半导体技术的进步和信息产业的发展，开关电源的需求量不断扩大。随着现代技术的发展，尤其是和单片机的结合，使得开关电源开关电源迎来了又一个生命――数控开关电源。

1 数控开关电源的基本理论

一般开关电源是随电网电压变化或负载变化而变化的，当电网电压变化或负载变化引起输出电压降低时，反馈线圈的输出电压则会变低，从而使2端电压变低，则脉宽调制器会相应的增大输出PWM波形的占空比，使大功率晶体管导通的时间变长；反之，当电源电压变化或负载变化而引起输出电压升高时，则脉宽调制器会相应的减小PWM输出脉冲波形的占空比，使大功率晶体管导通的时间变短，从而维持输出电压为一恒定值。

本文提出了一种采用单片机作为整机反馈量的控制单元，可以通过我们的实际需要输入相应数字量来改变反馈电压值，通过反馈电电压使脉宽调制器占空比发生变化，间接地改变输出电压大小的新方法。称之为数控开关电源。这种电源不但能够设定系统输出电压值的大小，还能当电网电压在一定范围内变化或负载变化引的电路电压的变化时保持恒定输出。同时还能通过驱动数码管芯片从而驱动4位的共阳数码管进行显示，使系统硬件更加简洁，输出精度更高。

1.1 桥式整流电路

桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，由四个二极管两两顺序连接组成，输出电压V0是单相脉动电压，通常用它的平均值与直流电压等效。输出平均电压为

1.2 脉宽调制电路

脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。本文采用能承受较大电流，漏电流较小的功率开关管，当功率开关管受PWM脉冲激励而导通时，整流电压加在变压器T初级绕组Np上的电能变成磁能储存在变压器中，在场效应管导通结束时，Np绕组中电流达到最大值Ipmax，根据法拉第电磁感应定律：

Ipmax=（Ε/Lp）Ton

式中：E――整流电压；Lp――变压器初级绕组电感；Ton――场效应管导通时间。

在场效应管关闭瞬间，变压器次级绕组放电电流为最大值Ismax，若忽略各种损耗应为

Ismax=nLpmax=n（Ε/Lp）Ton

式中：n――变压器变比，n=Np/Ns，Np、Ns为变压器初、次级绕组匝数。

高频变压器在场效应管导通期间初级绕组储存的能量与场效应管关闭期间次级绕组释放的能量相等：

N（E/Ls）Ton=（Uo/Ls）Toff

式中：Ls――变压器次级绕组电感；Uo――输出电压；Toff――场效应管关闭时间。

因为LP=n2L， 则：（E/nLS）Ton=（Uo/LS）Toff，ETon=nUoToff

Uo=（Ton/nToff）E

1.3 启动电路

电源是通过启动电阻提供电流给电容充电，当电容电压达到启动电压门槛值时，脉宽调制芯片开始工作并提供驱动脉冲，推动开关管工作。

1.4 反馈回路

反馈回路有单片机主导构成，起着稳定电压输出、调节电压输出和显示电路电压的作用。

2 单片机及电路的设计

2.1 复位电路

本文采用的是一个低功耗，高性能CMOS 8位的AT89S52单片机，为了使单片机内特殊功能寄存器初始化，所以需要一个复位电路来实现，复位后可使AT89S52单片机到初始状态，并从初始状态开始正常工作。在正常运行情况下，只要RST引脚上出现两个机器周期时间以上的高电平，即可引起系统复位，

2.2 时钟电路

AT89S52单片机有一个用于构成内部振荡器的反相放大器，XTAL1 和XTAL2 分别是放大器的输入、输出端。从外部时钟源驱动器件的话，XTAL2 可以不接，而从 XTAL1 接入，由于外部时钟信号经过二分频触发后作为外部时钟电路输入的，所以对外部时钟信号的占空比没有其它要求，最长低电平持续时间和最少高电平持续时间等还是要符合要求的。 外接晶体以及电容C2和C1构成并联谐振电路，它们起稳定振荡频率、快速起振的作用，其值均为30P左右，晶振频率选12MHz。

2.3 D/A转换器

如图1-2在控制电路中需要一可变的基准电源来改变稳压调节器输入端电压的大小，而单片机输出的控制信号为数字信号，所以变化的基准电压需借助数模转换器产生。

3 软件的设计

3.1 主要完成三方面的功能

1）.设置电压并且保存，主要是对EEROM的操作。

2）.把设置的电压送到DA，主要是对DA的操作。

3）.中断显示，把设置的电压显示到LED数码管上。

3.2 程序设计思想

当电源打开的时候，MCU进行复位，寄存器清零。接着电源应该显示和输出上次关机前的电压大小，这时候MCU先读取EEPROM中保存的电压编号，根据电压编号读出对应电压，把该数据送到DA，在转换成BCD码送到显示部分。这时候程序循环检测是否有按键信号，如果调节键按下，电压编号指向下一个，保存该电压编号，读对应电压，把他送到DA并且显示。如果调节键+按下，当前电压数据加1，相对应输出电压（POWER―OUT引脚）增加0.1V，保存设置电压数据。如果调节键-按下，电压数据减1，输出电压减少0.1V，保存设置电压数据。

4 结束语

结合单片机开发的开关电源是电源技术发展的创新技术，其功率小，整机的稳定、可靠，而且其对电网的适应能力也有较大的提高，一般串联稳压电源允许电网波动范围为220V（ 10%），而开关型稳压电源在电网电压在110～260V范围内变化时，都可获得稳定可调的输出电压，使电源模块的智能化程度更高，性能更完美。并使开关电源进入更广泛的领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约资源及保护环境方面都具有深远的意义。

参考文献

[1] 《开关稳压电源原理与实用技术》慕苤勋等编著，科学出版社，2005.6.

[2] 《开关电源技术》杨旭等编著，机械工业出版社，2004.1.

开关电源范文第5篇

关键词：开关电源；共模噪音；差模噪音

1 噪音类型及噪音产生的方式

噪音有外来噪音、静电噪音、开关噪音、冲击噪音四种。

噪音可以分为共模噪音（对称噪音）和差模噪音（非对称噪音）两种。把地设置为GND，相对而言其有两根线，分别是输出与输入线。共模噪音指的就是对GND有相同幅度和相位的噪音，差模噪音则相反，两者的相位、幅度是不相同的。

在通常情况下共模型，即对称噪音是其产生的主要原因所在。产生差模型，即非对称噪音的原因在于电路的误运作所引起，详细情况如图1、图2所示。

图1 引起电路误动作的原因

图2 开关电源噪音源

AB两个部件通过信号线进行相连，A与B不同，一个是通过C阻抗接地，另一个则是以阻抗在近乎为0Ω状态下接地。同时，在高频状态及直流状态中阻抗不一样，高频状态时其阻抗比较高，而直流状态中为0Ω。

在图1导致差异的错误动作之后，可以说是产生共模噪音的原因，为了在一定程度上制约共模噪音，就要减少接地的阻抗。同时，对信号系统运用相应措施对差模噪音进行制约。一般来说，噪音只可以在某个范围内进行制约，无法全消除，由此可见，接地阻抗永远无法达到0Ω，即共模噪音一定会存在。因此，制约差模噪音比较容易，但制约共模噪音则更困难。

2 开关电源的噪音对策分析

开关电源噪音可以用图2进行表示。其噪音源以高步开关形式出现，包括了脉冲电流、电压，图2当中，其虚线所表示的是产生噪音元器件、噪音所经过的途径。

噪音源还包括了开关电源输入、输出电缆，分析原因在于因为传送辐射的成功且开关噪音两者原因所引起的。对于一些有辅助电源设备来说也会有成为噪音源的可能。同时，控制电路脉冲控制电路PWM同理所得。

2.1 降低电压性噪音源的方法分析

在开关管V1处接地处设置散热器，以此来解决过热问题，因此在V1处有分布电容CS1；同时，整流二级管理D1和二级管D2的外壳也存在所分布的电容CS2。CS3则分布在T1开关变压器的初、次级线圈中。而在开关电源开关器件的V1、T1、D1、D2当中，进行导通以及关断工作时高频的电流通过分布电容进行导通，则形成了共模的相应噪音源，如图2所显示的一样。

为可防止共模的噪音，可以设置屏蔽来对此来进行阻止此高频电流的泄漏，如图3显示。在变压器T1初级装有屏蔽层也连接至次级侧的静电位。此样高频电位基本上等于0，共模噪音干扰幅度可被大幅度减少。

图3 防止共模噪音方法

图4 兼顾对共模噪音和差模噪音抑制的滤波器电路

2.2 降低电流性噪音的方法分析

电流经过图2实线当中，所显示的回路所产生的磁通会产生一定的辐射噪音。如果产生了辐射噪音，则要采取以下的方法进行处理：

如果在PCB板是，要想减少电流回路的途径，对主的电流回路所用的线要尽可能粗，其所围的面积则要小，整流二极管的D1、2要选择快速万利特点的肖特基的二极管，或是快速快复恢复二级管，开关管V1开关速度不可选得过高。

2.3 滤波器电路的构成分析

同时处理共模、差模噪音制约，滤波器的电路如图4所示进行处理：

抑制共模噪音的为L1、C3、C4，而抑制差模噪音的为L2、L3、C1、C2。在实际运用中，运用L1漏感可省去L2、L3。图4所示，重要滤波器输入端A、输入端B、输出端C、输出端D间分布电容的要小。因此，微小电分容，如若干个PF和十几年PF就要大幅度降低滤波器特点。

开关电源范文第6篇

关键词：通信电源 开关 技术

0 引言

通信电源是通信行业的动力，在电信网络中发挥着不可替代的作用，具有无可比拟的重要基础地位。通信电源又是通信设备系统的心脏，即使是瞬间的中断也是不允许的，因为通信电源系统发生直流供电中断故障是灾难性的，往往会造成整个通信局（站）和通信网络的全部中断和瘫痪。通信电源是电信网络中不可缺少的重要组成部分，是一个完整、规模日趋庞大和复杂的交换、传输、数据、信息、业务、智能等通信网的基石和后台保障，因此通信电源直接关系到整个网络的稳定、可靠和畅通，而开关电源因效率高、体积小、重量轻等优点被大量运用在通信设备供电中。

1 开关电源占据通信电源的主导地位

通信直流稳压电源按照其实现直流稳压方法的不同，可分为：线性电源、相控电源和开关电源三种。

1.1 线性电源是通过串联调整管来连续控制，其功率调整管总是工作在放大区。由于调整管上功率损耗很大，造成电源效率较低，只有20～40%，发热损耗严重，安装有体积很大的散热器，因而功率体积系数只有20～30w/dm3。因此线性电源主要用于小功率、对稳压精度要求很高的场合，如通信设备内部电路的辅助电源等。

1.2 相控电源是将市电直接经整流滤波后提供直流，通过改变晶闸管的导通相位来控制直流电压。由于相控电源的工作频率低，工频变压器的体积和噪声大，造成对电网干扰和负载变化的响应慢，设备笨重，且危害维护人员的身体健康。另外，其功率因数较低，只有0.6～0.7，严重污染电力电网，效率较低，只有60～80%，造成能源的极大浪费。因此传统的相控电源已逐渐被淘汰。

1.3 开关电源的功率调整管工作在开关状态，主要的优点在"高频"上。其工作频率高，大都在40khz以上，无烦人的噪声。体积小，重量轻，适用于分散供电，可与通信设备放在同一机房。效率高，大于90%，在当前能源比较紧张的情况下，能够在节能上做出很大的贡献。功率因数高，大于0.92，当采用有效的功率因数校正电路时，功率因数可接近于1，且对公共电网基本上无污染。模块化的设计，可实行n+1配置，可靠性高。维护方便，可在运行中更换模块，而不影响系统供电，扩容方便、分段投资，可在初建时，预留终期模块的机架，随时扩容。调试方便，内设模拟测试电路，无需另配假负载。具有监控功能，并配有标准通信接口，可实现集中监控，无人值守。

2 开关电源的关键技术

开关电源中具有技术突破主要有体现在以下四个方面：

2.1 均流技术

大功率电源系统需要用若干台开关电源并联，以满足负载功率的要求，另外通信电源必须通过并联技术来实现模块备份，以提高电源系统的可靠性。因此并联技术在供电系统中必不可少，而并联运行的整流模块间需要采用均流措施，它是实现大功率电源系统的关键，用以保证模块间电流应力和热应力的均匀分配，防止一台或多台模块运行在限流或满载状态，同时延长电源系统的寿命和平均无故障时间。

2.2 软开关技术

dc-dc变换器是开关电源的主要组成部分，因此功率变换技术一直受到全世界电力电子学科和行业研究的关注。而如何降低开关损耗，提高开关电源的频率和开关电源的系统效率，代表了开关电源的发展趋势。在经过了硬开关pwm（或pfm）技术和硬开关加吸收网络技术后，软开关技术得到了广泛应用。这样能够极大地降低开关损耗，减小功率器件电和热应力，改善器件工作环境，降低电磁干扰，提高功率密度等，为开关电源实现高效、节能、体积小、重量轻和高可靠性的要求做出了贡献。软开关技术有：谐振技术、准谐振技术、pwm和准谐振相结合的技术。

2.3 功率因数校正技术

功率因数校正技术有：采用三相三线制整流，即无中线整流方式，可使谐波含量大大降低，功率因数可达0.86以上；采用无源功率因数校正技术，即在三相三线整流方式下加入一定的电感，可使功率因数达0.93以上，谐波含量降到10%以下；采用有源功率因数校正技术，即在输入整流部分加入一级功率处理电路，使无功功率几乎为0，功率因数可达0.99以上，谐波含量降到5%以下。

2.4 智能化监控技术

开关电源大量应用控制技术、计算机技术，进行各种异常保护、信号检测、电池自动管理等，实时监视通信电源设备运行状态，记录和处理有关数据，及时发现故障，以先进的、集中的、自动化的维护管理方式来管理通信电源设备，从而提高供电系统的可靠性。智能化监控技术的应用，使得维护人员面对的不再是复杂的器件和电路，而是一个人机表达和交流的信息，大大改进了维护管理方式。

3 开关电源的发展

开关电源在发展，今后仍要不断提高开关电源和供电系统的高新技术含量，以支撑高速发展的现代化通信网络的建设和运行维护管理为主导方向，以高可靠性、高稳定性和可维护性为最终目的。具体有以下几个方面：

3.1 小型化

随着通信设备日益集成化、小型化和分散化的发展，以及势在必行的分散供电的广泛应用，要求开关电源也相应小型化，而开关电源工作频率高频化和控制电路集成化，使开关电源的小型化成为可能。特别是随着小型化开关电源的市场迅速扩大，如接入网、数据产品、移动基站、无线市话等，一些小功率模块插件形式的开关电源将应运而生，大有蓬勃发展之势。如中兴通讯的zxdu45嵌入式电源，在结构上采用标准的19英寸插框设计，高度为4u，功能齐全，使用起来极为安全方便。

3.2 高智能化

随着开关电源在通信领域多方面的广泛使用，而维护人员又不是专业电源维护人员，只有借助其智能化，对电源设备的运行状态自动检测，对电源故障及时发现、诊断和处理。这就要求智能化在原有监控功能的基础上，增加诊断功能，即故障诊断专家系统，以指导维护人员处理问题，加快故障诊断和检修过程。

3.3 电池管理

电池在通信电源系统中的重要性，要求开关电源应具备完善的电池管理功能，充分考虑到电池对管理的需求，全方位地管理电池。也就是说，我们不能满足于对电池的均/浮充、温度补偿、电池保护等方面的管理，还要在电池的充/放电曲线、容量测试、容量恢复等方面进行高层次的管理。

3.4 多功能性

开关电源范文第7篇

开关电源中的功率开关管在高频下的通、断过程产生大幅度的电压和电流跳变,因而产生强大的电磁骚扰,但骚扰的频率范围(

电磁骚扰

讨论电磁骚扰一般是从骚扰源的特性,骚扰的耦合通道特性和受扰体的特性三个方面来进行的。

1.开关电源中的主要电磁骚扰源

开关电源中的电磁骚扰源主要有开关器件、二极管和非线性无源元件;在开关电源中,印制板布线不当也是引起电磁骚扰的一个主要因素。

1.1 开关电路产生的电磁骚扰

对开关电源来说,开关电路产生的电磁骚扰是开关电源的主要骚扰源之一。开关电路是开关电源的核心,主要由开关管和高频变压器组成。它产生的dv/dt是具有较大辐度的脉冲,频带较宽且谐波丰富。这种脉冲骚扰产生的主要原因是 :

1)开关管负载为高频变压器初级线圈,是感性负载。在开关管导通瞬间,初级线圈产生很大的涌流,并在初级线圈的两端出现较高的浪涌尖峰电压;在开关管断开瞬间,由于初级线圈的漏磁通,致使一部分能量没有从一次线圈传输到二次线圈,储藏在电感中的这部分能量将和集电极电路中的电容、电阻形成带有尖峰的衰减振荡,叠加在关断电压上,形成关断电压尖峰。这种电源电压中断会产生与初级线圈接通时一样的磁化冲击电流瞬变,这个噪声会传导到输入输出端,形成传导骚扰,重者有可能击穿开关管。

2)脉冲变压器初级线圈,开关管和滤波电容构成的高频开关电流环路可能会产生较大的空间辐射,形成辐射骚扰。如果电容滤波容量不足或高频特性不好,电容上的高频阻抗会使高频电流以差模方式传导到交流电源中形成传导骚扰。

1.2 二极管整流电路产生的电磁骚扰

主电路中整流二极管产生的反向恢复电流的|di/dt|远比续流二极管反向恢复电流的|di/dt|小得多。作为电磁骚扰源来研究,整流二极管反向恢复电流形成的骚扰强度大,频带宽。整流二极管产生的电压跳变远小于电源中的功率开关管导通和关断时产生的电压跳变。因此,不计整流二极管产生的|dv/dt|和|di/dt|的影响,而把整流电路当成电磁骚扰耦合通道的一部分来研究也是可以的。

1.3 dv/dt与负载大小的关系

功率开关管开通和关断时产生的dv/dt是开关电源的主要骚扰源。经理论分析及实验表明,负载加大,关断产生的|dv/dt|值加大,而负载变化对开通的|dv/dt|影响不大。由于开通和关断时产生的|dv/dt|不同,从而对外部产生的骚扰脉冲也是不同的。

2. 开关电源电磁噪声的耦合通道

描述开关电源和系统传导骚扰的耦合通道有两种方法:

1)将耦合通道分为共模通道和差模通道;

2)采用系统函数来描述骚扰和受扰体之间的耦合通道的特性。

2.1 共模和差模骚扰通道

开关电源在由电网供电时,它将从电网取得的电能变换成另一种特性的电能供给负载。同时开关电源又是一噪声源,通过耦合通道对电网、开关电源本身和其它设备产生骚扰,通常多采用共模和差模骚扰加以分析。 如图1,为开关电源共模骚扰等效电路。

“共模骚扰”是指骚扰大小和方向一致,其存在于电源任何一相对大地、或中线对大地间。共模骚扰也称为纵模骚扰、不对称骚扰或接地骚扰。是载流体与大地之间的骚扰。如图2,为带共模干扰的+5V直流信号。

“差模骚扰”是指大小相等,方向相反,其存在于电源相线与中线及相线与相线之间。差模骚扰也称为常模骚扰、横模骚扰或对称骚扰。是载流体之间的骚扰。

共模骚扰说明骚扰是由辐射或串扰耦合到电路中的,而差模骚扰则说明骚扰源于同一条电源电路的。通常这两种骚扰是同时存在的,由于线路阻抗的不平衡,两种骚扰在传输中还会相互转化,情况十分复杂。共模骚扰主要是由|dv/dt|产生的,|di/dt|也产生一定的共模骚扰。但是,在低压大电流的开关电源中,共模骚扰主要是由|dv/dt|产生的还是由|di/dt|产生的,需要进一步研究。 如图3,共模/差模信号与磁场的关系。

在频率不是很高的情况下,开关电源的骚扰源、耦合通道和受扰体实质上构成一多输入多输出的电网络,而将其分解为共模和差模骚扰来研究是对上述复杂网络的一种处理方法,这种处理方法在某种场合还比较合适。但是,将耦合通道分为共模和差模通道具有一定的局限性,虽然能测量出共模分量和差模分量,但共模分量和差模分量是由哪些元器件产生的,的确不易确定。因此有人用系统函数的方法来描述开关电源骚扰的耦合通道,即研究耦合通道的系统函数与各元器件的关系,建立耦合通道的电路模型。许多系统分析的结果,如灵敏度的分析、模态的分析等,都可用来研究开关电源的EMD的调试和预测。但是,用系统函数的方法分析骚扰的耦合通道,还需要做很多工作。

2.2.2 杂散参数影响耦合通道的特性

在传导骚扰频段(小于30MHz)范围内,多数开关电源骚扰的耦合通道是可以用电路网络来描述的。但是,在开关电源中的任何一个实际元器件,如电阻器、电容器、电感器乃至开关管、二极管都包含有杂散参数,且研究的频带愈宽,等值电路的阶次愈高,因此,包括各元器件杂散参数和元器件间的耦合在内的开关电源的等效电路将复杂得多。在高频时,杂散参数对耦合通道的特性影响很大,分布电容的存在成为电磁骚扰的通道。另外,在开关管功率较大时,集电极一般都需加上散热片,散热片与开关管之间的分布电容在高频时不能忽略,它能形成面向空间的辐射骚扰和电源线传导的共模骚扰。

电磁骚扰的抑制

对开关电源的EMD的抑制措施,主要是

1)减小骚扰源的骚扰强度;

2)切断骚扰传播途径。

为了达到这个目的,主要从选择合适的开关电源电路拓扑;采用正确的接地、屏蔽、滤波措施;设计合理的元器件布局及印制板布线等几个方面考虑。

1.减小开关电源本身的骚扰

减小开关电源本身的骚扰是抑制开关电源骚扰的根本,是使开关电源电磁骚扰低于规定极限值的有效方法。

1)减小功率管通、断过程中产生的骚扰

上面分析表明,开关电源的主要骚扰是来自功率开关管通、断的dv/dt。因此减小功率开关管通、断的dv/dt是减小开关电源骚扰的重要方面。人们通常认为软开关技术可以减小开关管通、断的dv/dt。但是,目前的一些研究结果表明软开关并不像人们预料的那样,可以明显地减小开关电源的骚扰。没有实验结果表明,软开关变换器在EMC性能方面明显地优于硬开关变换器。

有文献系统地研究了PWM反激式变换器、准谐振零电流变频开关正激变换器、多谐振零电压变频开关反激式变换器、多揩振零电压变频开关正激变换器、电压箝位多谐振零电压定频开关反激式变换器以及半桥式零电压变频串联谐振变换器的EMD特性,讨论了缓冲电路、箝位电路、变频与定频控制对骚扰水平的影响。实验结果表明,具有电压箝位的零电压定频开关变换器的EMD电平最低。

因此,采用软开关电源技术,结合合理的元器件布置及合理的印制电路板布线,对开关电源的EMD水平有一定的改善。

2)开关频率调制技术

将频率不变的调制改变为随机调制,变频调制等。频率固定不变的调制脉冲产生的骚扰在低频段主要是调制频率的谐波骚扰,低频段的骚扰主要集中在各谐波点上。由F.Lin提出的开关频率调制方法[3],其基本思想是通过调制开关频率fc的方法,把集中在开关频率fc及其谐波2fc,3fc……上的能量分散到它们周围的频带上,由此降低各个频点上的EMD幅值,以达到低于EMD标准规定的限值。这种开关调频PWM的方法虽然不能降低总的骚扰能量,但它把能量分散到频点的基带上,以达到各个频点都不超过EMD规定的限值。

2. 接地

“接地”有设备内部的信号接地和设备接大地,两者概念不同,目的也不同。“地”的经典定义是“作为电路或系统基准的等电位点或平面”。

3.2.1 设备的信号接地

设备的信号接地,可能是以设备中的一点或一块金属来作为信号的接地参考点,它为设备中的所有信号提供了一个公共参考电位。

在这里介绍浮地和混合接地,另外,还有单点接地和多点接地。

1)浮地

采用浮地的目的是将电路或设备与公共接地系统,或可能引起环流的公共导线隔离开来。浮地还可以使不同电位间的电路配合变得容易。实现电路或设备浮地的方法有变压器隔离和光电隔离。浮地的最大优点是抗骚扰性能好。

浮地的缺点是由于设备不与公共地相连,容易在两者间造成静电积累,当电荷积累到一定程度后,在设备地与公共地之间的电位差可能引起剧烈的静电放电,而成为破环性很强的骚扰源。

一个折衷方案是在浮地与公共地之间跨接一个阻值很大的泄放电阻,用以释放所积累的电荷。注意控制释放电阻的阻抗,太低的电阻会影响设备泄漏电流的合格性。

2)混合接地

混合接地使接地系统在低频和高频时呈现不同的特性,这在宽带敏感电路中是必要的。电容对低频和直流有较高的阻抗,因此能够避免两模块之间的地环路形成。当将直流地和射频地分开时,将每个子系统的直流地通过10～100nF的电容器接到射频地上,这两种地应在一点有低阻抗连接起来,连接点应选在最高翻转速度(di/dt)信号存在的点。

3.2.2 设备接大地

在工程实践中,除认真考虑设备内部的信号接地外,通常还将设备的信号地,机壳与大地连在一起,以大地作为设备的接地参考点。设备接大地的目的是:

1)保证设备操作人员人身的安全。

2)泄放机箱上所积累的电荷,避免电荷积累使机箱电位升高,造成电路工作的不稳定。

3)避免设备在外界电磁环境的作用下使设备对大地的电位发生变化,造成设备工作的不稳定。

由此可见,设备接大地除了是对人员安全、设备安全的考虑外,也是抑制骚扰发生的重要手段。

3. 屏蔽

抑制开关电源产生的骚扰辐射的有效方法是屏蔽,即用电导率良好的材料对电场屏蔽,用磁导率高的材料对磁场屏蔽。为了防止脉冲变压器的磁场泄露,可利用闭合环形成磁屏蔽,另外,还要对整个开关电源进行电场屏蔽。屏蔽应考虑散热和通风问题,屏蔽外壳上的通风孔最好为圆形多孔,在满足通风的条件下,孔的数量可以多,每个孔的尺寸要尽可能小。接缝处要焊接,以保证电磁的连续性,如果采用螺钉固定,注意螺钉间距要短。屏蔽外壳的引入、引出线处要采取滤波措施,否则,这些会成为骚扰发射天线,严重降低屏蔽外壳的屏蔽效果。若用电场屏蔽,屏蔽外壳一定要接地,否则,将起不到屏蔽效果;若用磁场屏蔽,屏蔽外壳则不需接地。对非嵌入的外置式开关电源的外壳一定要进行电场屏蔽,否则,很难通过辐射骚扰测试。

4. 滤波

电源滤波器安装在电源线与电子设备之间,用于抑制电源线引出的传导骚扰,又可以降低从电网引入的传导骚扰。对提高设备的可靠性有重要的作用。

开关电源产生的电磁骚扰以传导骚扰为主,而传导骚扰又分差模骚扰和共模干扰两种。通常共模骚扰要比差模骚扰产生更大的辐射型EMD。目前抑制传导EMD最有效的方法是利用无源滤波技术。如图4,为共模与差模噪声对比(红色为共模噪声,蓝色为差模噪声)。

作为一种双端口网络EMD滤波器,它对骚扰的抑制性能不仅取决于滤波器本身的拓扑,而且在很大程度上也受EMD滤波器输入、输出阻抗值的影响。由于EMD滤波器阻抗和负载阻抗的可变动性以及它们可能直接与电网相连的特点,电源EMD滤波器的输入、输出阻抗不但不匹配而且常常是末知的。这就造成了EMD滤波器设计不能完全应用成熟的通信用滤波器的设计方法和理论。这是电源波波器设计面临的主要问题。

5.元器件布局及印制电路板布线

开关电源的辐射骚扰与电流通路中的电流大小,通路的环路面积,以及电流频率的平方等三者的乘积成正比,即辐射骚扰E∝I•A•f2。运用这一关系的前提是通路尺寸远小于频率的波长。

上述关系式表明减小通路面积是减小辐射骚扰的关键,这是说开关电源的元器件要彼此紧密排列。在初级电路中,要求输入端电容、晶体管和变压器彼此靠近,且布线紧凑;在次级电路中,要求二极管、变压器和输出端电容彼此贴近。

在印制板上,将正负载流导线分别布在印制板的两面,并设法使两个载流导体彼此间保持平行,因为平行紧靠的正负载流导体所产生的外部磁场是趋向于相互抵消的。

布线间的电磁耦合是通过电场和磁场进行的,因此在布线时,应注意对电场与磁场耦合的抑制。对电场的抑制方法有:

1)尽量增大线间距离,使电容耦合为最小;

2)采用静电屏蔽,屏蔽层要接地;

3)降低敏感线路的输入阻抗。

对磁场的抑制方法有:

1)减小骚扰源和敏感电路的环路面积;

2)增大线间距离,使耦合骚扰源与敏感电路间的互感尽可能地小;

3)最好使骚扰源与敏感电路呈直角布线,以便大大降低线路间耦合。

结论

开关电源范文第8篇

关键词：彩电；开关电源；电路

中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）22-0190-02

在彩色电视机中，开关电源是整机工作的能量供给中心，是彩电核心的电路，对于一个无线电技术人员或维修人员来说，怎样才能尽快看懂开关电源电路图并在维修中加以利用呢？这确实是个是非重要的问题。因为许多的初学者（学生）一接触开关电源，特别是知道开关电源里面有高电压，大电流，维修时就被吓的不知从何下手，甚至根本不敢动手。也有的学生因学习方法不对，走了不少弯路，浪费了不少宝贵时间。确实，要真正看懂开关电源的电路图不是一朝一夕就能办到的，因为开关电源毕竟比传统的串联稳压电源要复杂得多，但读懂彩电开关电源也不是高不可攀的，只要有一定的无线电基础知识，加之有一套合适的学习方法，持之以恒，经过一定时间的努力，是完全可以学懂彩电开关电源的，那么如何掌握开关电源，看懂开关电源的电路图呢？笔者觉得可以从下述几个方面入手来识读开关电源。

一、弄清开关电源的结构，查找出开关电源的组成电路

不管开关电源如何复杂，按照其激励方式可以分为自激式和他激式两种类型，由于自激式开关电源应用广泛，他激式开关电源应用较少，因此本文主要讨论自激式开关电源的识读技巧。一般地，自激式开关稳压电源电路由整流、滤波、消磁和抗干扰电路，开关管和开关变压器，启动电路和正反馈电路，稳压电路、保护电路、遥控/开关机电路组成，所以，分析开关电源时，首先根据开关电源类型定义，弄懂开关电源的结构型式。是串联型还是并联型，是调频式还是调宽式，是他激式还是自激式，然后再从图中一步一步找出上述开关电源组成电路的元件，在识读电路时，可根据下述思路进行。

1.消磁和抗干扰电路是开关电源最前级电路，顺着电源开关和保险管，能很快地查找到。

2.整流和滤波电路：消磁和抗干扰电路后，电路图上排列整齐的四个二极管便是桥式整流的鲜明特征，滤波电容直接接在二极管的输出端，400V的耐压也使学生能顺利找到。

3.找准开关变压器和开关管，开关管一般和开关变压器连在一起，经开关变压器的储能绕组，接到300V电源上（即滤波电容的正极），依据这两点，就能找到开关管。

4.以开关管为核心，寻找启动电路，正反馈电路，稳压电路和保护电路。其依据是：启动电路是为开关管提供基极电压的，通常由三个电阻将300V电源引至开关管的基极；正反馈电路最终要将正反馈信号反馈到开关管的基极，通常是由反馈绕组将反馈电压经振荡电流送至开关管基极；稳压电路要控制输出电压，是通过控制开关管基极电压以控制开关管的导通时间来实现的，保护电路保护动作时，是旁路开关管的基极电压，使开关管截止来实现的。

二、分析振荡原理时，要找准充放电回路

在分析开关电源的振荡原理时，往往有反馈对电容充电和电容放电过程，寻找充放电途径是一个难点，我们可以遵循这种原则。

1.电感对电容充电时，应从电感正端开始，到电感负端为结束，电容放电应从电容正电压处开始到电容负电压处为终点。

2.不管电感对电容充电还是电容放电，其途径应选择阻抗小的电路。

下图为电容充电电路：

电感L1对电容C1充电，其途径是：

电感L1{十}R3C1L1{一}在C1充得上正下负电压。当然L1还有一条途径：由L1{十}R1R2C1R4L1{一}虽然该路径对C1也充电，但电流很小，因此，分析电路但因充电电流小而时常被忽略。

三、稳压分析时，应掌握三极管各极电压变化关系

根据电子技术知识，可以分析得出：

其结论为，射同集反，该结论反映基极电压变化，引起集电极和发射极的电压变化规律。

2.三极管UeUc或UeUc，该结论反映，发射极电压变化，引起的集电极电压变化规律。

四、能正确地分析出开关电源的振荡，稳压保护过程

振荡过程，通过查找出启动电路和正反馈电路，再根据充放电回路的小阻抗路径原则，引导学生分析开关管是如何饱和的，又是怎样截止的；稳压过程，可先假设输出电压是上升或下降的再根据查找出的稳压电路，应用三极管各极电压的变化关系，可很快分析输出电压是如何回到正常值的，保护过程，有过流保护和过压保护，可假设负载有短路或开路，导致电流过大或电压过高，保护电路是如何让开关电源停止工作的。

五、看图应注意的几个问题

上面介绍了识读开关电源的技巧，还要强调读电路图应注意的几个问题。

1.要充分利用图中所给的资料，如元器件的型号，规格（如电容耐压），数据，工作电压，信号波形，测试点，警惕标志等，进一步深入理解电路原理。

2.对主要元器件的作用要清楚，好坏要会判断。看懂电路图的目的无非是两个：一是搞懂工作原理，二是为了对电视机进行维修，只有对电路图中的每个原件的作用清楚，好坏会判断，才能分析出故障的部位并找出损坏的元器件。

3.识读电路原理图时，还要能熟记各种元器件的符号并与实物能相对照。不仅要熟记各种元器件、接插件及连线的符号含义，还要能清楚各元器件的主要性能，特点和用途。只有这样，才能分析电路的原理时，对电路的信号流程和通路能一目了然。

4.对电路图中的重要工作点要“图中有数”。开关电源中的300V滤波电容的正极，开关管的基极，集电极，开关变压器各次级的整流输出端的直流电源等，都是重要的关键工作点，只有这些点的信号波形或工作点的电压正常，就说明前面一部分的电路工作没问题，这对维修故障部位的判断十分的有利。

开关电源范文第9篇

【关键词】工作原理分析；常见故障分析；故障检测实例

目前，计算机、DVD、彩电等家用电器电源大部分采用开关电源，这些家用电器出现的电路故障大部分由开关电源损坏引起。笔者长期从事家用电子专业理论与实操教学，对开关电源接触较多，下面以长虹G2136（K）彩电开关电源为例，深入介绍该电源的工作原理和典型故障分析与检修。

一、工作原理分析

电源原理图如图1所示。

1.整流滤波电路

电源设计有两级滤波器。L502、C501、C502组成一级型低通滤波器，防止电网高频干扰进入机内。L503、C507、C518再组成一级低通滤波器，抑制开关电源本身产生的高频干扰信号，防止其串入电网造成干扰。VD501～VD504、C507组成桥式整流滤波电路，C503～C506四个小电容分别并联在四个整流二极管两端，起分流和过滤作用，防止高频浪涌电流损坏二极管。

2.消磁电路

RT501、XC216组成开机消磁电路。开机瞬间，消磁回路电流很大，电流在消磁线圈中产生交变磁场，对显像管屏幕进行消磁。消磁电阻RT501是个正温度系数热敏电阻，因为电流热效应，阻值随温度上升而增大，当温度达到居里点后，电阻值趋向无穷大，这时消磁回路呈开路状态。

3.启动电路

220V交流电经整流滤波后产生约300V直流电压，经T511的绕组③、⑦绕组加到开关管V513集电极。同时300V直流电压经R520、R521、R522、R524加到V513基极，为V513提供基极电流IB，V513具备导通条件，产生集电极电流IC。IC流过T511的③、⑦绕组，因互感效应在反馈绕组产生①为正②为负的感应电动势，感应电动势经反馈支路C514、R519、VD517、R524向开关管V513提供持续的基极电流，使得IB迅速增大，导致IC增大，这一正反馈过程促使V513迅速进入饱和状态，开关电源启动工作。VD517的作用在于加大电源启动时由正反馈绕组提供给V513的基极电流，加快V513进入饱和状态。因为在开机瞬间C517电压不能突变，可保护V513防止大电流冲击损坏，还具有吸收激励尖峰电压的作用。

4.振荡电路

电源启动后，开关管V513进入饱和状态，300V直流电压加在变压器T511的绕组③、⑦上，反馈绕组①、②感应出上正下负电压对电容C514充电，使C514两端产生上负下正的电压，促使C513基极电位下降，开关管V513退出饱和状态，V513集电极电流急剧下降，绕组③、⑦和反馈绕组①、②的电压极性变成上负下正，强烈正反馈过程促使V513基极电位进一步下降，其集电极电流迅速下降，V513迅速从饱和导通状态进入截止状态。这时初级绕组存储的磁能开始通过次级绕组和负载放电。由于V513截止，C514两端电压经VD517R519进行放电，一定时间后，在启动电路作用下，最终使开关管V513再次回到初始状态，开关电源完成了一个周期振荡过程。如此循环工作，电源进入稳定的振荡过程。

5.受控振荡及稳压电路

为了稳定开关电源输出电压，必须使振荡处于受控状态，受控振荡主要靠开关稳压电路中的误差取样电路R561、R562、R563、RP551，误差放大管V553，光耦VD515及V511、V512等组成。通过对130V电压取样误差放大，经过光电耦合器的隔离，由V511、V512管控制电源开关管V513的导通时间长短来实现，实际是通过控制开关电源振荡频率来实现。

6.保护电路

过压保护电路由VD518、VD519、R523、V512组成，当输入电压升高，正反馈电压随着升高，V519反向击穿导通，反馈电压经VD518、VD519、R523给V512提供较大的IB，V512饱和导通后对V513进行分流，迫使其截止，电源处于待机保护状态。

过流保护电路由R526、R515、V512组成，当开关管V513电流过大时，感应电动势上升导致其基极电压升高，因R526、R515串联分压，使V512基极电压上升而进入饱和状态，将V513基极和发射极完全旁路，控制V513在截止状态，开关电源停止工作，实现过流保护。

二、开关电源常见故障分析

1.烧保险丝

产生此故障主要原因是：整流二极管击穿、大滤波电容击穿、开关管击穿、消磁电阻短路、负载短路等导致电路中电流过大，一般通过电阻测量法查出。

2.输出电压全部为0V

输出电压全部为0V时，故障可能在以下电路：启动回路、开/待机控制电路、保护电路、振荡控制电路和整流输出电路等。在检修该类型故障时，本着先易后难逐步深入检测的原则，细心观察电源部分元器件是否有烧毁，变色变味迹象，然后利用万用表检测各关键点、关键元件电压、电流或阻值是否正常。根据检修经验，出现较多故障有：开/待机控制电路不正常；启动回路的电阻烧断；保护或振荡控制电路的三极管损坏；整流滤波电路的保险电阻烧断等。

3.输出电压整体偏低

因有电压输出，所以启动电路、开/待机控制电路基本正常。该类型故障一般由振荡稳压控制电路不正常造成，在检修时，重点检测反馈绕组的反馈回路、光耦控制回路和取样控制回路等部分电路元器件是否有损坏。如电源的稳压二极管、光耦等是最容易损坏的元器件。

4.开关管发热，容易烧坏

产生此类型故障时，开关管通常很快烧坏。在开关电源中，开关管是工作在开关状态，发热量很小，当进入放大状态时产生的热量急剧增大，最终过流或过热损坏。所以针对此故障应重点检测振荡电路。

三、故障检修实例

实例1：

故障现象：开机，工作指示灯不亮，开关电源无电压输出。

分析和检修：先观察开关电源的元器件无烧毁变色变味迹象，接着用万用表测量输出电压全部为0V。本着先易后难的原则，直接测量C507主滤波电容两端电压，发现有约300V，再测量开关管V513的基极无负压，首先检测启动电路。关机，电阻法测量启动电路的各个元件。在测量前，先对主滤波电容进行放电，用自制的灯泡负载对C507进行放电，彻底放完后再检测。发现R521阻值为2M欧姆，已严重变值，按图纸参数更换后，开机，电源输出全部正常，工作一段时间后电压依然保持稳定，故障彻底排除。

实例2：

故障现象：开机，工作指示灯不亮，开关电源无电压输出。

分析和检修：该机是因遭受雷击后才无法工作，先观察开关电源的元器件无烧毁变色变味迹象，测量C507主滤波电容两端有约300V的电压，检测启动电路正常，测量V513基极电压为0V，初步判断故障在振荡控制、稳压控制或者保护电路。断开负载，接上灯泡做负载，通电检测V513基极依然没有负压。断电，电阻法测量V513基极对地阻值为0，存在短路。根据图纸分析可知，重点检测与基极有关的元件，检测振荡和反馈电路的元件正常，当检测V512的C和E极阻值时发现为0，拆下认真检测时果然其C和E极已击穿短路。由于V512的C和E极击穿，造成V513基极电位始终为0V，最终导致开关电源不工作。试用相同参数的三极管更换，开机，电源指示灯亮，开关电源输出正常，故障排除。

实例3：

故障现象：开机，电源瞬间有微弱电压输出，但立即变为0V。

分析和检修：先观察开关电源的元器件无烧毁变色变味迹象，接着用万用表监测输出电压，开关接通一瞬间有电压输出，还没来得及看大小立即变为0V。根据原理分析，能够有瞬间输出，说明启动电路基本正常，但电源不能维持振荡，可能是因为保护或自身电路出问题。把所有负载断开，接上一灯泡做负载，通电，故障依旧，不是因为保护而停振。检查开关管基极有关元件，重点检测振荡控制元件，当检测C514时发现其容量偏低，试用相同参数的新电容更换，再开机时电源工作一切正常，试机一段时间后正常，故障排除。原因是C514已经接近开路，电源在启动一瞬间有电压输出，但不能建立振荡，所以电压立即变为0V。

实例4：

故障现象：开机后图像在垂直方向上有S形扭曲。

分析和检修：先观察开关电源的元器件无烧毁变色变味迹象，用万用表检测各组输出电压值和正常值相差不大。根据原理分析此类故障多数由电源滤波不良而造成，直接用示波器观察开关管V513基极波形，发现除了有正常调制的脉冲信号外，还看到低频脉冲信号，果然是由于低频干扰存在纹波而造成图像S扭曲。关机，用电阻法检测整流滤波电路和与V513基极有关的各个元件。首先检测C507、C518主滤波电容，用仪表检测C507的容量由原来的100uF变成60uF，试用一原参数电容更换，发现图像正常，故障排除。

四、结束语

通过对长虹G2136（K）彩电开关电源原理分析和故障检修，我不断总结和积累经验，举一反三，深刻体会到“维修”是一门理论与实践紧密结合的技术，促使我今后加强专业理论的学习，进而指导实际检修操作。

参考文献

[1]钱如竹，主编.大屏幕彩色电视机速修方法与技巧[M].人民邮电出版社，1999，10.

[2]焦晶，主编.彩色电视机开关电源维修手册[M].江苏科学技术出版社，2006，8.

开关电源范文第10篇

我们在使用计算机、电视机时，只要接通市电，打开开关即开始工作。实际上这些设备里面已经做了电源变换，将正弦波交流市电转换成各自需要的直流高压电，让设备即可工作。在这些设备的高可靠性电源中，开关电源起着关键作用。

随着经济发展和科学技术的进步，节约能源、提高效率、保护环境已被社会各界所重视，而开关电源是节约电能的重要环节，经过电力电子和开关电源技术处理后的电力供应，其节电效果是明显的。

开关频率达兆赫级的开关电源，为高频变换电池提供技术基础，促进现代电源技术的繁荣与发展，高频化带来的好处是，降低材料消耗，装置小型化，加快系统的动态反应，从而进一步扩展应用范围。然而这种高频化，其基波本身就构成一种干扰源，能发一种较强的传导干扰波。此外，通过元件的改进达到高频化的同时，也会因辐射干扰波而产生一种杂散的信号，这些信号就构成电磁干扰。为此，必须采取有效措施，抑制这种电磁干扰，使之符合电磁兼容为特征的绿色能源技术的要求，使无线电波免遭电磁干扰的影响。

1 电磁干扰的产生与特征

开关电源功率变换器中的功率半导体器件，其开关频率通常很高，功率开关器件在频繁的接通与断开过程中，不可避免地要产生电磁干扰。开关电源电磁干扰的产生与特征：电磁干扰的干扰源主要集中在功率开关器件、二极管以及与之相连的散热器和高频变压器上；作为开关状态的能量转换装置，开关电源的电压、电流变化率很高，因而产生电磁干扰的噪声信号强度大，而且频率范围宽。此外，印制电路板的布线，若有存在欠妥之处，也是产生电磁干扰的原因。

开关电源电磁干扰对通讯设备等各类电子设备的干扰途径是：传导干扰和辐射干扰。为此，在开关电源输入和输出电路中，加装滤波器是抑制电磁干扰的最有效方法。

2　抑制电磁干扰滤波器的选用与安装

抑制开关电源电磁干扰的技术是滤波技术，它可以把不需要的电磁能量，即传导干扰噪声信号减少到满意的程度，所以在抑制传导干扰方面，滤波技术是有效的手段。

2.1　滤波器的选用

电磁干扰滤波器的选用，应根据干扰源的特性、频率范围、电压、阻抗等参数及负载特性的要求进行综合考虑后确定，一般应满足如下要求：(1)滤波器工作频率范围应满足负载衰减特性的要求，并能在宽频带内获得良好的衰减特性。(2)若抑制频率与有用信号频率非常接近时，则需选用频率特性非常陡峭的滤波器。(3)滤波器的阻抗必须与它相连接干扰源的阻抗和负载阻抗相匹配。(4)滤波器电压应根据电源和干扰源的额定电压来确定，使之具有一定耐压能力，并能够承受输入瞬时高压的冲击。万一发生电压击穿，它应处于开路状态，而不会使机壳带电。(5)滤波器允许通过的电流应与电路中连续运行的额定电流相一致。(6)滤波器工作在高电压、大电流、恶劣的电磁干扰环境中。其电感器、电容器等必须具有更良好的安全性能。(7)滤波器应具有足够的机械强度。并且结构简单、体积小、重量轻、安装方便、性能可靠，给用户带来低成本。

2.2　滤波器的安装