工程师必备手册——开关电源实例设计指南.pdf

提供电子工程必威体育精装版解决方案和设计趋势 ——开关电源设计之基础篇 --开关电源中开关管的工作分析 • 开关电源中的开关管从导通到截止，严格来说是一个非常复杂的过程，但我们在进行工作原理分析的时候，一般都会先对 一些非主要问题进行简单化。例如，当电源开关管导通或截止的时候，我们就把它看成是一个理想的开关，其工作时只有 两种状态，通或断。但实际上开关管的导通和关断都是一个很复杂的过程，它除了通或断之外，还有一个在高频时不能忽 视的问题，就是开关管导通时，是从截止区到放大区，然后再由放大区到饱和区的工作过程。这个工作过程需要用微分方 程才能求解，在这里我不想对你介绍得太复杂。 简单地说，电源开关管导通和关断都是需要时间的。一般都简单地把开关管导通时间ton 分为导通延时时间td 和导 通上升时间tr ，而把开关管关闭时间toff 分为关闭延时时间tstg （或称关闭贮存时间）和关闭下降时间tf 。 图1 是电源开关管导通和关闭过程的测试波形，实际上图1 中的测试波形也是被简化过了的，实际波形中，波形的 上升沿一般是一条变化率为正的指数曲线，而波形的下降沿则是一条变化率为负的指数曲线，为了简单，图1 中都用直线 来取代。 开关电源在第一个工作周期，由于输出电压要对滤波储能电容充电，因为充电电流很大，负载会很重（或相当于负载 短路），因此一般的开关电源都要采取软启动措施，开始的时候占空比很小，然后才慢慢地趋于正常，即开始的时候输出 功率很小，然后才慢慢变大。或开始的时候，工作电压比较低，然后才慢慢升高到正常值。 《开关电源设计实例指南》 2 提供电子工程必威体育精装版解决方案和设计趋势 严格地说，开关电源永远都工作在非稳定状态，所谓稳定也只是相对而言。例如，开关电源的稳压过程就是这样的： 当输出电压升高时，经过取样比较，取样电路会输出一个误差信号给脉宽调制电路，使占空比减小，从而使输出电压降低； 当输出电压降低之后，经过取样比较，取样电路又会输出一个误差信号给脉宽调制电路，使占空比增加，从而使输出电压 升高，这样反复循环，开关电源的输出电压将永远是按一定的频率在电压的平均值上下摆动，所谓的稳压只不过是输出电 压的平均值比较稳定而已。 对于流过开关变压器初级线圈的电流也不是一个稳定值，一般都是一个锯齿波，整流输出电流也一样。对LED 进行 恒流驱动，一般也是指经滤波之后，滤波器输出的电流比较稳定，此稳定也是指平均值，而滤波器的输入电流一般都是一 个锯齿波。 --开关电源中线圈电感量的计算 • 在开关电源电路设计或电路试验过程中，经常要对线圈或导线的电感以及线圈的匝数进行计算，以便对电路参数进行调整 和改进。下面仅列出多种线圈电感量的计算方法以供参考，其推导过程这里不准备详细介绍。 在进行电路计算的时候，一般都采用SI 国际单位制，即导磁率采用相对导磁率与真空导磁率的乘积，即：μ=μrμ0 ， 其中相对导磁率μr 是一个没有单位的系数，μ0 真空导磁率 的单位为H/m。 2-1-1-17-1．几种典型电感 1、圆截面直导线的电感 图2 －32 其中： 《开关电源设计实例指南》 3 提供电子工程必威体育精装版解决方案和设计趋势 L：圆截面直导线的电感 ［H］ l：导线长度 ［m］ r：导线半径 ［m］ μ0 ：真空导磁率，μ0=4π10-7 ［H/m］ 【说明】这是在 l r 的条件下的计算公式。当圆截面直导线的外部有磁珠时，简称磁珠，磁珠的电感是圆截面直导 线的电感的μr 倍， μr 是磁芯的相对导磁率，μr=μ/μ0 ，μ 为磁芯的导磁率，也称绝对导磁率，μr 是一个无单位的