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开关电源的设计与制作 第一章 开关电源概述 一. 什幺是开关电源(Switching Power Supply) 所谓开关电源是指以高频变压器取代工频变压器,采用脉冲调制技术的直流 直流变换器型稳压电源. 开关晶体管,开关二级管和开关变压器是组成开关电源的三个关键组件. 二. 隔离式高频开关电源. 隔离式开关电源的基本功能框图如下: 附加电路 DC DC变换器 AC EMI .RFI AC DC 直流 高频变换器 高频隔离 输 出 DC 输 入 滤波器 整流滤波 开关组件 变压器 整流滤波 输出 开关的脉冲控制 占空比 PWM 控制回路 比较电路 控制逻辑 T 放大电路 基准 电压 图标说明:1)交流线路电压无论是来自电纲的,还是经过变压器降压的,首先要经过电纲滤波,以消除电磁干扰和射频干扰; 2)经电纲滤波后的电流首先要经过整流,滤波电路变成含有一定脉动电压成分的直流电压,然后进入高频变换部分; 3)高频变换器具有多种形式,主要分为半桥式,全桥式,推挽式,单端正激式,单端反激式等; 高频变换部分的核心是一个高频功率开关组件,比如开关晶体管,场效应管(MDSFET)等组件,高频变换器产生高频(20KHZ以上)高压方波,所得到的高压方波送给高频隔离变压器的初级,在变压器的次级感应出的电压被整流,滤波后就产生了低压直流. 4)脉冲宽度调制器(PWM)主要用于调节输出电压,使得在输入交流和输出直流负载发生变化时,输出电压能保持稳定,运作过程是PWM电路通过输出电压采样,并把采样的结果反馈给控制电路,控制电路把它与基准电压作比较,根据比较结果来控制高频功率开关组件的开关时间比例(占空比),达到调整输出电压的目的. (注:控制电路还有调频方式的) 5)为了使整个电路安全可靠地工作,必须设置过压,过流保护电路等辅助电路. 三.开关电源常用术语. 效率(dfficiency):电源的输出功率与输入功率的百分比(测量条件为满负载,输入交流电压为标准值) ESR: 等效串联电阻,它表示电解电容呈现的电阻值的总和. ESR值越低的电容,性能越好. 输出电压保持时间: 在开关电源的输入电压撤离后,依然保持其额定输出电压的时间; 激活浪涌电流限制电路: 属保护电路,它对电源激活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直流电压. 6.线性调整率: 输出电压随输入线性电压在指定范转内变化的百分率,条件是线电压和环境温度保持不变. 7.负载调整率: 输出电压随负载在指定范围内变化的百分率,条件是线电压和环境温度保持不变. 8.噪音和纹波: 附加在直流输出信号上的交流电压和高频兴峰信号的峰值.通常是以mV度量. 9.隔离式开关电源: 一般指高频开关电源,它从输入的交流电源直接进行整流和滤波,不使用低频隔离变压器. 10.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. 11.过载或过流保护: 防因负载过重,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: 为了补赏电源输出的电压降,直接从负载上检测输出电压的方法. 软激活: 在系流激活时,一种延长开关波形的工作周期的方法,工作周期是从零到它的正常工作点所用的时间. 电磁干扰 无线频率干扰(EMI一 RFI): 那些由开关电源的开关组件引起的,不希望传输和发射的高频能量频谱. 快速短路保护电路:一种用于电源输出端的保护电路,当出现过压现象时,保护电路激活,将电源输