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开关电源的原理以及开关电源的优缺点

的原理以及开关电源的优缺点

开关电源主要包含输入电网滤波器，输入整流滤波器，逆变器，输出整流滤波器，操纵电路，爱护电路。

它们的功能是：

1。输入电网滤波器：去除电网干扰，例如电动机启动，电气开关，雷击等。它还可以预防由开关电源产生的高频噪声扩散到电网。

2。输入整流器滤波器：对电网的输入电压进行整流和滤波，为转换器提供直流电压。

3。逆变器：它是开关电源的关键部分。它将直流电压转换为高频交流电压，并起到将输出部分和输入电网隔离的作用。

4。输出整流滤波器：对变频器输出的高频交流电压进行整流和滤波，获得所需的直流电压，同时预防高频噪声对负载的干扰。

5， 操纵电路：检测输出直流电压，将其和参考电压进行比较，然后放大。振荡器的脉冲宽度被调制以操纵转换器以保持输出电压稳定。

6。爱护电路：当开关电源中发生过电压或过电流短路时，爱护电路将停止开关电源，以爱护负载和电源本身。

开关电源首先将交流电整流为直流电，然后将直流电转换为交流电，并在整流后输出所需的直流电。这样，开关电源省略了电压反馈电路中的线性电源和变压器。开关电源中的逆变器电路完全经过数字调整，这也可以实现很高的调整精度。

开关电源的主要优点：体积小，重量轻（体积和重量仅为线性电源的20-30％），效率高（通常为60-70％，线性电源仅为30-40％）以及 具有强大的抗干扰能力，宽输出电压范围，模块化。

开关电源的主要缺点：由于逆变电路中产生的高频电压，会对四周设备造成肯定的干扰。需要良好的屏蔽和接地。

经过交流整流后，可获得直流电。但是，由于交流电压和负载电流的变化，整流后获得的直流电压通常会引起20％至40％的电压变化。为了获得稳定的直流电压，必须使用稳压器电路来实现电压调节。根据不同的实现方法，稳压电源可以分为叁种：线性稳压电源，相控稳压电源，开关稳压电源。其中，开关电源代表了低碳环保和先进电源的进展趋势。

常用的低压直流开关电源是通过EMI滤波器将220V交流电源直接整流为大约300V的直流电源，然后使用电路操纵开关管来切换和切断高速通道。，然后将其转换为高频交流电源，以提供用于电压转换的变压器。生成一组或多组所需的电压，然后对其进行整流，以使所需电压流经直流电。转换为高频交流电的原因是，变压器互感器电路中的高频交流电的效率远远高于50Hz，因此可以将主变压器做得特别小，并使用磁芯。 并非如此。 操作期间特别热。 其它，在高频下，滤波器的存储能量以及滤波器的电容和电感比50 Hz时小得多，并且成本特别低。如果不将50Hz更改为高频，则开关电源毫无意义！开关变压器并不是神奇的，它是一般的磁芯变压器！这是一个开关电源。

开关电源是通过电子技术实现的，其主要环节是：整流成直流电源，将所需电压（主要是稳压）转换成交流电源，再整流成直流电压输出。

开关电源的结构特别小，因为中间没有笨重的变压器和散热器。同时，开关电源的内部全部是电子元件，效率高，发热量少。完管它具有较大的电磁干扰的缺点，但现在已在欧洲，美国，日本和中国销售，但尚未在开关电源方面走捷径，抗电磁干扰滤波器和屏蔽技术已经存在。

开关电源大致可分为两种：隔离型和非隔离型。 隔离类型必须具有开关变压器，非隔离类型不肯定必须具有。

简而言之，开关电源的工作原理是：

1。交流电源输入经过整流并滤波为直流；

2。通过高频笔奥惭（脉冲宽度调制）或脉冲频率调制（笔贵惭）操纵开关，并将此顿颁添加到开关变压器的初级；

3。开关变压器的次级频率产生一个高频电压，该高频电压通过整流和滤波提供给负载。

4。输出部分通过肯定的电路反馈给操纵电路，以操纵笔奥惭的占空比，达到稳定输出的目的。

输入交流电源时，通常会通过电感和电容滤波器，以滤除对电网的干扰以及对电网的供电。 在相同功率下，开关频率越高，开关变压器的尺寸越小，但对开关管的要求越高； 开关变压器的次级可以具有多个绕组或具有多个抽头的绕组以获得所需的输出； 通常，应增加一些爱护电路，例如空载，短路和其他爱护功能，否则可能会烧毁开关电源。

开关电源次级不需要桥式整流的原因

开关电源次级不使用桥式整流的原因开关电源次级由于其自身的特性而不使用桥式整流。 开关电源大约有两种类型，一种是正向型，另一种是反激型。次级二极管的作用主要用于整流截止波，以去除反向峰值电压。这两个都是不需要输入电压的波形，因为开关电源具有PWM芯片。

开关电源操纵芯片的组成

开关电源操纵芯片的组成开关电源操纵芯片是开关电源中的一种芯片。 在开关电源出现之前，它们都是线性电源。开关电源是一种高效节能的电源，也是开关电源进展的主流。 由于开关电源的关键组件在高频状态下工作，因此它们不断地接通和关断，因此开关电源来自此处，即电源。

开关电源电路图反激电路拓扑

下图是开关电源电路图的一部分。 这是反激电路的拓扑。 对于次级电路，即开关电源的次级侧电路，二极管D2特别重要。 二极管正在整流并且具有高频率。整流，由于PN结的恢复时间长等。因此，不适合使用一般二极管。 R5，C5和D2构成汲取电路和电感L.

开关电源300惫滤波电容器是用万用表顿颁文件测量的

开关电源300惫滤波电容器是用万用表顿颁文件测量的。 AC文件没有300v测量值。 我们通常测量的交流电流。 220V实际上是交流的有效值。 经过转换和滤波后可获得的直流电压约为311V，但如果负载不能保持大值，则应直接测量直流滤波电解电容器。

开关电源启动电路原理分析

开关电源启动电路的原理分析在大多数情况下，开关电源启动电路的设计是相似的，但是需要根据开关电源的不同类型来设计启动电路。 介绍以下类别。 自激式开关电源。 结合特定的电路分析，当刚开始供电时，整流后的高压直流电通过电阻器R2和R3添加到开关管T2的基极。

通信开关电源电磁兼容设计的基本要求

通信开关电源在高压大电流开关的工作状态下工作，电磁兼容性问题的原因特别复杂。通信系统的高频信号对开关电源有电磁干扰。 同时，开关电源有其自身的电路设计，PCB布线，组件性能等原因。 它还可能会干扰通信或其他电子和电气设备。其中，根据耦合路径，可分为传导干扰和辐射干扰。 根据电路干扰信号的形式，电力系统中的干扰可分为共模干扰和差模干扰。通常，线路电源线上的任何传导干扰信号都可以表示为两种模式，共模干扰和差模干扰。

在开关电源中，主电源开关管以高压，大电流或高频开关模式工作。 在阻性负载下，开关电压和开关电流的波形近似为方波，并且该波信号包含丰富的高次谐波。高次谐波的频谱可以达到方波频率的1000倍以上。由于电压差会产生电场，电流会产生磁场，谐波频率和富含电流的高频部分会在设备内部产生电磁场，从而导致内部工作不稳定。 设备并降低设备性能。同时，由于电源变压器的漏感和分布电容，以及主电源开关设备的工作状态不理想，当进行高频开关时，高频高压峰值谐波常常产生振荡。高次谐波通过开关管和散热器之间的分布电容引入内部电路，或者通过散热器和变压器辐射到空间。

通信开关电源采纳有功功率因数校正。 完管操纵很复杂，但效果和负载无关。 功率因数提高，性能更好。同时，开关电源采纳软开关技术以减少电路开关功耗，降低噪声并提高电路效率和可靠性。然而，软开关无损汲取电路主要使用L和C进行能量传输，并使用二极管的单向导电性来实现能量的单向转换。 因此，谐振电路中的二极管成为电磁干扰的主要来源。

在通信开关电源中，通常使用储能电感器和电容器来形成尝和颁滤波器电路，以过滤差分和共模干扰信号并将础颁方波信号转换为平滑的顿颁信号。由于感应线圈的分布电容减小了感应线圈的自谐振频率，因此大量的高频干扰信号通过感应线圈并沿交流电源线或直流输出线向外传播。随着干扰信号频率的升高，由于导线的电感，滤波电容器的电容和滤波效果延续降低，直到达到谐振频率以上，从而完全失去了电容器的作用并变成了电感性的。滤波电容器和长引线使用不当也是电磁干扰的原因。

顿颁顿颁电源转换电路设计注意事项

DC DC电源转换电路设计中需要注意的一些问题，期望对您有所援助。

首先，了解DC / DC电源的状态

DC / DC电源电路也称为DC / DC转换电路，其主要功能是执行输入和输出电压转换。通常，我们将输入电源电压在72V以内的电压转换过程称为DC / DC转换。一般电源主要分为车载和通讯系列以及一般工业和消费类系列。 前者使用的电压通常为48V，36V，24V等。后者使用的电源电压通常低于24V。不同的应用领域具有不同的规律，例如12V，5V，3。3V，模拟电路电源常用5V 15V，数字电路常用3。3V等，目前的FPGA和DSP也使用低于2V的电压，例如1。8V，1。5V，1。2V等在通信系统中也称为辅助电源。 它从主电源或直流电池组提供直流输入电压。 经过DC / DC转换后，在输出端获得一个或几个DC电压。

第2条：需要了解的DC / DC转换电路的分类

DC / DC转换电路主要分为以下三类：

①稳压器的稳压电路。 ②线性（模拟）稳压电路。 ③开关稳压电路

叁，稳压管简单的电路设计方案

调压电路的电路结构简单，但负载能力差，输出功率小。 通常，它仅为芯片提供参考电压，而不作为电源。

选择稳压器时，通常可以根据以下公式估算：（1）Uz = Vout； （2）Izmax =（1。5-3）ILmax（3）Vin =（2-3）Vout该电路结构简单，可以抑制输入电压的干扰，但是由于稳压器的大工作电流，所以输出电压不能该电路可任意调节，适用于无需调节输出电压，负载电流小，要求不高。 该电路通常用作不需要高电源电压的芯片的电源。

第4条：基准电压源芯片稳压电路

电压调节器电路的另一种形式，某些芯片对电源电压有更高的要求，例如AD DA芯片的参考电压。 这时，一些常用的电压基准芯片如TL431，MC1403，REF02等。TL431是常用的参考源芯片。 它具有三端可调并联参考电压源，具有良好的热稳定性。输出电压可以任意设置为Vref（2。5V）至36V范围内的任何值。下图显示了常用的电路应用，其中Vo =（1 + R1 / R2）Vref。为R1和R2选择不同的值以从2开始。任何5V至36V范围内的电压输出，特别是当R1 = R2且Vo = 5V时。

其他几个参考电压源芯片电路也类似。

五，了解串联稳压电源的电路

串联稳压器电路是直流稳定电源之一。 实际上，在三端稳压器出现之前，它是直流电源的一种较常见的方法。 在三端稳压器出现之前，级联稳压器通常具有一个OP放大器，而稳压二极管构成一个误差检测电路，如下图所示，在该电路中，OP放大器的反向输入端连接到输出电压检测信号，正输入端子连接到参考电压Vref，Vs = Vout * R2 /（R1 + R2）。由于放大信号δVs为负值，操纵晶体管的基极电压下降，因此串联输出电压必须为Vref = Vs = Vout * R2 / /（R1 + R2），调整R1，R2的比值即可 设置所需的输出电压值。

图为这只是三端稳压器的基本原理。 实际上，负载的大小可以用达林顿和其他晶体管代替。 由串联稳压器电路组成的直流稳压电源处理不当。简单振荡。现在没有工程师具有肯定的仿真能力。 通常，现在不再使用这种方法，但是集成的三端稳压器电路直接用于DC / DC转换电路中。

第6条：线性（模拟）集成稳压器电路的总体设计方案

线性稳压器电路的设计主要基于叁端集成稳压器。叁端稳压器主要有两种类型：

输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器。 三端稳压器的常规产物是78系列（正电源）和79系列（负电源）。 输出电压由特定模型中的后两个参数确定。数字代表5V，6V，8V，9V，12V，15V，18V，24V和其他电平。输出电流通过在78（或79）之后添加字母来区分。L代表0。1A，M表示0。5A，没有字母表示1。5A，例如78L05表是5V 0。1A。

另一种输出电压是可调线性稳压器电路，称为可调输出三端稳压器。 LM317（正输出）和LM337（负输出）系列代表这种类型的芯片。大输入和输出极限差为40V，输出电压为1。2V-35V（-1。2V--35V）连续可调，输出电流为0。5-1。在图 在图5A中，输出端子和调节端子之间的电压为1。在25V时，调节端子的静态电流为50uA。

基本原理相同，均使用串联稳压电路。在线性集成稳压器中，叁端稳压器只有叁个端子，具有外部元件少，使用方便，性能稳定，价格低廉的优点，因此得到了广泛的应用。

第七条顿颁-顿颁转换开关稳压器电路的设计方案

以上几个DCDC转换电路均为串联反馈调节器电路。 在这种工作模式下，集成稳压器中的稳压器工作在线性放大状态，因此，当负载电流大时，损耗相对较大，即转换效率低。因此，使用集成稳压器的电源电路的功率不会很大，一般仅为2-3W，这种设计方案仅适用于小型电源电路。

采纳开关电源芯片设计的DCDC转换电路转换效率高，适用于较大的电源电路。目前，它已被广泛使用。 常用的分为非隔离式开关电源和隔离式开关电源电路。

DCDC转换开关式稳压电路的设计方案。 开关电源芯片设计的DCDC转换电路转换效率高，适用于较大的电源电路。目前，它已被广泛使用。 常用的分为非隔离式开关电源和隔离式开关电源电路。当然，开关电源的基本拓扑包含降压，升压，降压-升压和反激，正向和电桥变化。

非隔离式顿颁顿颁开关转换电路的设计方案。

隔离式顿颁顿颁开关转换电路的设计方案。

第8条非隔离式诲肠诲肠开关转换集成电路芯片的电路设计

DCDC开关转换集成电路芯片，该类型芯片的使用方法和第6条中的LM317特别相似，此处用L4960进行描述，一般使用50Hz的电源变压器进行AC-AC转换，会吗？220V替换开关电源集成转换芯片的输入电压范围为1。2？L4960可进行34V DC-DC转换。 这时，输出电压可以在变化范围内调节到5V，高40V，大输出电流可以达到2。5A（它也可以连接到大功率开关以进行电流扩展），并具有全面的爱护功能，例如过流爱护和过热爱护。完管使用L4960的方法和LM317的方法相似，但L4960的开关电源的效率和线性电源LM317的效率不同。 L4960的大输出为100W（Pmax = 40V * 2。5A = 100W），但仅消耗高达7W的功率，因此散热器特别小，易于制造。和L4960相似的是L296，基本参数和L4960相同，不同之处在于大输出电流可以高达4A，并具有更多的爱护功能，并且包装形式也有所不同。这类芯片有很多，例如LM2576系列，TPS54350，LTC3770等。 通常，使用这些芯片时，制造商将使用详细的说明和典型电路作为参考。

第9条：隔离式顿颁顿颁开关电源模块的电路设计

常用的隔离式DC / DC转换主要分为三类：1。反激转换。2。积极的转变。3。桥梁重建

通常使用单端反激式DC / DC转换器电路，并且这种隔离操纵芯片有很多类型。操纵芯片的典型代表是常用的UC3842系列。这是一种高性能的固定频率电流操纵器，主要用于隔离AC / DC，DC / DC转换电路。它的主要应用原理是：电路由四部分组成：主电路，操纵电路，启动电路和反馈电路。主电路使用单端反激拓扑。 它由一个升降压斩波电路和一个隔离变压器组成。 该电路结构简单，效率高，输入电压范围宽。 操纵电路是整个开关电源的核心，操纵质量直接决策了电源的整体性能。该电路使用峰值电流类型的双环操纵，即，峰值电流反馈操纵被添加到电压闭环操纵系统中。 在这种方案中，选择合适的变压器和MOS管将使功率特别大。 和以前的设计方案相比，电路结构复杂，元件参数的确定更加困难，开发成本较高。 因此，好在市场上选择更廉价的DC / DC隔离模块。

第10条顿颁顿颁开关集成电源模块解决方案

许多微处理器和数字信号处理器（DSP）需要核心电源和输入/输出（I / O）电源。 必须在启动时订购这些电源。设计人员必须在上电和掉电操作期间考虑内核和I / O电压源的相对电压和时序，以满足制造商指定的性能规格。没有正确的电源排序，可能会发生闩锁或电流消耗过大，这可能导致微处理器I / O端口或内存，可编程逻辑设备（PLD），现场可编程门阵列（FPGA）或数据转换操纵器等支撑装置损坏。为了确保在驱动I / O负载之前不对内核电压造成偏见，需要跟踪内核功率和I / O功率。现在有一些特别的电源模块公司量身定制了一些特别的开关电源模块，主要是那些尺寸小，功率密度高，转换效率高，发热量低，平均无故障工作时间长， 可靠，除了常规的电气性能指标。具有良好性能，较低成本和较高性能的DC / DC电源模块。这些模块结合了实现即插即用解决方案所需的大部分或全部组件，并且可以替换多达40个不同的组件。这简化了集成并加快了设计，同时减小了电源治理部分中的电路板空间。

传统和常见的非隔离式DC / DC电源模块仍旧是单列直插式（SiP）封装。这些开放式解决方案的确在降低设计复杂度方面取得了进步。但是，简单的方法是在印刷电路板上使用标准封装的组件。

第11条对于选择顿颁顿颁功率转换方案的注释

此黄金法则也是本文的总结，特别重要。本文主要介绍几种用于顿颁顿颁功率转换的稳压器管式稳压器，线性（模拟）稳压器和顿颁顿颁开关稳压器叁种电路模式的常见设计方法方案。

①需要注意的是，稳压管的稳压电路不能用作电源，只能用于没有电源要求的片状电源； ②线性稳压电路的电路结构简单，但由于转换效率低，只能用于低功率调节。在电源中； ③开关稳压器电路转换效率高，可用于大功率场合，但局限在于电路结构比较复杂（非常是大功率电路），不利于小型化。因此，在设计过程中，可以根据实际需要选择合适的设计方案。

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