開關(guān)電源普通元器件設(shè)計(jì)選用

1、1開關(guān)電源元器件選用 無(wú)論是哪種變換器，也不論是哪一類型的開關(guān)電源，所使用的元器件都是開關(guān)晶體管晶體管（MOSMOS管）、電阻、電容、電管）、電阻、電容、電感及磁性材料。感及磁性材料。設(shè)計(jì)好元器件，是決定開關(guān)電源質(zhì)量的關(guān)鍵。2二極管二極管l普通型二極管（普通整流普通型二極管（普通整流/ /整流二極管）：整流二極管）： 一般用在信號(hào)的傳輸，在模擬電路中主要起鉗位抑制作用，它具有良好的高頻開關(guān)特性，反向恢復(fù)時(shí)間小(trr)，整流的二極管，價(jià)格比較便宜（如1N40014007等），其特征為；u用于1KHz以下的整流器中；u反向恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，5us；正向壓降低，正向電流大，反向電壓高；3二極管二極管q穩(wěn)

2、壓二極管 穩(wěn)壓二極管又叫齊納二極管（zener diod），具有單向?qū)щ娦裕ぷ髟陔妷悍聪驌舸顟B(tài)。當(dāng)反向電壓達(dá)到并超過(guò)穩(wěn)定電壓時(shí)，反向電流突然增大，而二極管兩端的電壓恒定，這就是穩(wěn)壓。q穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)： 1）穩(wěn)定電壓Vz，這也是根據(jù)設(shè)計(jì)人員的需要選用； 2）穩(wěn)定電流Iz； 3）溫度系數(shù)at（溫度越高，穩(wěn)壓誤差越大）；q如1N6001B（11V穩(wěn)壓管）， Vz=11V， Iz=5mA， at =0.088。4二極管二極管2、快恢復(fù)二極管（適合輸出大電壓，小電流）：u反向恢復(fù)時(shí)間較短，5us；u正向壓降高（12V），反向耐壓高達(dá)1200V以上；3、肖特基二極管（適合輸出小電壓，大電流）：u

3、正向壓降低（0.40.8V）；u反向恢復(fù)時(shí)間短（1040ns）；反向耐壓低，150V，漏電流大（反向）。5二極管參數(shù)說(shuō)明l名詞：什么是反向恢復(fù)過(guò)程？ 由于二極管中的PN結(jié)（電荷的影響），當(dāng)處在正向?qū)顟B(tài)下的二極管施加反向電壓，二極管不能立即轉(zhuǎn)為截至狀態(tài)，只有等存儲(chǔ)的電荷完全復(fù)合后，二極管才能呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，這一過(guò)程叫二極管恢復(fù)過(guò)程。6瞬態(tài)電壓抑制器l瞬態(tài)電壓抑制器（Transient Voltage Suppressor ，TVS）是穩(wěn)壓二極管，是一種電壓保護(hù)器；l在電路中響應(yīng)速度快，體積小，價(jià)格低，它是用硅材料制作的。l它分為單、雙向兩種，其主要指標(biāo)：反向擊穿電壓Vb、脈沖電流、恢復(fù)時(shí)間，如

4、反向電壓達(dá)不到可選用23個(gè)串聯(lián)起來(lái)。l如P6KE200：Vb=200V,Pp=600W,Ir=6mA。7電容l電容主要分為1、陶瓷電容，其主要特點(diǎn)為： 1）絕緣性能好、絕緣電阻很高，可供高壓電路使用； 2）耐熱性好，在500600度下能正常工作； 3）可做成小容量的電容，高頻特性好；2、薄膜電容，一般是用聚苯乙烯、聚四氟乙烯、 聚丙烯和聚碳酸酯等材料做成，其主要特點(diǎn)為： 1）耐壓范圍寬，為3015kv； 2）絕緣電阻很高，一般大于1011歐，所以漏電流很?。?3）損耗角正切值大，在高頻電路中一般不用 金屬化聚苯乙烯電容； 4）精度高，0.3%0.1%。 5）溫度系數(shù)小，性能穩(wěn)定，抗酸堿耐潮濕。

5、8電容l電容的主要作用有哪些？ 抑制噪聲，尖峰吸收，濾波，儲(chǔ)能。抑制噪聲，尖峰吸收，濾波，儲(chǔ)能。l輸入電容的設(shè)計(jì)： C=It/V這里的C：電容值（F）； I：負(fù)載電流（A）； t：電容提供電流的時(shí)間（s）； V：允許的紋波電壓（V）。舉例：計(jì)算50W開關(guān)電源的輸入濾波電容的值，輸入交流電壓為110V，50Hz。9舉例電容計(jì)算l計(jì)算負(fù)載電流： 以最壞的情況效率 為70%，輸入功率為： Pin = Pout/ = 50/0.7 = 71.5W 對(duì)于輸入直流電壓： Vin = Vac1.21.4 = 1101.21.4 = 186V 所以負(fù)載直流電流： I = P/Vin =71.5/186 = 0

6、.38A 一般輸入允許的紋波電壓為2040V，這里我們?nèi)?0V，電容要維持電壓電平的時(shí)間為半周期，也就是60Hz為10ms，則有： C = 0.38（1010-3）/30 = 126（uF） 10電解電容特別說(shuō)明l濾波時(shí)電解電容容量大一些，可有效的減少直流電壓紋波。l可根據(jù)公式計(jì)算得到的數(shù)值稍低一些 510W 4.710UF 1050W 23UF/W 50100W 2.53.5UF/W11怎樣選用濾波電容 ?l許多人都知道濾波電容在電源中起的作用，但在開關(guān)電源輸出端用的濾波電容上，與工頻電路中選用的濾波電容并不一樣，在工頻電路中用作濾波的普通電解電容器，其上的脈動(dòng)電壓頻率僅有100赫芝，充放電

7、時(shí)間是毫秒數(shù)量級(jí)，為獲得較小的脈動(dòng)系數(shù)，需要的電容量高達(dá)數(shù)十萬(wàn)微法，因而一般低頻用普通鋁電解電容器制造，目標(biāo)是以提高電容量為主，電容器的電容量、損耗角正切什以及漏電流是鑒別其優(yōu)劣的主要參數(shù)。 12選用濾波電容說(shuō)明l在開關(guān)穩(wěn)壓電源中作為輸出濾波用的電解電容器，其上鋸齒波電壓的頻率高達(dá)數(shù)十千赫，甚至數(shù)十兆赫，它的要求和低頻應(yīng)用時(shí)不同，電容量并不是主要指標(biāo)，衡量它好壞的則是它的阻抗一頻率特性，要求它在開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作頻段內(nèi)要有低的等的阻抗，同時(shí)，對(duì)于電源內(nèi)部，由于半導(dǎo)體器件開始工作所產(chǎn)生高達(dá)數(shù)百千赫的尖峰噪聲，亦能有良好的濾波作用，一般低頻用普通電解電容器在10千赫左右，其阻抗便開始呈現(xiàn)感性，無(wú)法

8、滿足開關(guān)電源使用要求。 13選用濾波電容說(shuō)明l開關(guān)穩(wěn)壓電源專用的高頻鋁電解電容器，它有四端個(gè)子，正極鋁片的兩端分別引出作為電容器的正極，負(fù)極鋁片的兩端也分別引出作為負(fù)極。穩(wěn)壓電源的電流從四端電容的一個(gè)正端流入，經(jīng)過(guò)電容內(nèi)部，再?gòu)牧硪粋€(gè)正端流向負(fù)載；從負(fù)載返回的電流也從電容的一個(gè)負(fù)端流入，再?gòu)牧硪粋€(gè)負(fù)端流向電源負(fù)端。 因?yàn)樗亩穗娙菥哂辛己玫母哳l特性，它為減小輸出電壓的脈動(dòng)分量以及抑制開關(guān)尖峰噪聲提供了極為有利的手段。 14選用濾波電容說(shuō)明l高頻鋁電解電容器還有多芯的形式，它將鋁箔分成較短的若干小段，用多引出片并聯(lián)連接以減小容抗中的電阻成份，同時(shí)，采用低電阻率的材料并用螺桿作為引出端子，以增強(qiáng)電容

9、器承受大電流的能力。l疊片電容也稱為無(wú)感電容，一般電解電容器的芯子都卷成圓柱形，等效串聯(lián)電感較大；疊片電容的結(jié)構(gòu)和書本相仿，因流過(guò)電流產(chǎn)生的磁通方向相反而被抵消，因而降低了電感的數(shù)值，具有更為優(yōu)良的高頻特性，這種電容一般做成方形，便于固定，還可以適當(dāng)減小占機(jī)體積。l此外，還有一種將四端和疊片相結(jié)合的四端疊片式高頻電解電容器，它綜合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，高頻特性更佳。 15熱敏電阻l熱敏電阻是由錳鈷鎳的氧化物燒結(jié)成的半導(dǎo)體陶瓷制成的，分為正溫度系數(shù)的PTC和負(fù)溫度系數(shù)的NTC，其主要參數(shù)為： RT0零功率電阻值：表示室溫為25度時(shí)的電阻值； at零功率電阻系數(shù)：表示零功率下每變化1度所引起電阻值的變化率

10、； 其他參數(shù)請(qǐng)參考課本第32頁(yè)。16熱敏電阻l在電源適配器中常用的NTC熱敏電阻：我們一般會(huì)用我們一般會(huì)用10D-910D-9，（每個(gè)供應(yīng)商是有差別的），（每個(gè)供應(yīng)商是有差別的）它表示 電阻值：10歐/250C在250C的工作電流：1.3A；在550C的工作電流：1.0A； R1/歐：0.755； 時(shí)間常數(shù)/s：130； 使用溫度/0C：-3013017壓敏電阻l壓敏電阻是在某一特點(diǎn)的電壓范圍內(nèi)，隨著電壓的增加，電流急劇增大的敏感元件。并在兩根交流電源線之間。一般常見(jiàn)的為氧化鋅壓敏電阻，用在交流浪涌吸收。l壓敏電阻的選擇： 一般要注意的壓敏電壓和流通量這兩個(gè)參數(shù)，壓敏電壓即標(biāo)稱電壓，只壓敏電阻

11、在一定溫度范圍內(nèi)和規(guī)定電流（常為1mA或0.1mA）下的電壓降，壓敏電壓必須高于實(shí)際電路工作電壓，如220v（有效值），則壓敏電壓不小于2203=380V,一般選用400V的。流通量指承受浪涌的能力，要留用余量。18壓敏電阻特性l壓敏電阻的分類： 按其材料的不同可分為碳化硅、硅（鍺）、金屬氧化、鈦酸鋇、硒化鎘和硒壓敏電阻等。l在開關(guān)電源中保護(hù)是用的壓敏電阻： 交流電網(wǎng)上的電壓115V或230V左右，在電網(wǎng)的附近有電感性開關(guān)和雷電現(xiàn)象，都會(huì)產(chǎn)生高壓尖峰，電壓可達(dá)5KV以上，雖時(shí)間很短，但足夠使電源的元器件損壞。在選擇壓敏電阻應(yīng)：1）選擇壓敏電阻的電壓額定值，應(yīng)該比最大的電路電壓穩(wěn)定值大1020%

12、；2）計(jì)算或估計(jì)出電路所要承受的最大瞬間能量的焦耳數(shù)；3）查明器件所需要承受的最大尖峰電流。19保險(xiǎn)絲 保險(xiǎn)絲也被稱為熔斷器，IEC127標(biāo)準(zhǔn)將它定義為“熔斷體（fuse-link)”。它是一種安裝在電路中，保證電路安全運(yùn)行的電器元件。保險(xiǎn)絲的作用是：當(dāng)電路發(fā)生故障或異常時(shí)，伴隨著電流不斷升高，并且升高的電流有可能損壞電路中的某些重要器件或貴重器件，也有可能燒毀電路甚至造成火災(zāi)。若電路中正確地安置了保險(xiǎn)絲，那么，保險(xiǎn)絲就會(huì)在電流異常升高到一定的高度和一定的時(shí)候，自身熔斷切斷電流，從而起到保護(hù)電路安全運(yùn)行的作用。 20慢速保險(xiǎn)絲是怎樣一回事？ l慢速保險(xiǎn)絲也叫延時(shí)保險(xiǎn)絲，它的延時(shí)特性表現(xiàn)在電路出

13、現(xiàn)非故障脈沖電流時(shí)保持完好而能對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)載提供保護(hù)。有些電路在開關(guān)瞬間的電流大于幾倍正常工作電流，盡管這種電流峰值很高，但是它出現(xiàn)的時(shí)間很短，我們稱它為脈沖電流也有稱它為沖擊電流或叫它為浪涌電流。普通的保險(xiǎn)絲是承受不了這種電流的，這樣的電路中若使用的是普通保險(xiǎn)絲恐怕就無(wú)法正常開機(jī)了，若使用更大規(guī)格的保險(xiǎn)絲，那么當(dāng)電路過(guò)載時(shí)又得不到保護(hù)。延時(shí)保險(xiǎn)絲的熔體經(jīng)特殊加工而成，它具有吸收能量的作用，調(diào)整能量吸收量就能使它即可以抗住沖擊電流又能對(duì)過(guò)載提供保護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)延時(shí)特性都有規(guī)定，若標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定特性無(wú)法滿足您的要求，您可以與制造商聯(lián)系以得到解決。 21設(shè)計(jì)開關(guān)電源保險(xiǎn)絲l 為了確保電源得到最佳的保護(hù)，開

14、關(guān)電源輸入部分使用的保險(xiǎn)絲應(yīng)取最小的額定值，此值應(yīng)該在最低電源輸入電壓時(shí)能可靠承受浪涌電流（浪涌電流指電源接通瞬間，流入電源設(shè)備的峰值電流。由于輸入濾波電容迅速充電，所以該峰值電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)輸入電流。電源應(yīng)該限制AC開關(guān)、整流橋、保險(xiǎn)絲、EMI濾波器件能承受的浪涌水平。反復(fù)開關(guān)環(huán)路，AC輸入電壓不應(yīng)損壞電源或者導(dǎo)致保險(xiǎn)絲燒斷。 ）和電源的最大工作電流 ，一般取額定功率0.6-0.7。l有些設(shè)計(jì)工程師為了方便，在設(shè)計(jì)保險(xiǎn)絲時(shí)采用估算的辦法，一般取輸入電流的1.5倍。22全波整流和全橋整流l 雙端電路中常用的整流電路形式為全波整流電路和全橋整流電路。a）全波整流電路1）全波整流電路的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：電感L的電流回路中只有一個(gè)二極管壓降，損耗小，而且整流電路中只需要2個(gè)二極管，元件數(shù)較少。 缺點(diǎn)：二極管斷態(tài)時(shí)承受的反壓較高，對(duì)器件耐壓要求較高，而且