電源設(shè)計教程

第1頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月目錄作品的制作方法電源類型電源設(shè)計要點設(shè)計軟件變壓器設(shè)計第2頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月作品的制作方法一作品的組成單片機模塊，電源模塊，模擬電路模塊二模塊的制作

1面包板

第3頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月2PCBaprotel原理圖，pcb圖

b打印（熱轉(zhuǎn)印紙，硫酸紙）

c熱轉(zhuǎn)印，紫外燈曝光，顯影劑顯影

d腐蝕

e打孔第4頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第5頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第6頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第7頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第8頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月PCB制作視頻第9頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月作品的制作方法三工具烙鐵熱風(fēng)焊槍焊錫膏排線小電轉(zhuǎn)鋸子

四元件的購買貼片電阻電容專用芯片接插件第10頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月目錄作品的制作方法電源類型電源設(shè)計要點設(shè)計軟件變壓器設(shè)計第11頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月電源類型開關(guān)電源主回路可以分為隔離式與非隔離式兩大類型。1.非隔離式電路的類型：

非隔離——輸入端與輸出端電氣相通，沒有隔離。2.隔離式電路的類型：隔離——輸入端與輸出端電氣不相通，通過脈沖變壓器的磁偶合方式傳遞能量，輸入輸出完全電氣隔離。

第12頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第3章電源類型一非隔離式電路1.降壓斬波電路2.升壓斬波電路3.升降壓斬波電路4.Cuk斬波電路5.Sepic斬波電路和Zeta斬波電路6.電荷泵電路其中前兩種是最基本的電路第13頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月直流斬波電路第3章直流斬波電路（DCChopper）將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電也稱為直流--直流變換器（DC/DCConverter）一般指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟姡话ㄖ绷鳌涣鳌绷鞯?4頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月基本斬波電路重點介紹最基本的兩種基本電路

---降壓斬波電路

---升壓斬波電路第15頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月降壓斬波電路原理圖：續(xù)流二極管

動態(tài)演示第16頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月降壓斬波電路第17頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月降壓斬波電路工作原理

t=0時刻驅(qū)動V導(dǎo)通，電源E向負載供電，負載電壓uo=E，負載電流io按指數(shù)曲線上升t=t1時刻控制V關(guān)斷，負載電流經(jīng)二極管VD續(xù)流，負載電壓uo近似為零，負載電流呈指數(shù)曲線下降。為了使負載電流連續(xù)且脈動小通常使串接的電感L值較大第18頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)量關(guān)系電流連續(xù)時，

降壓斬波電路ton——V通的時間toff——V斷的時間a--導(dǎo)通占空比負載電壓平均值：負載電流平均值：降壓斬波電路第19頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月斬波電路三種控制方式T不變，變ton—脈沖寬度調(diào)制（PWM）ton不變，變T—頻率調(diào)制ton和T都可調(diào)，改變占空比—混合型芯片LM3402降壓斬波電路此種方式應(yīng)用最多第20頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月升壓斬波電路原理圖：保持輸出電壓動態(tài)演示儲存電能第21頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月升壓斬波電路第22頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月

T/toff>1，輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路

V通時，E向L充電，充電電流恒為I1，同時C的電壓向負載供電，因C值很大，輸出電壓uo為恒值，記為Uo。設(shè)V通的時間為ton，此階段L上積蓄的能量為V斷時，E和L共同向C充電并向負載R供電。設(shè)V斷的時間為toff，則此期間電感L釋放能量為數(shù)量關(guān)系

穩(wěn)態(tài)時，一個周期T中L積蓄能量與釋放能量相等：升壓斬波電路=

——升壓比；升壓比的倒數(shù)記作b，即 。芯片LT1937b和a的關(guān)系：因此，表示為

第23頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月升降壓斬波電路1.升降壓斬波電路原理圖：動態(tài)演示第24頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月升降壓斬波電路第25頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月基本工作原理圖3-4升降壓斬波電路及其波形a）電路圖b）波形V通時，電源E經(jīng)V向L供電使其貯能，此時電流為i1。同時，C維持輸出電壓恒定并向負載R供電。V斷時，L的能量向負載釋放，電流為i2。負載電壓極性為上負下正，與電源電壓極性相反，該電路也稱作反極性斬波電路

升降壓斬波電路第26頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月穩(wěn)態(tài)時，一個周期T內(nèi)電感L兩端電壓uL對時間的積分為零，即所以輸出電壓為：升降壓斬波電路數(shù)量關(guān)系V處于通態(tài)期間uL=EV處于斷態(tài)期間uL=-uo第27頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3-4b中給出了電源電流i1和負載電流i2的波形，設(shè)兩者的平均值分別為I1和I2，當(dāng)電流脈動足夠小時，有由上式可得：升降壓斬波電路結(jié)論芯片LTC3453改變導(dǎo)通比a，輸出電壓既可以比電源電壓高，也可以比電源電壓低。當(dāng)0<a<1/2時為降壓，當(dāng)1/2<a<1時為升壓，因此將該電路稱作升降壓斬波電路。也有文獻直接按英文稱之為buck-boost變換器其輸出功率和輸入功率相等，可看作直流變壓器。第28頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月2.Cuk斬波電路V通時，E—L1—V回路和R—L2—C—V回路分別流過電流V斷時，E—L1—C—VD回路和R—L2—VD回路分別流過電流輸出電壓的極性與電源電壓極性相反等效電路如圖3-5b所示，相當(dāng)于開關(guān)S在A、B兩點之間交替切換圖Cuk斬波電路及其等效電路a）電路圖b）等效電路

Cuk斬波電路第29頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月穩(wěn)態(tài)時電容C的電流在一周期內(nèi)的平均值應(yīng)為零，也就是其對時間的積分為零，即

在等效電路中，開關(guān)S合向B點時間即V處于通態(tài)的時間ton，則電容電流和時間的乘積為I2ton。開關(guān)S合向A點的時間為V處于斷態(tài)的時間toff，則電容電流和時間的乘積為I1toff。由此可得

從而可得

Cuk斬波電路第30頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月同理可得出輸出電壓Uo與電源電壓E的關(guān)系：

Cuk斬波電路上述輸入輸出關(guān)系與升降壓斬波電路時的情況相同。優(yōu)點（CukVS升降壓）：輸入電源電流和輸出負載電流都是連續(xù)的，且脈動很小，有利于對輸入、輸出進行濾波。芯片TL494第31頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3-6Sepic斬波電路和Zeta斬波電路a）Sepic斬波電路b）Zeta斬波電路Sepic斬波電路和Zeta斬波電路singleendedprimaryinductorconverter芯片LM3410Sepic斬波電路的基本工作原理：當(dāng)V處于通態(tài)時，E—L1—V回路和C1—V—L2回路同時導(dǎo)電，L1和L2貯能。V處于斷態(tài)時，E—L1—C1—VD—負載（C2和R）回路及L2—VD—負載回路同時導(dǎo)電，此階段E和L1既向負載供電，同時也向C1充電，C1貯存的能量在V處于通態(tài)時向L2轉(zhuǎn)移。Sepic斬波電路的輸入輸出關(guān)系由下式給出：（3-49）第32頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月

Zeta斬波電路也稱雙Sepic斬波電路，其基本工作原理是：在V處于通態(tài)期間，電源E經(jīng)開關(guān)V向電感L1貯能。待V關(guān)斷后，L1經(jīng)VD與C1構(gòu)成振蕩回路，其貯存的能量轉(zhuǎn)移至C1，至振蕩回路電流過零，L1上的能量全部轉(zhuǎn)移至C1上之后，VD關(guān)斷，C1經(jīng)L2向負載供電。Sepic斬波電路和Zeta斬波電路Zeta斬波電路的輸入輸出關(guān)系為：

第33頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月

兩種電路相比，具有相同的輸入輸出關(guān)系。Sepic電路中，電源電流和負載電流均連續(xù)，有利于輸入、輸出濾波，反之，Zeta電路的輸入、輸出電流均是斷續(xù)的。另外，與前一小節(jié)所述的兩種電路相比，這里的兩種電路輸出電壓為正極性的。

Sepic斬波電路和Zeta斬波電路第34頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月電荷泵芯片ADP8860s1s3+c1-s2s4

-c2+

GNDUOUDD振蕩器第35頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月隔離式單端正激式singleForward

Converter（又叫單端正激式變壓器開關(guān)電源）單端——通過一只開關(guān)器件單向驅(qū)動脈沖變壓器；正激式：就是只有在開關(guān)管導(dǎo)通的時候，能量才通過變壓器或電感向負載釋放，當(dāng)開關(guān)關(guān)閉的時候，就停止向負載釋放能量。目前屬于這種模式的開關(guān)電源有：串聯(lián)式開關(guān)電源，buck拓撲結(jié)構(gòu)開關(guān)電源，激式變壓器開關(guān)電源、推免式、半橋式、全橋式都屬于正激式模式。第36頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月正激變壓器——脈沖變壓器的原/付邊相位關(guān)系，確保在開關(guān)管導(dǎo)通，驅(qū)動脈沖變壓器原邊時，變壓器付邊同時對負載供電。所謂正激式變壓器開關(guān)電源，是指當(dāng)變壓器的初級線圈正在被直流電壓激勵時，變壓器的次級線圈正好有功率輸出。（正激式變壓器開關(guān)電源是推免式變壓器開關(guān)電源衍生過來的，推免式有兩個控制開關(guān)，正激式改成一個開關(guān)控制。）

第37頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月U1是開關(guān)電源的輸入電壓，N是開關(guān)變壓器，T是控制開關(guān)，L是儲能濾波電感，C是儲能濾波電容，D2是續(xù)流二極管，D3是削反峰二極管，RL是負載電阻。

第38頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月該電路的最大問題是：開關(guān)管T交替工作于通/斷兩種狀態(tài)，當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時，脈沖變壓器處于“空載”狀態(tài)，其中儲存的磁能將被積累到下一個周期，直至電感器飽和，使開關(guān)器件燒毀。圖中的D3與N3構(gòu)成的磁通復(fù)位電路，提供了泄放多余磁能的渠道。第39頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月單端反激式SingleF1ybackConverter（單端反激式變壓器開關(guān)電源）反激式：就是在開關(guān)管導(dǎo)通的時候存儲能量，只有在開關(guān)管關(guān)斷的時候釋放才向負載釋放能量。屬于這種模式的開關(guān)電源有：并聯(lián)式開關(guān)電源、boots、極性反轉(zhuǎn)型變換器、反激式變壓器開關(guān)電源。所謂反激式變壓器開關(guān)電源，是指當(dāng)變壓器的初級線圈正好被直流電壓激勵時，變壓器的次級線圈沒有向負載提供功率輸出，而僅在變壓器初級線圈的激勵電壓被關(guān)斷后才向負載提供功率輸出，這種變壓器開關(guān)電源稱為反激式開關(guān)電源第40頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第41頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月

推挽Pushpull（變壓器中心抽頭）式這種電路結(jié)構(gòu)的特點是：對稱性結(jié)構(gòu)，脈沖變壓器原邊是兩個對稱線圈，兩只開關(guān)管接成對稱關(guān)系，輪流通斷，工作過程類似于線性放大電路中的乙類推挽功率放大器。

第42頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月主要優(yōu)點：高頻變壓器磁芯利用率高（與單端電路相比）、電源電壓利用率高（與后面要敘述的半橋電路相比）、輸出功率大、兩管基極均為低電平，驅(qū)動電路簡單。主要缺點：變壓器繞組利用率低、對開關(guān)管的耐壓要求比較高（至少是電源電壓的兩倍）。第43頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月全橋式FullBridgeConverter這種電路結(jié)構(gòu)的特點是：由四只相同的開關(guān)管接成電橋結(jié)構(gòu)驅(qū)動脈沖變壓器原邊。

圖中T1、T4為一對，由同一組信號驅(qū)動，同時導(dǎo)通/關(guān)端；T2、T3為另一對，由另一組信號驅(qū)動，同時導(dǎo)通/關(guān)端。兩對開關(guān)管輪流通/斷，在變壓器原邊線圈中形成正/負交變的脈沖電流。第44頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月主要優(yōu)點：與推挽結(jié)構(gòu)相比，原邊繞組減少了一半，開關(guān)管耐壓降低一半。主要缺點：使用的開關(guān)管數(shù)量多，且要求參數(shù)一致性好，驅(qū)動電路復(fù)雜，實現(xiàn)同步比較困難。這種電路結(jié)構(gòu)通常使用在1KW以上超大功率電路中。第45頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月半橋式HalfBridgeConverter電路的結(jié)構(gòu)類似于全橋式，只是把其中的兩只開關(guān)管（T3、T4）換成了兩只等值大電容C1、C2。第46頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月主要優(yōu)點：具有一定的抗不平衡能力，對電路對稱性要求不很嚴(yán)格；適應(yīng)的功率范圍較大，從幾十瓦到千瓦都可以；開關(guān)管耐壓要求較低；電路成本比全橋電路低等。這種電路常常被用于各種非穩(wěn)壓輸出的DC變換器，如電子熒光燈驅(qū)動電路中。第47頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第48頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月目錄作品的制作方法電源類型電源設(shè)計要點設(shè)計軟件變壓器設(shè)計第49頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月

在設(shè)計一個電源之前，應(yīng)當(dāng)預(yù)先知道你的電源工作的系統(tǒng)。詳細了解此系統(tǒng)對電源的要求和限制。對系統(tǒng)透徹地了解，可大大降低成本和減少設(shè)計時間。實際操作時，你可以從變換器要求的規(guī)范列一個表，并逐條考慮。你將發(fā)現(xiàn)根據(jù)這些規(guī)范限制你可以選擇的拓撲僅是一個到兩個，而且根據(jù)成本和尺寸拓撲選擇很容易。一般情況下，可根據(jù)以上各種考慮選擇拓撲：第50頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月1．升壓還是降壓：輸出電壓總是高于還是低于輸入電壓？如果不是，你就不能采用Buck或Buck/Boost.2．占空度：輸出電壓與輸入電壓比大于5嗎？如果是，你可能需要一個變壓器，計算占空度保證它不要太大和太小。3．需要多少組輸出電壓？如果大于1，除非增加后續(xù)調(diào)節(jié)器，一般需要一個變壓器。如果輸出組別太多，建議最好采用幾個變換器。第51頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月4．是否需要隔離？多少電壓？隔離需要變壓器。5．EMI要求是什么？如果要求嚴(yán)格，建議不要采用像Buck-類輸入電流斷續(xù)的拓撲，而選擇電流連續(xù)工作模式。6．成本是極其重要嗎？小功率高壓可以選擇BJT。如果輸入電壓高于500V，可考慮選擇IGBT。反之，采用MOSFET。第52頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月7．是否要求電源空載？如果要求，選擇斷續(xù)模式，除非采用問題8。也可加假負載。8．能采用同步整流？這可使得變換器電流連續(xù)，而與負載無關(guān)。9．輸出電流是否很大？如果是，應(yīng)采用電壓型，而不是電流型。第53頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月

在線性穩(wěn)壓器和DC-DC穩(wěn)壓器都可以的情況下，若把轉(zhuǎn)換效率放在第一位，則可以選擇DC-DC穩(wěn)壓器；若對價格限制得很嚴(yán)格，并且要求較小的紋波和噪聲，則可以考慮選用線性穩(wěn)壓器。

第54頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月

為保證電池供電系統(tǒng)電源負荷變化較大應(yīng)用的效率，最好選擇PFM/PWM自動切換控制式的DC-DC變換器。PWM的特點是噪音低、滿負載時效率高，工作在連續(xù)導(dǎo)電式，PFM具有靜態(tài)功耗小，在低負荷時可改進穩(wěn)壓器的效率。當(dāng)系統(tǒng)在重負荷時由PWM控制，在低負荷時自動切換到PFM控制，這樣能夠兼顧輕重負載的效率。在備有待機模式的系統(tǒng)中，采用PFM/PWM切換控制的DC-DC穩(wěn)壓器能夠得到較高效率。這樣的電源芯片有TPS62110/62111/62112/62113、MAX1705/1706、NCP1523/1530/1550等。

第55頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月

不要“大牛拉小車”或“小牛拉大車”。選用電源芯片時為保證電源的使用壽命，需要留有一定的裕量，較合適的工作電流為電源芯片最大輸出電流的70%～90%。如果用一個能輸出大電流的穩(wěn)壓塊來帶動一個小電流的負載，雖然說驅(qū)動能力沒有問題，但是可能會帶來兩個問題，一方面成本會提高；另一方面選用DC-DC轉(zhuǎn)換器時效率可能會非常低，因為一般的DC-DC在輸出電流非常小或者非常大的時候效率都比較低。當(dāng)使用線性穩(wěn)壓器（特別是普通線性穩(wěn)壓器）的時候，輸出電流要盡量留出較多的裕量，因為線性穩(wěn)壓器的壓降都消耗在穩(wěn)壓芯片上了，過大的負載電流會造成較為嚴(yán)重的發(fā)熱，這一點很容易從式1中看出。所以使用普通線性穩(wěn)壓器應(yīng)該留有更大的裕量。

第56頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月

需要負電源時盡量采用電荷泵。便攜式儀器中往往需要負電源，由于所需電流不大，采用電荷泵組成電壓反轉(zhuǎn)電路最為簡單，若要求噪聲小或要求輸出穩(wěn)壓時，可采用帶LDO線性穩(wěn)壓器的電荷泵芯片。如MAX1720，可以輸出50mA的電流，關(guān)斷電流只有0.4μA，輸出負壓的絕對值小于輸入電壓，在此范圍內(nèi)可以外加分壓電阻進行調(diào)節(jié)。MAX868輸出電流為30mA，0.1μA關(guān)斷電流，30μA靜態(tài)電流，具有可調(diào)的輸出范圍（0~2Vin），具有電源關(guān)斷控制引腳和450kHz的開關(guān)頻率。

第57頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第58頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第59頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月元件選擇分流器當(dāng)要求檢測電流時，可以采用霍爾元件、電流互感器?；魻栐淼碾娏骰ジ衅鲀r格太高；電流互感器只是用于檢測交流電流或脈沖直流電流的磁性元件。成本雖然比霍爾元件低，但也比較復(fù)雜，也不能測量恒定直流電流，測量直流電流通常采用分流器。分流器是一個溫度系數(shù)幾乎為零（錳銅）的金屬條。分流器的尺寸按需要定。分流器是一個電阻，也具有電感，這就限制了它的應(yīng)用。

PCB導(dǎo)電線是一段銅箔，當(dāng)然它也有電阻。有時測量精度要求不高，PCB電路線電阻作為電流檢測電阻。在這種情況下，既沒有附加大的損耗，也不提高成本。當(dāng)然，電阻精度由PCB線的尺寸精度決定，應(yīng)當(dāng)記住銅的溫度系數(shù)約為0.4%／℃，溫度升高監(jiān)測電壓會隨溫度增加。如果銅皮厚度為35um，室溫下銅皮線的電阻由如下公式?jīng)Q定

R=0.5l/d（m?）式中，l，d—PCB線長度和寬度。如果銅皮厚度為70um，上式中系數(shù)0.5更改為0.25即可。第60頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月

2電容在電源中應(yīng)用相當(dāng)多種類的電容，輸出和輸入濾波電容、高頻旁路電容、諧振緩沖電容、電磁兼容濾波電容以及振蕩定時電容等等。并且每種應(yīng)用對電容要求不同，使用的電容種類也不同。如果你想完成你的電源設(shè)計，你必須在不同地方選擇不同的電容。┏━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓┃類型┃主要應(yīng)用┃┣━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫┃鋁電解┃當(dāng)需要容量大，而且體積不重要時，像變換器的輸出與輸入電容。┃┣━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫┃鉭電容┃應(yīng)用于相當(dāng)大的電容量，像變換器輸出和輸入電容。┃┣━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫┃陶瓷電容┃用于定時和信號應(yīng)用┃┣━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫┃多層陶瓷電容┃用于最低ESR，（即在變換器輸出與輸入電解旁并聯(lián)）┃┣━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫┃塑料薄膜電容┃用于高dV/dt，像準(zhǔn)諧振變換器。┃┗━━━━━━━┻━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━第61頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第62頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第63頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月

輸出整流肖特基二極管在輸出低壓低的變換器中肖特基作為輸出整流管是最好的，因為它正向壓降低，又沒有反向恢復(fù)時間，正確嗎？雖然它確實正向壓降低和沒有反向恢復(fù)時間，但肖特基二極管在陰極和陽極之間通常有較大的電容。隨加在肖特基上電壓變化對此電容必然存在充電和放電（當(dāng)肖特基幾乎沒有加電壓時，電容最大）。這種現(xiàn)象非常像普通二極管的反相恢復(fù)電流。視電路不同，也可能其損耗比用一個超快恢復(fù)整流管時損耗大得多。高壓肖特基與普通二極管正向壓降相近。你就沒有必要一定要用這樣的器件。如果今后技術(shù)發(fā)展，高壓肖特基二極管確實比雙極型二極管正向壓降低，則另當(dāng)別論第64頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月目錄作品的制作方法電源類型電源設(shè)計要點設(shè)計軟件變壓器設(shè)計第65頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)計軟件第66頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第67頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第68頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第69頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第70頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第71頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第72頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第73頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月目錄作品的制作方法電源類型電源設(shè)計要點設(shè)計軟件變壓器設(shè)計第74頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月理想變壓器變壓器使用實際磁材料不僅有損耗，而且磁導(dǎo)率也不是無窮大，還會飽和。同時損耗、磁導(dǎo)率和飽和都與溫度有關(guān)。不同磁元件對磁材料要求是不同的。此外，體積重量、價格以及是否易購買也是材料選擇的影響因素。在高頻開關(guān)電源中，使用最為廣泛的是鐵氧體。一是因為鐵氧體高頻較低的損耗，另一方面磁芯結(jié)構(gòu)規(guī)格齊全而且價格較低。但飽和磁通密度低，溫度特性差。

第75頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月磁芯材料：優(yōu)點，缺點和應(yīng)用材料考慮空氣優(yōu)點：空氣不會飽和缺點：相對磁導(dǎo)率為1，你只能獲得很小電感，實際上，這意味著用空心線圈你最高只能得到幾個微亨的電感。此外，散磁通分布在整個空間，這引起損耗和EMI。應(yīng)用：空心線圈主要用在只需要幾個微亨的射頻電路。偶爾也用于超高頻功率變換。實際應(yīng)用很少。第76頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月鐵氧體優(yōu)點：鐵氧體具有高磁導(dǎo)率，保證變壓器高的激磁電感。磁導(dǎo)率隨磁通密度相對常數(shù)，同時有各種鐵氧體材料可以在不同頻帶獲得最小損耗。通常將磁芯開氣隙，來控制鐵氧體有效磁導(dǎo)率。

缺點：鐵氧體硬飽和應(yīng)用：典型用于功率變壓器和噪聲濾波。第77頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月變壓器基礎(chǔ)知識

1、變壓器組成：

原邊（初級primaryside）繞組

副邊繞組（次級secondaryside）

原邊電感（勵磁電感）--magnetizing

inductance

漏感---leakageinductance

2、變壓器的構(gòu)成以及作用：

1）電氣隔離2）儲能3）變壓4）變流第78頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月●高頻變壓器設(shè)計程序：1.磁芯材料2.磁芯結(jié)構(gòu)3.磁芯參數(shù)4.線圈參數(shù)5.組裝結(jié)構(gòu)6.溫升校核

第79頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月1.磁芯材料軟磁鐵氧體由于自身的特點在開關(guān)電源中應(yīng)用很廣泛。其優(yōu)點是電阻率高、交流渦流損耗小，價格便宜，易加工成各種形狀的磁芯。缺點是工作磁通密度低，磁導(dǎo)率不高，磁致伸縮大，對溫度變化比較敏感。選擇哪一類軟磁鐵氧體材料更能全面滿足高頻變壓器的設(shè)計要求，進行認(rèn)真考慮，才可以使設(shè)計出來的變壓器達到比較理想的性能價格比。第80頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月2.磁芯結(jié)構(gòu)選擇磁芯結(jié)構(gòu)時考慮的因數(shù)有：降低漏磁和漏感，增加線圈散熱面積，有利于屏蔽，線圈繞線容易，裝配接線方便等。漏磁和漏感與磁芯結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系。如果磁芯不需要氣隙，則盡可能采用封閉的環(huán)形和方框型結(jié)構(gòu)磁芯。第81頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第82頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月3.磁芯參數(shù)：磁芯參數(shù)設(shè)計中，要特別注意工作磁通密度不只是受磁化曲線限制，還要受損耗的限制，同時還與功率傳送的工作方式有關(guān)。磁通單方向變化時：ΔB=Bs-Br，既受飽和磁通密度限制，又更主要是受損耗限制，（損耗引起溫升，溫升又會影響磁通密度）。工作磁通密度Bm=0.6～0.7ΔB開氣隙可以降低Br,以增大磁通密度變化值ΔB，開氣隙后，勵磁電流有所增加，但是可以減小磁芯體積。對于磁通雙向工作而言：最大的工作磁通密度Bm，ΔB=2Bm。第83頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月第84頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月4.線圈參數(shù)：線圈參數(shù)包括：匝數(shù)，導(dǎo)線截面（直徑），導(dǎo)線形式，繞組排列和絕緣安排。導(dǎo)線截面（直徑）決定于繞組的電流密度。通常取J為2.5～4A/mm2。導(dǎo)線直徑的選擇還要考慮趨膚效應(yīng)。如必要，還要經(jīng)過變壓器溫升校核后進行必要的調(diào)整。

對于導(dǎo)體中的交流電流，靠近導(dǎo)體表面處的電流密度大于導(dǎo)體內(nèi)部電流密度的現(xiàn)象。隨著電流頻率的提高，趨膚效應(yīng)使導(dǎo)體的電阻增大，電感減小。

第85頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月4.線圈參數(shù)：一般用的繞組排列方式：原繞組靠近磁芯，副繞組反饋繞組逐漸向外排列。下面推薦兩種繞組排列形式：1）如果原繞組電壓高（例如220V），副繞組電壓低，可以采用副繞組靠近磁芯，接著繞反饋繞組，原繞組在最外層的繞組排列形式，這樣有利于原繞組對磁芯的絕緣安排；第86頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月2）如果要增加原副繞組之間的耦合，可以采用一半原繞組靠近磁芯，接著繞反饋繞組和副繞組，最外層再繞一半原繞組的排列形式，這樣有利于減小漏感。第87頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月5.組裝結(jié)構(gòu)：高頻電源變壓器組裝結(jié)構(gòu)分為臥式和立式兩種。如果選用平面磁芯、片式磁芯和薄膜磁芯，都采用臥式組裝結(jié)構(gòu)。第88頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月6.溫升校核：溫升校核可以通過計算和樣品測試進行。實驗溫升低于允許溫升15度以上，適當(dāng)增加電流密度和減小導(dǎo)線截面，如果超過允許溫升，適當(dāng)減小電流密度和增加導(dǎo)線截面，如增加直徑，窗口繞不下，要加大磁芯，增加磁芯的散熱面積。第89頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月功率變壓器根據(jù)拓撲結(jié)構(gòu)分為三大類：（1）反激式變壓器；（2）正激式變壓器；（3）推挽式變壓器（全橋/半橋變換器中的變壓器）磁芯結(jié)構(gòu)適合的拓撲結(jié)構(gòu)形式如下頁表所示：第90頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月磁芯結(jié)構(gòu)變換器電路類型反激式正激式推挽式Ecores++0PlanarECores-+0EFDCores-++ETDCores0++ERCores0++UCores+00RMCores0+0EPCores-+0PCores-+0RingCores-++‘+’=適合；‘0’=一般；‘-’=不適合

第91頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月磁芯材料的選擇應(yīng)注意的問題：

1、軟磁鐵氧體，由于具有價格低、適應(yīng)性能和高頻性能好等特點，而被廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源中。

2、軟磁鐵氧體，常用的分為錳鋅鐵氧體和鎳鋅鐵氧體兩大系列，錳鋅鐵氧體的組成部分是Fe2O3，MnCO3，ZnO，它主要應(yīng)用在1MHz以下的各類濾波器、電感器、變壓器等，用途廣泛。而鎳鋅鐵氧體的組成部分是Fe2O3，NiO，ZnO等，主要用于1MHz以上的各種調(diào)感繞組、抗干擾磁珠、共用天線匹配器等。

3、在開關(guān)電源中應(yīng)用最為廣泛的是錳鋅鐵氧體磁心，而且視其用途不同，材料選擇也不相同。用于電源輸入濾波器部分的磁心多為高導(dǎo)磁率磁心，其材料牌號多為R4K～R10K，即相對磁導(dǎo)率為4000～10000左右的鐵氧體磁心，而用于主變壓器、輸出濾波器等多為高飽和磁通密度的磁性材料，其Bs為0.5T（即5000GS）左右。

第92頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月

在高頻下具有較低的功率損耗

鐵氧體的功率損耗，不僅影響電源輸出效率，同時會導(dǎo)致磁心發(fā)熱，波形畸變等不良后果。

變壓器的發(fā)熱問題，在實際應(yīng)用中極為普遍，它主要是由變壓器的銅損和磁心損耗引起的。如果繞組匝數(shù)過多，就會導(dǎo)致繞組發(fā)熱，并同時向磁心傳輸熱量，使磁心發(fā)熱。反之，若磁心發(fā)熱為主體，也會導(dǎo)致繞組發(fā)熱。

選擇鐵氧體材料時，要求功率損耗隨溫度的變化呈負溫度系數(shù)關(guān)系。這是因為，假如磁心損耗為發(fā)熱主體，使變壓器溫度上升，而溫度上升又導(dǎo)致磁心損耗進一步增大，從而形成惡性循環(huán)，最終將使功率管和變壓器及其他一些元件燒毀。因此國內(nèi)外在研制功率鐵氧體時，必須解決磁性材料本身功率損耗負溫度系數(shù)問題，這也是電源用磁性材料的一個顯著特點，日本TDK公司的PC40及國產(chǎn)的R2KB等材料均能滿足這一要求。第93頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月適中的磁導(dǎo)率

相對磁導(dǎo)率究竟選取多少合適呢？這要根據(jù)實際線路的開關(guān)頻率來決定，一般相對磁導(dǎo)率為2000的材料，其適用頻率在300kHz以下，有時也可以高些，但最高不能高于500kHz。對于高于這一頻段的材料，應(yīng)選擇磁導(dǎo)率偏低一點的磁性材料，一般為1300左右。

較高的居里溫度

居里溫度是表示磁性材料失去磁特性的溫度，一般材料的居里溫度在200℃以上，但是變壓器的實際工作溫度不應(yīng)高于80℃，這是因為在100℃以上時，其飽和磁通密度Bs已跌至常溫時的70％。因此過高的工作溫度會使磁心的飽和磁通密度跌落的更嚴(yán)重。再者，當(dāng)高于100℃時，其功耗已經(jīng)呈正溫度系數(shù)，會導(dǎo)致惡性循環(huán)。對于R2KB2材料，其允許功耗對應(yīng)的溫度已經(jīng)達到110℃，居里溫度高達240℃，滿足高溫使用要求。第94頁，課件共110頁，創(chuàng)作于2023年2月●變壓器的設(shè)計原則及方法設(shè)計變壓器主要有很兩種方法：面積積AP法AP：磁芯截面積Ae與線圈有效窗口面積Aw的乘積。

PT-變壓器的計算功率Ae-磁芯有效截面積Aw-磁芯窗口面積Ko-磁芯窗口利用系數(shù)，典型值為0.4Kf-