第2課電源拓?fù)湫问浇榻B1課件

開(kāi)關(guān)電源的術(shù)語(yǔ)11、電壓調(diào)整率：輸入電壓變化時(shí)，輸出電壓的變化率，即電壓調(diào)整率=（最高輸出電壓Voutmax-最低輸出電Voutmin）/額定輸出電壓Voutx100%2、負(fù)載調(diào)整率：負(fù)載電流從半載到額定負(fù)載時(shí)，輸出電壓的變化率，即

負(fù)載調(diào)整率=（V滿–V半）/V額×100%3、效率：電源的輸出功率與輸入功率的百分比，即

效率=Pout/Pin×100%

2023/12/5開(kāi)關(guān)電源的術(shù)語(yǔ)2ESR：等效串聯(lián)電阻，它表示電解電容呈現(xiàn)的電阻值的總合，ESR越小，性能越好。噪聲和紋波：附加在直流輸出信號(hào)上的交流電壓和高頻尖峰的峰值，通常為mv級(jí)。占空比：在高頻開(kāi)關(guān)電源中，開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通時(shí)間和變換器的工作之比。輸出瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間：從輸出負(fù)載電流產(chǎn)生變化開(kāi)始，經(jīng)過(guò)整個(gè)電路的調(diào)節(jié)作用，到輸出電壓恢復(fù)額定值所需要的時(shí)間。2023/12/5模塊化設(shè)計(jì)的方法選擇合適的技術(shù)和拓?fù)湫问?/p>

比較熟悉的原則（包括IC、拓?fù)浞绞?、控制電路、變壓器和骨架）；進(jìn)行估算

功率的大小、變壓器和骨架的大小、選擇合理的功率元器件；設(shè)計(jì)原理圖搭建簡(jiǎn)單模塊電源中的單元電路：試驗(yàn)：確定物理機(jī)構(gòu)散熱片、PCB板、風(fēng)扇；對(duì)EMI/RFI進(jìn)行測(cè)試（改板和設(shè)計(jì)的可能）產(chǎn)品加工生產(chǎn)2023/12/5幾種常用的電路形式主要包括：

單端反激式、單端正激式、推挽式、半橋式、全橋式，三點(diǎn)式（介紹）2023/12/5（一）單端反激式簡(jiǎn)化原理圖：2023/12/5單端反激式電路原理其變壓器T1起隔離和傳遞儲(chǔ)存能量的作用，即在開(kāi)關(guān)管Q開(kāi)通時(shí)Np儲(chǔ)存能量，開(kāi)關(guān)管Q關(guān)斷時(shí)Np向Ns釋放能量。在輸出端要加由電感器Lo和兩Co電容組成一個(gè)低通濾波器，變壓器初級(jí)需有Cr、Rr和Dr組成的RCD漏感尖峰吸收電路。輸出回路需有一個(gè)整流二極管D1。由于其變壓器使用有氣隙的磁芯，故其磁損較大，變壓器溫相對(duì)較高。并且其輸出的紋波電壓比較大。但其優(yōu)點(diǎn)就是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于200W以下的電源且多路輸出交調(diào)特性相對(duì)較好。2023/12/5單端反激式變壓器計(jì)算單端反激式變壓器設(shè)計(jì)的方法較多，但對(duì)于反激式設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)最難的也就是變壓器的設(shè)計(jì)和調(diào)整。一般須視具體工作狀態(tài)而定，這里我結(jié)合自己的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)介紹一種快捷的近似計(jì)算方法。反激變換器可工作于電流連續(xù)模式(CCM)和電流斷續(xù)模式(DCM)，同樣輸出功率時(shí)，工作于電流斷續(xù)模式具有較大的峰值電流，此時(shí)開(kāi)關(guān)晶體管、整流二極管、變壓器和電容上損耗會(huì)增加，所以一般效率較低，工作于電流連續(xù)模式下，效率較高，但輸出二極管反向恢復(fù)時(shí)易引起振蕩和噪聲；另外，工作于電流斷續(xù)模式時(shí)，由于變壓器電感量較小，體積可以做得小一些，而工作于電流連續(xù)模式，變壓器體積一般會(huì)較大。變壓器參數(shù)的選取應(yīng)結(jié)合整個(gè)電路設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用情況，在最初的設(shè)計(jì)中，為取得比較適中的性能，可考慮使電路工作于電流臨界連續(xù)狀態(tài)。2023/12/5反激式變壓器的設(shè)計(jì)步驟初選磁芯型號(hào)；確定初級(jí)電感量；確定初級(jí)峰值電流；確定初級(jí)線圈匝數(shù)和氣隙；計(jì)算并調(diào)整初、次級(jí)匝數(shù)；計(jì)算并確定導(dǎo)線線徑；校核窗口面積和最大磁感性強(qiáng)度。2023/12/5單端反激式兩個(gè)重要的公式計(jì)算原邊（開(kāi)關(guān)管）的峰值電流：IP=5.5POUT/VINMIN=2POUT/VINMIN×DMAX計(jì)算開(kāi)關(guān)管的工作電壓：

VSW=VIN+N1/N2×VOUT2023/12/5單端反激式工作原理1工作原理：

SW導(dǎo)通時(shí)，N1儲(chǔ)能，VD截止，T1導(dǎo)通；2023/12/5單端反激式工作原理2SW截止，N2導(dǎo)通，VD導(dǎo)通給C2充電，RL放電；

2023/12/5反激式變壓器工作原理變壓器T1除了具有初次極間安全隔離的作用外，還有變壓器扼流圈的作用，所以反激式輸出次級(jí)不需要加電感，但在實(shí)際中在濾波電容之外加一小電感，用以降低開(kāi)關(guān)噪聲。2023/12/5MOS管參數(shù)/反激開(kāi)關(guān)電源特點(diǎn)耐壓得選擇：Vdss=1.5Vin（max）電流的選擇：Id=2Pout/Vinmin還有幾個(gè)重要的參數(shù)：Rdss、Ciss、Coss等；元器件少、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；功率小（一般150W以內(nèi)）、紋波大；開(kāi)關(guān)承受的電流峰值大，不適合大功率的開(kāi)關(guān)電源。2023/12/5雙管反激變換器2023/12/5雙管反激電路原理其變壓器T1起隔離和傳遞儲(chǔ)存能量的作用，即在開(kāi)關(guān)管Q1、Q2開(kāi)通時(shí)Np儲(chǔ)存能量，開(kāi)關(guān)管Q1、Q2關(guān)斷時(shí)Np向Ns釋放能量，同時(shí)Np的漏感將通過(guò)D2、D3返回給輸入，可省去RCD漏感尖峰吸收電路。在輸出端要加由電感器Lo和兩Co電容組成一個(gè)低通濾波器。輸出回路需有一個(gè)整流二極管D1（最好使用恢復(fù)時(shí)間快的整流管）。2023/12/5雙管反激工作特點(diǎn)1在任何工作條件下，為使兩個(gè)調(diào)整管所承受的電壓不會(huì)超過(guò)Vs+Vd(Vs：輸入電壓；Vd:D2、D3的正向壓降，)，D2、D3必須是快恢復(fù)管（當(dāng)然用超快恢復(fù)管更好）。在反激開(kāi)始時(shí)，儲(chǔ)存在原邊Np的漏電感的能量會(huì)經(jīng)D2、D3反饋回輸入，系統(tǒng)能量損失會(huì)小，效率高。在與單端反激變換器相比，無(wú)需RCD吸收電路；功率器件可選擇較低的耐壓值；功率等級(jí)也會(huì)很大。2023/12/5雙管反激工作特點(diǎn)2在輕載時(shí)，如果在“開(kāi)通”周期儲(chǔ)存在變壓器的原邊繞組顯得過(guò)多的能量，那么在“關(guān)斷”周期會(huì)將過(guò)多的能量能量反饋到輸入。兩個(gè)調(diào)整管工作狀態(tài)一致，我沒(méi)有調(diào)試過(guò)這樣電路，根據(jù)調(diào)試過(guò)的半橋和雙管正激的電路經(jīng)驗(yàn)，下管的波形會(huì)優(yōu)于上管的波形，在調(diào)試過(guò)程中只要觀察下管波形即可（具體可到“調(diào)試經(jīng)驗(yàn)”中詳見(jiàn)）。我個(gè)人建議在大功率等級(jí)電源中不可選用此種電路。2023/12/5變壓器計(jì)算設(shè)計(jì)方法據(jù)參考書(shū)籍，與單端反激變換器變換器相同。但變壓器漏電感必須小，可以減小D2、D3上的能量損耗，同時(shí)增加電源的效率。2023/12/5（二）單端正激式簡(jiǎn)化框圖（這里的L1不能缺少）：2023/12/5單端正激式電路原理其變壓器T1起隔離和變壓的作用，在輸出端要加一個(gè)電感器Lo（續(xù)流電感）起能量的儲(chǔ)存及傳遞作用，變壓器初級(jí)需有復(fù)位繞組Nr（此點(diǎn)上我對(duì)一些參考書(shū)籍存疑，當(dāng)然有是最好，實(shí)際應(yīng)用中考慮到變壓器腳位的問(wèn)題）。在實(shí)際使用中，我也發(fā)現(xiàn)此繞組也用RCD吸收電路取代亦可，如果芯片的輔助電源用反激供給則也可削去調(diào)整管的部分峰值電壓（相當(dāng)一部份復(fù)位繞組）。輸出回路需有一個(gè)整流二極管D1和一個(gè)續(xù)流二極管D2。由于其變壓器使用無(wú)氣隙的磁芯，故其銅損較小，變壓器溫升較低。并且其輸出的紋波電壓較小。2023/12/5單端正激式變壓器計(jì)算選擇磁芯材料和磁芯結(jié)構(gòu)形式。確定工作頻率，工作最大磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm。計(jì)算并初選磁芯型號(hào)。計(jì)算并調(diào)整原、副邊匝數(shù)。計(jì)算并確定導(dǎo)線線徑。校核窗口面積和最大磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm。2023/12/5單端正激式兩個(gè)重要公式開(kāi)關(guān)管的峰值電流：Ip=2.8Pout/Vinmin開(kāi)關(guān)管承受的峰值電壓：Vsw=2Vin2023/12/5單端正激式工作原理1開(kāi)關(guān)閉合：2023/12/5單端正激式工作原理2開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)：2023/12/5單端正激式工作原理3工作波形圖：2023/12/5單端正激式工作原理4工作原理說(shuō)明：1）t0-t1：在開(kāi)關(guān)閉合期間，w1上正下負(fù)，使其耦合繞組也是上正下負(fù)，D1導(dǎo)通，D2關(guān)閉，L1上電流逐漸加大；2）t1-t2：開(kāi)關(guān)打開(kāi)，L1通過(guò)D2續(xù)流，D1關(guān)閉，L1上電流逐漸下降；這是的變壓器勵(lì)磁電流經(jīng)箝位繞組W3和D3流回電源，使變壓器的磁通復(fù)位，也就是設(shè)法使勵(lì)磁電流降回到零，否則下一開(kāi)關(guān)周期中勵(lì)磁電流將在本周期結(jié)束的剩余值繼續(xù)增加，并順著開(kāi)關(guān)累加，變得越來(lái)越大，從而變得使變壓器的勵(lì)磁電流飽和，飽和后勵(lì)磁電流會(huì)迅速增加，最終燒壞開(kāi)關(guān)管，因此勵(lì)磁電流回零很重要，也叫磁芯復(fù)位；3）t2-t3：重復(fù)1）的操作；3）t3-t4：重復(fù)2）的操作。2023/12/5單端正激式工作原理5復(fù)位繞組說(shuō)明：開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，W3和D3使勵(lì)磁為零，W3電流下降到零的時(shí)間trst；開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，其時(shí)間必須大于trst，以保證下次開(kāi)關(guān)（勵(lì)磁為零），變壓器得到可靠的復(fù)位；trst=（N3/N1）×Ton此時(shí)輸入與輸出電壓比為：Uo/Ui=（N2/N1）