开关电源解析

开关电65%-70%，30％-40％，因而它比线性稳压电源更节能。60SCR40第一个阶段是功率半导体器件从双极型器件(BPT、SCR、GT0)MOSMOS-FET、IGBT、IGCT2080202090(IPEM)技术开始发展，它是当今6500V20~40kHzIGBT300kHz(软开关)。IGBT形式的不同，IGBT20(PT)型、非穿通(NPT)型、软穿通(SPT)型、沟漕型电阻小、导热性能好、漏电流极小、PN21开发适合于电力电子及电源系统用的新型电容器，要求电容量大、等效串联电阻(ESR)4界的一个研究热点。PWM(ZVS)／零电流开关(ZCS)800%~85%。上纪70年代谐振开关电源奠定了软开关技术的基础。随后新的软开关技术不断涌现，如准谐振(上纪80年代中)全桥移相ZVS-PWM，恒频ZVS-PWM／ZCS-PWM(上纪80年代末)ZVS-PWM有源嵌位；ZV-PWM／ZCT-PWM(上纪90年代初)全桥移相ZV-ZCS-PWM(上纪90年代中)等。我国已将最新软开关技术应用于6W通信电源中，效率达9％。耗。例如同步整流(SR)MOS(SBD)，可降低管压降，0.60.65。采用功率因数校正(PFC)变换器，网侧功率因数可0.95-0.99，THD<10％。既治理了对电网的谐波污染，又提高了电源的整体效率。这一技术称为有源AC／DC0.8以上，并使输出直流电压可调，这PFC8、电磁兼容性：高频开关电源的电磁兼容(EMC)di／dtdv／dt，将引起强大的传导电磁干扰和谐波干扰，以及强电磁场(通常是近场)辐射。不但严重污染周围电磁环境，EMIEMI9CAD括电力电子器件、变换器电路、数字和模拟控制电路以及磁元件和磁场分布模型等，还要考虑开关管的热模型、可*EC一个统一的多层次模型等。CAD，包括主电路和控制电路设计、器件选择、参数最优化、磁设计、热设计、EMICAD，可使所设计的系的热测试、EMI*性测试等技术的开发、研究与应用也是应大力发展的。上纪90年代，随着大规模分布电源系统的发展，一体化的设计观念被推广到更大容量、更高电压的电源系统集成，提高了集成度，出现了集成电力电子模块(IPEM)。IPEM1如果细致划分，它包括：输入滤波、输入整流、开关电路、采样、基准电源、比较放大、震荡器、V/F转换、基2作用：把输入电网交流电源转化为符要求的开关电源直流输入电源🕔调制方式：PWM、PFM、混型三种。PWM最常用LM358、AD589，AD581、REF192PMV/F基极驱动电路：把调制后的振荡信号转换成适的控制信号，驱动开关管的基极1集中式供电系统各输出之间的偏差以及由于传输距离的不同而造成的压差降低了供电质量，而且应用单台电源供＋1在中小功率的电源中，电流型PWM控制是大量采用的方法，它较电压控制型有如下优点：逐周期电流限制，比电或零电流状态下通断，实现开关损耗为零，从而可将开关频率提高到兆赫级水平，这种应用软开关技术的变换器综PWM适的储能元件尺寸、较宽的PWM首先是制造质量问题：质量问题造成的失效与电应力无关。质量不格的可以通过严格的检验加以剔除，在工程别是元器件的失效率取决于电应力。在一定的电应力下，元器件的失效率会大大下降。为剔除不符使用要求的元器件，包括电参数不格、密封性能不格、外观不格、稳定性差、早期失效等，应进行筛选试验，这是一种非破坏障、整架联试等还是算的，研制周期也不会延长。🕔100％测试，剔除不②、普通电容器在室温下按技术条件进行100％测试，剔除不格品Q=(nN)×100%🕔0.60.6MOSFET0.50.1～⑻、电磁兼容性(EMC)产生电磁干扰有三个必要条件：干扰源、传输介质、敏感的接收单元，EMC局与布线技术、屏蔽技术、接地技术、密封技术等。EMI按传播途径分为传导干扰和辐射干扰。传导噪声的频率范围EMI电源EMI滤波器最好安装在机壳电源线进口的插座附近。抑制输出噪声的对策基本上按10kHz～150kHz、10MHz10MHz10kHz～150kHzLC10MHz范围内主要是共模成分的噪声，通常采用共模抑制滤波器来解决。共模扼流圈要采用导磁率高、频率特性较佳的铁氧体磁性材料，电感量在（1～2）mH、电容量在3300pF～4700pF之间，如果控制低频段的噪声，可以适当加大🕔ESR（等效串联电阻）对于辐射干扰主要应用密封屏蔽技术，在结构上实行电磁封闭，要求外壳各部分之间具有良好的电磁接触，以保证电磁的连续性目前为减少重量大都采用铝金外壳但铝金导磁性能差因而外壳需要镀一层镍或喷涂导电漆，内壁贴覆高导磁率的屏蔽材料。外壳永久连接处用导电胶粘牢或采用连续焊缝结构，需拆卸的可以用导电橡胶条压紧来保证电磁连续性。导电材料要求导电性能高、有弹性、具有最小的宽厚比。23对于商用设备市场，具有代表性的安全标准有UL、CSA、VDE、TUV、CCC等，内容因用途而异，容许泄漏电流在CyCx60℃，50℃。4不可修复的组装置可采用环氧树脂灌封；所用元器件、原材料的吸湿度应较小，不得使用含有棉、麻、丝等易霉制避免积水导致腐蚀；可以选用耐蚀材料，再通过镀、涂或化学处理使电子设备及其零部件的表面覆盖一层金属或非金属保护膜，隔离周围介质；在结构上采用密封或半密封形式来隔绝外部不利环境；对印制板及组件表面涂覆专用的三防清漆可以有效地避免导线之间的电晕、击穿，提高电源的可靠性；电感、变压器应进行浸漆、端封，以防潮气1IC国动力公司在界上率先研制成功的三端隔离式脉宽调制单片开关电源集成电路，被誉为“顶级开关电源。TOPSwitchIC（PI）公司的产品，在仪器仪表、笔记本电脑、移动电话、音像设备等系（MOSFET150WTOPSwitch-I1994：TOP100-TOP104、TOP200-TOP204/TOP214、两个系列的封装是一致的，实际上它是一个三端器件。三个脚分别是D、S、C，即漏极、源极、控制极。封装形S，所以也相当于三端器件。IC脚MOSFETTOPMOSFET（a）TO－220（b）DIP－8SMD－82TOPSwitch-II🕔1。TO－220DIP－8（P）/SMD－8796110V／115V／230V±15％85V～265VPO值要比前者降低100kHz，90kHz～110kHz，1.7％～6780％左右,比线性集成稳压电源提高了近一倍。③、TOPSwitch-II的工作原理：TOPSwitch－Ⅱ310称 UCIC产生锯齿波（SAW）、最大占空比信号（Dmax）和时钟信号ICTOPSwitch－ⅡICD，UO↑时，经过光IC↑→D↓→UO↓,UO不变。TOPSwitch-IIICTOPSwitch-IIICSI=±1％80％，输出纹波电压的最大值为±50mV。该电源采用带稳压管（VDZ2）的光耦反馈工作方式。电路中共使用两片集成电路，IC1TOP202YUiVDZ1VD1（TVSUF40051A/600V（FRDtrr=30ns。UO保持稳定，这就是其稳压原理。R1LEDC5EE22LP=620μH±10％，LP0≤11μHPowerIntegrations（PI）20003TOPSwitch-FXIC电源提供了更大的灵活性采用的EcoSmart节能技术可以帮助工程师生产出符环保要求的更“绿色的电子产品。75WPCDVDLCDTOPSwitch-FX（M（F多功能引脚(Multi-Function)：保护功能加强，TOPSwitch-FX使多功能可以通过单一的可编程引脚TOPSwitch-FXON/OFF（FREQUENCYStartEnergyStar、BlueAngel、Energy2000尖峰电压和电流以及设计不够灵活等。针对这些不足之处，PowerIntegrations200011TOPSwitch:TOPSwitch-GXTOP250290W，该芯片极大地扩展了开关电源芯片在大功TOPSwitch-GXY、R、F减小了低压时的输出电压纹波，限制了高压时的最大占空比有±3％的频率抖动，减小了电磁干扰（EMI）,EMI132kHz在视频应用时可选择半频（66kHz）运行（Y、R、FTOPSwitch-GX系列的这些优点使其可广泛地应用于手提电脑、PDA、集线器、交换器、路由器、台式电脑、小型根据封装形式不同，TOPSwitch-GXP、GTOPSwitch-FXD、S、C、MY、R、F：D、S、C、F、X、L4-25Y/R/F图，Y、R、F管脚管脚漏极管脚MOSFET控制管脚源极管脚MOSFETMOSFET电压检测管脚（UV外部限流管脚频率管脚下将脚FS132kHz在一些特殊应用场FC66kHzGX110/115/230VAC85-265TOP242P9WW6.5WWW11WTOP242YWW7WTOP243PWW9WWW17WTOP243YWWWWTOP244PWWWWWWWWTOP244YWWWWTOP245PWWWWWWWWTOP245YWWWWTOP246PWWWWWWWWTOP246YWWWWWWWWTOP247YWWWWWWWWTOP248YWWWWWWWWTOP249YWWWWWWWWTOP250YWWWW可以看出，GX6.5W290W，有比较宽的功率选择范围，总体分类如下：110/115/230VAC，宽输入为：85-265VAC。Y、P、G、R、F5PI1VTOPSwitch-GXICTOPSwitch-GXTOPSwitch-GX85～265V12V70W。考虑到密封适配器的工作环境，选用热损耗最TOP249Y。R9R10R9R10R11R11=2MΩ时，电源在直流电压达100VC140VTOPSwitch—GXDC450V，当超过此值时，例如发生电涌时，器件在电涌期间停止工作，700VC11VR1，VR1、D1R8TOPSwitch-GXGXDCmaxTOPSwitchTOPSwitch-GX2μF/W1🕔并联基准（如上左图串联基准（如上右图类器件有：LM358、AD589RSUREF稳定，这类器件有：AD581、REF192、TL431TL431TL431（TO-92）图(a)、电路符号图(b)及内部结构原理图(c)：TL431（CATHODE（REF德州仪器公司（TI）TL431Vref（2.5V）36V（100.2Ω。TL4315V2对于开关电源，隔离技术和抗干扰技术是至关重要的，随着电子元器件的迅速发展，光电耦器的线性度越来越光耦器亦称光电隔离器或光电耦器，简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器（红外线发光二极管LED）与受光器（光敏半导体管）封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电—光—电”转换。以光为媒介把输入端信号耦到输出端的光电耦器，由于它具有体积小、寿命长、无触点，抗干扰能力强，输出和输入之间绝缘，单向传输信号等优点，实际上，光电耦器有晶体管、达林顿、可控硅、磁效应管等多种输出形式通常的光电耦器由于它的非线性，因此在模拟电路中的应用只限于对较高频率的小信号的隔离传送。普通光耦器只能传输数字（开关）信号，不适传输模拟信号。近年来问的线性光耦器能够传输连续变化的模拟电压或光耦器的主要优点是单向传输信号，输入端与输出端完全实现了电气隔离，抗干扰能力强，使用寿命长，传输由于光电耦器的输入阻抗与一般干扰源的阻抗相比较小，因此分压在光电耦器的输入端的干扰电压较小，它所能提供的电流并不大，不易使半导体二极管发光。光电耦器的外壳是密封的，它不受外部光的影响。光电耦器的隔离电阻很大、隔离电容很小（约几个pF，所以能阻止电路性耦产生的电磁干扰。线性方式工作的光电耦器是在光电耦器的输入端加控制电压，在输出端会成比例地产生一个用于进一步控制下一级的电路的电压。它由发光二极管和光敏三极管组成，当发光二极管接通而发光，光敏三级管导通。光电耦器是电流驱动型，需要一定的电流才能使发光二极管导通，如果输入信号太小，发光二极管不会导通，其输出信号将失真在开关电源中利用线性光耦器可构成光耦反馈电路通过调节控制端电流来改变占空比达到精密稳压目的。输出驱动的隔离器件。一方面光电耦器可以起到隔离两个系统地线的作用，使两个系统的电源相互独立，消除地电位不同所产生的影响。另一方面，光电耦器的发光二极管是电流驱动器件，可以形成电流环路的传送形式，电流环 3（PFC）电源，功率因素为0.45-0.75，效率极低，而且高次谐波含量高。采用了功率因素校正技术的电源，功率因素可以提0.95-0.99。提出了控制标准，目前有两个沿用的标准：IEC555-2IEC1000-3-2。器之间插入一级隔离电路，使得输入电路的综负载接近于电阻性，则功率因素可望得到提高。DC/DCDC/DCPFCPFCPFCDC/DC级变换器，即把相关可以并的部分做到同一级中，形式上雷同于一级变换器电路。APFC八、PI1⑴PI⑵、点击 ，进入注册网页⑶、填好上述资料后，点击“，进入下载网页，2“PIExpert”软件：见下面安装指南！⑴、点击电脑中的文档 ”图标便可安装，会出现下面的对话框⑵、点击“”按钮，出现下面的对话框⑶、选择“”一栏后，点击“”按钮，出现下面的对话框whousesthiscomputer(allusers)”或“Onlyforme”后，点击“”按钮，出现下面的对话框：⑸、直接点击“”按钮，出现下面的对话框⑹、直接点击“”按钮，出现下面的对话框⑺、直接点击“”按钮，出现下面的对话框前面的“”框，则为“”再按“”按钮，完成软件的安装 则变成下面最好选择 ，3⑴、点击桌面的“”按钮，即进入“PIExpert”软件画面⑵、按“”按钮，进入新文件设计对话框5)5种选择，一般选择“TOPSwitch-GX④Frequency”栏有“130KHz”/“66KHz”2种选择，一般选择“130KHz⑤OptimizationType”栏有“Cost”/“Efficiency(Eff)”/“Eff(ILimtReductior)”3种选择，一般选择“Cost⑶、点击“”按钮进入下面的对话框14⑷、点击“”按钮进入下面的对话框⑸、点击“”按钮进入下面的对话框在上图中，根据自己设计的需要，对输出电压/输出电流2栏输入相应的数据。例如：我要设计一个输出电压为“19，“3.95若要改变“UsePostFilter”的内容，请点击“UsePostFilter”前面的“，则会出现如下的对话框⑹、按“OK““CVOnly”/“CV/CC，此设计中选“CVOnly”⑺、点击“”按钮进入下面的对话框New19V3.95ARegionAsia”/“Euope”/“wericas⑻、按“”按钮，出现以下画面：一个出美洲的19V/3.95A开关电源适配器设计就完成了 ⑼、整个方案设计的线路图在第②⑽、19V3.95A（高功率反激式设计）值VVZN%VAVV值PI器件WVVKIAAAAARMS值VAVVVW值EE33/29/13-VML输出值VAVAARMSBYW29-1200xARMSExpectedRoundedDown3RoundedDownVRoundedUp3RoundedUpVAWGS15-值ΩΩTOPSwitchTOPSwitchOptoErrorAmpPCB设计：⑴PCB设计->复查->CAM8mil；1mm,这样可以避免加工时导致焊盘缺⑶例如,如果印制板两条细平行线靠得很近,则会形成信号波形的延迟,在传输线的终端形成反射噪声;由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰,会使产品的性能下降,因此,在设计印制电路板的时候,应注意采用正确的方法.每一个开关电源都有四个电流回路:电源开关交流回路、输出整流交流回路、输入信号源电流回路、输出负载电流回路。⑷、对电路的全部元器件进行布局时,要符以下原则①PCB.PCB2mm.②③PCBVCC.④、在高频下工作的电路,要考虑元器件之间的分布参数.一般电路应尽可能使元器件平行排列.这样,不但美观,而且装焊容易,易于批量生产.⑤⑥⑦⑸宽,它们的关系是:地线>电源线>信号线,如有可能,接地线的宽度应大于3mm,也可用大面积铜层作地线用,在印制板上复杂,为简化设计也允许用导线跨接,解决交叉电路问题.因采用单面板,直插元件位于topbottom所以在布局的时候直插器件可与表贴器件交叠,但要避免焊盘重叠。输入地与输出地本开关电源中为低压的DC-DC,欲是否理,是否满足生产要求.电源线和地线的宽度是否适,在PCB中是否还有能让地线加宽的地方.注意:有些错Outline⑥在设置每层的PartType,Outline、Text、Line.d.PowerPCB210WPCB①②③、PCBLayout④PCB开关电源自动化测试系统：JC-9100系1JC-9100ATSJC-9100电源供应器自动测试系统是适所有开关电源供应器测试的专业全自动测试系统。该系统遵循国内外相2Windows98/NT/XP，支持硬件扩展，系统内建有满足开关电项和测试流程，为用户提供灵活、规范、低成本的测试测量解决方案。系统自动化综测试设备采用标准机柜和模块45ATE2～3GPIB、RS-232、LAN、LPT、USB、PCI、VXI、PXIBarcodeReaderWindows2000/XP/2003NextSN，节省操作时间Excel多差分通道（816）时序同步分析ModelCpkTFSInternet5、开放的体系结构——适支持自主增加/编辑测试流程兼容多种控制接口（GPIB/RS-232/LAN/LPT/USB/PCI/VXI/PXI...）GPIB（Agilent/ICS/NI/...）兼容多种文件格式：文本、Word、ExcelDLL、EXESmart测试结果多种处理方式（68）同类仪器别/可互换功能Barcode支持Windows2000/NT/XP/2003操作系统ExcelPASS/FAILGO/NOGOTraceabilitySpecialSNCpk、TFS8⑴直流输出电压测试（DCOutputVoltage）直流输出电流测试（DCOutputCurrent）杂讯峰峰值测试（Peak-PeakNoise）噪声有效值测试（RMS电流纹波测试（Current动态负载特性测试（DynamicLoadCapability）过冲电压测试（OvershootVoltage）暂态电压测试（TransientSpike）启机电压测试（PowerUpVoltage）关机电压测试（PowerDownVoltage）电源备妥信号(PowerGoodSignal)电源失效信号(PowerFailSignal)开启电源供应器信号(P/SONSignal)⑵输入浪涌电流（InputInrushCurrent）输入功率（InputPower）输入功率因素（InputPower输入谐波电流（CurrentHarmonicsAgainstRegulations）输入断电测试（ACCycleDropOut）输入电流有效值测试（InputRMS输入电流峰值测试（InputPeak输入电压缓升/降测试（InputVoltageRamp）输入频率缓升/降测试（InputFrequencyRamp）输入电源失真模拟测试（PLDSimulation）⑶开机时间（Set-UpTime）保持时间（Hold-upTime）上升时间（RiseTime）下降时间（Fall启机延迟时间（PowerUpDelayTime）电源良好时间（PowerGoodTime）电源实效时间（PowerFail瞬态反应时间（TransientResponse⑷输出上升波形(PowerUpWaveform)输出下降波形(PowerDownWaveform)波形单调性判断（WaveformMonotonic）波形分析（WaveformAnalyze）⑸电源调整率测试（LineRegulation）负载调整率测试（Load综调整率测试（Combine⑹短路保护测试（ShortProtection）过电压保护测试（OVProtection）低电压保护测试（UVProtection）过载保护测试（OLProtection）过功率保护测试（OP⑺风扇速度测试（Fan测试中调整（In-TestAdjustment）910JC-9100（ACSource）、直流电源（DCSource）、直流电子负载（ELoad）、数字多用表（DMM）、开关（Switch）、示波器（Scope）。⑴、ACSource（交流源68xxA375VA-0-1or0-65xx1200-0-1or满无California⑵、DCSource（直流源364xA50.03%+1mV（3631-0.02%+2mV（3631-0.5-0.1%+3mA（3631-0.05%+1mA（3631-62xx60-0-1-6210K1000-0-1-6230K1000-0-1-62xxF1200-0-2.75-626x0-6212x0-0.6%+7200mA62xxxP600-0-6-⑶、ELoad（电子负载6060AN330xA150-0-UptoUpto6320x2000-1-UptoUpto⑷、DMMAndSwith（多功能测试仪表和开关Agilent6DCVoltage:6/sAC无Agilent6DCVoltage:0.6/sAC⑸、Scope（波形采集器Agilent6000AAgilent546xxUptoTektronix3k100-价格（元TFTVGA2500MHzP6139LAN，300MHz，2.5Gs/sTFTVGA2500MHzP61392价格（元湾博【RS232/GPIB0.2,2,20MHz1%；每组具有良/不良(GO/NG)PASS/FAIL判别；四组同时于LCD3价格（元4011AGPIBV/A/W/PF显示，0.1%4价格（元63312大功率可编程，0～240A1~80V