第2课-电源拓扑形式介绍1课件.ppt

1、2022-12-26开关电源设计参数l开关电源的重要参数：1）Vinmin：电源运行时输入最低电压；如：AC220V（15V）这里表示 Vinmin=176V。2）Vinman：电源运行时输入最高电压；如：AC220V（15V）这里表示 Vinman=264V。3）浪涌：输入电压超出预期最高电压Vinman 的时间段，在这段时间里，电源必须能够承受这个电压，并能正常运行；2022-12-26开关电源的术语11、电压调整率：输入电压变化时，输出电压的变化率，即 电压调整率=（最高输出电压Voutmax-最低输出电Voutmin）/额定输出电压Vout x 100%2、负载调整率：负载电流从半载到

2、额定负载时，输出电压的变化率，即 负载调整率=（V满 V半）/V额 100%3、效率：电源的输出功率与输入功率的百分比，即 效率=Pout/Pin 100%2022-12-26开关电源的术语2lESR：等效串联电阻，它表示电解电容呈现的电阻值的总合，ESR越小，性能越好。l噪声和纹波：附加在直流输出信号上的交流电压和高频尖峰的峰值，通常为mv级。l占空比：在高频开关电源中，开关元件的导通时间和变换器的工作之比。l输出瞬态响应时间：从输出负载电流产生变化开始，经过整个电路的调节作用，到输出电压恢复额定值所需要的时间。2022-12-26模块化设计的方法l选择合适的技术和拓扑形式 比较熟悉的原则（

3、包括IC、拓扑方式、控制电路、变压器和骨架）；l进行估算 功率的大小、变压器和骨架的大小、选择合理的功率元器件；l设计原理图l搭建简单模块电源中的单元电路：l试验：l确定物理机构 散热片、PCB板、风扇；l对EMI/RFI进行测试（改板和设计的可能）l产品加工生产2022-12-26几种常用的电路形式l主要包括：单端反激式、单端正激式、推挽式、半桥式、全桥式，三点式（介绍）2022-12-26（一）单端反激式l简化原理图：2022-12-26单端反激式电路原理l其变压器T1起隔离和传递储存能量的作用，即在开关管Q开通时Np储存能量，开关管Q关断时Np向Ns释放能量。在输出端要加由电感器Lo和两

4、Co电容组成一个低通滤波器，变压器初级需有Cr、Rr和Dr组成的RCD漏感尖峰吸收电路。输出回路需有一个整流二极管D1。由于其变压器使用有气隙的磁芯，故其磁损较大，变压器温相对较高。并且其输出的纹波电压比较大。但其优点就是电路结构简单，适用于200W以下的电源且多路输出交调特性相对较好。2022-12-26单端反激式变压器计算l单端反激式变压器设计的方法较多，但对于反激式设计来说最难的也就是变压器的设计和调整。一般须视具体工作状态而定，这里我结合自己的调试经验介绍一种快捷的近似计算方法。反激变换器可工作于电流连续模式(CCM)和电流断续模式(DCM)，同样输出功率时，工作于电流断续模式具有较大

5、的峰值电流，此时开关晶体管、整流二极管、变压器和电容上损耗会增加，所以一般效率较低，工作于电流连续模式下，效率较高，但输出二极管反向恢复时易引起振荡和噪声；另外，工作于电流断续模式时，由于变压器电感量较小，体积可以做得小一些，而工作于电流连续模式，变压器体积一般会较大。变压器参数的选取应结合整个电路设计和实际应用情况，在最初的设计中，为取得比较适中的性能，可考虑使电路工作于电流临界连续状态。2022-12-26反激式变压器的设计步骤l初选磁芯型号；l确定初级电感量；l确定初级峰值电流；l确定初级线圈匝数和气隙；l计算并调整初、次级匝数；l计算并确定导线线径；l校核窗口面积和最大磁感性强度。20

6、22-12-26单端反激式两个重要的公式l计算原边（开关管）的峰值电流：IP=5.5POUT/VINMIN=2POUT/VINMIN DMAXl计算开关管的工作电压：VSW=VIN+N1/N2 VOUT2022-12-26单端反激式工作原理1l工作原理：SW导通时，N1储能，VD截止，T1导通；2022-12-26单端反激式工作原理2 SW截止，N2导通，VD导通给C2充电，RL放电；2022-12-26反激式变压器工作原理 变压器T1除了具有初次极间安全隔离的作用外，还有变压器扼流圈的作用，所以反激式输出次级不需要加电感，但在实际中在滤波电容之外加一小电感，用以降低开关噪声。2022-12-

7、26MOS管参数/反激开关电源特点l耐压得选择：Vdss=1.5Vin（max）l电流的选择：Id=2Pout/Vinminl还有几个重要的参数：Rdss、Ciss、Coss等；l元器件少、成本低、结构简单；l功率小（一般150W以内）、纹波大；l开关承受的电流峰值大，不适合大功率的开关电源。2022-12-26双管反激变换器2022-12-26双管反激电路原理l其变压器T1起隔离和传递储存能量的作用，即在开关管Q1、Q2开通时Np储存能量，开关管Q1、Q2关断时Np向Ns释放能量，同时Np的漏感将通过D2、D3返回给输入，可省去RCD漏感尖峰吸收电路。l在输出端要加由电感器Lo和两Co电容组

8、成一个低通滤波器。输出回路需有一个整流二极管D1（最好使用恢复时间快的整流管）。2022-12-26双管反激工作特点1l在任何工作条件下，为使两个调整管所承受的电压不会超过Vs+Vd(Vs：输入电压；Vd:D2、D3的正向压降，)，D2、D3必须是快恢复管（当然用超快恢复管更好）。l在反激开始时，储存在原边Np的漏电感的能量会经D2、D3反馈回输入，系统能量损失会小，效率高。l在与单端反激变换器相比，无需RCD吸收电路；功率器件可选择较低的耐压值；功率等级也会很大。2022-12-26双管反激工作特点2l在轻载时，如果在“开通”周期储存在变压器的原边绕组显得过多的能量，那么在“关断”周期会将过

9、多的能量能量反馈到输入。l两个调整管工作状态一致，我没有调试过这样电路，根据调试过的半桥和双管正激的电路经验，下管的波形会优于上管的波形，在调试过程中只要观察下管波形即可（具体可到“调试经验”中详见）。我个人建议在大功率等级电源中不可选用此种电路。2022-12-26变压器计算l设计方法据参考书籍，与单端反激变换器变换器相同。但变压器漏电感必须小，可以减小D2、D3上的能量损耗，同时增加电源的效率。2022-12-26（二）单端正激式l简化框图（这里的L1不能缺少）：2022-12-26单端正激式电路原理 l其变压器T1起隔离和变压的作用，在输出端要加一个电感器Lo（续流电感）起能量的储存及传

10、递作用，变压器初级需有复位绕组Nr（此点上我对一些参考书籍存疑，当然有是最好，实际应用中考虑到变压器脚位的问题）。在实际使用中，我也发现此绕组也用RCD吸收电路取代亦可，如果芯片的辅助电源用反激供给则也可削去调整管的部分峰值电压（相当一部份复位绕组）。输出回路需有一个整流二极管D1和一个续流二极管D2。由于其变压器使用无气隙的磁芯，故其铜损较小，变压器温升较低。并且其输出的纹波电压较小。2022-12-26单端正激式变压器计算 l选择磁芯材料和磁芯结构形式。l确定工作频率，工作最大磁感应强度Bm。l计算并初选磁芯型号。l计算并调整原、副边匝数。l计算并确定导线线径。l校核窗口面积和最大磁感应强

11、度Bm。2022-12-26单端正激式两个重要公式l开关管的峰值电流：Ip=2.8Pout/Vinminl开关管承受的峰值电压：Vsw=2Vin2022-12-26单端正激式工作原理1l开关闭合：2022-12-26单端正激式工作原理2l开关断开时：2022-12-26单端正激式工作原理3l工作波形图：2022-12-26单端正激式工作原理4l工作原理说明：工作原理说明：1 1）t0-t1t0-t1：在开关闭合期间，：在开关闭合期间，w1w1上正下负，使其耦合绕组也上正下负，使其耦合绕组也是上正下负，是上正下负，D1D1导通，导通，D2D2关闭，关闭，L1L1上电流逐渐加大；上电流逐渐加大；2

12、 2）t1-t2t1-t2：开关打开，：开关打开，L1L1通过通过D2D2续流，续流，D1D1关闭，关闭，L1L1上电流上电流逐渐下降；这是的变压器励磁电流经箝位绕组逐渐下降；这是的变压器励磁电流经箝位绕组W3W3和和D3D3流回流回电源，使变压器的磁通复位，也就是设法使励磁电流降回电源，使变压器的磁通复位，也就是设法使励磁电流降回到零，否则下一开关周期中励磁电流将在本周期结束的剩到零，否则下一开关周期中励磁电流将在本周期结束的剩余值继续增加，并顺着开关累加，变得越来越大，从而变余值继续增加，并顺着开关累加，变得越来越大，从而变得使变压器的励磁电流饱和，饱和后励磁电流会迅速增加，得使变压器的励

13、磁电流饱和，饱和后励磁电流会迅速增加，最终烧坏开关管，因此励磁电流回零很重要，也叫磁芯复最终烧坏开关管，因此励磁电流回零很重要，也叫磁芯复位；位；3 3）t2-t3t2-t3：重复：重复1 1）的操作；）的操作；3 3）t3-t4t3-t4：重复：重复2 2）的操作。）的操作。2022-12-26单端正激式工作原理5l复位绕组说明：复位绕组说明：开关闭合时，W3和D3使励磁为零，W3电流下降到零的时间trst；开关关断时，其时间必须大于trst，以保证下次开关（励磁为零），变压器得到可靠的复位；trst=（N3/N1）Ton 此时输入与输出电压比为：Uo/Ui=（N2/N1）Ton/T=（N2/N1）Dmax 此时开关管承受的电压为：Us=（1+N1/N3）Ui 此时开关管承受的峰值电流为：Ip=6.2Pout/Vin课后作业题：试画出双端正激式开关电源的原理图。试画出双端正激式开关电源的原理图。2022-12-26双端正激示意图