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TI电源培训电子书系列 -【开关电源基础知识】

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开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术也在不断地创新。目前,开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。

开关电源和线性电源相比,二者的成本都随着输出功率的增加而增长,但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上,反而高于开关电源。随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术在不断地创新,这一成本反转点日益向低输出电力端移动,这为开关电源提供了广泛的发展空间。

开关电源基础知识( Switcher-Fundamentals)培训课程共计五个章节:本拓扑类型、效率与输入输出及占空比的关系、同步与非同步的定义、隔离与非隔离、脉宽调制与变频各类控制方式特点。其深入浅出的说明了基础概念,建立电源设计沟通的平台。

第一章    开关电源基础知识

第二章    效率与Vout的关系

第三章    同步于非同步

第四章    隔离式与非隔离式

第五章    脉宽调制与脉冲频率调制

 


开关电源基础知识.pdf
  • 要注意输入电容中的 RMS 电流,因为过电流应力会降低电容的可靠性。组合电容类型时更需特别注意,因为陶瓷电容通常会允许足够高的纹波电压在并联电解电容中形成过电流状态。这一问题的解决方法是增加如下一项或多项:工作频率、陶瓷电容数量、电解电容 ESR 或其 RMS 额定电流。

  • 高压 LED 因其具有功耗低、温升小的特点,可帮助增加旋入式 LED 灯泡的使用寿命。它是通过使用升压电源替代降压电源,从而提高电源效率来实现的。升压电源
    的损耗约为降压调节器的一半。另外,升压电源的组件更少,功率因数更好,体积更小,并且利用三端双向可控硅开关组件实现调光更容易。

  • 在选择输入电容和整流器配臵结构时进行一些折中处理非常重要。如果选择宽范围应用的全波桥接,则电源可能需要在 4:1 输入范围工作运行。如果设计人员选择在设计中使用一个倍压器来减小这一范围,则存在用户误操作导致出现过电压的隐患。根据本文提供的曲线图来选择正确的输入电容,可以在一定程度上限制工作电压范围。

  • 这个图上输入电流应该不一定要2A的吧,一般来说即使是做线性稳压的话,像这种电压差距还是比较大的场合不应该是以LDO来实现的,那就应该也有电流的变化,若只以损耗来损失掉这个压降的话,那中间的装换部分可以等效为阻抗很大的导线,阻抗在4.35欧姆,这个比较吓人的热量,所以这个模式还是不太合理个人觉得。

     

  • 占空比:开通的时间Ton与开关周期与开关周期T的比值,ton(开通时间) + tofff(关断时间) =  T(开关周期),占空比D=ton / T.但是,我们不能采用一个脉冲输出!需要种实现量流动平。通过很多脉冲,高频地切换将在开关接期间存储能量而断时提稳化的方法。通过很多脉冲,高频地切换将在开关接期间存储能量而断时提稳化的方法。通过很多脉冲,高频地切换将在开关接期间存储能量而断时提稳化的方法。通过很多脉冲,高频地切换将在开关接期间存储能量而断时提稳化的方法。

    这个很好的阐述啦在电源中一个很基础的概念,占空比。

  • 第一章心得:

    开关电源的类型有线性稳压器,开关稳压器和充电泵,它们都属于DC-DC稳压器的范围。不同的类型,有自身的优点和缺点,线性稳压器一般效率低,能量利用率低,但是其输出纹波和噪声都很低,成本也低,而开关稳压器和充电泵效率高,但是其输出纹波大,噪声高。成本也高。我们应当根据不同的需要合理选择DC-DC稳压器。如果说输入与出之间压差较低的情况下可以使用LDO,但压差较大的情况下,建议使用开关电源。开关稳压器的控制电路方式主要有PWM、PFM和移相控制方式,常用PWM方式,开关稳压器中常用的储能元件主要是电容和电感,根据输出电压和拓扑结构可将开关稳压器细分为不同的类型,常见的主要有降压稳压器。升压稳压器和升降压稳压器。

  • 第二章心得:

    本章从电源的效率这个公式出发,引出了效率和输出电压的关系。对效率起到影响的主要是在电路中损失的功耗,我们在设计电路时要尽可能减少功耗,开关损耗主要有开通损耗、关断损耗、导通损耗和驱动损耗。在本章分析中,简化了功耗计算,只考虑了导通损耗。在同等条件下,分析在输出为3,3V和1V情况下的损耗,经过计算分析可知,3.3V输入的效率比较高。因此,我们可以得到结论,输出越大,也就是占空比越大,效率就越高。

  • 第三章心得:

    开关稳压器有同步和非同步这两种模式,在应用中上下管在都有场效的就同步,只一个上管的开关的就是非同步的,如果要从电路上去区别,我们可以观察在拓扑结构中,二极管是否被场效应管代替,若被代替了,则为同步,否则为非同步。在非同步模式下,二极管的电压降稳定,可以采用较高的输出电压,成本低,效率低,而在同步模式下,效率虽然提高了,但是成本高,较低的电压降,还需要额外的控制电路限制了它的发展。我们需要根据不同的情况来选择同步还是非同步模式。

  • 第四章心得:

    这章讨论了开关稳压器的隔离式和非隔离式。在非隔离式中,主要的拓扑结构主要是Buck、Boost和Buck-Boost,其结构简单,成本低,但是前后不隔离,会有触电危险,隔离式的主要拓扑结构主要有反激式、正激式、推挽式、半桥式和全桥式,它们可以保护人员,提高抗噪声能力,但是其体积较大。正激式拓扑由Buck拓扑发展而来,反激式拓扑由Buck-Boost拓扑发展而来,我们常常需要根据应用的需要来选择合适的拓扑结构。

  • 电子基础知识:开关电源设计知识介绍

    电子产品,特别是军用稳压电源的设计是一个系统工程,不但要考虑电源本身参数设计,还要考虑电气设计、电磁兼容设计、热设计、安全性设计、三防设计等方面。因为任何方面那怕是最微小的疏忽,都可能导致整个电源的崩溃,所以我们应充分认识到电源产品可靠性设计的重要性。

  •   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电,当电源发生故障时可能导致系统瘫痪。分布式供电系统因供电单元靠近负载,改善了动态响应特性,供电质量好,传输损耗小,效率高,节约能源,可靠性高,容易组成N+1冗余供电系统,扩展功率也相对比较容易。所以采用分布式供电系统可以满足高可靠性设备的要求。

  • 电路拓扑的选择开关电源一般采用单端正激式、单端反激式、双管正激式、双单端正激式、双正激式、推挽式、半桥、全桥等八种拓扑。单端正激式、单端反激式、双单端正激式、推挽式的开关管的承压在两倍输入电压以上,如果按60%降额使用,则使开关管不易选型。在推挽和全桥拓扑中可能出现单向偏磁饱和,使开关管损坏,而半桥电路因为具有自动抗不平衡能力,所以就不会出现这个问题。双管正激式和半桥电路开关管的承压仅为电源的最大输入电压,即使按60%降额使用,选用开关管也比较容易。在高可靠性工程上一般选用这两类电路拓扑。

  • 就隔离非隔离俺说说他们的优缺点,不对的请批评指正。
    非隔离型:
    优点:结构简单、体积小、成本较低;输出电压调节范围宽
    缺点:前后不隔离,人接触电源的输出端或地端可能有触电危险;只能升压或降压或极性转换,输出电压不能与输入电压相等。
    适用范围:输入是36V以内的低压场合(例如蓄电池供电);整个电路包括地线不可能被人接触的场合(例如调光台灯)

    隔离型:
    优点:前后隔离,后级对大地无危险电压,输出电压可以与输入电压相等或是一个可以包含输入电压的范围
    缺点:体积较大,或同等体积的功率较小
    适用范围:市电供电的场合(例如电脑电源);信号检测需隔离采集的场合(例如心电图仪)
  • 俺在来说说同步非同步的优缺点:

    1)非同步的优缺点

          在输出电流变化的情况下,二极管的电压降相当恒定;比较便宜;可采用较高的输出电压 ;但是效率相对较低。

    2)同步的优缺点

         MOSFET 具有较低的电压降;效率较高 ;但是MOSFET需要另外的驱动电路,相对非同步的二极管,电路就复杂了一些,切成本较高。

  • 提高开关电源效率的电路和系统方法:

    (1)ZVS(零电压开关)、ZCS(零电流开关)等利用谐振开关来降低开关损耗的方法。

    (2)运用以有源箝位电路为代表的边缘谐振(Edge Resonance)来降低开关损耗。

    (3)通过延展开关元件的导通时间以抑制峰值电流的方法来减少固定损耗。

    (4)在低电压大电流的场合通过改善同步整流电路的方法来减少固定损耗。

    (5)利用转换器的并联结构来减少固定损耗。

  • 以前做实验,经常要用开关电源,经常一个使用要用好几个。慢慢的也对开关电源有了点儿兴趣,看了这个材料,对开关电源有了基本的一些了解。对于俺们这些初学者非常合适。没有长篇大论,简单易懂。每次看到想学的东西的资料动则几百页的PDF我就头大。这个资料留着继续研究!嘿嘿

  • 如何满足覆盖范围更广的节能标准,如何为更高性能的芯片组供电,在占位面积更小、更薄的解决方案中提供一流的视频和数字处理功能,各个终端市场正面临着种种挑战,而这些新稳压器拓扑的面市恰逢其时。本文介绍了飞兆半导体先进的FAN5354 DC/DC降压稳压器的优点,使用该器件,能够针对这些动态问题来量身定做先进的稳压器解决方案,并获得最终设计的最优化。这种方法的未来持续发展无疑将推动消费和工业产品的不断进步。

  • 先进DC –DC开关稳压器的高级消费类和工业产品面对着以下的共同难题一:

    功耗 (动态和待机功耗) 标准。欧洲和北美的相关规范要求平均总待机功耗<1W。这实际上要求电源设计人员选择的解决方案不仅需要实现全负载高效率(一般 >90%),而且在处理芯片、显示器驱动器、存储器和I/O都处于空闲状态时的负载电源状态(以确保快速响应各种不同功能/用户要求)也具有高效率,因此要求直流稳压器的泄漏电流极低,这样,在轻载条件下,漏电流可大幅度小于系统负载电流。

  •  先进DC –DC开关稳压器的高级消费类和工业产品面对着以下的共同难题二:

    高性能视频、联网、显示器、通信。利用目前产品所提供的先进功能,负载电流最大的一些系统模块可工作在1-5VDC 的电压范围。其中包括先进的高集成度 SoC IC、视频处理器内核、显示器、数字信号处理、动态存储器访问器件和高速USB、HDMI等高性能通信接口,以及众多新的无线标准(WiFi、 LTE、WiMAX等)。这些内核基于业界最新的高密度60/45-nm工艺,只需极低的工作电压(低至 0.8 VDC),但又具有较高的平均/峰值负载电流(1-5A)和变化范围极大的电流消耗(例如,一个负载可能在短短1uS内从0变化到3A)。由于低压工作,总体误差预算要求DC-DC稳压器具有很低的漂移、纹波、线性调节和负载瞬态响应综合误差。

  •  先进DC –DC开关稳压器的高级消费类和工业产品面对着以下的共同难题三:

    外形尺寸更小/更薄的消费产品。消费产品追求更小的外形尺寸和更高的性能,这给系统电源设计人员带来了挑战,促使他们寻找元件数目最少,但仍能确保高性能的解决方案。开关频率更高的拓扑有助于减小电感尺寸,但滤波和输出电容取决于所采用的架构。象机顶盒、硬盘驱动器、薄型刀片服务器、网卡和医疗设备等应用都开始采用更小的外形尺寸。

  • 高频变压器是开关电源中非常重要的部件,它和普通电源变压器一样也是通过磁耦合来传输能量的。不过在开关电源中变压器实现磁耦合的磁路不是普通工频变压器中的硅钢片,而是磁导率较高的铁氧体磁心或铍莫合金等磁性材料,其目的是为了获得较大的励磁电感、减小磁路中的功率损耗,使之能以最小的损耗和相位失真传输具有宽频带的脉冲能量。高频变压器的设计是开关电源的关键技术,在半桥式、全桥式和推挽式开关电源中,高频变压器通过的是交变的电流,不会有直流磁化的问题,设计方法和普通工频变压器基本相同,只是采用的磁芯材料不同,设计起来相对比较简单。正激式开关电源的高频变压器与全桥式有相同之处,但会有直流磁化问题,设计起来要复杂一些。因此有时会在高频变压器中增加去磁绕组,以降低设计的难度。反激式开关电源在小功率开关电源中应用最普及,但其高频变压器的设计也最为复杂。

  • 形成开关电源电磁干扰的三要素是:骚扰源、传播途径和受扰设备。因而,抑制电磁干扰也应该从这三方面人手,采取适当措施。首先应该抑制骚扰源,直接消除干扰原因;其次是消除骚扰源和受扰设备之间的耦合和辐射,切断电磁干扰的传播途径;第三是提高受扰设备的抗扰能力,减低其对噪声的敏感度。目前抑制干扰的几种措施基本上都是用切断电磁骚扰源和受扰设备之间的耦合通道。常用的方法是屏蔽、接地和滤波。

  • 采用屏蔽技术可以有效地抑制开关电源的电磁辐射干扰,即用电导率良好的材料对电场进行屏蔽,用磁导率高的材料对磁场进行屏蔽。屏蔽有两个目的,一是限制内部辐射的电磁能量泄漏出,二是防止外来的辐射干扰进入该内部区域。其原理是利用屏蔽体对电磁能量的反射、吸收和引导作用。为了抑制开关电源产生的辐射,电磁骚扰对其他电子设备的影响,可完全按照对磁场屏蔽的方法来加工屏蔽罩,然后将整个屏蔽罩与系统的机壳和地连接为一体,就能对电磁场进行有效的屏蔽。

  • 所谓接地,就是在两点间建立传导通路,以便将电子设备或元器件连接到某些叫作“地”的参考点上。接地是开关电源设备抑制电磁干扰的重要方法,电源某些部分与大地相连可以起到抑制干扰的作用。在电路系统设计中应遵循“一点接地”的原则,如果形成多点接地,会出现闭合的接地环路,当磁力线穿过该环路时将产生磁感应噪声。实际上很难实现“一点接地”,因此,为降低接地阻抗,消除分布电容的影响而采取平面式或多点接地,利用一个导 电平面作为参考地,需要接地的各部分就近接到该参考地上。为进一步减小接地回路的压降,可用旁路电容减少返回电流的幅值。在低频和高频共存的电路系统中, 应分别将低频电路、高频电路、功率电路的地线单独连接后,再连接到公共参考点上。

  • 滤波是抑制传导干扰的有效方法,在设备或系统的电磁兼容设计中具有极其重要的作用。EMI滤波器作为抑制电源线传导干扰的重要单元,可以抑制来自电网的干扰对电源本身的侵害,也可以抑制由开关电源产生并向电网反馈的干扰。在滤波电路中,还采用很多专用的滤波元件,如穿心电容器、三端电容器、铁氧体磁环,它们能够改善电路的滤波特性。恰当地设计或选择滤波器,并正确地安装和使用滤波器,是抗干扰技术的重要组成部分。

  • 选择滤波器时要注意以下几点:

      (1)明确工作频率和所要抑制的干扰频率,如两者非常接近,则需要应用频率特性非常陡峭的滤波器,才能把两种频率分开;

      (2)保证滤波器在高压情况下能够可靠地工作;

      (3)滤波器连续通以最大额定电流时,其温升要低,以保证在该额定电流连续工作时,不破坏滤波器中元件的工作性能;

      (4)为使工作时的滤波器频率特性与设计值相符合,要求与它连接的信号源阻抗和负载阻抗的数值等于设计时的规定值:

      (5)滤波器必须具有屏蔽结构,屏蔽箱盖和本体要有良好的电接触,滤波器的电容引线应尽量短,最好选用短引线低电感的穿心电容;

      (6)要有较高的工作可靠性,因为作防护电磁干扰用的滤波器,其故障往往比其他元器件的故障更难找。

  • 安装滤波器时应注意以下几点:

      (1)电源线路滤波器应安装在离设备电源人口尽量靠近的地方,不要让未经过滤波器的电源线在设备框内迂回;

      (2)滤波器中的电容器引线应尽可能短,以免因引线感抗和容抗在较低频率上谐振;

      (3)滤波器的接地导线上有很大的短路电流通过,会引起附加的电磁辐射,故应对滤波器元件本身进行良好的屏蔽和接地处理;

      (4)滤波器的输人和输出线不能交叉,否则会因滤波器的输入和输出电容耦合通路引起串扰,从而降低滤波特性,通常的办法是输入和输出端之间加隔板或屏蔽层。

  • 自恢复熔丝的特点
    自恢复熔丝是20世纪90年代问世的一种新型过电流保护器件。传统的保险丝属于一次性过电流保护器,熔断后需要更换,设备才能正常工作,使用上不方便。由聚合物掺加导体而制成的自恢复熔丝,圆满的解决了上述难题。它具有体积小、种类规格齐全、开关特性好、能够自行恢复、反复使用、不需要维修等优点。产品根据形状分为圆片型,方形,小型化表面贴装型。
    自恢复熔丝具有开关特性,也称为聚合物开关。内部由高分子聚合物在高压、高温,硫化反应的条件下,搀加导电粒子材料后,经过特殊的工艺加工而成。由于聚合物能将导电链紧密的束缚在晶状结构上,因此常态下的电阻很低,仅为零点几欧姆,工作电流通过自恢复熔丝时所产生的热量很小,不会改变聚合物内部的晶状结构。当发生短路故障时,电流急剧增大,导电链产生的热量使聚合物从晶状胶体变成非晶状胶体,原本被束缚的导电链便自行分离断裂,元件的电阻值就迅速增加几个数量级,呈现开路状态,立即将电流切断,起到保护作用。而一旦过电流故障被排出后,元件很快又恢复成低电阻状态。正是这种“低阻”或者“高阻”的可持续转换,才使之能够反复使用而无需更换。
    自恢复熔丝的电阻值和温度有关系,共分为以下几个阶段。当温度升高时,其发热量与散热量达到动态平衡。即使电流稍大或者环境温度升高些,增加的热量仍可散发到空气中。若电流进一步增大,直至发热量大于散热量时,自恢复熔丝的温度就会迅速升高,很小的温度变化量就会造成电阻值急剧增大,阻挡电流通过,保护设备免受损害。在过电流保护后的几秒钟之内,随着温度的降低,电阻值又迅速变小。
    备注:自恢复熔丝也具有PTC热敏特性,但与正温度系数热敏电阻有着本质区别。它属于高分子聚合物-导体,而PTC元件是由钛酸钡与稀土元素烧结而成的陶瓷材料,此外PTC元件是在常温下的电阻值较大,不适合做熔丝使用。

  • 自恢复熔丝可广泛用于开关电源、充电器、电子仪器、家用电器、计算机和通信设备中,起到自动保护作用。将自恢复熔丝直接串联在单片机开关电源的直流输出端,即可实现过电流保护功能。在卫星电视接收机设备中,一般采用一根同轴电缆传输电视信号。当用户的同轴电缆接口处发生短路故障,形成过电流现象时,容易损坏电视机的元器件,为此在电视机的电源上串联一只自恢复熔丝,一旦出现过电流故障,自恢复熔丝就变成高阻态,能有效的保护电视机,而当故障被排除后它能够自行恢复,不影响电视机正常工作。在自动报警系统的单元上,均需加过电流或者过热保护电路,可采用自恢复熔丝,这样可避免任何一单元因过流或过热而损坏。若将自恢复熔丝串联在充电器与电池组之间,能够防止蓄电池因过度充电、外部短路或者过热等故障而损坏。当电机负载过重、堵转而造成过热时,很容易烧毁电动机,在整流器后面串入自恢复熔丝后,能对直流电动机起动保护作用。 把自恢复熔丝串在音响的扬声器水姑娘,当过电流时能够保护扬声器不会损坏,而自恢复保险丝所引起的功率损耗低于0.1dB,且不存在电感、电容效应,在听觉频率范围内也不会造成失真。把自恢复保险丝串入电源变压器的二次绕组电路中,可对多路稳压电源进行保护。用它替代数字万用表中的保险管,也是最适合的方案,就不需要经常更换熔断的保险管了。

  • 开关电源常用的一级EMI(电磁干扰)抗干扰电路主要由EMI滤波器、启动浪涌电流限制电路、浪涌电压抑制电路等组成。
    1.EMI滤波器
    开关电源的EMI滤波器是一个双向LC滤波器。它的作用一方面滤除交流市电窜入的干扰,另一方面滤除开关电源内部所产生的噪声,防止其进入到输入电源线造成对电网的污染。与EMI滤波电感器共同组成LC滤波器时所用的电容器,通常要选用高频特性好的高压薄膜电容器或者陶瓷电容器,这些电容器的容量值可在0.005~0.15uF之间选择,但应注意这些电容器的工作电压必须满足要求。
    2.浪涌抑制电路
    开关电源的浪涌抑制电路主要由过电压抑制器为主构成。通常设置在EMI滤波器之后,但在整流滤波电路之前。浪涌抑制是利用EMI滤波器电感器的串联阻抗来防止超过它们额定的瞬间能量。EMI电感器极大地减小了瞬间电压峰值,并在时间上把它延长,这样可以提高浪涌抑制电路所用元器件的工作寿命。不同的浪涌抑制元件所串联的内部电阻特性也不同,金属氧化物压敏电阻(MOV)导通时,电阻值非常高,而半导体浪涌抑制器的电阻值比较低。当发生浪涌时,抑制器的电阻值会影响到加在上面的额定电压。例如180V金属氧化物压敏电阻,瞬间电压可以上升到230V,在设计电路时,选用滤波电容器和浪涌抑制器应该考虑到这个问题。

  • 【心得】开关电源简介

    随着电力电子技术的高速发展,电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切,而电子设备都离不开可靠的电源,进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化,率先完成计算机的电源换代,进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域,程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源,更促进了开关电源技术的迅速发展。

  • 同处理数字电路的电子器件相比,开关电源的电子器件具有如下特征:
    1.能处理电功率的能量大小,即承受电压和电流的能力是开关电源器件最重要的参数,其处理电功率的能力小至毫瓦级,大至兆瓦级,远大于处理数字电路的电子器件。
    2.开关器件一般都工作在开关状态下,导通时阻抗很小,接近于短路,压降接近于零,电流由外部电路决定;阻断时阻抗很大,接近于断路,电流几乎为零,器件的两端电压由外部电路决定。
    3.开关器件的动态特性也是很重要的方面,有些时候甚至上升为第一位的重要问题。做电路分析时,为简单起见往往用理想开关来替代实际开关元件。
    4.电路中的开关器件往往需要由信息电子电路来控制,在主电路和控制电路之间,需要一定的中间电路对控制电路的信号进行放大,这就是开关器件的驱动电路。
    5.为保证不至于因损耗散发的热量导致开关器件温度过高而损坏,不仅在开关器件封装上考虑散热设计,在其应用电路结构设计中一般都考虑安装大的散热片。导通时,开关器件上有一定的通态压降,造成损耗;阻断时,开关器件上有微小的漏电流通过,也会造成损耗。对某些开关器件来说,驱动电路向其注入的功率也是造成开关器件功率损耗的主要原因;当开关器件工作的开关频率较高时,开关损耗会随之增大,可能成为开关器件功率损耗的主要原因。

  • 整流电路是组成开关电源的主要部分,整流电路有单相半波、单相全波、单相桥、倍压整流和多相整流等形式,这些整流电路都可以用于开关电源电路中,只是开关电源整流电路的工作频率要远远高于普通线性稳压电源的整流电路。
    1.恒功率整流器。 在普通的限流型整流器中,有恒压型整流器和恒流型整流器之分。在恒压整流器中,其输出电压保持不变;而在恒流型整流器中,其输出电流保持不变,如果负载电流超过限流值,整流器输出电压将随电流的增加迅速下降,甚至整流器过流而关断。在恒流型限流整流器中,其额定电流、限定和过流值三个电流值相当接近。功率整流器在交流输入电压和直流输出电压的变化范围内均能给出额定功率。恒功率整流器与普通限流型整流器的不同之处是它有三个不同的输出阶段,即在恒压阶段和恒流阶段中插入了一个恒功率阶段,恒压阶段和恒流的工作情况与普通限流型整流器完全相同,恒功率阶段是普通限流型整流器所没有的,有了恒功率阶段便可保持整流器输出功率不变。当普通的限流型整流器的输出电流超过限定值时,输出电压会大幅降低,不能保证输出功率不变。但在恒功率整流器中,当输出电流超过限定值时,输出电压也会下降,但降低的速度不像限流型整流器那么快,仍可保持其输出功率不变,维持电子设备正常工作。所以在采用恒功率整流器的开关电源的设计中,只考虑电子设备的最大负载和整流器的冗余,以确定开关电源的而定输出功率,也随之确定了输出电压和输出电流的调整范围。

  • 2.倍流整流器。 倍流整流器由高频变压器副边、两个电感器、两个整流二极管和输出电容器组成。倍流整流器的特点是高频变压器副边绕组没有中心抽头,两个滤波电感器绕制在同一个磁芯上,其电感量相同。这样,流过变压器副边绕组和两个电感器的电流只是输出负载电流的一半,从而大大简化了高频变压器很滤波电感器的结构设计和尺寸,倍流整流器的输出电流是两个滤波电感器电流之和,而两个滤波电感器电流的脉冲波动是相互抵消的,所以倍流整流器可以得到脉冲电流很小的直流输出。

  • 3.同步整流器。 高速数据处理系统和笔记本电脑需要低电压的超大规模高速集成电路IC,使得电源的整流损耗变成了主要损耗,比如,以往DC/DC变换器采用硅肖特基二极管作为输出整流二极管,DC/DC变换器正常工作时,硅肖特基二极管的正向压降为0.4V~0.6V,而DC/DC变换器的输出电压为5V左右;当输出电流较大时,硅肖特基上的功耗很大,DC/DC变换器的效率大大降低。现在高速数据处理系统的电源电压已经降到3V左右,甚至是1.5V~1.8V,显然用硅肖特基二极管作为输出整流时,效率更低。研究显示,大约有22%的功率消耗在硅肖特基二极管上。为了提高效率,现采用了具有低导通电阻的MOSFET器件进行整流,由于MOSFET的正向压降小,目前MOSFET已成功的用于整流电路,大大提高了变换器的效率并且不存在由肖特基势垒电压而造成的死区电压。MOSFET属于电压控制型器件,它在导通时的伏安特性呈线性关系。用功率MOSFET做整流器时,要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能,故称之为同步整流。 用于同步整流的MOSFET开关器件称为同步整流管SR。优点是导通电阻小,可做到毫欧量级,正向压降小,功率变换器的效率高,同时还有阻断电压高、反向电流小等优点,所以在大功率、低输出电压的功率变换器中被广泛采用。

  • 通过学习脉宽调制与脉冲频率调制知识,了解的到,对于外围电路一样的脉冲频率调制和脉冲宽度调制而言,其峰值效率PFM与PWM相当,但在峰值效率以前,脉冲频率调制的效率远远高于脉冲宽度调制的效率,这是脉冲频率调制的主要优势。
    脉冲宽度调制由于误差放大器的影响,回路增益及响应速度受到限制,脉冲频率调制具有较快的响应速度。
    脉冲频率调制相比较脉冲宽度调制主要缺点在于滤波困难。

  • 单片开关电源集成电路的强大生命力在于应用,目前,它已经成为国际上开发中、小功率开关电源、精密开关电源、特种开关电源及电源模块的优选集成电路。由它构成的开关电源,在成本与同等的普通线性稳压电源相当,而电源效率显著提高,体积和重量大约可减小三分之一到二分之一,展示了良好的应用潜力。
    单片开关电源集成电路的主要应用领域如下:
    1.通用开关电源:各种通用开关电源;开关电源模块;精密开关电源模块;同步整流式DC/DC电源变化器;智能化开关电源模块。

  • 2.专用开关电源:PC电源、USB接口电源;彩电待机电源;录像机、摄录像机待机电源;个人视频录像机电源;机顶盒电源;地面数字电视播放设备的电源模块;手机电池充电器;MP3、DVD播放器、随身听的电池充电器;数码相机电池充电器;AC/DC电源适配器;个人数字助理(PDA)电源模块;LCD显示器的电源适配器;DVD刻录驱动器的待机电源;LED恒流驱动电源;电子仪器仪表电源;备用电源或辅助电源;电动剃须刀等电动工具的电源;喷墨打印机电源适配器;数据存储设备电源;音频功率放大器电源;直流调速电动机驱动器;高速调制解调器电源模块;IC卡付费电能表中的小型化开关电源模块;以太网开关电源(POE开关电源);工业控制电源;冷凝式锅炉用电源。
    3.特种开关电源:复合型开关电源;恒流型开关电源;恒压/恒流型开关电源;精密恒压/恒流型开关电源;截流输出型开关电源;恒功率输出型开关电源;功率因数校正器;其他类型特种开关电源。

  • 目前,光耦合器被广泛用于开关电源中作为初级回路和次级回路的隔离控制电路。开关电源对输出端电压的取样信息,经过光电耦合器隔离传送到初级PWM控制系统,使初、次级间保持取样控制作用,有极高隔离抗电强度。常用于开关电源的光耦合器,要求初级发光二极管和次级光敏三极管的光-电转换特性都工作在线性区的中点,才能保证将输出电压的正负方向变化传送给初级。在开关电源的稳压范围内,不允许光耦合器的初、次级任何一端出现光-电特性的饱和或截止,否则将出现失控现象,造成开关电源损坏。

  • 为满足上述要求,每种光耦合器都首先给出发光二极管的电压值和电流值,以便选择串接于初级发光管的限流电阻,使开关电源在额定市电电压和额定负载条件下,光耦合器初级电流保持在发光二极管额定电流的50%附近。其次,次级光敏三极管的Vceo值必须大于其供电电压值,且留有一定余量。如果被控电路的电压超过其Vceo,可以另外采用一级直流放大器作缓冲。另外还有光敏三极管的饱和压降(Vces),电路设计中必须考虑Vces对被控制电路的影响。由于光电耦合器初次级传输的媒体是光,一般初次级抗电强度均在3000VAC以上,个别产品达到7500V,用于隔离电网供电电压是绰绰有余的。

  • 光耦合器的初次级响应时间也有选择的必要,对开关频率较高的开关电源,应选择响应时间快的光耦合器。有时,光耦合器用于开关电源保护电路的信息传送,在开关电源输出电压不正常或负载电路发生故障时,通过光耦合器关断开关电源初级的驱动脉冲。为了在故障发生时能及时切断驱动脉冲,保护电路应尽量选择响应时间快的光耦合器。当开关电源出现失控现象或无输出电压时,光电耦合器是必须检测的器件之一。在此情况下,如果用万用表的欧姆档只是分别测量发光二极管和光敏三极管的正/反向电阻,显然是不正确的方法。正确的判断方法是:用欧姆档确定无明显的开路和短路现象后,在光耦合器发光二极管侧,经可调限流电阻接入不大于规定电压的直流电压,而后在光敏三极管集电极和发射极直接接入欧姆表。一般光耦合器内部均为NPN型光敏二极管,故欧姆表黑表笔接集电极,红表笔接发射极。当断开初级电源时,阻值基本为零,若有阻值则为三极管的Iceo,此值应很小,换算为电流一般为微秒级。在接通初级侧电源时,调整可调限流电阻应随初级电流增大,次级欧姆表读数应随之呈线性减小,否则可认为发光二极管发光效率降低或光敏二极管失效。

  • 开关电源的控制技术主要有三种:(1)脉冲宽度调制(PWM);(2)脉冲频率调制(PFM);(3)脉冲宽度频率调制(PWM-PFM).PWM:(pulse width modulation)脉冲宽度调制
    脉宽调制PWM是开关型稳压电源中的术语。这是按稳压的控制方式分类的,除了PWM型,还有PFM型和PWM、PFM混合型。脉宽宽度调制式(PWM)开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下,通过电压反馈调整其占空比,从而达到稳定输出电压的目的。

  • DC/DC变换器是通过与内部频率同步开关进行升压或降压,通过变化开关次数进行控制,从而得到与设定电压相同的输出电压。PFM控制时,当输出电压达到在设定电压以上时即会停止开关,在下降到设定电压前,DC/DC变换器不会进行任何操作。但如果输出电压下降到设定电压以下,DC/DC变换器会再次开始开关,使输出电压达到设定电压。PWM控制也是与频率同步进行开关,但是它会在达到升压设定值时,尽量减少流入线圈的电流,调整升压使其与设定电压保持一致。
    与PWM相比,PFM的输出电流小,但是因PFM控制的DC/DC变换器在达到设定电压以上时就会停止动作,所以消耗的电流就会变得很小。因此,消耗电流的减少可改进低负荷时的效率。PWM在低负荷时虽然效率较逊色,但是因其纹波电压小,且开关频率固定,所以噪声滤波器设计比较容易,消除噪声也较简单。
    若需同时具备PFM与PWM的优点的话,可选择PWM/PFM切换控制式DC/DC变换器。此功能是在重负荷时由PWM控制,低负荷时自动切换到PFM控制,即在一款产品中同时具备PWM的优点与PFM的优点。在备有待机模式的系统中,采用PFM/PWM切换控制的产品能得到较高效率。

  • 【心得】PFM和PWM的特点

    PFM:(Pulse frequency modulation) 脉冲频率调制
    一种脉冲调制技术,调制信号的频率随输入信号幅值而变化,其占空比不变。由于调制信号通常为频率变化的方波信号,因此,PFM也叫做方波FM
    PWM是频率的宽和窄的变化,PFM是频率的有和无的变化, PWM是利用波脉冲宽度控制输出,PFM是利用脉冲的有无控制输出.
    其中PWM是目前应用在开关电源中最为广泛的一种控制方式,它的特点是噪音低、满负载时效率高且能工作在连续导电模式,现在市场上有多款性能好、价格低的PWM集成芯片,如UCl842/2842/3842、TDAl6846、TL494、SGl525/2525/3525等;PFM具有静态功耗小的优点,但它没有限流的功能也不能工作于连续导电方式,具有PFM功能的集成芯片有MAX641、TL497等;PWM-PFM兼有PWM和PFM的优点。

  • 【心得】PFM相比较PWM优点与缺点

    PFM相比较PWM主要优点在于效率
    1、对于外围电路一样的PFM和PWM而言,其峰值效率PFM与PWM相当,但在峰值效率以前,PFM的效率远远高于PWM的效率,这是PFM的主要优势. 
    2、PWM由于误差放大器的影响,回路增益及响应速度受到限制,PFM具有较快的响应速度
    PFM相比较PWM主要缺点在于滤波困难
    1、滤波困难(谐波频谱太宽)。
    2、峰值效率以前,PFM的频率低于PWM的频率,会造成输出纹波比PWM偏大。
    3、PFM控制相比PWM控制 IC 价格要贵。
    PFM之所以应用没有PWM多最主要的一个原因就是另外一个原因就是PWM的巨大优点了:控制方法实现起来容易,PFM控制方法实现起来不太容易。

  • 【心得】PFM与PWM的应用

    就DC-DC变换器而言目前业界PFM只有Single Phase,且以Ripple Mode的模式来实现,故需求输出端的Ripple较大。没有负向电感电流,故可提高轻载效率。由于是看输出Ripple,所以Transient很好,在做Dynamic的时候没有under-shoot。PWM有Single Phase & Multi-phase,多以Voltage Mode or Current Mode来实现,对输出Ripple没有要求,轻载时存在电感负向电流,故轻载效率较差,Compensation较Ripple相比较慢。将PWM于PFM结合使用,当侦测到电感负电流的时候,变出现Pulse Skipping,而不再受内部Clock控制。此时,controller will turn off both h-mos & l-mos,Coss & L会出现阻尼振荡。
    每位工程师接触的领域不一样,可能有的领域是用PFM比较多,有的是用PWM比较多,但从整个电源行业来说,相信目前还是PWM用的多.上世纪80年代至今,PWM开始了在电源变换领域的“王朝统治"地位,因为每种方式都有缺点和优点.关键还是看是否适合客户需要吧在论坛看到一位网友是这样写的,我觉得写的比较形象,他说如果把PFM与PWM的电源用车来比较的话,用PFM的=奔驰,用PWM的=大众 。

  • 【心得】隔离式与非隔离式电源区别

    非隔离是指在负载端和输入端有直接连接,因此触摸负载就有触电的危险。
    隔离式是指在输入端和输出端有隔离变压器隔离,这种变压器可能是工频也可能是高频的。但都能把输入和输出隔离起来。可以避免触电的危险。
    非隔离电源侧重于较高的功率因素及效率,减少了能源的损耗,而隔离电源重视生命的安全和日光灯整体的使用安全性,在功率因素及效率方面略逊于非隔离电源。

  • 在低占空比操作过程中,即在输出电压比输入电压小很多时,主开关的导通总是由内部时钟控制的,而且与反馈回路无关,因此存在最小导通时间,其将电路操作限制在较高的开关频率。而且,由于建立时间的限制,在脉冲不够宽时不能感测电流。消隐时间决定了主开关的导通时间,仅有很少的时间可用于电流感测。在诸如手机和媒体播放器的便携式应用中,DSP内核需要0.9 V的输出电压。为了减小电感的尺寸以及解决方案的整体尺寸,应使用较高的开关频率。但是如果使用该控制方案,则在使用较高的开关频率时,很难由较高的输入电压生成低占空比的电压。 

  • 隔离与非隔离1

    相互连接的系统每个都配备有自己的电源,而且各系统之间往往间隔较远.正因为如此,我们通常需要采取电气隔离措施来确保系统的物理安全,并且需要切断接地回路,来保护系统免受瞬态高电压冲击,同时减少信号失真. 隔离可以保护系统免受由线路电涌或接地回路引起的高电压和大电流损害,这种情况在包含多个接地通路的系统中极有可能发生.各系统被长线缆相隔,它们的地电势可能并不相等,因此两个系统之间会产生地电流.如果不采取隔离措施,这个电流将会在系统中引入噪声、降低测量精度甚至毁坏系统元件.

  • 隔离与非隔离2
    工业环境中,电机的启动和关闭、静电放电或近距离雷击都会把电流通过感应耦合到长距离线缆中,从而引起地电位发生快速改变,这种变化经常高达数百甚至数千伏.当这类现象发生时,远端系统期望获得的逻辑电平开关信号就会被迭加在一个参考其本地地电位的高电压之上.如果没有采取隔离措施,这个电压将破坏信号甚至损害系统.如果与总线连接的所有器件都只参考同一个地,那么系统将免受这种破坏性能量的影响,而将器件隔离则可以防止接地回路和电涌的发生.