开关电源普通元器件设计选用.

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1、1,开关电源元器件选用,无论是哪种变换器，也不论是哪一类型的开关电源，所使用的元器件都是开关晶体管（MOS管）、电阻、电容、电感及磁性材料。设计好元器件，是决定开关电源质量的关键。,2,二极管,普通型二极管（普通整流/整流二极管）： 一般用在信号的传输，在模拟电路中主要起钳位抑制作用，它具有良好的高频开关特性，反向恢复时间小(trr)，整流的二极管，价格比较便宜（如1N40014007等），其特征为； 用于1KHz以下的整流器中； 反向恢复时间长，5us； 正向压降低，正向电流大，反向电压高；,3,二极管,稳压二极管 稳压二极管又叫齐纳二极管（zener diod），具有单向导电性，它工作在电

2、压反向击穿状态。当反向电压达到并超过稳定电压时，反向电流突然增大，而二极管两端的电压恒定，这就是稳压。 稳压二极管主要参数： 1）稳定电压Vz，这也是根据设计人员的需要选用； 2）稳定电流Iz； 3）温度系数at（温度越高，稳压误差越大）； 如1N6001B（11V稳压管）， Vz=11V， Iz=5mA， at =0.088。,4,二极管,2、快恢复二极管（适合输出大电压，小电流）： 反向恢复时间较短，5us； 正向压降高（12V），反向耐压高达1200V以上； 3、肖特基二极管（适合输出小电压，大电流）： 正向压降低（0.40.8V）； 反向恢复时间短（1040ns）； 反向耐压低，150

3、V，漏电流大（反向）。,5,二极管参数说明,名词：什么是反向恢复过程？ 由于二极管中的PN结（电荷的影响），当处在正向导通状态下的二极管施加反向电压，二极管不能立即转为截至状态，只有等存储的电荷完全复合后，二极管才能呈现高阻状态，这一过程叫二极管恢复过程。,6,瞬态电压抑制器,瞬态电压抑制器（Transient Voltage Suppressor ，TVS）是稳压二极管，是一种电压保护器； 在电路中响应速度快，体积小，价格低，它是用硅材料制作的。 它分为单、双向两种，其主要指标：反向击穿电压Vb、脉冲电流、恢复时间，如反向电压达不到可选用23个串联起来。 如P6KE200：Vb=200V,P

4、p=600W,Ir=6mA。,7,电容,电容主要分为 1、陶瓷电容，其主要特点为： 1）绝缘性能好、绝缘电阻很高，可供高压电路使用； 2）耐热性好，在500600度下能正常工作； 3）可做成小容量的电容，高频特性好； 2、薄膜电容，一般是用聚苯乙烯、聚四氟乙烯、 聚丙烯和聚碳酸酯等材料做成，其主要特点为： 1）耐压范围宽，为3015kv； 2）绝缘电阻很高，一般大于1011欧，所以漏电流很小； 3）损耗角正切值大，在高频电路中一般不用 金属化聚苯乙烯电容； 4）精度高，0.3%0.1%。 5）温度系数小，性能稳定，抗酸碱耐潮湿。,8,电容,电容的主要作用有哪些？ 抑制噪声，尖峰吸收，滤波，储能

5、。 输入电容的设计： C=It/V 这里的C：电容值（F）； I：负载电流（A）； t：电容提供电流的时间（s）； V：允许的纹波电压（V）。 举例：计算50W开关电源的输入滤波电容的值，输入交流电压为110V，50Hz。,9,举例电容计算,计算负载电流： 以最坏的情况效率 为70%，输入功率为： Pin = Pout/ = 50/0.7 = 71.5W 对于输入直流电压： Vin = Vac1.21.4 = 1101.21.4 = 186V 所以负载直流电流： I = P/Vin =71.5/186 = 0.38A 一般输入允许的纹波电压为2040V，这里我们取30V，电容要维持电压电平的时

6、间为半周期，也就是60Hz为10ms，则有： C = 0.38（1010-3）/30 = 126（uF）,10,电解电容特别说明,滤波时电解电容容量大一些，可有效的减少直流电压纹波。 可根据公式计算得到的数值稍低一些 510W 4.710UF 1050W 23UF/W 50100W 2.53.5UF/W,11,怎样选用滤波电容 ?,许多人都知道滤波电容在电源中起的作用，但在开关电源输出端用的滤波电容上，与工频电路中选用的滤波电容并不一样，在工频电路中用作滤波的普通电解电容器，其上的脉动电压频率仅有100赫芝，充放电时间是毫秒数量级，为获得较小的脉动系数，需要的电容量高达数十万微法，因而一般低频

7、用普通铝电解电容器制造，目标是以提高电容量为主，电容器的电容量、损耗角正切什以及漏电流是鉴别其优劣的主要参数。,12,选用滤波电容说明,在开关稳压电源中作为输出滤波用的电解电容器，其上锯齿波电压的频率高达数十千赫，甚至数十兆赫，它的要求和低频应用时不同，电容量并不是主要指标，衡量它好坏的则是它的阻抗一频率特性，要求它在开关稳压电源的工作频段内要有低的等的阻抗，同时，对于电源内部，由于半导体器件开始工作所产生高达数百千赫的尖峰噪声，亦能有良好的滤波作用，一般低频用普通电解电容器在10千赫左右，其阻抗便开始呈现感性，无法满足开关电源使用要求。,13,选用滤波电容说明,开关稳压电源专用的高频铝电解电

8、容器，它有四端个子，正极铝片的两端分别引出作为电容器的正极，负极铝片的两端也分别引出作为负极。稳压电源的电流从四端电容的一个正端流入，经过电容内部，再从另一个正端流向负载；从负载返回的电流也从电容的一个负端流入，再从另一个负端流向电源负端。 因为四端电容具有良好的高频特性，它为减小输出电压的脉动分量以及抑制开关尖峰噪声提供了极为有利的手段。,14,选用滤波电容说明,高频铝电解电容器还有多芯的形式，它将铝箔分成较短的若干小段，用多引出片并联连接以减小容抗中的电阻成份，同时，采用低电阻率的材料并用螺杆作为引出端子，以增强电容器承受大电流的能力。 叠片电容也称为无感电容，一般电解电容器的芯子都卷成圆

9、柱形，等效串联电感较大；叠片电容的结构和书本相仿，因流过电流产生的磁通方向相反而被抵消，因而降低了电感的数值，具有更为优良的高频特性，这种电容一般做成方形，便于固定，还可以适当减小占机体积。 此外，还有一种将四端和叠片相结合的四端叠片式高频电解电容器，它综合了两者的优点，高频特性更佳。,15,热敏电阻,热敏电阻是由锰钴镍的氧化物烧结成的半导体陶瓷制成的，分为正温度系数的PTC和负温度系数的NTC，其主要参数为： RT0零功率电阻值：表示室温为25度时的电阻值； at零功率电阻系数：表示零功率下每变化1度所引起电阻值的变化率； 其他参数请参考课本第32页。,16,热敏电阻,在电源适配器中常用的N

10、TC热敏电阻： 我们一般会用10D-9，（每个供应商是有差别的） 它表示 电阻值：10欧/250C 在250C的工作电流：1.3A； 在550C的工作电流：1.0A； R1/欧：0.755； 时间常数/s：130； 使用温度/0C：-30130,17,压敏电阻,压敏电阻是在某一特点的电压范围内，随着电压的增加，电流急剧增大的敏感元件。并在两根交流电源线之间。一般常见的为氧化锌压敏电阻，用在交流浪涌吸收。 压敏电阻的选择： 一般要注意的压敏电压和流通量这两个参数，压敏电压即标称电压，只压敏电阻在一定温度范围内和规定电流（常为1mA或0.1mA）下的电压降，压敏电压必须高于实际电路工作电压，如22

11、0v（有效值），则压敏电压不小于2203=380V,一般选用400V的。流通量指承受浪涌的能力，要留用余量。,18,压敏电阻特性,压敏电阻的分类： 按其材料的不同可分为碳化硅、硅（锗）、金属氧化、钛酸钡、硒化镉和硒压敏电阻等。 在开关电源中保护是用的压敏电阻： 交流电网上的电压115V或230V左右，在电网的附近有电感性开关和雷电现象，都会产生高压尖峰，电压可达5KV以上，虽时间很短，但足够使电源的元器件损坏。在选择压敏电阻应： 1）选择压敏电阻的电压额定值，应该比最大的电路电压稳定值大1020%； 2）计算或估计出电路所要承受的最大瞬间能量的焦耳数； 3）查明器件所需要承受的最大尖峰电流。,

12、19,保险丝,保险丝也被称为熔断器，IEC127标准将它定义为“熔断体（fuse-link)”。它是一种安装在电路中，保证电路安全运行的电器元件。保险丝的作用是：当电路发生故障或异常时，伴随着电流不断升高，并且升高的电流有可能损坏电路中的某些重要器件或贵重器件，也有可能烧毁电路甚至造成火灾。若电路中正确地安置了保险丝，那么，保险丝就会在电流异常升高到一定的高度和一定的时候，自身熔断切断电流，从而起到保护电路安全运行的作用。,20,慢速保险丝是怎样一回事？,慢速保险丝也叫延时保险丝，它的延时特性表现在电路出现非故障脉冲电流时保持完好而能对长时间的过载提供保护。有些电路在开关瞬间的电流大于几倍正常

13、工作电流，尽管这种电流峰值很高，但是它出现的时间很短，我们称它为脉冲电流也有称它为冲击电流或叫它为浪涌电流。普通的保险丝是承受不了这种电流的，这样的电路中若使用的是普通保险丝恐怕就无法正常开机了，若使用更大规格的保险丝，那么当电路过载时又得不到保护。延时保险丝的熔体经特殊加工而成，它具有吸收能量的作用，调整能量吸收量就能使它即可以抗住冲击电流又能对过载提供保护。标准对延时特性都有规定，若标准的规定特性无法满足您的要求，您可以与制造商联系以得到解决。,21,设计开关电源保险丝,为了确保电源得到最佳的保护，开关电源输入部分使用的保险丝应取最小的额定值，此值应该在最低电源输入电压时能可靠承受浪涌电流（浪涌电流指电源接通瞬间，流入电源设备的峰值电流。由于输入滤波电容迅速充电，所以该峰值电流远远大于稳态输入电流。电源应该限制AC开关、整流桥、保险丝、EMI滤波器件能承受的浪涌水平。反复开关环路，AC输入电压不应损坏电源或者导致保险丝烧断。 ）和电源的最大工作电流 ，一般取额定功率0.6-0.7。 有些设计工程师为了方便，在设计保险丝时采用估算的办法，一般取输入电流的1.5倍。,22,全波整流和全桥整流,双端电路中常用的整流电路形式为全波整流电路和全桥整流电路。,23,全波整流和全桥整流,a）全波整流电路,24,课后作业,:试分析压敏电阻的主要作用，列出至少3种。,