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1、目录1、 转换式电源供给器1.0概论1.1非线上转换式电源供给器1.2电源供给器专有名词2、 电源输入部份2.0双倍电压的技巧 2.1零件选择与设计方法 2.1.1输入整流器2.1.2输入滤波电容器 2.2输入保护组件 2.2.1突波电流 2.2.2输入暂态电压保护3、 电源转换器的种类3.0各类转换器定义与原理 3.1隔离返驰式转换器 3.1.1返驰式转换器交换电晶体 3.1.2返驰式转换器变压器扼流圈 3.1.3基本返驰式转换器的变压型式 3.2隔离顺向式转换器 3.2.1顺向式转换器交换电晶体 3.2.2顺向式转换器变压器 3.2.3基本顺向式转换器的变化型式 3.3推挽式转换器 3.3
2、.1推挽式转换器变压器 3.3.2推挽式转换器电晶体 3.3.3推挽式电路的限制 3.4推挽式转换器的变化型式3.4.1半桥式转换器3.4.2串联式耦合电容器3.4.3转换二极体 3.5全桥式电路 3.6新型式无涟波输出的转换器4、 转换器功率电晶体的设计4.0概论 4.1电晶体的选择 4.2双极式功率电晶体的开关作用 4.3双极式电晶体交换时间的定义（电阻性负载） 4.4电感性负载交换时间的关系 4.5电晶体反饱和电路 4.6双极式电晶体基极驱动电路的方法 4.6.1恒定驱动电流电路 4.6.2比例式基极驱动电路 4.6.3反饱和电路用于基极驱动 4.7双极式电晶体二次崩溃的考虑4.7.1顺
3、向偏压的二次崩溃4.7.2逆向偏压的二次崩溃4.8交换式电晶体保护电路：RC箝制电路4.9功率型MOSFET用作开关4.9.1概论4.9.2基本MOSFET的定义4.9.3MOSFET门极驱动的考虑4.9.4MOSFET静态操作点的特性4.9.5MOSFET的安全操作区（SOA）4.9.6驱动功率型MOSFET的设计考虑4.9.7用于驱动MOSFET的电路4.9.8功率型MOSFET开关保护电路5、 高频率的功率变压器5.0概论5.1电磁的原理5.2磁滞回路5.3基本变压器原理5.4铁心材料与几何形状的选择5.5脉波宽度调变的半桥式转换器的功率变压器设计5.6实际上的考虑5.7返驰式转换器的变
4、压器扼流圈设计5.7.1设计过程5.8一般高频变压器的考虑6、 电源输出部份：整流器、电感器与电容器6.0概论6.1输出整流与滤波电路6.2转换式电源供给器设计上功率整流器的特性 6.2.1快速与超快速回复二极管 6.2.2肖特基障壁整流器 6.2.3暂态过电压抑制电路 6.2.4计算返驰式、顺向式与推挽式转换器整流二极体峰值电流的容许值6.3输出电感器的设计 6.3.1一般性的考虑 6.3.2设计方程式的推导6.4输出滤波电容器的设计7、 转换式稳压器的控制电路7.0概论 7.1转换式稳压器系统的隔离方法 7.2脉波宽度调变（PWM）系统 7.2.1单端的、不连续的组件、PWM控制电路 7.
5、2.2积体电路PWM控制器 7.3应用于商业上的单石PWM控制电路 7.3.1TL494PWM控制电路 7.3.2UC1840可规划，非线上的PWM控制器 7.4其它型式的PWM控制器8、 转换式电源转换器周边附加电路与组件8.0概论8.1光耦合器8.2自给偏压的方法8.3作为输入与输出隔离之用的光耦合器电路设计8.4柔和起动电路设计8.5电流限制电路8.5.1应用于初级参考直接驱动的电流限制电路8.5.2应用于基极驱动器的电流限制电路8.5.3一般的电流限制电路8.6过电压保护电路8.6.1以积纳二极体做侦测的保护电路8.6.2以积体电路做过电压保护电路8.7交流线路损失侦测电路9、 转换式
6、电源供给器稳定度分析与设计9.0概论9.1拉普拉斯转换9.2转移函数9.3波德图9.4回授原理与稳定度的准据9.5稳定度的分析9.5.1控制输出转移函数9.5.2误差放大器的补偿9.6环路稳定度的测量10、电磁与射频干扰(EMI-RFI)的考虑10.0概论10.1FCC与VDE传导的杂讯规格10.2在转换式电源供给器中RFI的来源10.3RFI抑制用的交流输入线路滤波器11、电源供给器电气安全标准11.0概论11.1电源供给器结构的安全需求11.1.1空间需求 11.1.2电介质测试承受度 11.1.3漏电流测量 11.1.4绝缘电阻 11.1.5PC板需求11.2变压器结构的安全需求 11.
7、2.1变压器的绝缘 11.2.2变压器电介质强度 11.2.3变压器绝缘电阻 11.2.4变压器沿面与间隙距离 11.2.5变压器的水阻 11.2.6VDE规格的变压器温度额定值 11.2.6UL与CSA规格的变压器温度额定值1、 转换式电源供给器THE SWITCHING POWER SUPPLY:AN OVERVIEW1.0概论(INTRODUCTION)由于LSI与VLSI芯片技术的快速成长，尤其是在微处理机与半导体记忆器的发展上，使得电子产品在系统设计上，朝向高密度化、重量轻、效率高及低价格的方向。以往电源系统是以线性串联稳压器方式来做设计，对现在系统设计上来说，它不仅重量重，体积大，
8、无效率，且是一种落伍的设计。而目前的趋势是朝向体积小，重量轻，高效率的电源系统来设计发展，也就是一般所谓的非线上转换式电源供给器(off-the-line switching power supply)。最近几年来，由于功率半导体，控制电路与被动组件的快速研究发展，使得转换式电源供给器目前己被大量生产，不仅在可靠度上大大提高，而且价格上也渐渐下降。因此，我们有必要要转换式电源供给器的设计上予以深切明了，提升电子技术的新领域与新的境界。1.1非线上转换式电源供给器(THE OFF-THE-LINE SWITCHING POWER SUPPLY) 非线上转换电源供给器设计的方法有好几种型式，如半桥
9、式(half-bridge)、返驰式(flyback)，或是顺向式(forward)，而以那种方式来做设计，主要取决于它的价格、性能及设计者的选择。不管设计者以那种方法来做设计、转换式电源供给器的基本结构是相同的，如图1-1所示。首先将进来的AC交流线电压，直接予以整流与滤波，得到DC直流高电压，再将其转换进入转换组件中，如电晶体、硅控整流器(SCR)等，切割成高频率(一般频率都在20kHz)，高电压的方波信号。此方波信号再进入步降(step-down)隔离变压器的初级，而由次级所感应的电压，经由整流滤波，就可获得低电压电流输出。不管是输入电压有无变化或是输出负载有无变动，我们都必须保持输出直
10、流电压的稳定，因此需将此输出电压予以监视，并将信号回授至控制逻辑电路，如此才能达到稳压效果。此控制逻辑电路的作用就是将输出电压与参考电压做比较，并调整转换组件的导通周期，由于转换组件所切割出来的是高频方波信号，因此在陡峭的上升时间(rise time)与下降时间(fall time)部份，就会有一系列谐频(harmonic frequencies)产生，此谐频若传导回到是AC交流线上，就会对其它仪器设备有所干扰，因此一台好品质的转换式电源供给器，就必须在AC交流电源输入端装上射频干扰(radio frequency interference RFI)滤波器，减少这些频率的干扰到可接受的程度。本
11、书会将转换式电源供给器每一结构部份，详细予以解析，其主要目的就是让读者在融会贯通之后，有能力去设计可靠度高、价格低、效率高的转换式电源供给器。1.2电源供给器专有名词(POWER SUPPLY TERMINOLOGY)我们将对转换式电源供给器常用的专有名词解释如下：橇杆电路(crowbar circuit)：应用于电源供给器输出端的保护电路，以防电压情况发生。效率(efficiency)：此值代表输出功率与输入功率比值百分比，用%来表示，在满载(full load)情况量测。电磁-射频干扰(EMI-RFI)：电磁干扰(electromagnetic interference)与射频干扰(rad
12、io frequency interference)乃由电源供给器的转换组件传导与幅射出不需要的高频能谱。有效串联电阻(ESR)：所谓有效串联电阻(equivalent series resistance ESR)乃指电容器中的电阻值，一般来说电容器中的ESR值愈低是愈好。持住时间(hold-up time)：一般指移去AC输入电压而输出电压仍维持稳定值的继续时间，此持住时间愈大愈好。突波电流限制器(inrush current limiting)：属于保护电路的一种，用来限制当电源启动时所产生的峰值线电流。避免滤波电容在满电荷情况下，损失多余之功率。隔离电压(isolation voltag
13、e)：电路中任何部份与底板的地之间可允许操作的最大电压。此最大的交流或直流电压亦需适用于电源供给器的输入端与输出端之间。线稳压率(line regulation)：当负载与周围温度保持不变情况下，AC交流输入在一定的百分比(一般在10%)变化下，而在输出端电压的变化率。负载稳压率(load regulation)：当线电压与周围温度保持不变情况下，输入电压不变而输出电压从不加负载到全载所产生的电压变化百分比。杂讯与涟波(noise and ripple)：重叠加在直流输出电压之上的交流电压与高频波尖(spikes)，一般都以均方根值(SMS)或峰对峰值来表示，单位是毫伏特(millivolts
14、)为大小。非线上电源供给器(off-the-line power supply)：也就是一般所称的转换式电源供给器，输入交流信号直接做整流与滤波，不使用低频的隔离变压器。输出暂态响应(output transient response)：在指定的稳压限制范围内，将输出负载电流做步级改变，观察输出电压维持固定值所需之时间。过载或过电流保护(overload or overcurrent protection)：乃指负载之变动超过电流所需，此电路装置用于保护电源供给器免于受损。遥远侦测(remote sensing)：当其负载与转换式电源供给器成一距离时，我们就要考虑到此连接线的内阻抗是否会使正常的输出电压产生压降，而无法使系统正常工作，通常是用I2R公式来计算。柔和起动(soft start)：防止转换式电源供给器在开机瞬间产生巨大电流脉动，因此我们将其工作周期(duty cycle)由零值缓慢上升到其操作点。2、电源输入部份（THE INPUT SECTION）2.0双倍电压的技巧(THE VOLTAGE DOUBLER TECHNIQUE)在前章我们己经提到过转换式电源供给器，其输入的AC交流电压信号，直接予以整流即可，并不需要在输入端与整流器之间，使用到低频的隔离变压器。由于目前制造商对其电子产品都追求国
