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1、电源开关设计的基本概念工作在开关两种状态下的电路，就叫开关电路。利用开关电路设计的电源，叫开关电源。驱动电路：不同的电路对驱动电路要求不同有的驱动电路是一个PWM控制器，比如步进电机的驱动有的驱动电路是一个电压放大器，例如功放中的前置放大器有的驱动电路是一个电流放大器，例如音箱的驱动电路就是一个音频率功率放大器 电源开关的使用较为复杂，甚至让大多数电子产品设计人员都感到困惑，特别是对那些非电源管理专家而言。在各种各样的应用中，例如：便携式电子产品、消费类电子产品、工业或电信系统等，广大设计人员正越来越多地使用电源开关。这些电源开关的使用方式多种多样，包括控制、排序、电路保护、配电甚至是系统电源
2、开启管理等。当然，每一种用法都需要有不同特性的电源开关解决方案。本文针对在不同应用中设计人员使用电源开关时需要考虑的重要规范和概念进行了总结，并介绍了一些可能的解决方案，旨在帮助设计人员选择一种最佳方案。很明显，在选择电源开关前我们应该问自己的第一个问题就是：我们想要用这个开关来做什么？虽然这是一个简单的问题，但答案却能帮助我们定义完美的产品。使用电源开关的方式有数种，最为常见的是：1控制、配电和排序(即开启/关闭电源轨来启用某个子系统或者为多个负载配电)2短路保护或者过电流/过电压保护(USB电流限制、传感器保护、电源轨短路保护)3管理接通浪涌电流(即电容充电时)4选择电源(即多路复用或OR
3、ing)或者负载分配。开关电源定义及应用开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的导通与截止将直流电*为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压的电源。开关电源由以下几个部分组成：一、主电路从交流电网输入、直流输出的全过程，包括：1、输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。2、整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。3、逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。4、输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。二、控制电路一方面
4、从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定.开关电源的三个条件1、开关：电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态2、高频：电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频3、直流：开关电源输出的是直流而不是交流开关电源主要有以下特点：1.体积小、重量轻：由于没有工频变压器，所以体积和重量只有线性电源的2030%。2.功耗小、效率高：功率晶体管工作在开关状态，所以晶体管上的功耗小，转 化效率高，一般为6070%，而线性电电源只有3040%。开关电源的工作原理是:1.交流电源输入经整流滤波成直流;2.通过高频PWM(脉冲宽度调制)信号控制开关管,将那个直流加到开
5、关变压器初级上;3.开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载;4.输出部分通过一定的电路反馈给控制电路,控制PWM占空比,以达到稳定输出的目的.交流电源输入时一般要经过厄流圈一类的东西,过滤掉电网上的干扰,同时也过滤掉电源对电网的干扰; 在功率相同时,开关频率越高,开关变压器的体积就越小,但对开关管的要求就越高; 开关变压器的次级可以有多个绕组或一个绕组有多个抽头,以得到需要的输出; 一般还应该增加一些保护电路,比如空载、短路等保护,否则可能会烧毁开关电源.主要用于工业以及一些家用电器上，如电视机，电脑等单片开关电源反馈电路的四种基本类型（1）基本反馈电路；（2）改进型基本反馈电路；（
6、3）配稳压管的光耦反馈电路；（4）配TL431的光耦反馈电路。配TL431的光耦反馈电路，其电路较复杂，但稳压性能最佳。这里用TL431型可调式精密并联稳压器来代替普通的稳压管，构成外部误差放大器，进而对UO作精细调整，可使电压调整率和负载调整率均达到0.2，能与线性稳压电源相媲美。这种反馈电路适于构成精密开关电源。开关电源模块损坏的主要原因分析： 1 开关电源模块没有按照实际直流负载N1配置，（负载电流充电电流设定为蓄电池组额定容量10%。）；2模块经常处于满载运行；3系统均流原因，引起某个模块处于满载运行；4机房环境温度过高影响；5没有定期清洗模块滤网（滤网过脏容易引起模块稳定，堆积温度不
7、能及时散出，）；6模块内灰尘过多（由于灰尘的侵入.堆积造成故障的隐患），可用气泵清除灰尘；7 谐波影响。开关电源的基本控制原理开关电源的基本控制原理一开关电源的控制结构：一般地，开关电源大致由输入电路、变换器、控制电路、输出电路四个主体组成。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、基极驱动、输出整流、输出滤波电路等。实际的开关电源还要有保护电路、功率因素校正电路、同步整流驱动电路及其它一些辅助电路等。下面是一个典型的开关电源原理框图，掌握它对我们理解开关电源有重要意义。图2-1：开关电源的基本结构框图 根据控制类型不同，PM（脉冲调制）
8、电路可能有多种形式。这里是典型的PFM结构。二开关电源的构成原理：（一）输入电路：线性滤波电路、浪涌电流抑制电路、整流电路。作用：把输入电网交流电源转化为符合要求的开关电源直流输入电源。1线性滤波电路：抑制谐波和噪声。2浪涌滤波电路： 抑制来自电网的浪涌电流。3整流电路： 把交流变为直流。 有电容输入型、扼流圈输入型两种，开关电源多数为前者。（二）变换电路：含开关电路、输出隔离（变压器）电路等，是开关电源电源变换的主通道，完成对带有功率的电源波形进行斩波调制和输出。这一级的开关功率管是其核心器件。1开关电路驱动方式：自激式、他激式。变换电路：隔离型、非隔离型、谐振型。功率器件：最常用的有GTR
9、、MOSFET、IGBT。调制方式：PWM、PFM、混合型三种。PWM最常用。2变压器输出 分无抽头、带抽头。半波整流、倍流整流时，无须抽头，全波时必须有抽头。（三）控制电路：向驱动电路提供调制后的矩形脉冲，达到调节输出电压的目的。基准电路：提供电压基准。如并联型基准LM358、AD589，串联型基准AD581、REF192等。采样电路：采取输出电压的全部或部分。比较放大：把采样信号和基准信号比较，产生误差信号，用于控制电源PM电路。V/F变换：把误差电压信号转换为频率信号。振荡器：产生高频振荡波。基极驱动电路：把调制后的振荡信号转换成合适的控制信号，驱动开关管的基极。（四）输出电路：整流、滤
10、波。把输出电压整流成脉动直流，并平滑成低纹波直流电压。输出整流技术现在又有半波、全波、恒功率、倍流、同步等整流方式。开关电源设计过程流程介绍开关电源设计过程流程介绍1 目的希望以简短的篇幅,将公司目前设计的流程做介绍,若有介绍不当之处,请不吝指教.2 设计步骤:2.1 绘线路图、PCB Layout.2.2 变压器计算.2.3 零件选用.2.4 设计验证.3 设计流程介绍(以DA-14B33为例):3.1 线路图、PCB Layout请参考资识库中说明.3.2 变压器计算:变压器是整个电源供应器的重要核心,所以变压器的计算及验证是很重要的,以下即就DA-14B33变压器做介绍.3.2.1 决定
11、变压器的材质及尺寸:依据变压器计算公式B(max) = 铁心饱合的磁通密度(Gauss)Lp = 一次侧电感值(uH) Ip = 一次侧峰值电流(A)Np = 一次侧(主线圈)圈数Ae = 铁心截面积(cm2) 依铁心的材质及本身的温度来决定,以TDK Ferrite Core PC40为例,100时的B(max)为3900 Gauss,设计时应考虑零件误差,所以一般取30003500 Gauss之间,若所设计的power为Adapter(有外壳)则应取3000 Gauss左右,以避免铁心因高温而饱合,一般而言铁心的尺寸越大,Ae越高,所以可以做较大瓦数的Power.B(max)3.2.2 决
12、定一次侧滤波电容:滤波电容的决定,可以决定电容器上的Vin(min),滤波电容越大,Vin(win)越高,可以做较大瓦数的Power,但相对价格亦较高.3.2.3 决定变压器线径及线数:当变压器决定后,变压器的Bobbin即可决定,依据Bobbin的槽宽,可决定变压器的线径及线数,亦可计算出线径的电流密度,电流密度一般以6A/mm2为参考,电流密度对变压器的设计而言,只能当做参考值,最终应以温升记录为准.3.2.4 决定Duty cycle (工作周期):由以下公式可决定Duty cycle ,Duty cycle的设计一般以50%为基准,Duty cycle若超过50%易导致振荡的发生.NS
13、 = 二次侧圈数 一次侧圈数NP =Vo = 输出电压VD= 二极管顺向电压Vin(min) = 滤波电容上的谷点电压 工作周期(Duty cycle)D =3.2.5 决定Ip值:Ip = 一次侧峰值电流Iav = 一次侧平均电流Pout = 输出瓦数效率PWM震荡频率3.2.6 决定辅助电源的圈数:依据变压器的圈比关系,可决定辅助电源的圈数及电压.3.2.7 决定MOSFET及二次侧二极管的Stress(应力):依据变压器的圈比关系,可以初步计算出变压器的应力(Stress)是否符合选用零件的规格,计算时以输入电压264V(电容器上为380V)为基准.3.2.8 其它:若输出电压为5V以下
14、,且必须使用TL431而非TL432时,须考虑多一组绕组提供Photo coupler及TL431使用.3.2.9 将所得资料代入 公式中,如此可得出B(max),若B(max)值太高或太低则参数必须重新调整.3.2.10 DA-14B33变压器计算: 2.8mm(每边),剩余可绕面积=4.4mm.输出瓦数13.2W(3.3V/4A),Core = EI-28,可绕面积(槽宽)=10mm,Margin Tape = =0.7,P.F.=0.5(cos),Lp=1600 Uh假设fT = 45 KHz ,Vin(min)=90V,计算式:l变压器材质及尺寸: 由以上假设可知材质为PC-40,尺寸=EI-28,Ae=0.86cm2,可绕面积(槽宽)=10mm,因Margin Tape使用2.8mm,所以剩余可绕面积为4.4mm.假设滤波电容使用47uF/400V,Vin(min)暂定90V. 决定变压器的线径及线数:l假设NP使用0.32的线电流密度=可绕圈数= 假设Secondary使用0.35的线电流密度=假设使用4P,则电流密度=可绕圈数= cycle:l决定Duty假设Np=44T,Ns=2T,VD=0.5(使用schottky Diode)l决定Ip值: 决定辅助电源的圈数:l假设辅助电源=12V NA1=6.3圈假设使用0.23的线可绕圈数=若
