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1、开关电源相关知识总结一、开关电源解释与工作原理3二、电路组成框图3三、开关电源原理的疑惑6四、开关电源主要特点：6五、高频开关电源的系统参数6六、温度对通信开关电源性能和寿命的影响8七、冷却方式对电源工作温度的影响9八、通信电源散热的主要方法及优缺点10一、 开关电源解释与工作原理开关电源就是通过控制电路控制开关管进行高速的导通与截止将直流电转 化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！顾名思义其核心就是开关二字。开关三极管和开关变压器是开关电源的核心 部件，通过自激式或他激式使开关管工作在饱和、截止（即开、关）状态，从而 在开关变压器的副绕组上感应出高频电压，
2、再经过整流、滤波和稳压后输出各种 直流电压。开关三极管和开关变压器是开关电源的核心部件，其质量直接影响电 源的好坏和使用寿命，尤其是开关三极管，工作在高反压状态下，没有足够的保 护电路，很容易击穿烧毁。开关管的品质直接决定了电源的稳定性，它也是电源 中主要的发热元件，拆开电源后看到的主散热片上的两个晶体管就是开关管。工作原理：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.、电路
3、组成框图图 1 开关电源组成框图开关电源主要包括输入电网滤波器、输入整流滤波器、变换器、输出整流滤 波器、控制电路、保护电路。它们的功能是：1. 输入电网滤波器：消除来自电网，如电动机的启动、电器的开关、雷击等产生 的干扰，同时也防止开关电源产生的高频噪声向电网扩散。在优质电源中一般都 有两极EMI滤波电路。第一级EMI电路：交流电源插座上焊接的是一级EMI电源滤波器电路，这 是一块独立的电路板，是交流电输入后所经过的第一组电路，这个由扼流圈和电 容组成的低通网络能滤除电源线上的高频杂波和同相干扰信号，同时也将电源内 部的干扰信号屏蔽起来，构成了电源抗电磁干扰的第一道防线。二级EMI电路：市电
4、进入电源板后先通过电源保险丝，然后再次经过由电 感和电容组成的第二道EMI电路以充分滤除高频杂波，然后再经过限流电阻进 入高压整流滤波电路。保险丝能在电源功率太大或元件出现短路时熔断以保护电 源内部的元件，而限流电阻含有金属氧化物成分，能限制瞬间的大电流，减少电 源对内部元件的电流冲击。2. 输入整流滤波器：将电网输入电压进行整流滤波，为变换器提供直流电压。一 般情况下，采用桥式全波整流；经过 EMI 滤波后的市电，再经过全桥整流和电 容滤波后就变成了高压的直流电。将输入端的交流电转变为脉冲直流电，目前有 两种形式，一种是全桥就是把四个二极管封装在一起，一种是用 4 个分立的二极 管组成桥式整
5、流电路，作用相同，效果也一样。一般说来，在全桥附近应该有两个或更多的高大桶状元件，即高压电解电容， 其作用是将脉动的直流电滤除交流成分而输出比较平稳的直流电。高压电解电容 的使用与开关电路的设计有密切关系，其容量往往是以往电源评测时的焦点，但 实际上它的容量和电源的功率毫无关系，不过增大它的容量会减小电源的纹波干 扰，提高电源的电流输出质量。3. 开关变压器：是开关电源的关键部分之一。它把直流电压变换成高频交流电压， 并且起到将输出部分与输入电网隔离的作用。影响高频开关变压器性能的因素包 括铁氧体的效率、磁芯截面积的大小和磁隙的宽度，截面积过小的变压器容易产 生磁饱和而无法输出较大的功率，各个
6、绕组的匝数直接影响输出的电压，通常我 们无法具体的掌握这些参数，所以无法准确的判断变压器到底能输出多大的功 率，只有通过电子负载机测量才能知道，另外，开关变压器的输出端虽然很多， 但其中的某些输出端使用的却是相同的绕组，比如+3.3VDC和+5VDC就是这样， 所以当+3.3VDC输出最大电流时+ 5VDC就无法输出很大的电流了，所以我们 不能将电源各个输出端的功率进行简单的累加。4. 输出整流滤波器：将变换器输出的高频交流电压整流滤波得到需要的直流电 压，同时还防止高频噪声对负载的干扰。经过高频开头变压器降压后的脉动电压同样要使用二极管和电容进行整流 和滤波，只是此时整流时的工作频率很高，必
7、须使用具有快速恢复功能的肖特基 整流二极管，普通的整流二极管难当此任，而整流部分使用的电容也不能有太大 的交流阻抗，否则就无法滤除其中的高频交流成分，因此选择的电容不但容量要 大，还要有较低的交流电阻才行，此外还能见到 1、2个体积硕大的带磁心的电 感线圈，与滤波电容一起滤除高频的交流成分，保证输出纯净的直流电。由于低压整流端需要输出很大的电流，所以整流二极管同样会产生大量的热 量，这些二极管与前面的开关管都需要单独的散热片进行散热，电源中另一个散 热片上所固定的就是这些元件。从这些元件输出的就是各种不同电压的输出电流 了。5. 控制电路：检测输出直流电压，并将其与基准电压比较，进行放大。调制
8、振荡 器的脉冲宽度，从而控制变换器以保持输出电压的稳定。稳压电路通常是从电源输出端的输出电压取样出部分电压与标准电压作比 较，比较出的差值经过放大后去驱动开关三极管，调节开关管的占空比，从而达 到电压的稳定。6. 保护电路：当开关电源发生过电压、过电流短路时，保护电路使开关电源停止 工作以保护负载和电源本身。保护电路的作用是通过检测各端输出电压或电流的变化，当输出端发生短 路、过压、过流、过载、欠压等到现象时，保护电路动作，切断开关管的激励信 号，使开关管停振，输出电压和电流为零，起到保护作用三、开关电源原理的疑惑从上面的介绍可以看出，开关电源实际上是先把预处理的220V的交流变成 了直流，然
9、后通过变压器把直流变成交流，最后又把交流变成直流输出，兜了这 么大的一个圈子，干吗不把220V的交流电直接变成所需要的直流呢？其实，交流市电先由电源变压器变压，整流滤波后得到未稳定的直流电压， 再经过调整后得到所需要的直流电压，这种电源技术很成熟，可以达到很高的稳 定度，波纹也很小，而且没有开关电源具有的干扰与噪音。转化为高频交流电的 原因之二是高频交流在变压器变压电路中的效率要比50Hz高很多.所以开关变 压器可以做的很小，而且工作时不是很热！但是它的缺点是需要庞大而笨重的变换器，所需的滤波电容的体积和重量也 相当大，而且调整管是工作在线性状态，调整管上有一定的电压降，在输出较大 工作电流时
10、，致使调整管的功耗太大，转换效率低，还要安装很大的散热片。总 之这种电源不适合计算机用。四、开关电源主要特点：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20 30%。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%，而线性电源只有3040%。五、高频开关电源的系统参数高频开关电源额定直流输出电压、浮充电压、均充电压、功率因数、稳压精 度、效率、杂音电压（不接蓄电池组） 、电池温度补偿等。1 、额定直流输出电压：指市电经整流模块变换后的额定输出电压，正选 的电源电压为-48V,电压允许变动范围-40 -57V。这种“-”
11、型基础电压是指电源 正馈电线接地，作为参考电位零伏，负馈电线装接熔断器后，与机架电源连接。2、浮充电压：在市电正常时，蓄电池与整流器并联运行，蓄电池自放电 引起的容量损失便在全浮充过程被补足。根据电池特性及温度所需补充损失电流 的多少而设定的电压。3、均充电压：为使蓄电池快速补充容量，视需要升高浮充电压，使流入 电池补充电流增加，这一过程整流器输出得电压为“均充”电压。4、功率因数:有功功率对视在功率的比叫做功率因数。由于开关电源电 路的整流部分使电网的 电流波形畸变，谐波含量增大，而使得功率因数降低（不 采取任何措施，功率因数只有 0.60.7），污染了电网环境。开关电源要大量进 入电网，就
12、必须提高功率因数，减轻对电网的污染，以免破坏电网的供电质量。 满载状态下，功率因数不低于 0.92。5、效率：高频开关电源模块的寿命是由模块内部工作温升所决定。温升 主低主要是由模块的效率高低所决定。现在市场上大量使用的开关电源技术，主 要采有的是脉宽调制技术（PWM）。模块的损耗主要由开关管的开通、关断及导 通三种状态下的损耗，浪涌吸收电路损耗，整流二极管导通损耗，工和辅助电源 功耗及磁心元件损耗等因素构成。减少这些损耗就会提高模块的整体效率。对此 现行较好的处理方法分别是：开关管的开通、关断及导通状态的损耗采用 MOSFET和IGBT并联使用，利用两种不同类型的器件的开头及导通损耗的优 势
13、互补，其综合损耗是利用单一类型开关管工作损耗的 20%左右；浪涌吸收电 路可采用无损耗吸收电路，这一技术的使用使得该部分损耗大幅度下降；整流二 极管可采用导通电阻较小的器件，优化设计控制电路，选择集成度较高的 IC 器 件都可减少功耗；磁心材料可选择如菲利浦的 3C90 等均可减少损耗。高频电容 器的选择严格控制峰值电流的大小，采用这些因素将会使整流模块的工作在相当 宽的功率输出范围内保持较高的效率，如VMA10、DMA12、DMA13及DMA14 的工作效率均为 91%以上。需要说明的是主开关管的开通、关断及导通状态中 的损耗所占比例是主要的。开关状态的损耗是PWM控制技术所固有的缺点。满
14、载状态下，效率不低于 0.90。6、稳压精度：满载状态下，当输入电压由最大变到最小时，整流器输出 电压调整范围不超过1。7、杂音电压（不接蓄电池组） 衡重杂音：电话电路以800HZ杂音电压为标准，其它频率杂音电压响度 强弱，用等效杂音系数表示称为衡重杂音。系统衡重杂音的测量点视情况选择在整流器输出端，蓄电池输出端及机房机 架的输入端，各测量点数值不已。 宽频杂音：它是指各次谐波均方根值，即周期连续频谱电压。 峰值杂音：指叠加在直流输出上的交流分量峰值，即指晶闸管或高频开关 电路导致的针状脉冲。 离散杂音：指无线电干扰杂音或射频杂音，通常为150kHz-30MHz频率 内的个别频率杂音。 峰-峰
15、值杂音：只由于电源干扰或本机故障所产生的杂音。指标如下：电话衡重杂音电压S2mV(3m3400Hz)。宽频杂音电压G00mV(3.4150kHz)。宽频杂音电压30mV(0.1530MHz)。离散频率杂音电压5mV(3.4150kHz)。离散频率杂音电压3mV(150200kHz)。离散频率杂音电压2mV(200500kHz)。离散频率杂音电压lmV(0.530MHz)。峰一峰杂音电压200mV。8、电池温度补偿：适合阀控电池温度补偿要求的自动调节功能，既当环 境温度每升高一度或降低一度直流输出电压应相应调整3mv或升高3mv。六、温度对通信开关电源性能和寿命的影响通信开关电源的主要部件是高频
16、开关整流器，它是伴随功率电子学理论 和技术及功率电子器件的发展而逐渐发展成熟的。采用软开关技术的整流器，功 耗变得更小，温度更低，体积和重量都有大幅度下降，整体质量和可靠性不断提 高。但是每当环境温度升高10C时，主要功率元件的寿命减少50%。出现这样 寿命迅速下降的原因都是由于温度的变化。由各种微观和宏观机械应力集中所导 致的疲劳失效,铁磁性材料及其他零部件运行时在交变应力持续作用下,将萌生多 种类型的微观内部缺陷。因此保证设备的有效散热，是保证设备可靠性和寿命的 必要条件。1、工作温度与功率电子组件的可靠性和寿命的关系电源是一种电能转换设备，在转换过程中本身需要消耗掉一些电能，而 这些电能则被转化为热量释出。电子元件工作
