开关电源原理分类与布线规则.docx

开关电源原理及分类1、12V/5V两路输出开关电源.（D原理图设计（参考P1.软件给出的解决方案）（拓扑图）采纳反激式。主网路一开关电源中，功率电流漉羟的通路.主网路一般包含了开关电源中的开关器件、储Ife器件、脉冲变压器、浊波器、输出整流器、等全部功率器件，以及供电输入端和负秋端。开美电源（克流变换器）的类型许多,在探讨开发说拧修埋电源系统时，全面了解开关电源主回路的各种范本类型，以及工作晚理，具有极其重要的意义。开关电源主回路可以分为隔离式及非隔禹式两大类型.1.非修育式电路的类型：非隔离输入端及输出端电气相通,没有隔周.1. 1.巾联式结构串联一一在主回路中开关器件（下图中所示的开关三极管T及输入端、输出端、电塔器1.、负载R1.四者成串联连接的关系.开关管T交静工作于通/断两种状态，当开关管T导通时，输入端电源通过开关管T及电感器1.对负栽供电，并同时对电遇器1.充电，当开关管T关断时，电感器1.中的反向电动势使域流二极管D自动导通.电感潺1.中储存的能价通过续流二极管D形成的回路.对负我R接岔供电,从而保证了负数端获得连续的电流.串联式结构，只/获得低于输入电压的输出电压,因此为降压式变换,例如buck拓扑型开关电源就是属干事联武的开关电源上图是在图1卜a电路的基础上,增加了一个整流二极管和一个1.C港波电路.其中1.是储能逑波电感，它的作用是在限制开关K接通期间Ton限制大电流通过，防止怆入电压Ui干脆加到货我R上,对负载R进行电压冲击，同时对流过电感的电流i1.转化成租能迸行能Ift存储，然后在限制开关T关断期间Toff把机能转化成电流i1.接箭向负载R供应能量添出：C是储能淀波电容,它的作用是在限制开关K接通期间Ton把流过谛能电感1.的部分电液转化成电荷进行存储，然后在限制开关K关断期间Toff把电荷转化成电流接者向负段R供应能量输出：D是整流：极管,主要功能是续流作用，故称它为续流：极的,其作用是在限制开关关断期间Toff.给储能沌波电厚1.解放能量供应电流通路.在限制开关关断期间Toff,储能电超1.将产生反电动势，流过储能电博1.的电流i1.由反电动势o1.的正极流出,通过负我R1再经过续流二极管D的正极，然后从续流二极管D的负极流出,最终回到反电动势e1.的负极.对于图1-2,锻如不看限制开关T和输入电压口,它是个典型的反r型泄波电路,它的作用是把脉动向流电压通过平滑游波输出其平均值.串联式开关电源输出电压UO的平均值Ua为：井岷一一在主回路中，相对于输入推而言，开关器件（下图中所示的开关三极管T）及输出掂负载成并联连接的关系。开关管T交昔工作于通/断两种状态,当开关管T导通时，怆人瑞电源通过开关管T对电感器1.充电，同时续流：极管D关断，负载R靠电容器存偌的电能供电；当开关管T关断时,续流二极管D3通,输入端电源电压及电感器1.中的自感电动势正向登加后,通过续流二极管D对负骏R供电,并同时对电容潺C充电.并联型开关梏压电路主回路由此可见,并联式结构中，可以获得高于输入电压的输出电压,因此为升压式变换，并且为了获得连续的货载电流，井联结构比：1；联结果对输出泄波电容C的容量有更高的要求。例如boots拓扑型的开关电源就是属于并联型式的开关电满!并联开关电源输出电压Uo为：Uo=U,+"，；&=q(1.+7)(1-50)1Off1一0boots拓扑输出电压u。：Uo=Ui(1.+D1.-D)=Ui(1/1D)(D为占空比)1.3. 极性反转型变换器结构(inverting)极性反转一一输出电压及输入电压的极性相反.电路的基本结构特征是：在主回路中，相对于输入端而言，电感器1.及负载成并联.(也是申联式开关电源的种.If1.式率联开关电源)极性反转型换能电路开关管T交杓工作于通/断两种状态，工作过程及并联式结构相像，当开关管T导通时,输入玷电源通过开关管T对电感器1.充电，同时续流二极管D关断，负俄R1.推电容器存储的电能供电：当开关管T关断时,续流二极管D导通.电感;SM.中的自感电动势通过续流二极笆D对负教R1.供电,并同时对电容器C充电：由于线流二极管D的反向极性,使输出端获得相反极性曲电压输出.反转式申岷开关电源输出电压Uo为:Ui×Ui×Du。=廿（由田（127）式可以看出,反转式串联开关电源谕出电压及给人电压及开关接通的时间成正比.及开关关断的时间成反比.2. 离式电路的类S1.隔离-输入端及怆出端电气不相通，通过脉冲变压器的磁偶合方式传递能量,输入输出完全电气隔离，3. 1.单端正激式SingIeFOEardConVertCr（又叫单端正激式变J卡开关电源）单端通过只开关器件单向驱动脉冲变压器（乂叫电激）双激式（双）支压开关电所JW双激式变压器开关电源，就是指在一个工作周期之内，变压器的初娘城做分别被巴流电乐正'反激励两次.及单激式变压涔开关电源不同,双激式变压器开关电源一般在整个工作周期之内，都向负我供应功率输出,双激式变压器开关电源输出功率一般都很大，因此，双激式变乐涔开关电源在一些中、大型电子设备中应用很广泛.这种大功率双激式变压渊开关电源最大怆册功率可以达300瓦以上,收至可以超过100o瓦.推挽式、半桥式、企桥式等交乐器开关电源都属于双激式变压器开关电源.）（单激式变压器开关电源普地应用于小功率电子设备之中,因此，单漱式变压器开关电源应用特别广泛。而双激式变压器开关电源一股用于功率较大的电子设符之中,井旦电路一般也要困难一些.第激式变压器开关电源的缺点是变压湍的体枳比4激式变JI：器开关电源的激大变II：器的体枳大，因为单澈式开关电源的变压器的破芯只工作在思回路曲战的单端，底回路曲线改变的面枳很小.）正激式；就是只仃在开美管峥通的时候，能3才通过变压器或电:咯向他税拜放，节开关关闭的时候，就停止向他我得放能肽，目前属于这种模式的开关电源有：平联式开关电源，buck拓扑结构开关电源.激式变压器开关电源、推免式、半桥式'全桥式都M于正激式模式。反激式：就是在开关管导通的时候存储能状,只有在开关管关断的时候糅放才向负领徉放能1.MF这种模式的开关电源彳i；并取式开关电源、boots、极性反转型变换器、反激式变压器开关电源，正激变出脉冲变压器的原/付边相位关系.确保在开关管导通，驱动脉冲变压器限边时，变压器付边同时对负我供电，所谓正激式变压器开关电源，是指当变压器的初级线图正在被直流电乐激励时.变JK器的次级我圈正好有功率输出.（正激式变压器开关电源是推免式变压器开关电源衍生过来的，推免式有两个限制开关，正澈式改成一个开关限制.）U1.是开关电源的输入电压，N是开关变压器,T是限制开关,1.是储能沌波电那，。是储能滋波电容，D2是续流二极管，D3是削反峥:极管，R1.是负载电阻.对于如不N3利D3EffUittif。来确定.D如不加N3D03就得在受压器初定/BHN1.的两端并联一个RC电跻,用来锻取如E产生的反常式的出能量.要么变仄粉初级线凰，”的反也动势特别诲,很简沽把电源开关管击穿.这个反淑式能最很大.假B川RC电Sft来源玳,能M:叁门门的若侈绰,使开关电源的作效车大大下降。囚此,假如你不等Ig工作效率,也可以不加N3和D3,而加个RC电路.）工作原理：开关省T导通时，D1.也球通,这时电忖向仇载传送能景,滤波电心1.储存能:当开关管T被止时，电感【.通过续流二极管D2接着向负载锋放能骑。在上图中，须要特殊留懑的是开关变压器初、次级跳圈的同名端。假如把开关受压港初线圈或次级线圈的同名端弄反，上图就不再是正激式变压器开关电源了该电路的最大何越是：开关管T交替匚作于通，断两种状态.当开关管关断时,脉冲变出器处于“空我"状态，其中储存的磁能将被枳累到下一个冏期，直至电感器饱和,使开关器件烧毁。图中的1）3及3构成的碣划复位中路，供应了泄放多余超.能的火道IC1正激式变压器开关HI源蝌出电压的瞬态限制特性相对来说比较好.2）正激式变质器开关电源的负载实力相对来说比较强,输出电压的纹波比较小.（说明正激式变压器开关电源的电压和电流输出特性要比反激式变压器开关电源好许多。）缺点：D电路中比反激式变压器开关电源多用一个人储能修波电第，以及个续流极管.2）正激式变东渊开关电源的变压；的体枳要比反激式变质器开关电源的变压器的体积大.3）变出潺初级线困产生的反电动势电乐要比反激式变味推开关电源产生的反电动势电压高.一股正激式变压者开关电源都设置有一个反电动势能收汲取1"1路，如的变压器反馈战圈，3绕组和整流：极管D3.由于反电动势电压离因此，正澈式变压器开关电源在输入电压为沟通220伏的设需中很少运用，或者用两个电源开关管中联来运用2 .2.单端反激式ISing1.eF1.ybackCOnVerter（单流反激式变压卷开关电（所谓反激式变压涔开关电源,是指当变压器的初级现圈正好被直流电压激励时，变压器的次级战圈没有向负我供应功率输出，而仅在变压器初皴线限的激励电压被关断后才向负我供应功率输出，这种变压器开关电源称为反激式开关电源.工作原理：当开关K关闭时，变潺初级N1.有电流Ip1并符能量谛存于其中（e1.1.1.di/dt=Ui或者e1.=N1.ddt=Ui）.由于N1.及N2极性相反,此时二股管D反向偏压而豉止，无能谦传送到货我，当开关K打开时，由楞次定律：（e=-NA4D可知，变压器原边绕加将产生一反向电势，此时二极管D正向导通，负载有电流I1.流通反激式变乐器开关电源的输出电压为:nUin口=7寸。一一输出电压（1-110）I-U（1-110）式中，Uo为反激式变压器开关电源的输出电压Ji变压器初级线偃输入电HtD为限制开关的占空比n为变压涔次级线圈及初级线圈的匝数比.一、反激式转换器的优点有：I.电路简洁比正反激式少用一个大储能注波电糕,以及一个续流二极管，因此,反激式的体积要比正激式变压器开关电源的体积小,且成本也要降低.且能离效供应多路口流输出，因此适合多纲输出要求，3 .转换效率高,损失小.4 .变压器匝数比值较小.1.输入电压在很大的范国内波动时,仍可孑j较稳定的输出，目前已可实现沟通输入在85'265Vftj.无需切换而达到稳定输出的要求.二'反激式转换器的缺点有：1 .电压和电流始出特性要比正激式变压器开关电源整，输出电压中存在较大的纹波.负段调整精度不高，因此输出功率受到限刑,通常应用于150W以下。2 .转换变压器在电流连续（CCM）模式卜工作时,有较大的出流重地，易9欣极芯饱和,所以必常在出路中加入气隙,从而造成变乐潺体枳变大.3 .变压器有直流电液成份，口同时会:作于Ca1./DCM两种模式，故变压器在设计时较困班,反复调整次数较顺向式多，迭代过程较困:C2。3。推挽Pushpu1.1.（变压器中心抽头）式这种电路结构的特点是：时称性结构，脉冲变压器原边是两个对称战圈，两只开关管接成对称关系,轮番通斯工作过程类似于线性放大电路中的乙类推挽功率放大涕.主要优点：变质伏磁芯利用率高（及单端电路相比）、电双电压利用率高（及后面要叙述的半桥电路相比）、输出功率大、两管基极均为低电平，驱动电路简洁.主要缺点:变压涔绕纲利用率低,对开关管的耐乐要求比较高（至少是电源电压的两倍）。2.-1.全桥式Fu1.1.BridgeConverter这种电路结构的特点是：由四只相同的开关管接成电桥结构驱动脉冲变玉器原边.图中TkT1.为一对,由同一批信号驱动，同时导通/关为;T2、T3为另一对，由另一组信号驱动,同时导