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開關電源范文1
關鍵詞：開關電源；仿真；電磁干擾
在開關電源中，開關管的電壓接近方波，含有豐富的高次諧波，同時，由于開關變壓器的漏電感及分布電容以及開關器件的工作狀態非理想，在高頻開或關時，常常會產生高頻、高壓的尖峰高次諧波振蕩，該諧波通過開關管的散熱器對地之間的分布電容傳送到輸入端；也可以通過變壓器初次級間的耦合電容及變壓器的對地電容通過輸出回路傳送到輸入端。因此，開關電源中存在著較嚴重的電磁干擾。
本文以12V、0.85A的反激式開關電源為例，見圖1，應用仿真軟件Pspice進行研究，仿真分析了開關電源中的電流和電壓的特點，探究了電源的EMC問題的解決策略。
圖1 12V，0.85A的反激式開關電源
圖2 反激式開關電源的Pspice仿真電路
1 開關電路的電流、電壓
下圖3依次是開關管漏源電壓、漏極電流、高頻變壓器原邊電流、RCD吸收電路的電流、漏極對地電容的電流：
圖3
由圖3可以總結出此反激式開關電源波形的幾個特點：（1）波形均為脈沖波形，頻率為40KHz；（2）開關管的導通時間極短，此電路參數下為6uS左右。（3）除開關管的電流，都疊加著振蕩波形，即文獻資料中所說的“振鈴”。
2 由漏電感引起的開關管的電壓尖峰及高頻振蕩
圖4是無RCD鉗位電路時開關管漏源電壓的波形。圖中，開關管截止瞬間的電壓尖峰和高頻振蕩由高頻變壓器的漏感引起，產生了659.055V的瞬間電壓，這同有RCD鉗位電路（圖3）相比（最高電壓為500V左右），高出了159V。
此開關管的額定電壓為600V，且工作在高頻狀態，如果不采取措施，開關管很容易損壞，造成整個電源不能正常工作，作為設備的驅動裝置，這是不允許的。
3 開關管漏極電壓突變引起的干擾電流
由于開關管的漏源電壓極高，且導通和截止的時間極短，使開關管漏極對地等效電容Cp產生了較大的干擾電流。由圖5可知，開關管導通瞬間產生的最大電流為1.8985A，截止瞬間產生的最大電流為377.665mA。
圖5 開關管漏極對地電容的電流波形
Cp在本電路中由開關管的散熱片對地電容、變壓器原邊對地電容、變壓器初次級間的耦合電容、變壓器副邊的對地電容、輸出整流二極管的電容等構成。由于開關電源的共模干擾主要就是漏源高壓的瞬間突變產生的，其電流的大小與漏源電壓的變化率、電容的容量成正比，因此應采取一定的措施減小Cp。
4 輸出電路的仿真分析
輸出電路由整流二極管、濾波電路等構成。 圖6依次為開關管漏源電壓、輸出整流二極管陽極電壓、二極管電流、輸出直流電壓的波形。由圖可知，整流二極管的陽極電壓同開關管的漏極電壓一樣，也存在著瞬間突變，因此產生了干擾電流。
圖6
為了減小輸出端口對傳導騷擾的影響可以采取如下措施：（1） 采用帶屏蔽層的高頻變壓器，減小原副邊的耦合電容。（2） 在輸出“地”與輸入“地”之間跨接一個高頻電容，可以旁路一部分騷擾電流，使流向電源輸入端的干擾電流減小。（3）在輸出電路中加入共模、差模濾波電路，對輸出端的高頻干擾進行抑制。
參考文獻
[1]沙占友等編著.新型單片開關電源設計與應用技術，電子工業出版社，2005.
開關電源范文2
【關鍵詞】電力儀表開關電源TOP260EN
中圖分類號：F407.61 文獻標識碼：A 文章編號：
隨著電力儀表測量精度的不斷提高以及體積越來越小，傳統的線性電源雖然設計簡單方便，使用的器件較少，紋波能滿足儀表設計的要求，但是要求輸出功能變大時，變壓器的體積是很多工程師棘手的問題，而且成本也隨之增加。開關電源體積小、寬輸入電壓，而且使用合適的元器件，合理的PCB布線，同樣也能輸出較好的紋波，價格上也可以接近線性電源，甚至更低。本文基于TOP260EN對電力儀表的開關進行了簡單的設計。
一、TOPSw itch-HX系列芯片介紹
1、芯片性能特點
TOPSwitch-HX系列芯片是美國Power Integrations公司最新推出的一組開關電源集成芯片。它將高壓功率MOSFET、PWM控制器、故障保護電路以及其他控制電路集成到單個CMOS芯片中，具備過壓、欠壓、過流、過熱保護、遠程控制等眾多功能。它廣泛地應用于中小功率開關電源中，使電源損耗更少、電磁干擾更少、體積更小、效率更高、可靠性更高。TOPSwitch-HX系列產品具有以下顯著特點：
(1)將脈寬調制(PWM)控制系統的全部功能集成到三端芯片中，內含脈寬調制器、功率開關場效應管(MOS- FET)、自動偏置電路、保護電路、高壓啟動電路和環路補償電路，通過高頻變壓器使輸出端與電網完全隔離，真正實現了無工頻變壓器、隔離式開關電源的單片集成化，使用安全可靠。
(2)采用漏極開路輸出，并利用控制極反饋電流IC來線性調節占空比實現AC/DC變換的，即屬于電流控制型單片開關電源。
(3)輸入交流電壓和頻率的范圍極寬。作固定電壓輸入時，可選110V/115V/230V交流電，允許變化±15%。在寬電壓范圍輸入時，適配85~265V交流電，但輸出功率峰值POM要比前者降低40%。
(4)它只有三個引出端，能以最簡方式構成無工頻變壓器的單端反激式開關電源。開關頻率的典型值為100 kHz，允許范圍是90 k~110 kHz，占空比調節范圍是1.7%~67%。
(5)電路簡單，電磁干擾小，成本低廉。由于芯片本身功耗很低，電源效率可達80%左右，最高可達90%
2、芯片內部結構圖和引腳功能
TOPSwitch-HX封裝主要分為Y封裝、E封裝、L封裝、M封裝、P和G封裝?，F以圖1(a)所示的E封裝內部結構圖來說明TOPSwitch-HX系列芯片的結構特點，其主要由以下幾部分組成： (1)控制電壓源；(2)帶隙基準電壓源；(3)頻率抖動振蕩器；(4)并聯調整器/誤差放大器；(5)脈寬調制器(含PWM調制器和觸發器)；(6)過電流比較器；(7)門驅動級和輸出級；(8)具有滯后特性的過熱保護電路；(9)關斷/自動重啟動電路；(10)高壓電流源；(11)軟啟動電路；(12)輸入過壓、欠壓檢測及保護電路；(13)電流極限調節器；(14)線路檢測器；(15)線路檢測端和極限電流設定端的內部電路；(16)停止邏輯；(17)開啟電壓為1V的電壓比較器。
（a）內部結構圖
（b）引腳排列圖
圖1TOPSwitch-HX E型封裝的內部結構圖和引腳排列圖
本次設計選用E封裝的TOPSwitch-HX芯片，其
引腳排列如圖1(b)所示，引腳功能如下。
漏極引腳(D)：MOSFET漏極引腳，通過內部高壓電流源為內部電路提供啟動偏置電流。
控制引腳(C)：誤差放大器及反饋電流的輸入腳，與內部并聯調整器相連接，可控制占空比。
極限電流設定端引腳(X)：用于對外部電流設定調整，在此端接上不同的電阻，可使開關電流設定為不同的數值。連接至源極引腳(S)則禁用此引腳的所有功能。
電壓監測引腳(V)：是過壓(OV)、欠壓(UV)、降低DCMAX的線電壓前饋、輸出過壓保護(OVP)、遠程開/關和器件重置的輸入引腳。連接至源極(S)引腳則禁用此引腳的所有功能。
源極引腳(S)：源極連接點，用于高壓功率的回路。它也是初級控制電路的公共點及參考點。頻率引腳(F)：用于選擇開關頻率的輸入引腳，如果連接到源極(S)引腳則開關頻率為132kHz，連接到控制引腳(C)則開關頻率為66kHz。
二、輔助電源的設計
1、設計要求
超聲波發生器對輔助電源的要求是：可靠、穩定、小型、高效率；交流輸入電壓為85~265VAC；適應負載在較大范圍變化；自保護功能齊全。設計技術指標如下，輸入電壓： 85~265V AC(50Hz)；輸出電壓和電流： 3路共地， 20V/2A， 12V/1A， 5V/1A； 1路獨立地5V/1A；輸出電壓紋波：≤1%；電源效率η：≥75%；電壓調整率SV：±1%；負載調整率SI：±1%。
2、電路設計及工作原理
(1)開關電源集成芯片的選取
由設計要求，可確定電源工作方式為反激式，可計算出電源輸出總功率P為62W(P=20×2+12×1+5×1×2=62W)?？紤]到設計時需要留有一定裕量，為此可選用TOP260EN芯片，其最大輸出功率為93W(適配器模式)。以TOP260EN為核心設計的輔助電源如圖2所示。
圖2輔助電源原理圖
(2) EMI濾波電路與輸入整流濾波電路設計
電容C1、C6和電感L1、L2組成EMI濾波電路，其中C6能濾除變壓器一次、二次繞組耦合電容產生的共模干擾。橋塊BR1和電容C2、C4組成一次整流濾波電路，其中C4為開關電源提供去耦，從而降低差模干擾，C2可確保低紋波直流電流進入反激式轉換器級，C2的容量可依照經驗來取值，可取容量為120μF、耐壓為400V的電解電容。
(3) TOP260EN電路的設計
為了減小變壓器和電源的體積，將引腳(F)與引腳(S)短接，使TOP260EN工作在開關頻率為132kHz的全頻方式。電阻R5、R6和R7用來限制功率，保證在輸入電壓波動時維持相對恒定的過載功率。將引腳(V)與直流電壓輸入端之間接入線電壓檢測電阻R(R=R3+R4)，可為TOP260EN提供線電壓前饋信號，一方面保證在直流輸入電壓下降到100V時，輸出沒有干擾，實現欠壓檢測功能；另一方面保證在直流輸入電壓升至450V以上且電壓恢復正常值以前時，使TOP260EN停止工作，防止器件損壞，實現過壓檢測功能。線電壓檢測電阻R可由式(1)和式(2)確定為4MΩ。
UUV=IUVR （1）
UOV=IOVR （2）
式中：UUV、UOV、IUV、IOV分別為TOP260EN的欠壓、過壓、欠壓電流、過壓電流，其數值分別為100V、450V、25μA、112.5μA。
為了吸收TOP260EN關斷時高頻變壓器一次繞組漏感產生的尖峰電壓，以保護MOSFET不受損壞，設計了一個由R8、R9、C5、VR1、D1構成的高效率箝位電路，使漏感中的能量大部分消耗在R8、R9上；同時，通過VR1可將電壓箝位在限定范圍內，使電源在開啟和過載情況下均能滿足要求。VR1選用箝位電壓為180V的瞬態電壓抑制器，D1選用反向耐壓為600V的超快恢復二極管。
(4)變壓器設計
高頻變壓器是開關電源的核心元件，在電路中兼有能量轉換、電壓變換、限流和隔離作用，是整個設計中的難點和關鍵。在設計和制作時，對磁芯材料的選擇、磁芯與線圈的結構、繞制工藝等都要有周密考慮。為了合理選擇變壓器的磁芯，確定初級、次級線圈的線徑、匝數及氣隙等參數，本設計選用開關電源專用設計軟件PI-Expert來計算變壓器參數。磁芯選擇：磁芯材料NC-2H，磁芯類型EE35，相關參BW=15.70mm，ML=0mm，MR=0mm，AE=101.40mm2，ALG=324nH/T2，BM=219mT，BP=303mT，BAC=56mT；氣隙：LG=0.379mm；初級線圈電感量LP=230μH，初級匝數NP為27. 3匝(實際取28匝)，初級線徑為AWG25(0.45mm)，2股并繞，初級漏感LL為6.3μH；反饋繞組匝數NB為6匝，反饋繞組線徑為AWG25(0.45mm)，2股并繞；次級20V/2A繞組匝數為3匝，線徑為AWG25(0.45mm)，2股并繞；次級12V/1A繞組匝數為2匝，線徑為AWG25(0.45mm)，3股并繞； 5V/1A繞組匝數為2匝，線徑為AWG25(0.45mm)， 4股并繞；5V/1A繞組匝數為2匝，線徑為AWG25(0.45mm)。軟件給出的參數都是經過一定優化得到的，故實際設計中優先選用這些推薦參數，實踐證明這樣做是合理且高效的。
(5)輸出整流濾波電路的設計
高頻變壓器的二次側輸出電壓經二極管D2~D5整流后，由電解電容C13~C16濾波，再經電感L3~L6低通濾波后送給電解電容C17~C20，進一步降低直流電壓的交流紋波后向負載輸出。設計時，要選用等效串聯電阻很小的輸出濾波電容，以避免因電容損耗增大而引起的電源可靠性降低。
(6)反饋控制電路的設計
電源能否穩定地工作在額定范圍內，反饋控制電路的設計是很重要的。設計中，對于精度要求較高的5V輸出，采用線性光耦LTY817C和三端精密穩壓器LM431等元件組成電氣隔離式反饋電路，其工作原理是：變壓器次級偏置繞組的輸出電壓經過D6、C11整流濾波后給LTY817C中的接收管U2B提供偏置電壓，5V輸出經電阻分壓器R17、R18獲得取樣電壓，與LM431中的2.5V基準電壓相比較后產生誤差電壓，使LTY817C中發光二極管的工作電流產生相應變化，再通過LTY817C隔離放大去改變控制引腳(C)的電流，從而調節TOP260EN的輸出占空比，達到輸出5V電壓穩定的目的。其中R16為限流電阻，推薦值R16=100Ω；電阻分壓器R18典型值為10kΩ，R17阻值可根據式(4)確定為10kΩ。
R17=10×(5-2.5) /2.5(kΩ)(4)
C8為控制端的旁路電容；C9與R15一起構成尖峰電壓濾波器，使偏置電壓在負載較重時能保持恒定；C21為軟啟動電容； C22和R19構成控制回路的補償元件；另外，本設計還通過VR2、R12、D7、VR3、R20、U3、R13、D8等器件實現可選次級側過壓保護功能。如果某元件出現故障而導致反饋環路開環，偏置繞組電壓將會上升，此時VR2將擊穿并通過R12、D7觸發引腳(V)而啟動過壓保護；同時，輸出端的電壓過高將導致VR3擊穿，并使流經R20和U3A中電流增加，進而使U3B中的電流產生相應變化并經R13和D7觸發引腳(V)而啟動過壓保護。
結束語
本文采用TOP260EN研制了一款單片開關電源，論文給出了電路各部分的詳細設計方法，并進行了參數計算，通過實測結果分析，驗證了理論的可行性，并且產品作為輔助電源應用于某項目中，取得了很好的效果。
參考文獻
[1] 閆群民，馬永翔. 基于TOP225Y的雙輸出開關電源設計[J]. 電源技術應用. 2008(07)
開關電源范文3
關鍵詞開關電源電磁干擾抑制措施耦合
目前，許多大學及科研單位都進行了開關電源EMI（ElectromagneticInterference）的研究，他們中有些從EMI產生的機理出發，有些從EMI產生的影響出發，都提出了許多實用有價值的方案。這里分析與比較了幾種有效的方案，并為開關電源EMI的抑制措施提出新的參考建議。
一、開關電源電磁干擾的產生機理
開關電源產生的干擾,按噪聲干擾源種類來分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來分,可分為傳導干擾和輻射干擾兩種?，F在按噪聲干擾源來分別說明：
1、二極管的反向恢復時間引起的干擾
高頻整流回路中的整流二極管正向導通時有較大的正向電流流過,在其受反偏電壓而轉向截止時,由于PN結中有較多的載流子積累,因而在載流子消失之前的一段時間里,電流會反向流動,致使載流子消失的反向恢復電流急劇減少而發生很大的電流變化(di/dt)。
2、開關管工作時產生的諧波干擾
功率開關管在導通時流過較大的脈沖電流。例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在阻性負載時近似為矩形波,其中含有豐富的高次諧波分量。當采用零電流、零電壓開關時,這種諧波干擾將會很小。另外,功率開關管在截止期間,高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變,也會產生尖峰干擾。
3、交流輸入回路產生的干擾
無工頻變壓器的開關電源輸入端整流管在反向恢復期間會引起高頻衰減振蕩產生干擾。
開關電源產生的尖峰干擾和諧波干擾能量,通過開關電源的輸入輸出線傳播出去而形成的干擾稱之為傳導干擾;而諧波和寄生振蕩的能量,通過輸入輸出線傳播時,都會在空間產生電場和磁場。這種通過電磁輻射產生的干擾稱為輻射干擾。
4、其他原因
元器件的寄生參數，開關電源的原理圖設計不夠完美，印刷線路板（PCB）走線通常采用手工布置，具有很大的隨意性，PCB的近場干擾大，并且印刷板上器件的安裝、放置，以及方位的不合理都會造成EMI干擾。
二、開關電源EMI的特點
作為工作于開關狀態的能量轉換裝置，開關電源的電壓、電流變化率很高，產生的干擾強度較大；干擾源主要集中在功率開關期間以及與之相連的散熱器和高平變壓器，相對于數字電路干擾源的位置較為清楚；開關頻率不高（從幾十千赫和數兆赫茲），主要的干擾形式是傳導干擾和近場干擾;而印刷線路板(PCB)走線通常采用手工布線,具有更大的隨意性,這增加了PCB分布參數的提取和近場干擾估計的難度.
三、EMI測試技術
目前診斷差模共模干擾的三種方法：射頻電流探頭、差模抑制網絡、噪聲分離網絡。用射頻電流探頭是測量差模共模干擾最簡單的方法，但測量結果與標準限值比較要經過較復雜的換算。差模抑制網絡結構簡單（見圖1），測量結果可直接與標準限值比較，但只能測量共模干擾。噪聲分離網絡是最理想的方法，但其關鍵部件變壓器的制造要求很高。
四、目前抑制干擾的幾種措施
形成電磁干擾的三要素是干擾源、傳播途徑和受擾設備。因而,抑制電磁干擾也應該從這三方面著手。首先應該抑制干擾源,直接消除干擾原因;其次是消除干擾源和受擾設備之間的耦合和輻射,切斷電磁干擾的傳播途徑（見圖2）;第三是提高受擾設備的抗擾能力,減低其對噪聲的敏感度。目前抑制干擾的幾種措施基本上都是用切斷電磁干擾源和受擾設備之間的耦合通道，它們確是行之有效的辦法。常用的方法是屏蔽、接地和濾波。
采用屏蔽技術可以有效地抑制開關電源的電磁輻射干擾。例如,功率開關管和輸出二極管通常有較大的功率損耗,為了散熱往往需要安裝散熱器或直接安裝在電源底板上。器件安裝時需要導熱性能好的絕緣片進行絕緣,這就使器件與底板和散熱器之間產生了分布電容,開關電源的底板是交流電源的地線,因而通過器件與底板之間的分布電容將電磁干擾耦合到交流輸入端產生共模干擾,解決這個問題的辦法是采用兩層絕緣片之間夾一層屏蔽片,并把屏蔽片接到直流地上,割斷了射頻干擾向輸入電網傳播的途徑。為了抑制開關電源產生的輻射,電磁干擾對其他電子設備的影響,可完全按照對磁場屏蔽的方法來加工屏蔽罩,然后將整個屏蔽罩與系統的機殼和地連接為一體,就能對電磁場進行有效的屏蔽。電源某些部分與大地相連可以起到抑制干擾的作用。例如,靜電屏蔽層接地可以抑制變化電場的干擾;電磁屏蔽用的導體原則上可以不接地,但不接地的屏蔽導體時常增強靜電耦合而產生所謂“負靜電屏蔽”效應,所以仍以接地為好,這樣使電磁屏蔽能同時發揮靜電屏蔽的作用。電路的公共參考點與大地相連,可為信號回路提供穩定的參考電位。因此,系統中的安全保護地線、屏蔽接地線和公共參考地線各自形成接地母線后,最終都與大地相連.
在電路系統設計中應遵循“一點接地”的原則,如果形成多點接地,會出現閉合的接地環路,當磁力線穿過該回路時將產生磁感應噪聲,實際上很難實現“一點接地”。因此,為降低接地阻抗,消除分布電容的影響而采取平面式或多點接地,利用一個導電平面(底板或多層印制板電路的導電平面層等)作為參考地,需要接地的各部分就近接到該參考地上。為進一步減小接地回路的壓降,可用旁路電容減少返回電流的幅值。在低頻和高頻共存的電路系統中,應分別將低頻電路、高頻電路、功率電路的地線單獨連接后,再連接到公共參考點上。
濾波是抑制傳導干擾的一種很好的辦法。例如,在電源輸入端接上濾波器,可以抑制開關電源產生并向電網反饋的干擾,也可以抑制來自電網的噪聲對電源本身的侵害。在濾波電路中,還采用很多專用的濾波元件,如穿心電容器、三端電容器、鐵氧體磁環,它們能夠改善電路的濾波特性。恰當地設計或選擇濾波器,并正確地安裝和使用濾波器,是抗干擾技術的重要組成部分。
EMI濾波技術是一種抑制尖脈沖干擾的有效措施,可以濾除多種原因產生的傳導干擾。圖3是一種由電容、電感組成的EMI濾波器,接在開關電源的輸入端。電路中,C1、C5是高頻旁路電容,用于濾除兩輸入電源線間的差模干擾;L1與C2、C4;L2與C3、C4組成共模干擾濾波環節,用于濾除電源線與地之間非對稱的共模干擾;L3、L4的初次級匝數相等、極性相反,交流電流在磁芯中產生的磁通相反,因而可有效地抑制共模干擾。測試表明,只要適當選擇元器件的參數,便可較好地抑制開關電源產生的傳導干擾。
五、目前開關電源EMI抑制措施的不足之處
現有的抑制措施大多從消除干擾源和受擾設備之間的耦合和輻射,切斷電磁干擾的傳播途徑出發，這確是抑制干擾的一種行之有效的辦法，但很少有人涉及直接控制干擾源,消除干擾，或提高受擾設備的抗擾能力，殊不知后者還有許多發展的空間。
六、改進措施的建議
我認為目前從電磁干擾的傳播途徑出發來抑制干擾，已漸進成熟。我們的視點要回到開關電源器件本身來。從多年的工作實踐來看，在電路方面要注意以下幾點：
(1)印制板布局時,要將模擬電路區和數字電路區合理地分開,電源和地線單獨引出,電源供給處匯集到一點;PCB布線時,高頻數字信號線要用短線,主要信號線最好集中在PCB板中心,同時電源線盡可能遠離高頻數字信號線或用地線隔開。其次，可以根據耦合系數來布線，盡量減少干擾耦合。（見表1）
(2)印制板的電源線和地線印制條盡可能寬,以減小線阻抗,從而減小公共阻抗引起的干擾噪聲。
(3)器件多選用貼片元件和盡可能縮短元件的引腳長度,以減小元件分布電感的影響。
開關電源范文4
摘要：開關電源高頻小型
1引言
隨著電力電子技術的告訴發展，電力電子設備和人們的工作、生活的關系日益密切，而電子設備都離不開可靠的電源，進入80年代計算機電源全面實現了開關電源化，率先完成計算機的電源換代，進入90年代開關電源相繼進入各種電子、電器設備領域，程控交換機、通訊、電子檢測設備電源、控制設備電源等都已廣泛地使用了開關電源，更促進了開關電源技術的迅速發展。開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關晶體管開通和關斷的時間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈沖寬度調制（PWM）控制IC和MOSFET構成。開關電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點上，反而高于開關電源，這一成本反轉點。隨著電力電子技術的發展和創新，使得開關電源技術在不斷地創新，這一成本反轉點日益向低輸出電力端移動，這為開關電源提供了廣泛的發展空間。
開關電源高頻化是其發展的方向，高頻化使開關電源小型化，并使開關電源進入更廣泛的應用領域，非凡是在高新技術領域的應用，推動了高新技術產品的小型化、輕便化。另外開關電源的發展和應用在節約能源、節約資源及保護環境方面都具有重要的意義。
2開關電源的分類
人們的開關電源技術領域是邊開發相關電力電子器件，邊開發開關變頻技術，兩者相互促進推動著開關電源每年以超過兩位數字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發展。開關電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類，DC/DC變換器現已實現模塊化，且設計技術及生產工藝在國內外均已成熟和標準化，并已得到用戶的認可，但AC/DC的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進程中，碰到較為復雜的技術和工藝制造新問題。以下分別對兩類開關電源的結構和特性作以闡述。
2.1DC/DC變換
DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調制方式Ts不變，改變ton（通用），二是頻率調制方式，ton不變，改變Ts（易產生干擾）。其具體的電路由以下幾類摘要：
（1）Buck電路——降壓斬波器，其輸出平均電壓Uo小于輸入電壓Ui，極性相同。
（2）Boost電路——升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于輸入電壓Ui，極性相同。
（3）Buck-Boost電路——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于或小于輸入電壓Ui，極性相反，電感傳輸。
（4）Cuk電路——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于或小于輸入電壓UI,極性相反，電容傳輸。
當今軟開關技術使得DC/DC發生了質的飛躍，美國VICOR公司設計制造的多種ECI軟開關DC/DC變換器，其最大輸出功率有300W、600W、800W等，相應的功率密度為（6、2、10、17）W/cm3，效率為（80-90）%。日本NemicLambda公司最新推出的一種采用軟開關技術的高頻開關電源模塊RM系列，其開關頻率為（200~300）kHz，功率密度已達到27W/cm3，采用同步整流器（MOS-FET代替肖特基二極管），是整個電路效率提高到90%。
2.2AC/DC變換
AC/DC變換是將交流變換為直流，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負載的稱為“整流”，功率流由負載返回電源的稱為“有源逆變”。AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電，因必須經整流、濾波，因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的，同時因碰到平安標準（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、FCC、CSA），交流輸入側必須加EMC濾波及使用符合平安標準的元件，這樣就限制AC/DC電源體積的小型化，另外，由于內部的高頻、高壓、大電流開關動作，使得解決EMC電磁兼容新問題難度加大，也就對內部高密度安裝電路設計提出了很高的要求，由于同樣的原因，高電壓、大電流開關使得電源工作消耗增大，限制了AC/DC變換器模塊化的進程，因此必須采用電源系統優化設計方法才能使其工作效率達到一定的滿足程度。
AC/DC變換按電路的接線方式可分為，半波電路、全波電路。按電源相數可分為，單項、三相、多相。按電路工作象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。
3開關電源的選用
開關電源在輸入抗干擾性能上，由于其自身電路結構的特征（多級串聯），一般的輸入干擾如浪涌電壓很難通過，在輸出電壓穩定度這一技術指標上和線性電源相比具有較大的優勢，其輸出電壓穩定度可達（0.5~1）%。開關電源模塊作為一種電力電子集成器件，在選用中應注重以下幾點摘要：
3.1輸出電流的選擇
因開關電源工作效率高，一般可達到80%以上，故在其輸出電流的選擇上，應準確測量或計算用電設備的最大吸收電流，以使被選用的開關電源具有高的性能價格比，通常輸出計算公式為摘要：
Is=KIf
式中摘要：Is—開關電源的額定輸出電流；
If—用電設備的最大吸收電流；
K—裕量系數，一般取1.5~1.8；
3.2接地
開關電源比線性電源會產生更多的干擾，對共模干擾敏感的用電設備，應采取接地和屏蔽辦法，按ICE1000．EN61000．FCC等EMC限制，外形開關電源均采取EMC電磁兼容辦法，因此開關電源一般應帶有EMC電磁兼容濾波器。如利德華福技術的HA系列開關電源，將其FG端子接大地或接用戶機殼，方能滿足上述電磁兼容的要求。
3.3保護電路
開關電源在設計中必須具有過流、過熱、短路等保護功能，故在設計時應首選保護功能齊備的開關電源模塊，并且其保護電路的技術參數應和用電設備的工作特性相匹配，以避免損壞用電設備或開關電源。
4開關電源技術的發展動向
開關電源的發展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。由于開關電源輕、小、薄的關鍵技術是高頻化，因此國外各大開關電源制造商都致力于同步開發新型高智能化的元器件，非凡是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體（Mn-Zn）材料上加大科技創新，以提高在高頻率和較大磁通密度（Bs）下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項關鍵技術。SMT技術的應用使得開關電源取得了長足的進展，在電路板兩面布置元器件，以確保開關電源的輕、小、薄。開關電源的高頻化就必然對傳統的PWM開關技術進行創新，實現ZVS、ZCS的軟開關技術已成為開關電源的主流技術，并大幅提高了開關電源工作效率。對于高可靠性指標，美國的開關電源生產商通過降低運行電流，降低結溫等辦法以減少器件的應力，使得產品的的可靠性大大提高。
開關電源范文5
Abstract: The paper introduces the principle of switch power which is composed by current control type PMW UC3842 and analyzes the shortage of protective circuit and proposes an improving idea.
關鍵詞：UC3842；開關電源；保護電路
Key words: UC3842; switch power; protective circuit
中圖分類號：TM56 文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2010）36-0183-01
1UC3842的典型應用
UC3842的典型應用電路，該電路主要由橋式整流電路，高頻變壓器，MOS功率管以及電流型脈寬調制芯片UC3842構成。其工作原理為：220V的交流電經過橋式整流濾波電路后，得到大約+300V的直流高壓，這一直流電壓被MOS功率管斬波并通過高頻變壓器降壓，變成頻率為幾十kHz的矩形波電壓，再經過輸出整流濾波，就得到了穩定的直流輸出電壓。其中高頻變壓器的自饋線圈N2中感應的電壓，經D2整流后所得到的直流電壓被反饋到UC3842內部的誤差放大器并和基準電壓比較得到誤差電壓Vr，同時在取樣電阻R11上建立的直流電壓也被反饋到UC3842電流測定比較器的同柑輸入端，這個檢測電壓和誤差電壓Vt相比較，產生脈沖寬度可調的驅動信號，用來控制開關功率管的導通和關斷時間，以決定高頻變壓器的通斷狀態，從而達到輸出穩壓的目的。R5用來限制C8產生的充電峰值電流。考慮到Vi及Vref上的噪聲電壓也會影響輸出的脈沖寬度，因此，在UC3842的腳7和腳8上分別接有消噪電容C4和C2。R7是MOS功率管的柵極限流電阻。另外，在UC3842的輸入端與地之間，還有34V的穩壓管，一旦輸入端出現高壓，該穩壓管就被反向擊穿，將Vi鉗位于34V，保護芯片不致損壞。
2UC3842保護電路的缺陷
2.1 過載保護的缺陷當電源過載或輸出短路時，UC3842的保護電路動作，使輸出脈沖的占空比減小，輸出電壓降低，UC3842的供電電壓也跟著降低，當低到UC3842不能工作時，整個電路關閉，然后通過R6扦始下一次啟動過程。這種保護被稱為“打嗝”式（hiccup）保護。在這種保護狀態下，電源只工作幾個開關周期，然后進入很長時間(幾百ms到幾s)的啟動過程，因此，它的平均功率很低。但是，由于變壓器存在漏感等原因，有的開關電源在每個開關周期都有很高的開關尖峰電壓，即使在占空比很小的情況下，輔助供電電壓也不能降到足夠低，所以不能實現理想的保護功能。
2.2 過流保護的缺陷UC3842的過流保護功能是通過腳3實現的。當腳3上檢測的電壓高于lV時，就會使UC3842內部的比較器翻轉，將PWM鎖存器置零，使脈沖調制器處于關閉狀態，從而實現了電路的過流保護。由于檢測電阻能感應出峰值電感電流，所以自然形成逐個脈沖限流電路，只要檢測電阻上的電平達到lV，脈寬調制器立即關閉，因此這種峰值電感電流檢測技術可以精確限制輸出的最大電流，使得開關電源中的磁性元件和功率器件不必設計較大的余量，就能保證穩壓電源的工作可靠。但是，通常我們采用的采樣電阻都是金屬膜或氧化膜電阻，這種電阻是有感的，當電流流過取樣電阻時，就會感生一定的感性電壓。這個電感分量在高頻時呈現的阻抗會很大，因此它將消耗很大的功率。隨著頻率的增加，流過取樣電阻的電流有可能在下一個振蕩周期到來之前還沒放完，取樣電阻承受的電流將越來越大，這樣將會引起UC3842的誤操作，甚至會引起炸機。因此，UC3842的這種過流保護功能有時難以起到很好的保護作用，存在著一定的缺陷。
2.3 電路穩定性的缺陷電路中，當電源的占空比大于50％，或變壓器工作在連續電流條件下時，整個電路就會產生分諧波振蕩，引起電源輸出的不穩定。變壓器中電感電流的變化過程：沒在t0時刻，開關開始導通，使電感電流以斜率m1上升，該斜率是輸入電壓除以電感的函數。t1時刻，電流取樣輸入達到由控制電壓建立的門限，這導致開關斷開，電流以斜率m2衰減，直至下一個振蕩周期。如果此時有一個擾動加到控制電壓上，那么它將產生一個I，這樣我們就會發現電路存在著不穩定的情況，即在一個固定的振蕩器周期內，電流衰減時閘減少，最小電流開關接通時刻t2上升了I+Im2/m1，最小電流在下一個周期t3減小到（I+Im2/m4）（m2/m1），在每一個后續周期，該擾動m2/m1被相乘，在開關接通時交替增加和減小電感電流，也許需要幾個振蕩器周期才能使電感電流為零，使過程重新開始，如果m2/m1大于1，變換器將會不穩定。
3保護電路的改進
針對上述分析，改進電路該電路具有：①通過在UC3842的采樣電壓處接入一個射極跟隨器，從而在控制電壓上增加了一個與脈寬調制時鐘同步的人為斜坡，它可以在后續的周期內將I擾動減小到零。因此，即使系統工作在占空比大于50％或連續的電感電流條件下，系統也不會出現不穩定的情況。不過該補償斜坡的斜率必須等于或略大于m2/2，系統才能具有真正的穩定性。②取樣電阻改用無感電阻。無感電阻是一種雙線并繞的繞線電阻，其精度高且容易做到大功率。采用無感電阻后，其阻抗不會隨著頻率的增加而增加。這樣，即使在高頻情況下取樣電阻所消耗的功率也不會超過它的標稱功率，因此也就不會出現炸機現象。③反饋電路改用TL43l加光耦來控制。我們都知道放大器用作信號傳輸時都需要傳輸時間，并不是輸出與輸入同時建立。如果把反饋信號接到UC3842的電壓反饋端，則反饋信號需連續通過兩個高增益誤差放大器，傳輸時間增長。由于TL431本身就是一個高增益的誤差放大器，因此，直接采用腳1做反饋，從UC3842的腳8（基準電壓腳）拉了一個電阻到腳l，腳2通過R18接地。這樣做的好處是，跳過了UC3842的內部放大器，從而把反饋信號的傳輸時間縮短了一半，使電源的動態響應變快。另外，直接控制UC3842的腳l還可簡化系統的頻率補償以及輸出功率小等問題。
4實驗結果
UC3842檢測電阻的電壓波形和采樣信號波形：經過改進后的電路，其采樣信號的波形緊緊跟隨檢測電阻的電壓波形，沒有出現非常大的尖峰電壓。因此，該電路能有效避免因變壓器漏感等異常干擾引起的電源誤操作的問題，也能有效避免因電源占空比過大而引起的系統不穩定的問題。
開關電源范文6
【關鍵詞】開關電源;保護措施;分析
引言
開關電源由于具有體積小、質量輕、效率高、輸出穩定靈活等優點，在各個領域得到廣泛應用。電源系統在整個電子系統中，是一個比較重要的不見，它的穩定運行對于整個系統都有著相關的關系。因此，對其的安全保護措施的分析是一個重要的課題。
1.開關電源原理
高頻開關電源由以下幾個部分組成：
1.1 主電路
從交流電網輸入、直流輸出的全過程，包括：①輸入濾波器：其作用是將電網存在的雜波過濾，同時也阻礙本機產生的雜波反饋到公共電網。②整流與濾波：將電網交流電源直接整流為較平滑的直流電，以供下一級變換。③逆變：將整流后的直流電變為高頻交流電，這是高頻開關電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越校。④輸出整流與濾波：根據負載需要，提供穩定可靠的直流電源。
1.2 控制電路
一方面從輸出端取樣，經與設定標準進行比較，然后去控制逆變器，改變其頻率或脈寬，達到輸出穩定，另一方面，根據測試電路提供的數據，經保護電路鑒別，提供控制電路對整機進行各種保護措施。
1.3 檢測電路
除了提供保護電路中正在運行中各種參數外，還提供各種顯示儀表數據。
1.4 輔助電源
提供所有單一電路的不同要求電源。開關控制穩壓原理開關K以一定的時間間隔重復地接通和斷開，在開關K接通時，輸入電源E通過開關K和濾波電路提供給負載RL，在整個開關接通期間，電源E向負載提供能量;當開關K斷開時，輸入電源E便中斷了能量的提供。可見，輸入電源向負載提供能量是斷續的，為使負載能得到連續的能量提供，開關穩壓電源必須要有一套儲能裝置，在開關接通時將一部份能量儲存起來，在開關斷開時，向負載釋放。
改變接通時間TON和工作周期比例亦即改變脈沖的占空比，這種方法稱為“時間比率控制”。
1.5 開關電源原理框圖見圖1所示。
圖1 開關電源原理框圖
（1）通電瞬間，燈泡閃亮一下后，逐漸熄滅，則電源從輸入至整流濾波均正常，故障應在后面電路。否則電源保險或輸入濾波電感開路。
（2）若整流濾波電路正常，則檢測開關管兩端是否有310V電壓，若無，則取樣電阻RO或變壓器初級開路。
（3）若開關管電壓正常，則檢測開關管驅動電路是否有幾伏至十幾伏電壓，若無則檢測啟動電阻和驅動電路。
（4）若驅動有電壓，開關管正常，則自激繞組有故障或反饋電路有故障。
（5）若燈泡常亮，則開關管擊穿（短路）或整流橋擊穿（短路）。
（6）若燈泡周期性亮滅，則負載有短路故障，可著重檢測負載。
（7）若更換開關管多次擊穿，則檢測峰值電壓消除電路及負載是否有開路故障。
（8）經過上述維修步驟并檢測負載電壓基本正常后，即可閉合開關K，再次檢測時若輸出正常，則說明開關電源已修復。
2.影響開關電源可靠性的因素
2.1 環境溫度對元器件的影響
環境溫度對半導體、電容、電阻等元器件的可靠性均有很大影響。如表1所示，當溫度從20℃增加到80℃時，硅三極管（在PD/PR=0.5負荷設計條件下）失效率增加了30倍;電容（在UD/UR=0.65負荷設計條件下）失效率增加了14倍;電阻器（在PD/PR=0.5負荷設計條件下）失效率增加了4倍。
2.2 負載率對元器件的影響
負載率對元器件失效率的影響同樣很明顯。以電阻器為例，在環境溫度為50℃條件下，其PD/PR對電阻器失效率的影響，當PD/PR=0.8時，失效率比PD/PR=0.2時增加了8倍。
同樣，在環境溫度為50℃條件下，當PD/PR=0.8時，半導體器件失效率比PD/PR=0.2時增加1000倍。因此，在開關電源的設計和使用時，應盡量避免其負載率過大而導致電源故障。
3.開關電源中的具體保護措施探究
3.1 開關電源中的整機保護分析
通過上文對于開關電源的相關分析，結合實際的電源裝置的需要進而對報警措施來加以確定，對于開關電源的報警措施主要可以分為光報警以及有聲報警兩種。光報警能夠比較明顯的指出故障的部位以及類型，而有聲報警則是安裝在不容易看到的一些部位，能夠指引工作人員進行事后的處理。在電源當中如果加設了保護電路之后就會對整個的系統可靠性有一定的影響，所以就對電路本身的可靠性保護要求較高，從而才能夠有效的提高電源系統的可靠性。在對開關電源的保護在邏輯上要比較的嚴密，電路盡可能的簡單化，所用的元件也要對應的要少，對于維修的難度以及電源的損壞程度也要進行詳細的考慮。
3.2 開關電源過電流保護措施
根據圖2可知，這一電路主要就是通過三極管以及分壓電阻構成，當在正常的工作中所經過的R4以及R5起到了分壓的作用，這樣就會使得三極管基極電位要比發射極電位高出很多，發射極承受反向的電壓，當出現了截止狀態的時候對于穩壓的電路是沒有什么影響的，而出現短路狀態時候所輸出的電壓值為零，發射極為接地，出現短路，處于截止狀態從而對電流進行切斷，達到保護的目的。
圖2 過電流保護電路圖
3.3 對浪涌電流電路的保護措施
對于開關電源的輸入電路基本都是采用的電容濾波型的整流電路，當處在進線的電源合閘的瞬間在電容器上的初始電壓基本為零，當對其進行充電的時候就會造成很大的浪涌電流，尤其是功率較大的開關電源所用的電容器，這樣就會很容易造成輸入熔斷器燒斷以及合閘開關觸點燒損的情況發生，造成整流橋過流損壞，對于開關電源會造成無法工作的后果，對其設置涌浪電流的抑制措施能夠有效的防治這一類情況的發生，從而正常的使其工作，最為常用的方法措施有熱敏電阻保護法，晶閘管保護法，繼電器保護法。
3.4 開關電源過電壓保護措施
在開關電源的穩壓器過電壓的保護有兩種，即：過電壓保護、輸出過電壓保護。對于開關穩壓器使用的未穩壓的電源電壓倘若太高就會使得穩壓器不能進行正常的工作，還有可能對于內部器件發生損壞，所以對于輸入電壓保護電路的使用比較的有必要。
4.結束語
在開關電源中，有時由于其可靠性較低的緣故，會對整個設施產生嚴重的影響，因此，就需要采取相應的保護措施。根據實際的情況的需要，選擇合理有效的措施，從而對開關電源的安全起到保險的效果。
參考文獻
[1]牛春遠.開關電源的電磁兼容性研究[D].廣東工業大學，2013.
