開關電源技術的案例
干貨｜PFC電源與開關電源的區別，看完秒懂！
開關電源
開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關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。隨著電力電子技術的發展和創新，使得開關電源技術也在不斷地創新。目前，開關電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用幾乎所有的電子設備，是當今電子信息產業飛速發展不可缺少的一種電源方式。
主要用途
開關電源產品廣泛應用于工業自動化控制、軍工設備、科研設備、LED照明、工控設備、通訊設備、電力設備、儀器儀表、醫療設備、半導體制冷制熱、空氣凈化器，電子冰箱，液晶顯示器，LED燈具，通訊設備，視聽產品，安防監控，LED燈帶，電腦機箱，數碼產品和儀器類等領域。
主要類型
現代開關電源有兩種：一種是直流開關電源；另一種是交流開關電源。
這里主要介紹的只是直流開關電源，其功能是將電能質量較差的原生態電源（粗電），如市電電源或蓄電池電源，轉換成滿足設備要求的質量較高的直流電壓（精電）。直流開關電源的核心是DC/DC轉換器。因此直流開關電源的分類是依賴DC/DC轉換器分類的。也就是說，直流開關電源的分類與DC/DC轉換器的分類是基本相同的，DC/DC轉換器的分類基本上就是直 流開關電源的分類。
直流DC/DC轉換器按輸入與輸出之間是否有電氣隔離可以分為兩類：一類是有隔離的稱為隔離式DC/DC轉換器；另一類是沒有隔離的稱為非隔離 式DC/DC轉換器。
隔離式DC/DC轉換器也可以按有源功率器件的個數來分類。單管的DC/DC轉換器有正激式（Forward）和反激式（Flyback）兩種。
展開 【經驗分享】開關電源，設計電路時該如何選型元器件？
開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關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。隨著電力電子技術的發展和創新，使得開關電源技術也在不斷地創新。目前，開關電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用幾乎所有的電子設備，是當今電子信息產業飛速發展不可缺少的一種電源方式。
Buck電路分析
Buck變換器是一種降壓式非隔離開關電源，當開關管導通時，輸入電源通過電感給輸出供電，同時電感存儲能量；當開關管關斷時，電感通過續流二極管給輸出供電；如此反復即可維持輸出產生一個恒定的電壓。其Buck電路拓撲結構以及電路分析計算見圖1所示。
圖1 Buck電路分析
Boost電路分析
Boost變換器是一種降壓式非隔離開關電源，當開關管導通時，輸入電源通過電感給電感充電，電感存儲能量；當開關管關斷時，輸入電源和電感能量通過續流二極管給輸出供電；如此反復即可維持輸出產生一個恒定的電壓。其Boost電路拓撲結構以及電路分析計算見圖2所示。
展開 干貨 | 一文匯總開關電源經典問答
隨著電力電子技術的發展和創新，使得開關電源技術也在不斷地創新。目前，開關電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用幾乎所有的電子設備，是當今電子信息產業飛速發展不可缺少的一種電源方式。
現代開關電源有兩種：一種是直流開關電源；另一種是交流開關電源。
這里主要介紹的只是直流開關電源，其功能是將電能質量較差的原生態電源（粗電），如市電電源或蓄電池電源，轉換成滿足設備要求的質量較高的直流電壓。直流開關電源的核心是DC/DC轉換器。
因此直流開關電源的分類是依賴DC/DC轉換器分類的。也就是說，直流開關電源的分類與DC/DC轉換器的分類是基本相同的，DC/DC轉換器的分類基本上就是直 流開關電源的分類。
開關電源大致由主電路、 控制電路、檢測電路、輔助電源四大部份組成。
1、主電路
沖擊電流限幅：限制接通電源瞬間輸入側的沖擊電流。
輸入濾波器：其作用是過濾電網存在的雜波及阻礙本機產生的雜波反饋回電網。
整流與濾波：將電網交流電源直接整流為較平滑的直流電。
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。
輸出整流與濾波：根據負載需要，提供穩定可靠的直流電源。
2、控制電路
一方面從輸出端取樣，與設定值進行比較，然后去控制逆變器，改變其脈寬或脈頻，使輸出穩定，另一方面，根據測試電路提供的數據，經保護電路鑒別，提供控制電路對電源進行各種保護措施。
3、檢測電路
提供保護電路中正在運行中各種參數和各種儀表數據。
4、輔助電源
實現電源的軟件（遠程）啟動，為保護電路和控制電路（PWM等芯片）工作供電。
下面介紹一些關于開關電源經典回答
1、開關電源變壓器如果用銅帶取代漆包線，其允許通過的電流怎么算？比如說厚度為0.1mm的銅帶，允許通過的電流怎么算？
展開 分解開關電源中MOS管開關的全過程！
POWER MOSFET 等效模型
MOS管的驅動
在進行驅動電路設計之前，必須先清楚MOS管的模型、MOS管的開關過程、MOS管的柵極電荷以及MOS管的輸入輸出電容、跨接電容、等效電容等參數對驅動的影響。驅動電路的好壞直接影響了電源的工作性能及可靠性，一個好的MOSFET驅動電路的基本要求是：
開關管導通時，驅動電路應能提供足夠大的充電電流使柵源電壓上升到需要值，保證開關管快速開通且不存在上升沿的高頻震蕩。
開關管導通期間驅動電路能保證MOSFET柵源間電壓保持穩定使其可靠導通。
關斷瞬間驅動電路能提供一個低阻抗通路供MOSFET柵源間電壓快速瀉放，保證開關管能快速關斷。
關斷期間驅動電路可以提供一定的負電壓避免受到干擾產生誤導通。
驅動電路結構盡量簡單，最好有隔離 。
POWER MOSFET 驅動保護
1
// POWER MOSFET 驅動電阻的影響
驅動電阻增大，驅動上升變慢，開關過程延長，對EMI有好處，但是開關損耗會增大，因此選擇合適的驅動電阻很重要。
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諧準去磁正激變換器的功率器件設計公式
（1）：諧準去磁正激變換器的電路圖：
（2）：諧準去磁正激變換器的主要穩態規格：
（3）：功率器件的穩態應力：
- 有源開關 S：
- 無源開關 D1，D2：
上述公式是穩態工作時，功率器件上的電壓、電流應力。選擇功率器件時，其電壓耐量可放一個合適的余量（保證最壞情況下的電壓峰值不超過此值），電流耐量則得按器件的結溫降額要求決定、它與外部散熱條件和器件的通態電阻、通態壓降、結電容、反向恢復、結到殼的熱阻等密切相關，是功率器件熱設計的內容，將在以后的欄目中介紹。
7
有源去磁正激變換器的功率器件設計公式
（1）：有源去磁正激變換器的電路圖：
（2）：有源去磁正激變換器的主要穩態規格：
（3）：功率器件的穩態應力：
-- 有源開關 S：
-- 無源開關 D1，D2：
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展開 開關電源中實現脈寬控制集成的核心元件-電源管理IC-IML1942
電源管理集成電路（IC）是一種芯片，負責電子設備系統中電能的轉換、配電、檢測和其他電源管理。其主要負責將源電壓和電流轉換為可由微處理器、傳感器等負載使用的電源。?電源管理芯片（PMIC）的核心工作原理是通過電壓轉換、動態調節和保護機制，為電子設備提供穩定可靠的電能管理。
電源管理芯片的主要作用包括電源管理、充電管理和電池管理。電源管理方面，它能夠轉換電壓和電流以適應不同電子元件和電路的需求，并提供穩定的電源輸出；充電管理方面，它能夠監測和控制設備電池的充電狀態，提供恰當的充電電流和電壓；電池管理方面，它能夠監測和管理設備電池的電量，確保電池的安全和性能。電源管理芯片的工作原理主要基于反饋環路機制，通過感知輸出電壓的變化并與設定的參考電壓進行比較，調整控制信號以改變開關管的導通時間或頻率，從而保持輸出電壓的穩定。
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展開 直流開關電源經典問題解答
開關變壓器的匝數比與輸入輸出電壓的比值有關，與開關電源的占空比有關。
16、老師您好！初期峰值電流IP 和反激電壓VOR 以及最優化的反激電源占空比 如何設定，謝謝！
專家解答：反激式開關電源的初、次級線圈產生的反激電壓的大小均與開關電源的占空比有關，以及與輸入電壓有關，在選擇開關電源的占空比時，必須考慮，初、級線圈產生的反激電壓峰值與工作電壓（輸入電壓）之和不能超過電源開關管耐壓Bvmax的0.7倍，根據此條件（Bvmax）就可以計算反激式開關電源在最高輸入電壓時的最大占空比Dmax。例如，Bvmax為650V的電源開關管，在輸入電壓為AC260V時，其占空比只能選為0.306左右。
17、老師您好！反激式電源開關頻率如何優化選擇？VOR反激電壓如何優化設置，在什么情況下最合適？謝謝！匝比如何 最優化計算？
專家解答：反激式開關電源工作頻率的選擇主要與開關電源的工作效率有關，而開關電源的工作效率又主要與開關電源管、開關變壓器的損耗（磁滯損耗和渦流損耗）有關，這兩者的損耗均與頻率成正比。開關電源管的損耗主要由開通損耗（導通時間損耗）和關斷損耗（關斷時間損耗）組成，開關電源管的導通時間和關斷時間越長，這兩個損耗就越大。
一般大功率開關電源管的導通時間和關斷時間都比小功率開關電源管的導通時間和關斷時間長很多，所以大功率開關電源的工作頻率一般都取得比較低。在考慮開關電源的工作效率時，如果從開關電源的體積和成本等方面考慮，最好選工作效率為80%左右較為合適，此時，開關電源管的損耗大約占總損耗的50%，開關變壓器的損耗大約占總損耗的30%，其余電路的損耗大約占總損耗的20%。開關變壓器的匝數比與輸入輸出電壓的比值有關，與開關電源的占空比有關。
18、老師您好，我做的反激式變壓器電源輸出側有毛刺，且毛刺的頻率和原邊開關頻率一樣，怎么消除毛刺呢？
展開 【干貨分享】開關電源 MOS管損耗
減少MOS管損耗的方法
減小開關損耗一方面要盡可能地制造出具有理想開關特性的器件,另一方面利用新的線路技術改變器件開關時期的波形,如:晶體管緩沖電路,諧振電路,和軟開關技術等。
(1)晶體管緩沖電路(即加吸收網絡技術)
早期電源多采用此線路技術。采用此電路, 功率損耗雖有所減小,但仍不是很理想。①減少導通損耗在變壓器次級線圈后面加飽和電感, 加反向恢復時間快的二極管,利用飽和電感阻礙電流變化的特性, 限制電流上升的速率,使電流與電壓的波形盡可能小地重疊。②減少截止損耗加R 、C 吸收網絡, 推遲變壓器反激電壓發生時間, 最好在電流為0時產生反激電壓,此時功率損耗為0。該電路利用電容上電壓不能突變的特性,推遲反激電壓發生時間。為了增加可靠性,也可在功率管上加R 、C 。但是此電路有明顯缺點:因為電阻的存在,導致吸收網絡有損耗 。
(2)諧振電路
該電路只改變開關瞬間電流波形,不改變導通時電流波形。只要選擇好合適的L 、C ,結合二極管結電容和變壓器漏感, 就能保證電壓為0時,開關管導通或截止。因此, 采用諧振技術可使開關損耗很小。所以, SWITCHTEC 電源開關頻率可以做到術結構380kHz的高頻率。
(3)軟開關技術
該電路是在全橋逆變電路中加入電容和二極管。二極管在開關管導通時起鉗位作用, 并構成瀉放回路, 瀉放電流。電容在反激電壓作用下, 電容被充電, 電壓不能突然增加, 當電壓比較大的時侯, 電流已經為0。
|本文轉載自《KIA半導體》官網
展開 報名 | Ansys 開關電源設計解決方案
開關電源設計涉及電場和電磁學與機械應力、熱和流體的耦合，Ansys可提供一套完整的開關電源設計解決方案，經過多年的市場檢驗，已經在磁性器件設計、半導體器件建模、電磁兼容濾波器設計等方面獲得了客戶的認可。
2022 R1新版本中Maxwell支持多相電機的ECE降階模型生成，改進了感應電機等的效率map圖計算，同時還增強Litz線損耗預測功能，相信會給廣大開關電源客戶帶來更多價值。5月17日，『Ansys 開關電源設計解決方案』網絡研討會即將上線，歡迎開關電源企業設計人員或大型綜合企業的開關電源設計人員預約參會。
時間
5月17日（星期二），16:00-17:00
講師介紹
楊利輝 | Ansys低頻電磁高級應用工程師
多年來從事開關電源電路、磁性器件以及其電磁兼容的仿真及設計，目前在Ansys公司從事開關電源和電機系統方面的技術支持和市場拓展工作。
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