開關(guān)電源經(jīng)典問題

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新。目前，開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。

現(xiàn)代開關(guān)電源有兩種：一種是直流開關(guān)電源;另一種是交流開關(guān)電源。

這里主要介紹的只是直流開關(guān)電源，其功能是將電能質(zhì)量較差的原生態(tài)電源(粗電)，如市電電源或蓄電池電源，轉(zhuǎn)換成滿足設(shè)備要求的質(zhì)量較高的直流電壓。直流開關(guān)電源的核心是DC/DC轉(zhuǎn)換器。

因此直流開關(guān)電源的分類是依賴DC/DC轉(zhuǎn)換器分類的。也就是說，直流開關(guān)電源的分類與DC/DC轉(zhuǎn)換器的分類是基本相同的，DC/DC轉(zhuǎn)換器的分類基本上就是直 流開關(guān)電源的分類。

開關(guān)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(cè)的沖擊電流。

輸入濾波器：其作用是過濾電網(wǎng)存在的雜波及阻礙本機(jī)產(chǎn)生的雜波反饋回電網(wǎng)。

整流與濾波：將電網(wǎng)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?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開關(guān)電源的核心部分。

輸出整流與濾波：根據(jù)負(fù)載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。

2、控制電路

一方面從輸出端取樣，與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后去控制逆變器，改變其脈寬或脈頻，使輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測試電路提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)保護(hù)電路鑒別，提供控制電路對電源進(jìn)行各種保護(hù)措施。

3、檢測電路

提供保護(hù)電路中正在運(yùn)行中各種參數(shù)和各種儀表數(shù)據(jù)。

4、輔助電源

實(shí)現(xiàn)電源的軟件(遠(yuǎn)程)啟動，為保護(hù)電路和控制電路(PWM等芯片)工作供電。

下面介紹一些關(guān)于開關(guān)電源經(jīng)典回答。

1、開關(guān)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?

專家解答：如果開關(guān)電源變壓器用銅帶取代漆包線，銅帶(漆包線)的渦流損耗可以大大將小，工作頻率可以相應(yīng)提高，但直流損耗幾乎不變，銅帶允許通過的電流密度一般還是不要超過4.5A/平方毫米。電流密度等于電流除與以導(dǎo)體的截面積，導(dǎo)體的截面積等于厚(0.1mm)乘以寬(銅帶的寬度)。

2、電源開關(guān)交流回路和整流器的交流回路是最容易產(chǎn)生電磁干擾的嗎?

專家解答：開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾最嚴(yán)重的地方是開關(guān)變壓器的初、次級線圈組成的電路，但它的干擾會通過感應(yīng)對其它電路產(chǎn)生輻射和傳導(dǎo)干擾，傳導(dǎo)干擾和輻射干擾最嚴(yán)重的地方是電源線，因?yàn)殡娫淳€很容易成為輻射源的半波振子天線，另外它又與外線路進(jìn)行連接，很容易把干擾信號傳輸給其它設(shè)備。所以在開關(guān)電源的輸入端一定要對電源線進(jìn)行有效隔離。

3、降低變壓器的溫升有什么具體方法?

專家解答：降低變壓溫升的方法一個是降低變壓器磁芯的最大磁通增量(Bm)的取值，因?yàn)樽儔浩鞔判镜膿p耗(磁滯損耗和渦流損耗)與磁通密度的平方成正比;另一個是降低開關(guān)電源的工作頻率，因?yàn)樽儔浩鞔判镜膿p耗(磁滯損耗和渦流損耗)與工作頻率成正比;再一個是降低線圈的損耗，線圈的損耗(主要是渦流損耗)，線圈的渦流損耗與集膚效應(yīng)損耗也與工作頻率成正比，降低線圈的直流損耗必須降低導(dǎo)線的電流密度，一般漆包線的電流密度不能超過4.5A/平方毫米。

4、反激式開關(guān)電源的占空比是如何變化的?

專家解答：反激式開關(guān)電源的占空比主要由輸入電壓和開關(guān)電源管的耐壓來決定，當(dāng)輸入電壓變化時占空比也要跟著變化。例如當(dāng)輸入電壓為AC260V時，如果電源開關(guān)管的耐壓為650V，則占空比大為0.306;當(dāng)輸入電壓為AC170V時，占空比大約為0.5;當(dāng)輸入電壓低于AC170V時，占空比大于0.5。但不管輸入電壓這樣變化，開關(guān)電源都會通過改變占空比來大到穩(wěn)定(或改變)輸出電壓的數(shù)值。

5、正激和反激的區(qū)別主要在哪?

專家解答：正激式開關(guān)電源是電源開關(guān)管導(dǎo)通的時候，電源向負(fù)責(zé)提供功率輸出，而關(guān)斷的時候沒有功率輸出。反激式開關(guān)電源正好相反，電源開關(guān)管導(dǎo)通時只向變壓器存儲能量，沒有給負(fù)載提供功率輸出，僅在電源開關(guān)管關(guān)斷時才向負(fù)載提供輸出。正激式開關(guān)電源輸出電壓是取整流輸出電壓的平均值，反激式開關(guān)電源輸出電壓是取整流輸出電壓的半波平均值，兩種電壓輸出的相位正好相反。

6、能具體講講環(huán)路設(shè)計(jì)嗎?

專家解答：反饋環(huán)路的增益，既不是越大越好，也不是越小越好。當(dāng)反饋環(huán)路的增益過高時，輸出電壓會圍繞著平均值來回跟蹤，輸出電壓上下波動很厲害，增益越高，波動的幅度就越大，嚴(yán)重時會出現(xiàn)振蕩;當(dāng)反饋環(huán)路的增益過低時，輸出電壓又會不穩(wěn)定，因?yàn)殡妷焊櫜坏轿?，會存在一個滯后誤差。

為了使輸出電壓穩(wěn)定，但又不發(fā)生振蕩，一般都把反饋環(huán)路分成三個回路來組成，一個回路用來決定微分增益的大小，另一個回路用來決定積分增益的大小，還有一個是決定直流增益的大小。這樣做的目的是，在誤差信號很小的時候，環(huán)路增益很大，而在誤差小號很大的時候環(huán)路增益又會變小，即誤差放大器的增益是動態(tài)的。仔細(xì)調(diào)節(jié)這三個反饋環(huán)路的增益，就可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源既穩(wěn)定，又不出現(xiàn)振蕩。

7、反激電源開關(guān)MOS如何降到最低?特別是在硬開關(guān)條件下。

專家解答：降低占空比，但占空比太低，電源的工作效率大大降低，電壓調(diào)整范圍也會減小。

8、銅箔損耗占電源損耗比例約為多少?

專家解答：非常小，如果銅箔損耗大，銅箔的溫升會很高，如果超過80度，銅箔的油漆會發(fā)黃。但也只相當(dāng)于一個1～3瓦左右的金屬膜電阻在同樣溫升時的損耗。

9、驅(qū)動波形大小波問題是什么原因引起的??我有款電源，在低壓AC85-120V的時候輸出驅(qū)動都很正常，，當(dāng)電壓變?yōu)?20-150V的時候，驅(qū)動出現(xiàn)大小波，輸出電流明顯下降。當(dāng)電壓再次提升到150V-265V的時候，驅(qū)動波形的頻率完全不對頭了，輸出也不對了。

專家解答：如果你的驅(qū)動電路采用電容或變壓器輸出，會出現(xiàn)這種情況，因?yàn)殡娙莼蜃儔浩鱾鬏敳ㄐ?信號時)，信號中不能含有直流分量，如果含有直流分量，輸出波形將出現(xiàn)嚴(yán)重失真，只有驅(qū)動電路的輸出波形，其占空比為0.5時，輸出波形才不會產(chǎn)生失真，而占空比過大或過小，都會出現(xiàn)失真。

10、想問下關(guān)于整流橋的選擇，不同的功率選怎么樣的整流橋?還有就是我做了一款30W的電源，用了3A700V的整流橋，發(fā)現(xiàn)整流橋很燙，沒幾分鐘溫度就大約有60多度了。這個引起整流橋發(fā)燙的原因有哪些?

專家解答：整流二極管的選擇主要是根據(jù)流過整流二極管的電流大小和耐壓還有工作頻率這三個參數(shù)來決定，進(jìn)行電路參數(shù)設(shè)計(jì)時，流過整流二極管的電流一般只能取標(biāo)稱值(25℃時)的三分之一，因?yàn)榱鬟^整流二極管的工作溫度可能會上升到80℃以上。如果整流二極管的導(dǎo)通和關(guān)斷速度很低，它在電壓反向的情況下還會導(dǎo)通一段時間，即反向電流非常大，這樣整流二極管也會發(fā)熱。你的整流橋發(fā)熱可能屬于后一種情況。

11、反饋環(huán)路設(shè)計(jì)以及補(bǔ)償如何入手?還望老師耐心解答。

專家解答：反饋環(huán)路的增益，既不是越大越好，也不是越小越好。當(dāng)反饋環(huán)路的增益過高時，輸出電壓會圍繞著平均值上下波動，增益越高，波動的幅度就越大，嚴(yán)重時會出現(xiàn)振蕩;當(dāng)反饋環(huán)路的增益過低時，輸出電壓又會不穩(wěn)定。為了使輸出電壓穩(wěn)定，但又不發(fā)生振蕩，一般都把反饋環(huán)路分成三個回路來組成，一個回路用來決定微分增益的大小，另一個回路用來決定積分增益的大小，還有一個是決定直流增益的大小。仔細(xì)調(diào)節(jié)這三個反饋環(huán)路的增益，就可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源既穩(wěn)定，又不出現(xiàn)振蕩。

12、最近在做DC TO DC效率有點(diǎn)低，怎樣解決呢?

專家解答：把工作頻率降低，或把電源開關(guān)管換成一個高速開關(guān)管，另外還可以把變壓器的體積加大，把最大磁通密度(Bm)的取值降低，即把開關(guān)變壓器初級線圈的匝數(shù)增加，因?yàn)殚_關(guān)變壓器的磁滯損耗和渦流損耗與工作頻率成正比，與最大磁通密度增量的平方成正比。

13、老師您好，您是怎么計(jì)算最小直流電壓的?我看了好幾個版本一直找不到最合適的。

專家解答：這里我不太明白你說的“最小直流電壓”是指哪方面?如果是開關(guān)電源的最小輸入直流電壓，一般可根據(jù)最低輸入交流電壓換算得來，比如，最低輸入交流電壓為AC100V(有效值)，則換算為最低直流輸入電壓大約為120V(取平均值)，因?yàn)檎鳛V波后最大值為140V，最低值為100V，取平均值就是120V。

如果最小直流電壓為晶體管自激式開關(guān)電源的正反饋電壓，則此電壓最好選為晶管導(dǎo)通時工作電壓的2倍，而留1倍作為可調(diào)整的余量用。如果最小直流電壓為場效應(yīng)管驅(qū)動電路的最小工作電壓，則此工作電壓最低不能小于16V，因?yàn)椋蠊β蕡鲂?yīng)管深度飽和需要的驅(qū)動電壓都在12V以上(最好為20V)。

14、老師您好，我做的反激式變壓器電源輸出側(cè)有毛刺，且毛刺的頻率和原邊開關(guān)頻率一樣，怎么消除毛刺呢?

專家解答：在次級整流與濾波電容之間串了一個小電感，但電感流過直流時不能飽和，這種電感的磁回路不能用封閉式的，必須要留有很大的氣隙。

15、老師您好!反激式電源開關(guān)頻率如何優(yōu)化選擇? VOR反激電壓如何優(yōu)化設(shè)置，在什么情況下最合適?謝謝!匝比如何 最優(yōu)化計(jì)算?謝謝。

專家解答：反激式開關(guān)電源工作頻率的選擇主要與開關(guān)電源的工作效率和體積大小有關(guān)，而開關(guān)電源的工作效率又主要與開關(guān)電源管、開關(guān)變壓器的損耗(磁滯損耗和渦流損耗)有關(guān)，這兩者的損耗均與頻率成正比。開關(guān)電源管的損耗主要由開通損耗(導(dǎo)通時間損耗)和關(guān)斷損耗(關(guān)斷時間損耗)組成，開關(guān)電源管的導(dǎo)通時間和關(guān)斷時間越長，這兩個損耗就越大。

一般大功率開關(guān)電源管的導(dǎo)通時間和關(guān)斷時間都比小功率開關(guān)電源管的導(dǎo)通時間和關(guān)斷時間長很多，所以大功率開關(guān)電源的工作頻率一般都取得比較低。在考慮開關(guān)電源的工作效率時，如果從開關(guān)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(guān)電源管的損耗大約占總損耗的50%，開關(guān)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(guān)變壓器的匝數(shù)比與輸入輸出電壓的比值有關(guān)，與開關(guān)電源的占空比有關(guān)。

16、老師您好! 初期峰值電流IP 和反激電壓VOR 以及最優(yōu)化的反激電源占空比 如何設(shè)定，謝謝!

專家解答：反激式開關(guān)電源的初、次級線圈產(chǎn)生的反激電壓的大小均與開關(guān)電源的占空比有關(guān)，以及與輸入電壓有關(guān)，在選擇開關(guān)電源的占空比時，必須考慮，初、級線圈產(chǎn)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(guān)管耐壓Bvmax的0.7倍，根據(jù)此條件(Bvmax)就可以計(jì)算反激式開關(guān)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(guān)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(guān)頻率如何優(yōu)化選擇? VOR反激電壓如何優(yōu)化設(shè)置，在什么情況下最合適?謝謝!匝比如何 最優(yōu)化計(jì)算?

專家解答：反激式開關(guān)電源工作頻率的選擇主要與開關(guān)電源的工作效率有關(guān)，而開關(guān)電源的工作效率又主要與開關(guān)電源管、開關(guān)變壓器的損耗(磁滯損耗和渦流損耗)有關(guān)，這兩者的損耗均與頻率成正比。開關(guān)電源管的損耗主要由開通損耗(導(dǎo)通時間損耗)和關(guān)斷損耗(關(guān)斷時間損耗)組成，開關(guān)電源管的導(dǎo)通時間和關(guān)斷時間越長，這兩個損耗就越大。

一般大功率開關(guān)電源管的導(dǎo)通時間和關(guān)斷時間都比小功率開關(guān)電源管的導(dǎo)通時間和關(guān)斷時間長很多，所以大功率開關(guān)電源的工作頻率一般都取得比較低。在考慮開關(guān)電源的工作效率時，如果從開關(guān)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(guān)電源管的損耗大約占總損耗的50%，開關(guān)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(guān)變壓器的匝數(shù)比與輸入輸出電壓的比值有關(guān)，與開關(guān)電源的占空比有關(guān)。

18、老師您好，我做的反激式變壓器電源輸出側(cè)有毛刺，且毛刺的頻率和原邊開關(guān)頻率一樣，怎么消除毛刺呢?

專家解答：在次級整流與濾波電容之間串了一個小電感，但電感流過直流時不能飽和，這種電感的磁回路不能用封閉式的，必須要留有很大的氣隙。

19、老師您好，您是怎么計(jì)算最小直流電壓的?我看了好幾個版本一直找不到最合適的?

專家解答：這里我不太明白你說的“最小直流電壓”是指哪方面?如果是開關(guān)電源的最小輸入直流電壓，一般可根據(jù)最低輸入交流電壓換算得來，比如，最低輸入交流電壓為AC100V(有效值)，則換算為最低直流輸入電壓大約為120V(取平均值)，因?yàn)檎鳛V波后最大值為140V，最低值為100V，取平均值就是120V。

如果最小直流電壓為晶體管自激式開關(guān)電源的正反饋電壓，則此電壓最好選為晶體管導(dǎo)通時工作電壓的2倍，而留1倍作為可調(diào)整的余量用。如果最小直流電壓為場效應(yīng)管驅(qū)動電路的最小工作電壓，則此工作電壓最低不能小于16V，因?yàn)?，大功率場效?yīng)管深度飽和需要的驅(qū)動電壓都在12V以上(最好為20V)。

20、最近在做DC TO DC效率有點(diǎn)低，怎樣解決呢?

專家解答：把工作頻率降低，或把電源開關(guān)管換成一個高速開關(guān)管，另外，還可以把變壓器的體積加大，把最大磁通密度(Bm)的取值降低，即把開關(guān)變壓器初級線圈的匝數(shù)增加，因?yàn)殚_關(guān)變壓器的磁滯損耗和渦流損耗與工作頻率成正比，與最大磁通密度增量的平方成正比。

21、問題： 反饋環(huán)路設(shè)計(jì)以及補(bǔ)償如何入手?還望老師耐心解答。

專家解答：反饋環(huán)路的增益，既不是越大越好，也不是越小越好。當(dāng)反饋環(huán)路的增益過高時，輸出電壓會圍繞著平均值上下波動，增益越高，波動的幅度就越大，嚴(yán)重時會出現(xiàn)振蕩;當(dāng)反饋環(huán)路的增益過低時，輸出電壓又會不穩(wěn)定。為了使輸出電壓穩(wěn)定，但又不發(fā)生振蕩，一般都把反饋環(huán)路分成三個回路來組成，一個回路用來決定微分增益的大小，另一個回路用來決定積分增益的大小，還有一個是決定直流增益的大小。仔細(xì)調(diào)節(jié)這三個反饋環(huán)路的增益，就可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源既穩(wěn)定，又不出現(xiàn)振蕩。