直流開關(guān)電源的分類及主要知識(shí)詳解

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?，F(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(shuō)，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(cè)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(guò)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(cè)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(duì)電源進(jìn)行各種保護(hù)措施。3、檢測(cè)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(dòng)，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(guò)的電流怎么算？比如說(shuō)厚度為0.1mm的銅帶，允許通過(guò)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(guò)的電流密度一般還是不要超過(guò)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(jí)線圈組成的電路，但它的干擾會(huì)通過(guò)感應(yīng)對(duì)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(hào)傳輸給其它設(shè)備。所以在開關(guān)電源的輸入端一定要對(duì)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(gè)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(gè)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(gè)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(guò)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(lái)決定，當(dāng)輸入電壓變化時(shí)占空比也要跟著變化。例如當(dāng)輸入電壓為AC260V時(shí)，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(shí)，占空比大約為0.5；當(dāng)輸入電壓低于AC170V時(shí)，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(huì)通過(guò)改變占空比來(lái)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(shí)候，電源向負(fù)責(zé)提供功率輸出，而關(guān)斷的時(shí)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(shí)只向變壓器存儲(chǔ)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(shí)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(guò)高時(shí)，輸出電壓會(huì)圍繞著平均值來(lái)回跟蹤，輸出電壓上下波動(dòng)很厲害，增益越高，波動(dòng)的幅度就越大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)振蕩；當(dāng)反饋環(huán)路的增益過(guò)低時(shí)，輸出電壓又會(huì)不穩(wěn)定，因?yàn)殡妷焊櫜坏轿?，?huì)存在一個(gè)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(gè)回路來(lái)組成，一個(gè)回路用來(lái)決定微分增益的大小，另一個(gè)回路用來(lái)決定積分增益的大小，還有一個(gè)是決定直流增益的大小。這樣做的目的是，在誤差信號(hào)很小的時(shí)候，環(huán)路增益很大，而在誤差小號(hào)很大的時(shí)候環(huán)路增益又會(huì)變小，即誤差放大器的增益是動(dòng)態(tài)的。仔細(xì)調(diào)節(jié)這三個(gè)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(huì)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(huì)很高，如果超過(guò)80度，銅箔的油漆會(huì)發(fā)黃。但也只相當(dāng)于一個(gè)1～3瓦左右的金屬膜電阻在同樣溫升時(shí)的損耗。9、驅(qū)動(dòng)波形大小波問(wèn)題是什么原因引起的？？我有款電源，在低壓AC85-120V的時(shí)候輸出驅(qū)動(dòng)都很正常，，當(dāng)電壓變?yōu)?20-150V的時(shí)候，驅(qū)動(dòng)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(shí)候，驅(qū)動(dòng)波形的頻率完全不對(duì)頭了，輸出也不對(duì)了。專家解答：如果你的驅(qū)動(dòng)電路采用電容或變壓器輸出，會(huì)出現(xiàn)這種情況，因?yàn)殡娙莼蜃儔浩鱾鬏敳ㄐ危ㄐ盘?hào)時(shí)），信號(hào)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(dòng)電路的輸出波形，其占空比為0.5時(shí)，輸出波形才不會(huì)產(chǎn)生失真，而占空比過(guò)大或過(guò)小，都會(huì)出現(xiàn)失真。10、想問(wèn)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(gè)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(guò)整流二極管的電流大小和耐壓還有工作頻率這三個(gè)參數(shù)來(lái)決定，進(jìn)行電路參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，流過(guò)整流二極管的電流一般只能取標(biāo)稱值（25℃時(shí)）的三分之一，因?yàn)榱鬟^(guò)整流二極管的工作溫度可能會(huì)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(huì)導(dǎo)通一段時(shí)間，即反向電流非常大，這樣整流二極管也會(huì)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(guò)高時(shí)，輸出電壓會(huì)圍繞著平均值上下波動(dòng)，增益越高，波動(dòng)的幅度就越大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)振蕩；當(dāng)反饋環(huán)路的增益過(guò)低時(shí)，輸出電壓又會(huì)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(gè)回路來(lái)組成，一個(gè)回路用來(lái)決定微分增益的大小，另一個(gè)回路用來(lái)決定積分增益的大小，還有一個(gè)是決定直流增益的大小。仔細(xì)調(diào)節(jié)這三個(gè)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(gè)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(jí)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(gè)版本一直找不到最合適的。專家解答：這里我不太明白你說(shuō)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(lái)，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(shí)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(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)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?chǎng)效應(yīng)管深度飽和需要的驅(qū)動(dòng)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(jí)整流與濾波電容之間串了一個(gè)小電感，但電感流過(guò)直流時(shí)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(shí)間損耗）和關(guān)斷損耗（關(guān)斷時(shí)間損耗）組成，開關(guān)電源管的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間越長(zhǎng)，這兩個(gè)損耗就越大。

一般大功率開關(guān)電源管的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間都比小功率開關(guān)電源管的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間長(zhǎng)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(shí)，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(shí)，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(jí)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(shí)，必須考慮，初、級(jí)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(guò)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(shí)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(shí)，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(shí)間損耗）和關(guān)斷損耗（關(guān)斷時(shí)間損耗）組成，開關(guān)電源管的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間越長(zhǎng)，這兩個(gè)損耗就越大。

一般大功率開關(guān)電源管的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間都比小功率開關(guān)電源管的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間長(zhǎng)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(shí)，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(shí)，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(jí)整流與濾波電容之間串了一個(gè)小電感，但電感流過(guò)直流時(shí)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(gè)版本一直找不到最合適的？專家解答：這里我不太明白你說(shuō)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(lái)，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(shí)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(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)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?chǎng)效應(yīng)管深度飽和需要的驅(qū)動(dòng)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(gè)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(jí)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(wèn)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(guò)高時(shí)，輸出電壓會(huì)圍繞著平均值上下波動(dòng)，增益越高，波動(dòng)的幅度就越大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)振蕩；當(dāng)反饋環(huán)路的增益過(guò)低時(shí)，輸出電壓又會(huì)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(gè)回路來(lái)組成，一個(gè)回路用來(lái)決定微分增益的大小，另一個(gè)回路用來(lái)決定積分增益的大小，還有一個(gè)是決定直流增益的大小。仔細(xì)調(diào)節(jié)這三個(gè)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。