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DZ059 开关电源 应用 POS 电源 设计

资源描述：

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内容简介：

开关电源参考手册前言每一种新的电子产品，除非它本身自带有电池供电，否则都需要将外部115V或230V的交流电转换成某一特定大小的直流电来为其供电。这里一些实用的设计和应用方面的信息以及一些用于开关电源设计的高集成度半导体控制集成电路可以帮助设计者方便快速的实现这一转换功能。不论你是不是一个有经验的电源设计者，或是第一次自己设计开关电源，或是相关负责人又或者只是找些相关的内容，SWICHMODEPower Supplies Reference Manual and Design Guide这本书里面各种各样的资源都将让你感觉有莫大的帮助。自从70年代中期我们介绍了专门为开关电源设计的功率三极管和整流器以来，ON半导体厂商已经成为开关电源半导体产品的主要提供者。我们将这些产品统称为SWICHMODE产品。使用ON半导体设计的开关电源因此被称为SWICHMODE电源，简称为SMPS（SWICHMODE Power Supply）。这本手册为那些还不是资深专家但是想要获得更多开关电源设计方面有用信息的人提供了许多开关电源设计方面有价值的背景资料，而且它还提供了真实的SMPS样品图，另外，它还为那些虽然已是专家但还想加深他们技术和经验的人提供了一些从ON半导体厂商得来的应用资料及一些附加的设计资料，还有一些从各种出版社和站点收集来的有用资料手册。此外，这本书里面还提供了很多从ON半导体厂商得来的关于设计SMPS的模拟集成芯片、功率晶体管、整流器和其他一些分立器件的清单及简要描述。这里面包括有我们最新的GREENLINE系列，简易开关管、高压集成芯片（VHVICs）、高效率HDTMOS和 HVTMOS、功率场效应管，还有选择范围很广的封装分立器件。想了解更多最新的资料和更多开关电源和电源管理设备方面的模拟和分立器件，请登录我们的站点：（）。每个人都要了解的开关电源（By Marty Brown）简要介绍总的来说，无论是对于企业或者是整个社会来说，大家都不断地追求更高效率的电源功率转换。对于电源设计者来说，开关电源不仅能够提供更高的效率，而且它有更好的适用性。近来在半导体方面、电磁兼容和反馈技术方面的不断进步，使得开关电源在当今电源适配器领域越来越受青睐。这本指导书旨到给那些有志的电源设计者作一个开关电源设计知识的总体介绍。它介绍了开关电源设计中比较常用的几种拓扑结构的基本操作及相关的参数计算，还提供了电路设计技巧，以及如何选择合适的半导体器件和反馈元件。这本指导书还列举了开关电源ON半导体器件的结构特点。线性电源与开关电源的比较以往线性的电压适配器是提供一个特定输出电压的主要方法。它是靠线性地控制电源功率功率传输设备中的传导率来实现将输入的高电压转变为低电压供给负载的。这种电路中，负载电流持续地流经高压转换电路单元，即电压调整管。这一路中在电压调整管上的功率损耗（）使得线性电源只有3050的转换效率。这意味着有一瓦特的功率提供给负载的同时就有一瓦特的功率是转为热能损耗掉。散热片的成本使得实际应用中线性电源不适合用于10W以上的小型应用电路。然而，除此之外，在降压型设备中它们的成本显得特别高。开关调整管是通过导通和截止两种不同状态来实现功率传输。因此，导通时，虽有大电流流过调整管但其两端压降很小，而截止时，虽然调整管两端压降很大但是没有电流流过。这就使得整个转换过程中损耗在转换电路的功率非常小。所以，开关电源的优势就是无论输入电压是多少，都能保持7090的转换效率。高集成度电路的实现已经不断降低开关电源的设计成本，这使得在10W以上的系统电路或要求多路输出的系统电路中，越来越多的人选择使用开关电源。基本变换正激模式变换电路原理最基本的正激模式变换器就是图1中所示的降压型变换器。图1 降压型变换它的工作情况可以分成两个时刻来研究，即开关管导通与截止两种情况。当开关管导通时，输入电压直接输入到电感器上，所以电感器的输出就是电路的输出电压，而这时整流器（即整流二极管）则是反向偏压的，所以是截止的。在这个时候，由于输入电压持续加在电感器上，所以电感器中开始产生线性增长的电流，表示为：i=(-)*t/L。在开关管导通期间，电源的能量以磁能的形式储存在核心器件电感器中。电感器中储存有足够的能量以便在下个时刻，即开关管截止的时候提供给负载使用。下个时刻就是开关管截止的时候。当开关管截止时，电感器的输入电压消失，并被续流二极管所钳位。此时电流开始通过续流二极管流向负载，保持负载的电流持续不断。这一过程的电流是由刚才储存在电感器中的磁能转化而来。此时电感器中的电流表示为：i=(-)*/L。这一过程持续到下一个开关管导通的时刻。就这样，通过改变开关管的导通和截止时间就可以改变输出电压的大小。它们之间的关系大致可以用下式表示：*，其中，是占空比t/（t）。降压型变换器可以产生千瓦以上的输出功率，但它有个致命的缺陷，那就是万一开关电源发生短路故障时，此时由于输入电压直接加到负载电路，这将产生可怕的后果。为了避免这种情况，通常在输出端设计一下闭合反馈短路保护回路。这个电路实际上是一个闭合的可控硅整流器，当负载端由于输入了个过高的异常电压时，这个保护回路将启动工作（即拉低驱动开关管的芯片电压，使开关管停正工作，整个电路自动断开，得重新上电才能继续工作）。所以，降压型变换器只适合于固定电平调整电路。升压型或推动模式变换器原理最基本的推动式变换器就是升压型变换器了。它的示意图如图2所示。图2 升压型变换器它的工作情况也是可以分成开关管导通和截止两个不同的时刻来研究。当开关管导通时，输入电压直接加到电感器上，这使得电路电流由零开始线性增长，可用下式表示：(*)/L 。同样地，这一过程中能量储存在电感器当中。在每次循环导通时间里储存在电感器中的总能量一定要大于负载要求的输出功率，即0.5*L*。随后开关管截止，电感器一端接到输入电压，另一端被整流二极管钳位在输出端。些时电流开始线性下降注入负载，直到储存在电感器中的能量全部传到负载为止。它的电流流动波形如图3所示，大小可以表示为：。升压型变换器同样只适用于固定电平调整电路。图3 升压型变换器电压电流波形常见的拓扑结构拓扑结构指的是开关电源电路中各元器件及磁性元件的摆放结构。每一种拓扑结构都有实现某一特定应用功能的特点。以下一些因素是决定某一种拓扑结构是否适合于一种特定的应用：（1）是否能使得输入与输出实现电气隔离。（2）输入到电感器或变换电路的电压是多少。（3）流过功率半导体（即开关管）的尖锋电流有多大。（4）是不是要求实现多路输出功能。（5）功率半导体的输出电压有效值是多少。设计者首先面要选择是否要求实现输入到输出的隔离变换。非隔离开关电源主要用于电路中具有有绝缘隔离器件的固定电平调整电路。非隔离开关电源也可以用于出现故障时输入电压不会直接加到敏感负载电路的系统。而隔离变换器可以用于任何场合。比较常用的场合是多路输出电路。这种变换器可以用一种简单的方法实现开关电源的多路输出。那些设计电源系统的公司都尽可能地在研究各种电源系统中的隔离变换器，因为它能防止电路故障时出现多米诺效应。剩下的四条因素主要是考虑加到功率半导体器件的电压为多少。图4示出了在不同的功率和电压要求的