开关电源设计入门培训资料课件

主要议程开关电源的基本原理介紹开关电源的发展趋势开关电源主要的元器件选择及应用主要议程开关电源的基本原理介紹1基本原理介紹

AC输入部分

EMI滤波部分

PFC部分DC-DC转换部分均流技術保護与反馈控制線路基本原理介紹AC输入部分2开关电源的基本原理及功能框图开关电源的基本原理及功能框图3开关电源的基本原理开关电源的基本原理4开关电源的发展趋势开关电源的发展趋势开关电源的发展趋势开关电源的发展趋势5开关电源的发展趋势数字化及多相控制技术国际的数字通讯总线：PMbus，PSMI功率管理模块化设计交差配合使用高功率密度及用统一标准开关电源的发展趋势数字化及多相控制技术6开关电源的发展趋势低成本较短的开发及交货周期高可靠性：MTBF（1~4百万小时）高效率：94%~96%更严格的安规标准高度小型化发展开关电源的发展趋势低成本7开关电源的最新的拓扑半桥谐振（LLC）有源钳位（Activeclampforward)ZVS全桥无桥PFC跟多的交错式控制方式开关电源的最新的拓扑半桥谐振（LLC）8主要元器件的选择及应用开关电源主要元器件的选择及应用主要元器件的选择及应用开关电源主要元器件的选择及应用9开关电源主要元器件的选择及应用功率场效应管(Mosfet)功率二极管Fuse（保险丝）电解电容开关电源主要元器件的选择及应用功率场效应管(Mosfet)10功率场效应管(Mosfet)

Mosfet的常用类型功率场效应管的基本特点功率场效应管工作原理功率场效应管的输出特性（Id~Vds）功率场效应管的输入阻抗及栅极电流功率场效应管栅极驱动上升和下降时间功率场效应管栅极驱动电路选择及应用注意事项功率场效应管(Mosfet)

Mosfet的常用类型11功率场效应管(Mosfet)

Mosfet的常用类型

NMosfetPMosfet

功率场效应管(Mosfet)

Mosfet的常用类型12功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管(Mosfet)

13功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管的基本特点>开关速度快，~100ns>开关频率高，50Khz~400Khz>输出功率大功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管的基本特点14功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管工作原理Mosfet是三端电压控制型器件，而三极管是电流控制型器件，当栅极有驱动电压时Mosfet管完全导通，驱动电压需要满足尽可能减小导通压降的要求。当栅极无驱动电压时Mosfet应关断。功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管工作原理15功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管工作原理Mosfet管的三端引脚分别是漏极，栅极和源极，N沟道型Mosfet管适用于正电源供电，P沟道型Mosfet管适用于负电源供电，目前大部分开关电源功率管用N沟道增强型，而N沟道耗尽型主要应用于小信号控制。功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管工作原理16功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管(Mosfet)

17功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管的输出特性（Id~Vds）功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管的输出特性（I18功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管(Mosfet)

19功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管(Mosfet)

20功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管的输入阻抗及栅极电流Ciss:C1+C2Coss:C2+C3Crss:C2功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管的输入阻抗及栅极21功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管的输入阻抗及栅极电流栅源极间的结电容不容忽略，为了快速地开通和关断漏极电流，需要较大的栅极电流驱动栅极电压快速地上升和下降。功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管的输入阻抗及栅极22功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管的输入阻抗及栅极电流功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管的输入阻抗及栅极23功率场效应管(Mosfet)

如上图所式，栅极电压从0V上升到10V过程中，栅极电流Ig包括I1和I2两部分，功率场效应管(Mosfet)

如上图所式，栅极电压从0V上24功率场效应管(Mosfet)

需要栅极的总电流Ig为Ig=I1+I2=0.36+0.564=0.924A功率场效应管(Mosfet)

需要栅极的总电流Ig为Ig=25功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管栅极驱动上升和下降时间导通延迟时间：Trd=Vgsth（2.5V)-（0V）关断延迟时间:Tfd=Vgl（10V)-Vgsth（2.5V)功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管栅极驱动上升和下26功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管(Mosfet)

27功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管(Mosfet)

28功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管栅极驱动电路分离的图腾柱驱动电路功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管栅极驱动电路分离29功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管选择及应用降额.1>最大允许的结温:80%2>栅极最大电压：80%3>漏源最大电压:80%功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管选择及应用降额.30功率二极管

功率二极管的常用类型1>肖特基二极管(<200V)2>快恢复二极管（200V~800V)3>普通整流二极管(桥堆)功率二极管

功率二极管的常用类型31功率二极管

肖特基二极管以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒二极管（SchottkyBarrierDiode——SBD），简称为肖特基二极管20世纪80年代以来，由于工艺的发展得以在电力电子电路中广泛应用肖特基二极管的优点反向恢复时间很短（10~40ns）正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲在反向耐压较低的情况下其正向压降也很小（一般0.5V左右），明显低于快速恢复二极管（一般1V左右）其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还要小，效率高肖特基二极管的弱点当反向耐压提高时其正向压降也会高得不能满足要求，因此多用于200V以下反向漏电流较大且对温度敏感，因此反向稳态损耗不能忽略，而且必须更严格地限制其工作温度.功率二极管

肖特基二极管32功率二极管

快恢复二极管（FastRecoveryDiode—FRD）从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100ns以下，甚至达到20~30ns。分为PN结型结构和PIN结构两种。采用外延型PIN结构的的快速恢复外延二极管（FastRecoveryEpitaxialDiodes—FRED），其反向恢复时间比较短（可低于50ns），正向压降也很低（0.9V左右），但其反向耐压多在1200V以下功率二极管

快恢复二极管（FastRecoveryDio33功率二极管

普通整流二极管(桥堆)又称整流二极管（RectifierDiode）多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路中其反向恢复时间较长，一般在5s以上，这在开关频率不高时并不重要正向电流定额和反向电压定额可以达到很高，分别可达数千安和数千伏以上功率二极管

普通整流二极管(桥堆)34功率二极管

功率二极管的主要参数：1)常规参数:正向压降、反向击穿电压、连续电流、反向漏电等；2)交流参数有：开关速度、存贮时间、截止频率、阻抗、结电容等；3)极限参数有：最大耗散功率、工作温度、存贮条件、最大整流电流等。功率二极管

功率二极管的主要参数：35功率二极管

功率场二极管选择及应用降额.1)平均连续电流:80%2)浪涌电流:90%3)浪涌I2t:80%4)反向电压:80%5)雪崩能量:不允许6)最大的结温:80%功率二极管

功率场二极管选择及应用降额.36功率二极管

功率二极管规格书功率二极管

功率二极管规格书37保险丝(Fuse)保险丝的作用1）正常情况下，保险丝在电路中起连接电路的作用。2）非正常情况下，保险丝作为电路中的安全保护元件，通过自身熔断安全切断并保护电路。保险丝(Fuse)保险丝的作用38保险丝(Fuse)保险丝的工作原理保险丝通电时，由电能转换的热量使可熔体的温度上升。正常工作电流或允许的过载电流通过时，产生的热量通过可熔体、外壳体向周围环境辐射，通过对流、传导等方式散发的热量与产生的热量逐渐达到平衡。如果产生的热量大于散发的热量，多余的热量就逐渐积聚在可熔体上，使可熔体温度上升；当温度达到和超过可熔体的熔点时，就会使可熔体熔化、熔断而切断电流，起到了安全保护电路的作用。保险丝(Fuse)保险丝的工作原理39保险丝(Fuse)保险丝的分类：1）按熔断特性分为：快速熔断型、延时熔断型。2）按分断能力分为：低分断型、高分断型（还可分增强分断型）。3）按安全标准（或使用地区）分为：UL/CSA（北美）规格、IEC（中国、欧洲等）规格、MIT/KTL（日本/韩国）规格等保险丝(Fuse)保险丝的分类：40保险丝(Fuse)保险丝选择及应用降额.1）正常的工作电流2）应用电压（AC或DC）3）环境温度4）允许的最大过载但保险丝能工作5）最大的失效电流6）脉冲，浪涌冲击电流，启动电流。7）要求的尺寸（长，直径）8）要求的安规认证9）保险丝固定座是否需要10）提前应用测试和验证保险丝(Fuse)保险丝选择及应用降额.1）正常的工作电流41保险丝(Fuse)

保险丝选择及应用降额最大的允许电压：100%额定电流：75%浪涌电流（I2t)：38%保险丝(Fuse)保险丝选择及应用降额42保险丝(Fuse)保险丝规格保险丝(Fuse)保险丝规格43电解电容（E-cap)电解电容的作用：1）滤波作用：把脉动的直流电压变成相对稳定的直流电压。2）耦合作用：在低频信号的传输过程中为防止前后两级的工作点相互影响，常采用电容耦合。电解电容（E-cap)电解电容的作用：44电解电容（E-cap)电解电容在电源中主要的应用类型：1）高压大电容（主要应用在原边）2）低压电容（主要应用在辅边）电解电容（E-cap)电解电容在电源中主要的应用类型：45电解电容（E-cap)电解电容的主要参数及应用：1）额定的直流电压：90%2）最大的冲击直流电压：100%3)本体工作温度：Tmax-10°C4）纹波电流：80%5）寿命：基于客户规格要求。电解电容（E-cap)电解电容的主要参数及应用：46电解电容（E-cap)电解电容的规格电解电容（E-cap)电解电容的规格471、有事业的峰峦上，有汗水的溪流飞淌；在智慧的珍珠里，有勤奋的心血闪光。2、人们走过的每一个足迹，都是自己生命的留言；留给今天翻过的日历，留给未来永久的历史。3、人生是一座可以采掘开拓的金矿，但总是因为人们的勤奋程度不同，给予人们的回报也不相同。4、理想之风扯满人生的帆；奋斗之杆举起理想之旗。5、人应该学会走自己的路，但更应该掌握手中的罗盘。6、不能因为人生的道路坎坷，就使自己的身躯变得弯曲；不能因为生活的历程漫长，就使求索的脚步迟缓。7、人生的意义在理想的光辉中闪烁；生命的价值在创造的生活中闪现。8、只有走完平凡的路程，才能达到伟大的目标。9、奋斗目标是人生的精神支柱。10、共同的事业，共同的斗争，可以使人们产生忍受一切的力量。——奥斯特洛夫斯基11、属于每个人的道路，都在每个人的足下；属于每个人的历史，都在每个人的身后。12、终于有一天，海水和泪都是甜的。13、有志者自有千方百计，无志者只有千难万难。14、贫不足羞，可羞是贫而无志。——吕坤15、人，只要有一种信念，有所追求，什么艰苦都能忍受，什么环境也都能适应。——丁玲16、人生的途程是遥远的，只要双脚不息地前行，道路就会向远方延伸。17、理想是人生的坚实支柱，如果失去了生活的理想，精神也就会随之而瘫痪。18、目标不是都能达到的，但它可以作为瞄准点。28、我学习了一生，现在我还在学习，而将来，只要我还有精力，我还要学习下去。——别林斯基

29、任何时候我也不会满足，越是读书，就越是深刻的感到不满足，越是感到自己的知识贫乏。——马克思

30、外国语是人生斗争的一种武器。——马克思

31、学习这件事不在乎有没有人教你，最重要的是在于你自己有没有觉悟和恒心。——法布尔

32、笔落惊风雨,诗成泣鬼神。——杜甫

33、别裁伪体亲风雅,转益多师是汝师。——杜甫28、我学习了一生，现在我还在学习，而将来，只要我还有精力，我还要学习下去。——别林斯基

29、任何时候我也不会满足，越是读书，就越是深刻的感到不满足，越是感到自己的知识贫乏。——马克思

30、外国语是人生斗争的一种武器。——马克思

31、学习这件事不在乎有没有人教你，最重要的是在于你自己有没有觉悟和恒心。——法布尔

32、笔落惊风雨,诗成泣鬼神。——杜甫

33、别裁伪体亲风雅,转益多师是汝师。——杜甫1、有事业的峰峦上，有汗水的溪流飞淌；在智慧的珍珠里，有勤奋48主要议程开关电源的基本原理介紹开关电源的发展趋势开关电源主要的元器件选择及应用主要议程开关电源的基本原理介紹49基本原理介紹

AC输入部分

EMI滤波部分

PFC部分DC-DC转换部分均流技術保護与反馈控制線路基本原理介紹AC输入部分50开关电源的基本原理及功能框图开关电源的基本原理及功能框图51开关电源的基本原理开关电源的基本原理52开关电源的发展趋势开关电源的发展趋势开关电源的发展趋势开关电源的发展趋势53开关电源的发展趋势数字化及多相控制技术国际的数字通讯总线：PMbus，PSMI功率管理模块化设计交差配合使用高功率密度及用统一标准开关电源的发展趋势数字化及多相控制技术54开关电源的发展趋势低成本较短的开发及交货周期高可靠性：MTBF（1~4百万小时）高效率：94%~96%更严格的安规标准高度小型化发展开关电源的发展趋势低成本55开关电源的最新的拓扑半桥谐振（LLC）有源钳位（Activeclampforward)ZVS全桥无桥PFC跟多的交错式控制方式开关电源的最新的拓扑半桥谐振（LLC）56主要元器件的选择及应用开关电源主要元器件的选择及应用主要元器件的选择及应用开关电源主要元器件的选择及应用57开关电源主要元器件的选择及应用功率场效应管(Mosfet)功率二极管Fuse（保险丝）电解电容开关电源主要元器件的选择及应用功率场效应管(Mosfet)58功率场效应管(Mosfet)

Mosfet的常用类型功率场效应管的基本特点功率场效应管工作原理功率场效应管的输出特性（Id~Vds）功率场效应管的输入阻抗及栅极电流功率场效应管栅极驱动上升和下降时间功率场效应管栅极驱动电路选择及应用注意事项功率场效应管(Mosfet)

Mosfet的常用类型59功率场效应管(Mosfet)

Mosfet的常用类型

NMosfetPMosfet

功率场效应管(Mosfet)

Mosfet的常用类型60功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管(Mosfet)

61功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管的基本特点>开关速度快，~100ns>开关频率高，50Khz~400Khz>输出功率大功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管的基本特点62功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管工作原理Mosfet是三端电压控制型器件，而三极管是电流控制型器件，当栅极有驱动电压时Mosfet管完全导通，驱动电压需要满足尽可能减小导通压降的要求。当栅极无驱动电压时Mosfet应关断。功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管工作原理63功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管工作原理Mosfet管的三端引脚分别是漏极，栅极和源极，N沟道型Mosfet管适用于正电源供电，P沟道型Mosfet管适用于负电源供电，目前大部分开关电源功率管用N沟道增强型，而N沟道耗尽型主要应用于小信号控制。功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管工作原理64功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管(Mosfet)

65功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管的输出特性（Id~Vds）功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管的输出特性（I66功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管(Mosfet)

67功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管(Mosfet)

68功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管的输入阻抗及栅极电流Ciss:C1+C2Coss:C2+C3Crss:C2功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管的输入阻抗及栅极69功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管的输入阻抗及栅极电流栅源极间的结电容不容忽略，为了快速地开通和关断漏极电流，需要较大的栅极电流驱动栅极电压快速地上升和下降。功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管的输入阻抗及栅极70功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管的输入阻抗及栅极电流功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管的输入阻抗及栅极71功率场效应管(Mosfet)

如上图所式，栅极电压从0V上升到10V过程中，栅极电流Ig包括I1和I2两部分，功率场效应管(Mosfet)

如上图所式，栅极电压从0V上72功率场效应管(Mosfet)

需要栅极的总电流Ig为Ig=I1+I2=0.36+0.564=0.924A功率场效应管(Mosfet)

需要栅极的总电流Ig为Ig=73功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管栅极驱动上升和下降时间导通延迟时间：Trd=Vgsth（2.5V)-（0V）关断延迟时间:Tfd=Vgl（10V)-Vgsth（2.5V)功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管栅极驱动上升和下74功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管(Mosfet)

75功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管(Mosfet)

76功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管栅极驱动电路分离的图腾柱驱动电路功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管栅极驱动电路分离77功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管选择及应用降额.1>最大允许的结温:80%2>栅极最大电压：80%3>漏源最大电压:80%功率场效应管(Mosfet)

功率场效应管选择及应用降额.78功率二极管

功率二极管的常用类型1>肖特基二极管(<200V)2>快恢复二极管（200V~800V)3>普通整流二极管(桥堆)功率二极管

功率二极管的常用类型79功率二极管

肖特基二极管以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒二极管（SchottkyBarrierDiode——SBD），简称为肖特基二极管20世纪80年代以来，由于工艺的发展得以在电力电子电路中广泛应用肖特基二极管的优点反向恢复时间很短（10~40ns）正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲在反向耐压较低的情况下其正向压降也很小（一般0.5V左右），明显低于快速恢复二极管（一般1V左右）其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还要小，效率高肖特基二极管的弱点当反向耐压提高时其正向压降也会高得不能满足要求，因此多用于200V以下反向漏电流较大且对温度敏感，因此反向稳态损耗不能忽略，而且必须更严格地限制其工作温度.功率二极管

肖特基二极管80功率二极管

快恢复二极管（FastRecoveryDiode—FRD）从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100ns以下，甚至达到20~30ns。分为PN结型结构和PIN结构两种。采用外延型PIN结构的的快速恢复外延二极管（FastRecoveryEpitaxialDiodes—FRED），其反向恢复时间比较短（可低于50ns），正向压降也很低（0.9V左右），但其反向耐压多在1200V以下功率二极管

快恢复二极管（FastRecoveryDio81功率二极管

普通整流二极管(桥堆)又称整流二极管（RectifierDiode）多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路中其反向恢复时间较长，一般在5s以上，这在开关频率不高时并不重要正向电流定额和反向电压定额可以达到很高，分别可达数千安和数千伏以上功率二极管

普通整流二极管(桥堆)82功率二极管

功率二极管的主要参数：1)常规参数:正向压降、反向击穿电压、连续电流、反向漏电等；2)交流参数有：开关速度、存贮时间、截止频率、阻抗、结电容等；3)极限参数有：最大耗散功率、工作温度、存贮条件、最大整流电流等。功率二极管

功率二极管的主要参数：83功率二极管

功率场二极管选择及应用降额.1)平均连续电流:80%2)浪涌电流:90%3)浪涌I2t:80%4)反向电压:80%5)雪崩能量:不允许6)最大的结温:80%功率二极管

功率场二极管选择及应用降额.84功率二极管

功率二极管规格书功率二极管

功率二极管规格书85保险丝(Fuse)保险丝的作用1）正常情况下，保险丝在电路中起连接电路的作用。2）非正常情况下，保险丝作为电路中的安全保护元件，通过自身熔断安全切断并保护电路。保险丝(Fuse)保险丝的作用86保险丝(Fuse)保险丝的工作原理保险丝通电时，由电能转换的热量使可熔体的温度上升。正常工作电流或允许的过载电流通过时，产生的热量通过可熔体、外壳体向周围环境辐射，通过对流、传导等方式散发的热量与产生的热量逐渐达到平衡。如果产生的热量大于散发的热量，多余的热量就逐渐积聚在可熔体上，使可熔体温度上升；当温度达到和超过可熔体的熔点时，就会使可熔体熔化、熔断而切断电流，起到了安全保护电路的作用。保险丝(Fuse)保险丝的工作原理87保险丝(Fuse)保险丝的分类：1）按熔断特性分为：快速熔断型、延时熔断型。2）按分断能力分为：低分断型、高分断型（还可分增强分断型）。3）按安全标准（或使用地区）分为：UL/CSA（北美）规格、IEC（中国、欧洲等）规格、MIT/KTL（日本/韩国）规格等保险丝(Fuse)保险丝的分类：88保险丝(Fuse)保险丝选择及应用降额.1）正常的工作电流2）应用电压（AC或DC）3）环境温度4）允许的最大过载但保险丝能工作5）最大的失效电流6）脉冲，浪涌冲击电流，启动电流。7）要求的尺寸（长，直径）8）要求的安规认证9）保险丝固定座是否需要10）提前应用测试和验证保险丝(Fuse)保险丝选择及应用降额.1）正常的工作电流89保险丝(Fuse)

保险丝选择及应用降额最大的允许电压：100%额定电流：75%浪涌电流（I2t)：38%保险丝(Fuse)保险丝选择及应用降额90保险丝(Fuse)保险丝规格保险丝(Fuse)保险丝规格91电解电容（E-cap)电解电容的作用：1）滤波作用：把脉动的直流电压变成相对稳定的直流电压。2）耦合作用：在低频信号的传输过程中为防止前后两级的工作点相互影响，常采用电容耦合。电解电容（E-cap)电解电容的作用：92电解电容（E-cap)电解电容在电源中主要的应用类型：1）高压大电容（主要应用在原边）2）低压电容（主要应用在辅边）电解电容（E-cap)电解电容在电源中主要的应用类型：93电解电容（E-cap)电解电容的主要参数及应用：1）额定的直流电压：90%2）最大的冲击直流电压：100%3)本体工作温度：Tmax-10°C4）纹波电流：80%5）寿命：基于客户规格要求。