开关电源基础知识

本课程主要学习内容：一、开关电源的基础知识及功率器件；二、开关电源技术的主电路（电源输入电路及功率变换电路）；三、开关电源的控制、驱动及保护电路；四、开关电源中的磁性元件（滤波电感及高频变压器）；五、开关电源实际应用电路。

通过本课程的系统学习，在电源公司或者相关电子行业企业从事以下职位的工作：技术员测试员（工程部/设计部、QA品质认证等）

助理工程师工程师

应用工程师/FAE工程师（著名芯片管理公司）/市场开拓工程师高级工程师著名电源厂家

1.艾默生网络能源有限公司，2.雅达电源/腾讯亚太电子

3.台达电子有限公司，4.山特电子有限公司

5.宝威电源有限公司，6.爱立信电源，7.科索电源8.东莞奥源电子，9.上海恒率电源，10.深圳麦格米特电气台资:台达、光宝、全汉、康舒、高效、海韵、益衡(福益)、侨威、七盟、伟硕、首利(成翔)、育嘉(安德森)、亿泰兴、酷冷至尊、保锐、银欣、曜越等.内资:长城、航嘉、金河田、七喜(大水牛)多彩、力为、新锐(新战线)、金盈利、七彩虹、荣盛达、欣东林、金翔等

外资:雅达、ANTEC、TAGAN、思民据统计，在珠三角（深圳、东莞、广州、中山、佛山等），有1000多家公司生产电源。第1章开关电源的基础知识1.1开关稳压电源和线性串联稳压电源1.2开关电源的分类1.4开关电源的应用及发展1.3对开关电源的基本要求1.7开关电源中的功率器件1.1开关稳压电源和线性串联稳压电源

1.1.1电源的定义（电源犹如人体的心脏，是所有电设备的动力）

—利用电能变换技术将市电或电池中的电通过一次电路转换为适合各种用电对象应用的二次电能的装置,利用电子线路反馈技术实现输出电压稳定。分为交流电源、直流稳压电源,或工频电源、高频电源，本文的研究对象是直流稳压电源,包括串联稳压电源和开关稳压电源。

串联稳压电源—当输入或输出电压变化时，通过连续线性调整功率管的压降获得稳定的输出电压。（功率管工作在线性放大状态）

开关稳压电源—通过调整功率管的导通（或截止）时间获得稳定的输出电压。（功率管工作在饱和导通状态）一、串联稳压电源

线性串联稳压电源的原理图如图1所示：二、开关稳压电源

◆基本组成如图2所示：

◆基本工作原理为：工频交流电源经过变压器T1降压、通过VD1-VD4

整流、C1滤波为直流电压、VT1调压成为一稳定的直流电。

◆优点：结构简单，稳压性能好，无高频噪声污染。

◆缺点：(1)输入采用50Hz工频变压器，体积庞大。

(2)电压调整器件（如图所示的三极管）工作在线性放大区内，损耗大，效率低。

(3)过载能力差。

◆开关稳压电源的原理图如图所示：◆主电路的工作原理为：50Hz单相交流220V电压或三相交流220V/380V电压首先经EMI防电磁干扰的电源滤波器滤波（这种滤波器主要滤除电源的高次谐波），直接整流滤波（不经过工频变压器降压，滤波电路主要滤除整流后的低频脉动谐波），获得一直流电压；然后再将此直流电压经变换电路变换为数十或数百千赫的高频方波或准方波电压，通过高频变压器隔离并降压（或升压）后，再经高频整流、滤波电路，最后输出直流电压。

◆控制电路的工作原理是：电源接上负载后，通过取样电路获得其输出电压，将此电压与基准电压做比较后，将其误差值放大，用于控制驱动电路，控制变换器中功率开关管的占空比，使输出电压升高（或降低），以获得一稳定的输出电压。

◆开关电源的优点：

(1）功耗小、效率高。

开关管中的开关器件交替工作在导通—截止—导通的开关状态，转换速度快，这使得功率损耗小，电源的效率可以大幅度提高，可达90％～95％。

(2）体积小、重量轻。

开关电源效率高，损耗小，可以省去较大体积的散热器；用起隔离作用的高频变压器取代工频变压器，可大大减小体积，降低重量；因为开关频率高，输出滤波电容的容量和体积也可大为减小。

(3）稳压范围宽。

开关电源的输出电压由占空比来调节，输入电压的变化可以通过占空比的大小来补偿。这样，在工频电网电压变化较大时，它仍能保证有较稳定的输出电压。

(4）电路形式灵活多样。

设计者可以发挥各种类型电路的特长，设计出能满足不同应用场合的开关电源。

◆开关电源的缺点：

主要是存在开关噪声干扰，开关器件工作在开关状态，它产生的交流电压和电流会通过电路中的其它元器件产生尖峰干扰和谐振干扰，此外，这些干扰还会串入工频电网，使电网附近的其它电子仪器、设备和家用电器受到干扰。因此，设计开关电源时，必须采取合理的措施来抑制其本身产生的干扰。

1.2开关电源的分类

1.按输出能量的形式分类

(1)直流开关电源

(2)交流开关电源

2.按驱动方式分类

(1)自激式开关电源

(2)他激式开关电源

☆3.按能量转换过程的形式分类

(1)直流—直流（DC—DC）变换器

(2)逆变器（DC—AC）

(3)开关整流器（AC—DC）

(4)交流—交流变频器（AC—AC）

☆

4.按输入与输出是否隔离分类

(1)隔离式开关变换器

(2)非隔式开关变换器☆5.按电路的输出稳压控制方式分类

(1)脉冲宽度调制(PWM)式

(2)脉冲频率调制(PFM)式

(3)脉冲调频调宽式三种

6.按功率开关管关断和开通工作条件分类

(1)硬开关变换器

(2)软开关变换器

1.4开关电源的应用

一、金属焊接与切割电源

二、表面处理工程

三、在环境保护中的应用

四、在激光中的应用

五、在电力系统中的应用

六、在通信领域中的应用（PC电源：输出电压为：12V/14A，-12V/0.5A，5V/18A，3.3V/14A

；笔记本适配器：输入100-240Vac，50-60Hz，输出20V/3.25A,不间断电源(UPS)

）

七、在蓄电池充电中的应用

八、在风能、太阳能发电中的应用

九、在电动机调速中的应用（变频调速）

十、在军事装备中的应用

十一、医疗器械上的电源(如CT扫描仪）

十二、航空电源

1.3对开关电源的基本要求

一、使用性能要求

1、高的可靠性平均无故障时间（MTBF）>3000h

2、高的安全性

3、好的可维修性平均故障维修时间（MTTR）

4、高的功率密度（单位体积的功率容量及单位质量的功率容量）

5、高性价比、低使用维修费用

6、环境适宜性要求二、电气性能参数

1、输入电压变化范围：当稳压电源的输入电压发生变化时，使输出电压保持不变的输入电压变化范围。目前开关电源的输入电压变化范