开关电源的那些设计技巧,你都get到了没有- 畅鱼网

关于开关电源话题，很多电源工程师工作中会遇到不同的问题。其实找到问题的根源，才能对症下药。下面给大家分享几篇不错的文章，供大家学习~

一文讲明白开关电源激励方式

1、电感

电感简单的说就是导电的螺旋线圈。电感种类比较多，有插脚的贴片的等等。如图 1：图 1 L1 是有芯电感 L2 是无芯电感的原理图画法，这里是讲解反激正激而电感种类只说到这里。

2、激励方式

a.电感特性：当电感里流入电流 I 时电感会在电流方向产生反向电动势如图 2 所标电感 L1 上端有个点那个点就是反向电动势产生的（只是个标志，不代表这个点就是正极或者负极）和流入电流方向相反。

图 2

图 2 这个是电感的特性。图中的一个蓝色的比较粗的竖 1 是磁芯的简化图。2、耦合特性：先看图片 2 看看能不能分辨出图 A 和图 B 有何不同之处。

图3

图3，一眼便看出就是点不同。当图 A 里 L1 有电流 I 流入时自身产生上+下 – 感应电动势。同时在图 AL2 里也产生一个上+下 – 的电动势。当然这两个电感线圈必须在同一个磁芯（同一个磁路）上才可以的。在图 B 里的 L2 就产生一个方向相反的感应电动势。（在图中我们定义为 L1 是初级线圈，L2 是次级线圈）。

那么这个感应电动势的同方向和反方向是怎样形成的？这个最简单了，这个是在生产变压器来决定的。和流入电流的电感在绕线时方向相同就可以在起始脚产生相同的电动势了。输出整流二极管决定的是正激和反激。如果你初级绕组是从变压器的一脚顺时针结束到二脚，次级绕组从三脚顺时针结束于四脚，如果你的输出整流二极管接在了变压器的 3 脚变压器的四角接地，，这个叫正激，如果你的输出二极管接在了变压器的 4 脚，变压器的三脚接地那么就是反激如下图四：A 图是正激 B 图是反激。

图 4 上面是一个开关电源的简化图。Q1 是开关管 D1 是整流管。

图4

3、混合激励方式

如图 5 图所示：

图5

很容易看出这里的整流输出有两组输出，不同的是一个输出是反激（主输出）一个输出是正激（辅助输出）。那么这样电路怎么叫？我习惯上也叫做反激。主要是看电源的主输出和初级成什么激励方式来定……

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电容式开关电源你有多了解，又有何特点？

电容式开关电源，你真的了解吗？本文主要通过概念，类型，控制方式，特点四大方面进行阐述，希望不同的童鞋借此机会恶补下相关知识！下面我们就开启电容式开关电源的知识殿堂~

何为电容式开关电源？

Buck变换器也称降压式变换器，是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器。

图中，Q为开关管，其驱动电压一般为PWM（Pulse、width、modulation脉宽调制）信号，信号周期为Ts，则信号频率为f=1/Ts，导通时间为Ton，关断时间为Toff，则周期Ts=Ton+Toff，占空比Dy=、Ton/Ts。

Boost变换器

也称升压式变换器，是一种输出电压高于输入电压的单管不隔离直流变换器。

开关管Q也为PWM控制方式，但最大占空比Dy必须限制，不允许在Dy=1的状态下工作。电感Lf在输入侧，称为升压电感。Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式

Buck/Boost变换器

也称升降压式变换器，是一种输出电压既可低于也可高于输入电压的单管不隔离直流变换器，但其输出电压的极性与输入电压相反。Buck/Boost变换器可看做是Buck变换器和Boost变换器串联而成，合并了开关管。

Buck/Boost变换器也有CCM和DCM两种工作方式，开关管Q也为PWM控制方式。

LDO的特点

①、非常低的输入输出电压差

②、非常小的内部损耗

③、很小的温度漂移

④、很高的输出电压稳定度

⑤、很好的负载和线性调整率

⑥、很宽的工作温度范围

⑦、较宽的输入电压范围

⑧、外围电路非常简单，使用起来极为方便

DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改变ton（通用），二是频率调制方式，ton不变，改变Ts（易产生干扰）。其具体的电路有以下几类：

（1）Buck电路——降压斩波器，其输出平均电压、U0小于输入电压Ui，极性相同。

（2）Boost电路——升压斩波器，其输出平均电压、U0大于输入电压Ui，极性相同。

（3）Buck－Boost电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电感传输。

（4）Cuk电路——降压或升压斩波器，其输出平均电、压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电容传输。

DC-DC分为BUCK、BUOOST、BUCK-BOOST三类DC-DC。其中BUCK型DC-DC只能降压，降压公式：Vo=Vi*D

BOOST型DC-DC只能升压，升压公式：Vo=Vi/（1-D）

BUCK-BOOST型DC-DC，即可升压也可降压，公式：Vo=（-Vi）* D/（1-D）

D为充电占空比，即MOSFET导通时间。0《D《1。

开关性稳压电源的效率很高，但输出纹波电压较高，噪声较大，电压调整率等性能也较差，特别是对模拟电路供电时，将产生较大的影响。

因开关电源工作效率高，一般可达到80％以上，故在其输出电流的选择上，应准确测量或计算用电设备的最大吸收电流，以使被选用的开关电源具有高的性能价格比，通常输出计算公式为：Is=KIf 式中：Is—开关电源的额定输出电流；If—用电设备的最大吸收电流；K—裕量系数，一般取1.5～1.8；

它们能使输入电压升高或降低，也可以用于产生负电压。其内部的FET开关阵列以一定方式控制快速电容器的充电和放电，从而使输入电压以一定因数（0.5，2或3）倍增或降低，从而得到所需要的输出电压。这种特别的调制过程可以保证高达80％的效率，而且只需外接陶瓷电容。由于电路是开关工作的，电荷泵结构也会产生一定的输出纹波和EMI（电磁干扰）。首先贮存能量，然后以受控方式释放能量，以获得所需的输出电压……

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原来开关电源的生命周期还是他们说了算？

开关电源设计在完美，不仅仅是自己的功劳，还要看其他配件的选择，更要看各个器件之间是否兼容等等细节的考量。本文就看看关于开关电源的生命周期谁说了算？

1、决定开关电源寿命的元器件

①电解电容器

电解电容器的封口部位会漏出气化的电解液，这种现象会随着温度的升高而加速，一般认为温度每上升10℃，泄漏速度会提高至2倍。因此可以说电解电容器决定了电源装置的寿命。

② 风扇

球形轴承及轴承的润滑油枯竭、机械装置部件的磨损，会加速风扇的老化。加之近年的DC风扇的驱动回路开始使用电解电容器等部件，所以有必要将回路部件寿命等因素也一并考虑进去。

③ 光电耦合器

电流传达率（CTR；Current Transfer Ratio）随着时间的推移会逐渐减少，结果发光二极管的电流不断增大，有时会达到最大限制电流，致使系统失控。

④ 开关

多数开关电源设有电容器输入型的整流回路，在通入电源时，会产生浪涌电流，导致开关接点疲劳，引发接触电阻增大及吸附等问题。理论上认为，在电源期望寿命期间，开关的通断次数约有5,000回。

⑤ 冲击电流保护电阻、热敏功率电阻器

为抵抗电源通入时产生的冲击电流，设计者将电阻与SCR等元件并联起来使用。电源通入时的电力峰值高达额定数值的数十倍至数百倍，结果导致电阻热疲劳，引起断路。处在相同情况下的热敏功率电阻器也会发生热疲劳现象。

2、各部件寿命的评估计算

①电解电容器

1、寿命性能

电解电容器的寿命结束形式为磨损故障，决定寿命的主要因素为静电容量、损失角的正切（tanδ）、漏电流等。随着时间的推移，静电容量减少，tanδ增大。漏电流在外加电压时有增加的趋势，所以对负荷的寿命影响不大。

2、寿命的判定

用百分比来表示静电容量相对于起始值的变化率，一般达到－20%以下时即告寿命结束。tanδ的值在超过规定值时寿命结束。漏电流在零负荷的情况下有增加的趋势，同理，在超过规定值时寿命结束。

3、影响寿命的主要原因

前面讲到的特性之所以会产生劣化，其主要原因在于电解液。随着温度的上升，电解液气化，经电容器的封口部位向外泄漏，内部的电解液不断减少。随着电解液量的减少，tanδ会逐渐增大，结果，脉冲电流经由时产生的发热量增大，又进一步加快了劣化过程。这种关系如图

4、寿命的推算

铝电解电容器的近似寿命可以由环境温度与脉冲电流引起的自发热温度中推得。下面的式子表现了寿命与环境温度之间的关系。

测定脉冲发热的升温值时，需避开其它热辐射。另外，小型电解电容器受热极易升温，最好进行表面温度实测。

② 光电耦合器

GaAs 系的红外发光二极管多使用光电耦合器。这种发光二极管的发光效率的退化会导致CTR（电流传达率）下降，其它的 CTR 劣化形式还有芯片面的光结合树脂剥离。温度越高， CTR 的下降也越快。同时，二极管电流越大，CTR 下降也越快。图 6、图 7 标明了这些因素间的关系……

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这个二十个指标都没搞懂，别说自己是研究开关电源的？

开关电源既简单又复杂，电源的好坏直接会导致元器件的性能指标。开关电源的作用和电脑CPU一样，源源不断的给各个元器件提供能量。其实在制造设计的过程中有很多指标约束着开关电源，下面我们一起了解下这20个指标吧！

一．描述输入电压影响输出电压几个指标形式

1．绝对稳压系数

A．绝对稳压系数：表示负载不变时，稳压电源输出直流变化量△U0与输入电网变化量△Ui之比。即：K=△U0/△Ui。

B．相对稳压系数：表示负载不变时，稳压器输出直流电压△Uo的相对变化量△Uo与输出电网 Ui 的相对变化量Ui之比。即：S=△Uo/Uo /△Ui/Ui。

2. 电网调整率

它表示输入电网电压由额定值变化±10%时，稳压电源输出电压的相对变化量，有时也以绝对值表示。

3. 电压稳定度

负载电流保持为额定范围内的任何值，输入电压在规定的范围内变化所引起的输出电压相对变化△Uo/Uo百分值），称为稳压器的电压稳定度。

二．负载对输出电压影响的几种指标形式

1．负载调整率（也称电流调整率）

在额定电网电压下，负载电流从零变化到最大时，输出电压的最大相对变化量，常用百分数表示，有时也用绝对变化量表示。

2．输出电阻（也称等效内阻或内阻）

在额定电网电压下，由于负载电流变化△IL引起输出电压变化△Uo，则输出电阻为Ro=|△Uo/△IL| 欧。

三．纹波电压的几个指标形式

1．最大纹波电压

在额定输出电压和负载电流下，输出电压的纹波（包括噪声）的绝对值的大小，通常以峰峰值或有效值表示。

2．纹波系数 Y（%）

在额定负载电流下，输出纹波电压的有效值Urms与输出直流电压 Uo 之比，即y=Umrs/Uo x100%

3．纹波电压抑制比

在规定的纹波频率（例如 50Hz）下，输出电压中的纹波电压 Ui~与输出电压中的纹波电压 Uo~之比，即：纹波电压抑制比=Ui~/Uo~ 。

这里声明一下：噪声不同于纹波。纹波是出现在输出端子间的一种与输入频率和开关频率同步的成分，用峰-峰（peak to peak）值表示，一般在输出电压的 0.5%以下；噪声是出现在输出端子间的纹波以外的一种高频成分，也用峰-峰（peak to peak）值表示，一般在输出电压的 1%左右。纹波噪声是二者的合成，用峰-峰（peak to peak）值表示，一般在输出电压的 2%以下。

四．冲击电流

冲击电流是指输入电压按规定时间间隔接通或断开时，输入电流达到稳定状态前所通过的最大瞬间电流。一般是 20A——30A。

五．过流保护

过流保护是一种电源负载保护功能，以避免发生包括输出端子上的短路在内的过负载输出电流对电源和负载的损坏。过流的给定值一般是额定电流的 110%——130%。

六．过压保护

过压保护是一种对端子间过大电压进行负载保护的功能。一般规定为输出电压的 130%——150%。

七．输出欠压保护

当输出电压在标准值以下时，检测输出电压下降或为保护负载及防止误操作而停止电源并发出报警信号，多为输出电压的 80%——30%左右。

八．过热保护

在电源内部发生异常或因使用不当而使电源温升超标时停止电源的工作并发出报警信号。

九．温度漂移和温度系数

温度漂移：环境温度的变化影响元器件的参数的变化，从而引起稳压器输出电压变化。常用温度系数表示温度漂移的大小。