开关电源

在便携式仪器中，只能使用电池为系统供电。通常电池电压比较低，系统中经常需要使用小功率开关电源电路对低电压进行电压变换，满足系统中不同功能模块的需求。然而，使用开关电源必将引入纹波噪声，如何降低该纹波噪声成为系统设计的一个重要问题。开关电源的纹波抑制器通常使用C 型、LC型、CLC 型无源滤波器。π 型三阶低通CLC 滤波器由于其结构简单，体积小，性能高等优点得到了广泛的应用。根据开关电源的公式，输出纹波和输出电容值成反比，电感内电流波动大小和电感值成反比。理论上使用标称值大的电容、电感可以得到较好的纹波抑制效果。实际应用中，CLC 电路中不同类型的电解电容及不同标称值的电容、电感对电源纹波的抑制效果究竟有什么样的影响尚无相关文章指出。因此，有必要对CLC 滤波电路进行实际测试研究。

本文采用MAX606 设计了12 V 的小功率开关电源，使用CLC 滤波器对电源输出纹波进行抑制。通过使用不同类型电解电容及不同标称值的电容、电感，研究了CLC 滤波器的特性，得到了降低小功率开关电源纹波的简单方法。

1、电路设计

引言

在开关电源中，EMI滤波器对共模和差模传导噪声的抑制起着显著的作用。在研究滤波器原理的基础上，探讨了一种对共模、差模信号进行独立分析，分别建模的方法，最后基于此提出了一种EMI滤波器的设计程序。

高频开关电源由于其在体积、重量、功率密度、效率等方面的诸多优点，已经被广泛地应用于工业、国防、家电产品等各个领域。在开关电源应用于交流电网的场合，整流电路往往导致输入电流的断续，这除了大大降低输入功率因数外，还增加了大量高次谐波。同时，开关电源中功率开关管的高速开关动作（从几十kHz到数MHz），形成了EMI（electromagnetic interference）骚扰源。从已发表的开关电源论文可知，在开关电源中主要存在的干扰形式是传导干扰和近场辐射干扰，传导干扰还会注入电网，干扰接入电网的其他设备。

减少传导干扰的方法有很多，诸如合理铺设地线，采取星型铺地，避免环形地线，尽可能减少公共阻抗；设计合理的缓冲电路；减少电路杂散电容等。除此之外，可以利用EMI滤波器衰减电网与开关电源对彼此的噪声干扰。

基本名词

常见的基本拓扑结构

■Buck降压
■Boost升压
■Buck-Boost降压-升压
■Flyback反激
■Forward正激
■Two-Transistor Forward双晶体管正激
■Push-Pull推挽
■Half Bridge半桥
■Full Bridge全桥
■SEPIC
■C’uk

1、基本的脉冲宽度调制波形

这些拓扑结构都与开关式电路有关。

基本的脉冲宽度调制波形定义如下：

自1980年代中期以来，MOSFET一直是大多数开关电源（SMPS）首选的晶体管技术。当用作门控整流器时，MOSFET是主开关晶体管且兼具提高效率的作用。为选择最适合电源应用的开关，本设计实例对P沟道和N沟道增强型MOSFET进行了比较。

对市场营销人员，MOSFET可能代表能源传递最佳方案（Most Optimal Solution for Energy Transfer）的缩写。对工程师来说，它代表金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）。

由于具有较低的导通电阻（RDS(on)）和较小尺寸，N沟道MOSFET在产品选择上超过了P沟道。在降压稳压器应用中，基于栅控电压极性、器件尺寸和串联电阻等多种因素，使用P沟道MOSFET或N沟道MOSFET作为主开关。同步整流器应用几乎总是使用N沟道技术，这主要是因为N沟道的RDS(on)小于P沟道的，并且通过在栅极上施加正电压导通。

1、摘要

近来，LLC拓扑以其高效，高功率密度受到广大电源设计工程师的青睐，但是这种软开关拓扑对MOSFET的要求却超过了以往任何一种硬开关拓扑。特别是在电源启机，动态负载，过载，短路等情况下。CoolMOS 以其快恢复体二极管，低Qg 和Coss能够完全满足这些需求并大大提升电源系统的可靠性。

长期以来，提升电源系统功率密度，效率以及系统的可靠性一直是研发人员面临的重大课题。提升电源的开关频率是其中的方法之一，但是频率的提升会影响到功率器件的开关损耗，使得提升频率对硬开关拓扑来说效果并不十分明显，硬开关拓扑已经达到了它的设计瓶颈。而此时，软开关拓扑，如LLC拓扑以其独具的特点受到广大设计工程师的追捧。但是… 这种拓扑却对功率器件提出了新的要求。

2、LLC 电路的特点

LLC 拓扑的以下特点使其广泛的应用于各种开关电源之中：

1.LLC 转换器可以在宽负载范围内实现零电压开关。

2.能够在输入电压和负载大范围变化的情况下调节输出，同时开关频率变化相对很小。

3.采用频率控制，上下管的占空比都为50％．

应用实例（1）：

一种简单的三段式铅酸电池充电器控制电路

一种简单的三段式铅酸电池充电器控制电路

输入部分损耗

1、脉冲电流造成的共模电感T的内阻损耗加大
适当设计共模电感，包括线径和匝数

2、放电电阻上的损耗
在符合安规的前提下加大放电电阻的组织

3、热敏电阻上的损耗
在符合其他指标的前提下减小热敏电阻的阻值

启动损耗

最近，开关电源几乎用于所有电子设备中。它们由于尺寸小、成本低和效率高而具有极高的价值。但是，它们最大的缺点就是高开关瞬态导致高输出噪声。这个缺点使它们无法用于以线性稳压器供电为主的高性能模拟电路中。实践证明，在很多应用中，经过适当滤波的开关转换器可以代替线性稳压器从而产生低噪声电源。哪怕在要求极低噪声电源的苛刻应用中，上游电源树的某个地方也有可能存在开关电路。因此，有必要设计经过优化和阻尼处理的多级滤波器，来消除开关电源转换器的输出噪声。此外，了解滤波器设计如何影响开关电源转换器的补偿也很重要。

本文示例电路将采用升压转换器，但结果可以直接应用于任意DC-DC转换器。图1所示为升压转换器在恒定电流模式(CCM)下的基本波形。

平均电流模式的工作原理及特点

图1为平均电流模式的控制系统图，K为检测电流放大器，CEA为电流误差放大器，VEA为电压误差放大器。输出电压通过分压电阻器接到电压误差放大器的反相端，VEA同相端接参考电压Vref，输出的电压误差信号经VEA放大后输出，电压值为Vc。Vc连接到电流误差放大器CEA的同相端，输出电流信号由Rs取样，经电流放大器K放大后，输出到电流误差放大器CEA的反相端，电流信号和输出电压误差信号在电流误差放大器CEA内进行比较然后放大，输出为Ve，Ve送到PWM比较器的反相端，与PWM比较器的同相端的锯齿波进行比较，输出PWM关断信号。振荡电路产生PWM的开通时钟信号，同时输出信号给锯齿波发生器以产生相应的锯齿波。