开关电源

引言

由于MOSFET及IGBT和软开关技术在电力电子电路中的广泛应用，使得功率变换器的开关频率越来越高，结构更加紧凑，但亦带来许多问题，如寄生元件产生的影响加剧，电磁辐射加剧等，所以EMI问题是目前电力电子界关注的主要问题之一。

引言

经常碰到很多客户讨论钽电容爆炸问题，特别在开关电源、LED 电源等行业，钽电容烧毁或爆炸是令研发技术人员最头痛的，让他们百思不得其解。正因为钽电容失效模式的危险性，让很多研发技术人员都不敢再使用钽电容了，其实如果我们能够全面的了解钽电容的特性，找到钽电容失效（表现形式为烧毁或爆炸）的原因，钽电容并没有那么可怕。毕竟钽电容的好处是显而易见的。钽电容失效的原因总的来说可以分为钽电容本身的质量问题和电路设计问题两大类：

电路设计和产品选型

要求钽电容的产品性能参数可以满足电路信号特点，但是,往往我们不能保证上述两项工作都做的很到位,因此,在使用过程中就必然会出现这样那样的失效问题;现简单总结如下;

1. 低阻抗电路使用电压过高导致的失效;

一个良好的布局设计可优化效率，减缓热应力并尽量减小走线与元件之间噪声作用。这一切都源于设计人员对电中流传导路径以及信号的理解。当一块原型电源板首次使用时，最好的情况是它不仅能工作，而且还安静、发热低。然而这种并不多见。

开关电源的一个常见问题是 “不稳定 ”的开关波形。有些时候，抖动处于声段磁性元件会产生出音频噪声。如果问题在印刷电路板的布局上，要找原因可能会很困难，因此，开关电源设计初期的正确PCB布局就非常关键。

一个好的布局设计可优化电源效率，减缓热应力；更重要的是，它最大限度地减小了噪声，以及走线与元件之间的相互作用。为实现这些目标，设计者必须了解开关电源内部的电流传导路径及信号流。就非隔离开关电源的正确布局设计，本文给出一些经验总结。

布局规划

对一块大电路板上的嵌入dc/dc电源，要获得最佳的电压调节、负载瞬态响应和系统效率，就要使电源输出靠近负载器件，尽量减少PCB走线上的互连阻抗和传导压降。确保有良好的空气流，限制热应力;如果能采用强制气冷措施，则要将电源靠近风扇位置。

一电击危险:

电流流过人体会引起人体的生理反应，反应的强烈程度取决于电流的大小、持续时间、通过人体的路径等。一般只需要0.5mA的电流，就能对健康的人体产生影响，并且可能造成间接性危害。更大的电流可能会对人体造成直接伤害，如烧伤或心室的纤维性颤动。

一般而言，在干燥的情况下，小于40V峰值或60V直流的电压，通常可视为没有危险性的电压。但是，对使用时必须触碰的或者是需要用手操作的裸露零件等都应该接到保护地或者是将其妥善地处理。

为了防止人体(操作人员或者维修人员)受到电击，需要在开关电源设计中，遵守相关行业安规设计标准，如IEC60950，国标G4943等;在这些标准中，对开关电源的不同位置的做了绝缘要求，来保证操作人员的安全。

二绝缘类别

功能绝缘(Functional Insulation)：功能绝缘的目的，只在维持产品能够正常操作，并不具备任何安全上的功能。此类绝缘通常使用于同一线路中的两导体之间，即没有安全隔离要求的部分。例如PWB上的绿油，电解电容的塑胶外壳都是功能绝缘。

MOS设计选型的几个基本原则

建议初选之基本步骤：

1 电压应力

在电源电路应用中，往往首先考虑漏源电压 VDS 的选择。在此上的基本原则为 MOSFET 实际工作环境中的最大峰值漏源极间的电压不大于器件规格书中标称漏源击穿电压的 90% 。即：

VDS_peak ≤ 90% * V(BR)DSS

注：一般地， V(BR)DSS 具有正温度系数。故应取设备最低工作温度条件下之 V(BR)DSS 值作为参考。

2 漏极电流

其次考虑漏极电流的选择。基本原则为 MOSFET 实际工作环境中的最大周期漏极电流不大于规格书中标称最大漏源电流的 90% ；漏极脉冲电流峰值不大于规格书中标称漏极脉冲电流峰值的 90% 即：

ID_max ≤ 90% * ID
ID_pulse ≤ 90% * IDP

1 引言

开关电源是各种系统的核心部分。开关电源的需求越来越大，同时对可靠性提出了越来越高的要求。涉及系统可靠性的因素很多。目前，人们认识上的主要误区是把可靠性完全（或基本上）归结于元器件的可靠性和制造装配的工艺,忽略了系统设计和环境温度对可靠性的决定性的作用。据美国海军电子实验室的统计，整机出现故障的原因和各自所占的百分比如表1所示。
　
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开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。下面就随电源管理小编一起来了解一下相关内容吧。

随着我国工业的快速发展，开关电源逐渐地走上世界舞台，电源的体积也逐渐趋于模块化和小型化，电源的抗扰能力也越来越强。开关电源如何实现电压控制?内部结构是怎样的?下面带大家快速了解一下。

一、什么是开关电源

开关电源是开关稳压电源的简称，一般指输入为交流电压、输出为直流电压的AC-DC变换器。开关电源内部的功率开关管工作在高频开关状态，本身消耗的能量很低，电源效率可达75%~90%，比普通线性稳压电源(线性电源)提高一倍。

说到线性电源(如图1所示)，它与开关电源的区别是什么呢?说的通俗一点就是线性电源的调压可以看成是调阻值调压，相当于调节滑动变阻器使电压发生改变。开关电源则可以看成是通过调节开关的频率而使电压发生变化。

首先从开关电源的设计及生产工艺开始描述吧，先说说印制板的设计。开关电源工作在高频率，高脉冲状态，属于模拟电路中的一个比较特殊种类。布板时须遵循高频电路布线原则。

1、布局：脉冲电压连线尽可能短，其中输入开关管到变压器连线，输出变压器到整流管连接线。脉冲电流环路尽可能小如输入滤波电容正到变压器到开关管返回电容负。输出部分变压器出端到整流管到输出电感到输出电容返回变压器电路中X电容要尽量接近开关电源输入端，输入线应避免与其他电路平行，应避开。Y电容应放置在机壳接地端子或FG连接端。共摸电感应与变压器保持一定距离，以避免磁偶合。如不好处理可在共摸电感与变压器间加一屏蔽，以上几项对开关电源的EMC性能影响较大。

输出电容一般可采用两只一只靠近整流管另一只应靠近输出端子，可影响电源输出纹波指标，两只小容量电容并联效果应优于用一只大容量电容。发热器件要和电解电容保持一定距离，以延长整机寿命，电解电容是开关电源寿命的瓶劲，如变压器、功率管、大功率电阻要和电解保持距离，电解之间也须留出散热空间，条件允许可将其放置在进风口。