开关电源

传统的线性稳压电源虽然电路结构简单、工作可靠，但它存在着效率低（只有 40% － 50% ）、体积大、铜铁消耗量大，工作温度高及调整范围小等缺点。

为了提高效率，人们研制出了开关式稳压电源，它的效率可达 85% 以上，稳压范围宽，除此之外，还具有稳压精度高、不使用电源变压器等特点，是一种较理想的稳压电源。

本文对各类开关电源的工作原理作一阐述：

<strong>一、开关式稳压电源的基本工作原理</strong>

开关式稳压电源接控制方式分为调宽式和调频式两种，在实际的应用中，调宽式使用得较多，在目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数也为脉宽调制型(PWM)。因此下面就主要介绍调宽式开关稳压电源。

调宽式开关稳压电源的基本原理可参见下图。

什么是Power Supply?

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2020-06/wen_zhang_/100049807-99436-1.jp…; alt=“” width="600"></center>

开关电源的元件构成

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2020-06/wen_zhang_/100049807-99437-2.jp…; alt=“” width="600"></center>

三种基本的非隔离开关电源

<strong>噪音来源于PCB设计/电路振荡/磁元件三方面：</strong>

1）电路振荡，电源输出有很大的低频稳波。多是电路稳定余度不够引起。理论上可以用系统控制理论中的频域法/时域法或劳斯判据做理论分析。现在；可以用计算机仿真方法方便的验证电路稳定性，以避免自激振荡发生，有多款软件可以用。对于已经做好的电路，可以增加输出滤波电容或电感/改变信号反馈位置/增加PI调节的积分电容/减少开环放大倍数等方法改善。

2）PCB设计

A）主要是EMI噪音引起，射频噪音调整PI调节器，使输出误差信号中包含扰动。主要查看高频电容是否离开关元件太远，是否有大的C形环绕布线等等...

B）控制电路的PCB线至少有两点以上和功率电路共用。PCB覆铜线并非理想导体，它总是可以等效成电感或电阻体，当功率电流流过了和控制回路共用的PCB线，在PCB上产生电压降落，控制电路各节点分散在不同位置时，功率电流引起的电压降对控制网络家入了扰动，使电路发出噪音。这显现多发生在功率地线上，注意单点接地可以改善。

3）磁元件

磁材有磁至应变的特点，漆包线也会在泄露磁场中受到电动力的左右，这些因素的共同作用下，局部会发生泛音或1/N频率的共振。改变开关频率和磁元件浸漆可以改善。

<strong>1、输出计算</strong>

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：

<center>Is=KIf</center>

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；

<strong>2、接地</strong>

开关电源比线性电源会产生更多的干扰，对共模干扰敏感的用电设备，应采取接地和屏蔽措施，按ICE1000、EN61000、FCC等EMC限制，开关电源均采取EMC电磁兼容措施，因此开关电源一般应带有EMC电磁兼容滤波器。如利德华福技术的HA系列开关电源，将其FG端子接大地或接用户机壳，方能满足上述电磁兼容的要求。

<strong>3、保护电路</strong>

开关电源在设计中必须具有过流、过热、短路等保护功能，故在设计时应首选保护功能齐备的开关电源模块，并且其保护电路的技术参数应与用电设备的工作特性相匹配，以避免损坏用电设备或开关电源。

电感器作为磁性元件的重要组成部分，被广泛应用于电力电子线路中。尤其在电源电路中更是不可或缺的部分。如工业控制设备中的电磁继电器，电力系统之电功计量表（电度表）。开关电源设备输入和输出端的滤波器，电视接收与发射端之调谐器等等均离不开电感器。电感器在电子线路中主要的作用有：储能、滤波、扼流、谐振等。在电源电路中，由于电路处理的均是大电流或高电压的能量传递，故电感器多为“功率型”电感。正是因为功率电感不同于小信号处理电感，在设计时因开关电源的拓扑方式不一样，设计方式也就各有要求，造成设计的困难。当前电源电路中的电感器主要用于滤波、储能、能量传递以及功率因数校正等。电感器设计涵盖了电磁理论，磁性材料以及安规等诸多方面的知识，设计者需对工作情况和相关参数要求（如：电流、电压、频率、温升、材料特性等）有清楚了解以作出最合理的设计。

<strong>电感器的分类</strong>

电感器以其应用环境、产品结构、形状、用途等可分为不同种类，通常电感器设计是以用途及应用环境作为出发点而开始的。在开关电源中以其用途不同，电感器可分为：

共模滤波电感器（Common Mode Choke）

常模滤波电感器（Normal Mode Choke）

在开关电源设计中PCB板的物理设计都是最后一个环节，如果设计方法不当，PCB可能会辐射过多的电磁干扰，造成电源工作不稳定，以下针对各个步骤中所需注意的事项进行分析：

<strong>一、从原理图到PCB的设计流程</strong>

建立元件参数－》输入原理网表-》设计参数设置-》手工布局-》手工布线-》验证设计－》复查-》CAM输出。

二、参数设置相邻导线间距必须能满足电气安全要求，而且为了便于操作和生产，间距也应尽量宽些。最小间距至少要能适合承受的电压，在布线密度较低时，信号线的间距可适当地加大，对高、低电平悬殊的信号线应尽可能地短且加大间距，一般情况下将走线间距设为8mil。

焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于1mm，这样可以避免加工时导致焊盘缺损。当与焊盘连接的走线较细时，要将焊盘与走线之间的连接设计成水滴状，这样的好处是焊盘不容易起皮，而是走线与焊盘不易断开。

开关电源因体积小、功率因数较大等优点，在通信、控制、计算机等领域应用广泛。但由于会产生电磁干扰，其进一步的应用受到一定程度上的限制。本文将分析开关电源电磁干扰的各种产生机理，并在其基础之上，提出开关电源的电磁兼容设计方法。

<strong>一、开关电源的电磁干扰分析</strong>

首先将工频交流整流为直流，再逆变为高频，最后再经整流滤波电路输出，得到稳定的直流电压。电路设计及布局不合理、机械振动、接地不良等都会形成内部电磁干扰。同时，变压器的漏感和输出二极管的反向恢复电流造成的尖峰，也是潜在的强干扰源。

<strong><font color="#004a85">01、内部干扰源</font> </strong>

● 开关电路
开关电路主要由开关管和高频变压器组成。开关管及其散热片与外壳和电源内部的引线间存在分布电容，它产生的du/dt具有较大幅度的脉冲，频带较宽且谐波丰富。开关管负载为高频变压器初级线圈，是感性负载。当原来导通的开关管关断时，高频变压器的漏感产生了反电势E＝-Ldi/dt，其值与集电极的电流变化率成正比，与漏感成正比，迭加在关断电压上，形成关断电压尖峰，从而形成传导干扰。　　

本视频将向您介绍Analog Devices EVAL-ADXL362评估板的内容。

<center><iframe height="420" width="70%" src='http://player.youku.com/embed/XNDQ1NTUyMjc2OA==&#039; frameborder=0 'allowfullscreen'></iframe></center>