开关电源

<strong>引言</strong>

通常在开关电源启动时，可能需要输入端的主电网提供短时的大电流脉冲，这种电流脉冲通常被称为“输入浪涌电流（inrush current）”。输入浪涌电流给主电网中的断路器（main circuit breaker）和其它熔断器的选择造成了麻烦：断路器一方面要保证在过载时熔断，起到保护作用；另一方面又必须在输入浪涌电流出现时不能熔断，避免误动作。另外，输入浪涌电流会产生输入电压波形塌陷，使供电质量变差，进而影响其它用电设备的工作。

<strong>出现输入浪涌电流的原因</strong>

如图1所示的开关电源中，输入电压首先经过干扰滤波，再通过桥式整流器变成直流，然后通过一个很大的电解电容器进行波形平滑，之后才能进入真正的直流/直流转换器。输入浪涌电流就是在对这个电解电容器进行初始充电时产生的，它的大小取决于上电时输入电压的幅值以及由桥式整流器和电解电容器所形成回路的总电阻。如果恰好在交流输入电压的峰值点启动，就会出现峰值输入浪涌电流。

功率变换器中的功率磁性元件

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作用：起到磁能的传递和储能作用，是必不可少的元件。

特点：体积大、重量大、损耗大、对电路性能影响大。

挑战：对变换器功率密度影响很大，成为发展瓶颈。

<strong>功率变换器技术与磁性元件</strong>

拓扑：正激、反激、推挽、全桥移相、LLC等，磁集成，磁耦合；

控制：控制芯片+控制电路，变压器环节+滤波器环节；

封装：PCB绕组、绕组+同步MOS、超薄磁元件；

元件：有源器件、电容、磁性元件（设计+定制）；

仿真：电路模型、器件模型（IC、MOS、Diode、Cap、磁性元件）；

设计开关电源很多人觉得很难，其实不然。设计一款开关电源并不难，难就难在做精，等你真正入门了，积累一定的经验，再采用分立的结构进行设计就简单多了。本文将讲解如何一步一步设计开关电源。

开关电源设计的第一步就是看规格，具体的很多人都有接触过，今天我给大家简单讲下设计一款宽范围输入的隔离开关电源。

<strong>1、首先确定功率，根据具体要求来选择相应的拓扑结构</strong>

这样的一个开关电源一般选择反激式（flyback）基本上可以满足要求。在这里我会选择用公式来计算，有需要分析的，可以拿出来再讨论。

<strong>2、选择相应的PWMIC和MOS来进行初步的电路原理图设计</strong>

当我们确定用flyback拓扑进行设计以后，我们需要选择相应的PWMIC和MOS来进行初步的电路原理图设计（sch）。无论是选择采用分立式还是集成的设计，对里面的计算我都会进行分解。

分立式：PWMIC与MOS是分开的，这种优点是功率可以自由搭配，缺点是设计和调试的周期会变长。

集成式：PWMIC与MOS集成在一个封装里，省去设计者很多的计算和调试分步，适合于刚入门或快速开发的环境。

<strong>一、为什么灌胶？对胶的要求怎样？</strong>

这说起来简单，有可能是客户要求灌胶，有可能是看到别人在灌胶也在找胶灌。肯定的说，灌封胶主要有以下几大目的和要求：

<strong>1、防水性。</strong>灌封胶将整个产品电气部份严密的包裹起来，与外界完全隔绝。水、水气和酸碱盐都挨不到电路元件，从而提高防水防潮防腐蚀能力。所以选的胶要流动性好，流动性不好就不能深层渗透完全密封；然后就是要具备粘结力，不然灌封后长时间冷热交替与元件分离了也没什么用，产品寿命性能也受影响。

<strong>2、导热性。</strong>电源属功率性产品，就是转换、控制和向外输出能量。产品工作就会发热，像开关管、变压器、电解电容和电感等都是发热器件且都是怕热器件。怎么办？肯定要把它发的热尽快且尽量多的传导出去。所以胶要有良好的导热性，可以说期望胶的导热系数越高越好。电源中的电解电容，温度每升高十度寿命约缩一半，但你不能给它加散热片；变压器、电感温度一高，很多参数都在变，整个设计就难度提升，你也不好加个散热片。

防水电源整个需密封，而空气的导热率是很低的，主要靠对流与辐射。但是对流是不可能的，元件都会闷在盒子里。

LED开关电源的研发速度在最近几年有了明显的飞跃，新产品更新换代的速度也加快了许多。作为最后一个设计环节，PCB的设计也显得尤为重要，因为一旦在这一环节出现问题，那么很可能会对整个LED开关电源系统产生较多的电磁干扰，对于电源工作的稳定性和安全性也都会造成不利影响。那么，PCB的设计怎样做才是正确的呢？

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最近几年LED电源的元器件布局研究和市场实践结果证明，即使在研发初期所设计的电路原理图是非常正确，一旦PCB的设计出现问题，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。例如由于电源和地线的考虑不周到而引起的干扰，就会使产品的性能下降。因此在设计PCB板的时候，就需要采用正确的方法。

<strong>1、单端正激式</strong>

单端：通过一只开关器件单向驱动脉冲变压器.

正激：其脉冲变压器的原/副边相位关系确保在开关管导通，驱动脉冲变压器原边时，变压器副边同时对负载供电。

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该电路的最大问题是：开关管T交替工作于通/断两种状态，当开关管关断时，脉冲变压器处于“空载”状态，其中储存的磁能将积累到下一个周期，直至电感器饱和，使开关器件烧毁。图中的D3与N3构成的磁通复位电路，提供了泄放多余磁能的渠道。

<strong>2、单端反激式</strong>

网上总有网友对开关电源电压型控制与电流型控制的提问，回答的方式也各式各样，为了澄清相关概念，这里发表一下对这两个概念的理解，希望对同行有所裨益。

电压型控制与电流型控制是指对反馈信号的不同取样方法，电压型控制以电源的输出电压为反馈信号，该反馈信号与给定值的偏差经比较器放大后与锯齿波比较产生控制脉冲。而电流型控制是以高频变压器原边输出电流为采样反馈信号组成电流闭环，以电压反馈信号组成电压外环，电压外环的输出偏差作为电流内环的给定，与电流反馈信号比较产生控制脉冲，两种控制方式的系统结构框图如图1和2所示：

上文提及5种验证方法，此文将继续介绍4种必须过的关。

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<strong>6、高压空载，低压限流态运行试验</strong>

测试说明

高压空载运行是测试模块的损耗情况，尤其是带软开关技术的模块。在空载情况下，软开关变为硬开关，模块的损耗相应增大。低压满载运行是测试模块在最大输入电流时，模块的损耗情况。通常状态下，模块在低压输入、满载输出时，效率最低，此时模块的发热最为严重。

<strong>测试方法</strong>