開關電源首要是指運用各類新型自關斷器件并通過轉換技術制成的高頻開關式直流穩(wěn)壓電源。開關電源被譽為高效節(jié)能電源，它代表著穩(wěn)壓電源的開展方向，現(xiàn)已成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。下面來為大家介紹5種經(jīng)典開關電源結構的優(yōu)缺點對比。

5種經(jīng)典開關電源結構的優(yōu)缺點對比

1、單規(guī)矩激式

單端：通過一只開關器件單向驅動脈沖變壓器。

正激：脈沖變壓器的原/付邊相位聯(lián)絡，保證在開關管導通，驅動脈沖變壓器原邊時，變壓器付邊一同對負載供電。

該電路的問題是：開關管T替換作業(yè)于通/斷兩種情況，當開關管關斷時，脈沖變壓器處于“空載”情況，其間儲存的磁能將被積累到下一個周期，直至電感器豐滿，使開關器件焚毀。

 

2、單端反激式

反激式電路與正激式電路相反，脈沖變壓器的原/付邊相位聯(lián)絡，保證當開關管導通，驅動脈沖變壓器原邊時，變壓器付邊不對負載供電，即原/付邊交織通斷。脈沖變壓器磁能被積累的問題簡略處理，但是，由于變壓器存在漏感，將在原邊構成電壓尖峰，或許擊穿開關器件，需求設置電壓鉗位電路予以保護D3、N3構成的回路。從電路原理圖上看，反激式與正激式很相象，表面上僅僅變壓器同名端的差異，但電路的作業(yè)方法不同，D3、N3的作用也不同。

 

3、推挽(變壓器中心抽頭)式

這種電路結構的特點是：對稱性結構，脈沖變壓器原邊是兩個對稱線圈，兩只開關管接成對稱聯(lián)絡，輪流轉斷，作業(yè)進程類似于線性擴大電路中的乙類推挽功率擴大器。

首要長處：高頻變壓器磁芯運用率高(與單端電路比較)、電源電壓運用率高(與后面要敘說的半橋電路比較)、輸出功率大、兩管基極均為低電平，驅動電路簡略。

首要缺點：變壓器繞組運用率低、對開關管的耐壓要求比較高(至少是電源電壓的兩倍)。

 

4、全橋式

這種電路結構的特點是：由四只相同的開關管接成電橋結構驅動脈沖變壓器原邊。

T1、T4為一對，由同一組信號驅動，一同導通/關端；T2、T3為另一對，由另一組信號驅動，一同導通/關端。兩對開關管輪流轉/斷，在變壓器原邊線圈中構成正/負交變的脈沖電流。

首要長處：與推挽結構比較，原邊繞組削減了一半，開關管耐壓下降一半。

首要缺點：運用的開關管數(shù)量多，且要求參數(shù)一致性好，驅動電路凌亂，完結同步比較困難。這種電路結構一般運用在1KW以上超大功率開關電源電路中。

 

5、半橋式

電路的結構類似于全橋式，僅僅把其間的兩只開關管(T3、T4)換成了兩只等值大電容C1、C2。

首要長處：具有必定的抗不平衡能力，對電路對稱性要求不很嚴厲；適應的功率規(guī)劃較大，從幾十瓦到千瓦都能夠；開關管耐壓要求較低；電路成本比全橋電路低等。這種電路常常被用于各種非穩(wěn)壓輸出的DC轉換器，如電子熒光燈驅動電路中。

 

開關電源已普遍運用在當時的各類電子設備上，其單位功率密度也在不斷地前進.高功率密度的界說從1991年的25w/in3、1994年36w/in3、1999年52w/in3、2001年96w/in3，現(xiàn)在已高達數(shù)百瓦每立方英寸.由于開關電源中運用了很多的大功率半導體器件，如整流橋堆、大電流整流管、大功率三極管或場效應管等器件。

 

開關電源調試時最常見的10大問題

一、變壓器豐滿

變壓器豐滿現(xiàn)象：在高壓或低壓輸入下開機(包括輕載，重載，容性負載)，輸出短路，動態(tài)負載，高溫等情況下，通過變壓器(和開關管)的電流呈非線性增加，當呈現(xiàn)此現(xiàn)象時，電流的峰值無法預知及控制，或許導致電流過應力和因此而發(fā)生的開關管過壓而損壞。

1、簡略發(fā)生豐滿的情況：

（1）變壓器感量太大；

（2）圈數(shù)太少；

（3）變壓器的豐滿電流點比IC的限流點??；

（4）沒有軟發(fā)起。

2、處理方法：

（1）下降IC的限流點；

（2）加強軟發(fā)起，使通過變壓器的電流包絡更緩慢上升。

 

二、Vds過高

1、Vds的應力要求：

最惡劣條件(高輸入電壓，負載大，環(huán)境溫度高，電源發(fā)起或短路測驗)下，Vds的不應逾越額外規(guī)格的90%

2、Vds下降的方法：

（1）減小途徑電壓：減小變壓器原副邊圈數(shù)比；

（2）減小尖峰電壓：

a、減小漏感：

變壓器漏感在開關管注冊是存儲能量是發(fā)生這個尖峰電壓的首要原因，減小漏感能夠減小尖峰電壓。

b、調整吸收電路：

①運用TVS管；

②運用較慢速的二極管，其自身能夠吸收必定的能量(尖峰)；

③刺進阻尼電阻能夠使得波形愈加平滑，利于減小EMI。

三、IC溫度過高

原因及處理方法：

1、內部的MOSFET損耗太大：

開關損耗太大，變壓器的寄生電容太大，構成MOSFET的注冊、關斷電流與Vds的穿插面積大。處理方法：增加變壓器繞組的距離，以減小層間電容，好像繞組分多層繞制時，層間加入一層絕緣膠帶(層間絕緣)。

2、散熱不良：

IC的很大一部分熱量依托引腳導到PCB及其上的銅箔，應盡量增加銅箔的面積并上更多的焊錫

3、IC周圍空氣溫度太高：

IC應處于空氣流動暢順的當?shù)兀瑧h離零件溫度太高的零件。

四、空載、輕載不能發(fā)起

1、現(xiàn)象：

空載、輕載不能發(fā)起，Vcc重復從發(fā)起電壓和關斷電壓來回跳動。

2、原因：

空載、輕載時，Vcc繞組的感應電壓太低，而進入重復重發(fā)起情況。

3、處理方法：

增加Vcc繞組圈數(shù)，減小Vcc限流電阻，恰當加上假負載。假設增加Vcc繞組圈數(shù)，減小Vcc限流電阻后，重載時Vcc變得太高，請參照安穩(wěn)Vcc的方法。

五、發(fā)起后不能加重載

原因及處理方法：

1、Vcc在重載時過高

重載時，Vcc繞組感應電壓較高，使Vcc過高并抵達IC的OVP點時，將觸發(fā)IC的過壓保護，引起無輸出。假設電壓進一步升高，逾越IC的承受能力，IC將會損壞。

2、內部限流被觸發(fā)

a、限流點太低

重載、容性負載時，假設限流點太低，流過MOSFET的電流被束縛而缺少，使得輸出缺少。處理方法是增大限流腳電阻，前進限流點。

b、電流上升斜率太大

上升斜率太大，電流的峰值會更大，簡略觸發(fā)內部限流保護。處理方法是在不使變壓器豐滿的前提下前進感量。

六、待機輸入功率大

1、現(xiàn)象：

Vcc在空載、輕載時缺少。這種情況會構成空載、輕載時輸入功率過高，輸出紋波過大。

2、原因：

輸入功率過高的原因是，Vcc缺少時，IC進入重復發(fā)起情況，頻繁的需求高壓給Vcc電容充電，構成起動電路損耗。假設發(fā)起腳與高壓間串有電阻，此時電阻上功耗將較大，所以發(fā)起電阻的功率等級要滿足。電源IC未進入BurstMode或現(xiàn)已進入BurstMode，但Burst頻率太高，開關次數(shù)太多，開關損耗過大。

3、處理方法：

調理反響參數(shù)，使得反響速度下降。

七、短路功率過大

1、現(xiàn)象：

輸出短路時，輸入功率太大，Vds過高。

2、原因：

輸出短路時，重復脈沖多，一同開關管電流峰值很大，構成輸入功率太大過大的開關管電流在漏感上存儲過大的能量，開關管關斷時引起Vds高。輸出短路時有兩種或許引起開關管間斷作業(yè)：

（1）觸發(fā)OCP這種方法能夠使開關動作當即間斷

a、觸發(fā)反響腳的OCP；

b、開關動作間斷；

c、Vcc下降到IC關閉電壓；

d、Vcc從頭上升到IC發(fā)起電壓，而從頭發(fā)起。

（2）觸發(fā)內部限流

這種方法發(fā)生時，束縛可占空比，依托Vcc下降到UVLO下限而間斷開關動作，而Vcc下降的時間較長，即開關動作堅持較長時間，輸入功率將較大。

a、觸發(fā)內部限流，占空比受限；

b、Vcc下降到IC關閉電壓；

c、開關動作間斷；

d、Vcc從頭上升到IC發(fā)起電壓，而從頭發(fā)起。

3、處理方法：

（1）削減電流脈沖數(shù)，使輸出短路時觸發(fā)反響腳的OCP，能夠使開關動作靈敏間斷作業(yè)，電流脈沖數(shù)將變少。這意味著短路發(fā)生時，反響腳的電壓應該更快的上升。所以反響腳的電容不行太大；

（2）減小峰值電流。

八、空載，輕載輸出紋波過大

1、現(xiàn)象：

Vcc在空載或輕載時缺少。

（1）原因：

Vcc缺少時，在發(fā)起電壓(如12V)和關斷電壓(如8V)之間振蕩IC在周期較長的間歇作業(yè)，短時間供應能量到輸出，接著間斷作業(yè)較長的時間，使得電容存儲的能量缺少以堅持輸出安穩(wěn)，輸出電壓將會下降。

（2）處理方法：

保證任何負載條件下，Vcc能夠安穩(wěn)供應。

2、現(xiàn)象：

BurstMode時，間歇作業(yè)的頻率太低，此頻率太低，輸出電容的能量不能堅持安穩(wěn)。

處理方法：

在滿足待機功耗要求的條件下稍微前進間歇作業(yè)的頻率，增大輸出電容。

九、重載、容性負載不能發(fā)起

1、現(xiàn)象：

輕載能夠發(fā)起，發(fā)起后也能夠加重載，但是重載或大容性負載情況下不能發(fā)起。

2、一般規(guī)劃要求：

不管重載仍是容性負載(如10000uF)，輸入電壓仍是低，20mS內，輸出電壓必須上升到安穩(wěn)值。

3、原因及處理方法(保證Vcc在正常作業(yè)規(guī)劃內的前提下)：

下面以容性負載C=10000uF為例進行分析，按規(guī)格要求，必須有滿足的能量使輸出在20mS內上升到安穩(wěn)的輸出電壓(如5V)。

E=0.5*C*V^2

電容C越大，需求在20mS內從輸入傳輸?shù)捷敵龅哪芰扛蟆?/span>

以芯片F(xiàn)SQ0170RNA為例暗影部分總面積S就是所需的能量。要增加面積S，方法是：

（1）增大峰值電流限流點I_limit，可容許流過更大電感電流Id：將與Pin4相接的電阻增大，從內部電流源Ifb分流更小，使作為電流束縛參閱電壓的PWM比較器正輸入端的電壓將上升，即容許更大的電流轉過MOSFET/變壓器，能夠供應更大的能量。

（2）發(fā)起時，增加傳遞能量的時間，即延伸Vfb的上升時間(抵達OCP保護點前)。

對這款FSQ0170RNA芯片，電感電流控制是以Vfb為參閱電壓的，Vfb電壓的波形與電感電流的包絡成正比?？刂芕fb的上升時間即可控制電感包絡的上升時間，即增加傳遞能量的時間。IC的OCP功能是檢測Vfb抵達Vsd(如6V)完結的。所以要下降Vfb斜率，就能夠延伸Vfb的上升時間。輸出電壓未抵達正常值時，假設反響腳電壓Vfb現(xiàn)已上升到保護點，傳遞能量時間不行。重載、容性負載發(fā)起時，輸出電壓建立較慢，加到光耦電壓較低，通過光耦二極管的電流小，光耦光敏管高阻態(tài)(趨向關斷)的時間較長。IC內部電流源給與反響腳相接的電容充電較快，假設Vfb在這段時間內上升到保護點(如6V)，MOSFET將關斷。輸出不能抵達正常值，發(fā)起失利。

處理方法：

使輸出電壓抵達正常值時，反響腳電壓Vfb仍然小于保護點。使Vfb遠離保護點而緩慢上升，或延伸反響腳Vfb上升到保護點的時間，即下降Vfb的上升斜率，使輸出有滿足的時間上升到正常值。

A、增大反響電容(C9)，能夠將Vfb的上升斜率下降，如圖所示，由D線變成A線。但是反響電容太大會影響正常作業(yè)情況，下降反響速度，使輸出紋波變大。所以此電容不能改變太大。

B、由于A方法有缺少，將一個電容(C7)串連穩(wěn)壓管(D6，3.3V)并聯(lián)到反響腳。此法不會影響正常作業(yè)，如B線所示，當Vfb<3.3V時，穩(wěn)壓管不會導通，分流。上升3.3V時，穩(wěn)壓管進入穩(wěn)壓情況，電容C7開端充電分流，減小后續(xù)Vfb的上升斜率。C。在431的K-A端并聯(lián)一個電容(C11)，電源發(fā)起時，C11電壓較低，并由光耦二極管和431的偏置電阻R10進行充電。這樣光耦就有較大電流轉過，使光耦光敏管阻抗較低而分流，Vfb將緩慢上升，如C線所示。R10×C11影響充電時間，也就影響輸出的上升時間。

留意點：

①增加反響腳電容(包括穩(wěn)壓管串電容)，對處理超大容性負載問題作用較??；

②增大峰值電流限流點I_limit，一同也增加了穩(wěn)態(tài)下的OCP點。需求在容性負載，輸入情況下查看變壓器是否會豐滿；

③假設要堅持限流點，須使R10×C11更大，但在超大容性負載(10000uF)情況下，或許會增加5Vsb的上升時間逾越20mS，此法需求查看動態(tài)照應是否受太大影響；

④431的偏置電阻R10太小，431并聯(lián)的C11要更大；

⑤為了保證上升時間，增大OCP點和增大R10×C11方法或許要一同運用。

十、空載、輕載輸出反跳

1、現(xiàn)象：

在輸出空載或輕載時，關閉輸入電壓，輸出(如5V)或許會呈現(xiàn)如下圖所示的電壓反跳的波形。

2、原因：

輸入關掉時，5V輸出將會下降，Vcc也跟著下降，IC間斷作業(yè)，但是空載或輕載時，巨大的PC電源大電容電壓并不能快速下降，仍然能夠給高壓發(fā)起腳供應較大的電流使得IC從頭發(fā)起，5V又從頭輸出，反跳。

3、處理方法：

在發(fā)起腳串入較大的限流電阻，使得大電容電壓下降到仍然比較高的時分也缺少以供應滿足的發(fā)起電流給IC。將發(fā)起接到整流橋前，發(fā)起不受大電容電壓影響。輸入電壓關斷時，發(fā)起腳電壓能夠靈敏下降。

 

上述是5種經(jīng)典開關電源結構的優(yōu)缺點對比、開關電源調試時最常見的10大問題?，F(xiàn)如今，開關電源運用越來越廣泛，高頻化是現(xiàn)在開關電源技術開展的首要方向之一，也是高頻開關整流器開展的首要趨勢之一。但隨著開關頻率的前進，功率器件的開關損耗將成比例地增加。所以在開關頗率較高時，需采納十分有用的“軟化”方法，盡或許下降器件的開關損耗?，F(xiàn)在比較盛行的方法是選用有源軟開關技術，如諧振技術、準諧振(或多諧振)技術、ZCS-PWM(或ZVS-PWM)技術及ZCT-PWM(或ZVT-PWM)技術等。另一種較實用的方法是選用無源無耗軟開關技術，即選用無源器件(L，C，D等)構成獨特的(專利的)電路網(wǎng)絡，對功率開關完結無損耗級沖。