开关电源原理讲解

开关电源的结构与特征
• • • • • • 1开关电源介绍 2.开关电源的工作原理 3.开关电源的类型 4.开关电源的组成部分 5.开关电源各部分功能介绍 6.实例讲解
1.开关电源介绍
•開關電源(交換式電源供應器):簡稱SPS (Switch Power Supply)它是將現有交流或 直流利用回路的ON/OFF反覆變化,將輸入電 壓整流濾波后之直流電壓,作一定頻率的切 換.其結果再進行濾波,得到一固定輸出電 壓,也可稱之為換流器.(其動作原理是利用 其回路內的截波器使得輸入及輸出回路形 成兩個獨立的回路.)
•
4.开关电源的组成部分
1、SPS原理方框图：
AC IN
EMI滤波 电路
高压整流 滤波
隔離變 壓器
整流濾 波電路
直流輸 出
PWM 邏輯 控制電路
高壓方波 切割元件
保護電路 控制電路
5.开关电源各部分功能介绍
• 以270W为例： 270W线路柜架
5.开关电源各部分功能介绍
• 线路图
5.开关电源各部分功能介绍
输入电路EMI
卸放电阻 NTC 浪涌电流限制 EMI component fuse 电路保护 EMI component
5.开关电源各部分功能介绍
PS/on-off control circuit
5.开关电源各部分功能介绍
• -12V SCP Circuit (-12V*18K)/(13K+18K)=-6.96V (5*13K)/(13K+18K)=2V (-6.96)+2=-4.96V ( Veb = - 4.96V, Q702 Cut-Off) 如果-12V 短 路到地. +5V经 R702给Q702 b极提供电压，此电压 为 Vb=(5*13K)/(18K+13K) =2V Ib = (+5V - Veb) / R702 = (5V - 2V) / 18K = 166uA.
Ip
2. 正激式（Forward）
• • 状态1：Q1 OFF 初級及次級 Ds1 都沒有電流流動，輸出電感原先儲存的能量經由 Ds2 放電到 Cs1 及輸出負載，完成能量傳遞的目的
2. 正激式（Forward）
• • • • • • 一、正激式轉換器的優點有:轉換功率通常在50~500W之間. 1. 正激式變壓器通常使用無氣隙的CORE,電感值L較高,原副邊繞組之峰值電 流較小( Φ=LI),而銅損較小. 2.開關管的峰值電流較低,開關損耗小. 3.适用于低壓.大電流.功率較大的場合. 二、正激式轉換器的缺點有: 1. 在开关管 ton時,變壓器原邊電流Ip=Im+Iload.其中磁化電流Im是無法傳送 到副邊的能量. 在开关 toff期間此磁能無法被泄放,磁化能量將引起較高的反 壓加在开关管之C . E极間而損壞晶体.另一方面磁化能量的存在將使變壓器 CORE趨于飽和, 產生很大的集電极電流Ic, 使晶体損壞.為解決上述問題,通常 在變壓器中設置一消磁繞組NR, 將磁化能量反饋到電源輸入端. 2.成本高于反激式电源
5.开关电源各部分功能介绍
• PG, OVP, OCP PS-ON Control Circuit
PG 触发信号输入
+12V 电流检测电阻
PS. 控制 IC
2.开关电源的工作原理
• 为获得稳定的输出电压，用晶体管等作为开关器件，反复执行通（ON)，断 （OFF)操作方式的电源，称之为开关电源。
开关 接通 电源 关断 开关操作 反复执行通断
灯 亮 电流i
灯 灭 平 均 电 流
灯泡明 亮
t
SW接通
t
SW断开
Байду номын сангаас
i
t
1，小型轻量；2，效率高；3，输入的 电压范围宽。
5.开关电源各部分功能介绍
• 发热风速控制&OTP线路
NTC 温度侦测
风扇速度控制电阻
5.开关电源各部分功能介绍
• 5Vsb Circuit
Hi-V input +5Vsb Output Vcc Output
OVP device PWM + Mosfet IC
5.开关电源各部分功能介绍
• 电压回授电路
•
2. 正激式（Forward）
• 状态1：Q1導通
• Q1導通時原邊繞組Np有電流Ip流過,因副邊繞組Ns与Np有相同的同銘端.故副 邊繞組通過DS1把能量傳遞到輸出端,對次級電感 L1充電 .次級電感的電流波 形、工作 Duty … 則與 Buck 線路一模一樣 ………該Buck的輸入電壓則是變 壓器T1的次級電壓Vs，能量先轉存到 L1 及輸出負載 .
3.开关电源的类型
• 1，返激式（Flyback) • 2. 正激式（Forward） • 3. 谐振式（分电压谐振&电流谐振） • 4. 自激式（RCC) 目前电源的主流种类为以上4种，现以使用较 多的Flyback& Forward类型作进一步探讨。
1，返激式（Flyback)
• • • 1，返激式（Flyback) 概述：返馳式(Flyback)轉換器又稱單端反激式或"Buck-Boost"轉換器.因其輸 出端在原邊繞組斷開電源時獲得能量故而得名. 返激式转换器主电路的基本架构：
U403 工作电流计算 Ref to U403 Spec Ika > 1mA. I ka = +5V - Vf - V ka / R421 = 5V - 1V - 2.5V / 390 = 3.85mA. 回授电阻计算 U403 Vref = 2.5V Iref = Vref / (R418 + R426//VR401) 假设 Iref = 1mA. 假设回授的比值是： 60% for +5V 44% for +12V R416 = (5V - Vref) / 0.6 Iref = (5V - 2.5V) / 600uA = 4166 Used 3.9K R417 = (12V - Vref) / 0.4Iref = (12V - 2.5V) / 400uA = 23750 Used 22.6K
1，返激式（Flyback)
1，返激式（Flyback)
1，返激式（Flyback)
1，返激式（Flyback)
1，返激式（Flyback)
• • • • • • • • • 一、返馳式轉換器的優點有: 1. 電路簡單,能高效提供多路直流輸出,因此適合多組輸出要求. 2. 轉換效率高,損失小. 3. 變壓器匝數比值較小. 4. 輸入電壓在很大的範圍內波動時,仍可有較穩定的輸出,目前已可實現交流輸 入在 85~265V間.無需切換而達到穩定輸出的要求. 二、返馳式轉換器的缺點有: 1. 輸出電壓中存在較大的紋波,負載調整精度不高,因此輸出功率受到限制,通 常應用於150W 以下. 2. 轉換變壓器在電流連續(CCM)模式下工作時,有較大的直流分量,易導致磁芯 飽和,所以必須在磁路中加入氣隙,從而造成變壓器體積變大. 3. 變壓器有直流電流成份,且同時會工作於CCM / DCM兩種模式,故變壓器在 設計時較困難,反復調整次數較順向式多,迭代過程較复雜.
2. 正激式（Forward）
• • 正激式（Forward） 概述: 順向式(Forward)轉換器又稱單端正激式或"buck"式轉換器.因其在原邊 繞組接通電源VIN的同時繞組把能量傳遞到輸出端故而得名. Forward變換器 中的變壓器是一個純粹的隔離變壓器. 因此,在副邊輸出端須附加儲能電感器L, 用以儲存及傳送能量. 正激式转换器主电路的基本架构：
灯泡暗 淡
断开
开关电源的基本操作：上图所示的SW执行ON操作时，灯泡点亮，执行OFF操作时，灯泡熄灭。一般灯 泡仅有点亮与熄灭两种状态，且是周期性反复执行ON及OFF操作，若使ON与OFF两者的时间比进 行连续改变时，则灯泡的亮度也随之发生变化。如此所执行的操作，既是脉宽控制方式（PWM: pulse width modulation), PWM:使开关操作频率固定，1/f =T,为定值，只改变ON时宽度.
开关电源原理讲解
Navy_Liu 2008/6/12
概论
• 电源供应器（SPS)是所有电子产品中不可 或缺的动力来源，它提供各式源源不断的 能量以供应电子产品中的每一个元件所需 要的电压或电流。近年来，为了符合现代 电子产品小型化及高功率密度的需求，电 源供应器的研究与发展均朝轻，薄，短， 小的趋势发展。