开关电源设计入门培训资料

开关电源的最新的拓扑
半桥谐振 （LLC） 有源钳位 （Active clamp forward) ZVS 全桥 无桥PFC 跟多的交错式控制方式
主要元器件的选择及应用
开关电源主要元器件的选择及应用
Hale Waihona Puke Baidu
开关电源主要元器件的选择及应用
功率场效应管 (Mosfet) 功率二极管 Fuse （保险丝） 电解电容
电压过冲在反向耐压较低的情况下其正向压降也很小（一般0.5V 左右），明显低于快速恢复二极管（一般1V左右） 其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还要小，效率高 肖特 基二极管的弱点 当反向耐压提高时其正向压降也会高得不能满足要求，因此多用 于200V以下反向漏电流较大且对温度敏感，因此反向稳态损耗不 能忽略，而且必须更严格地限制其工作温度.
主要议程
开关电源的基本原理介紹 开关电源的发展趋势 开关电源主要的元器件选择及应用
基本原理介紹
➢ AC 输入部分 ➢ EMI 滤波 部分 ➢ PFC 部分 ➢ DC-DC转换部分 ➢ 均流技術 ➢ 保護与反馈控制線路
开关电源的基本原理及功能框图
开关电源的基本原理
开关电源的发展趋势
开关电源的发展趋势
源极，N沟道型Mosfet管适用于正电源供 电，P沟道型Mosfet管适用于负电源供电， 目前大部分开关电源功率管用N沟道增强 型，而N沟道耗尽型主要应用于小信号控 制。
功率场效应管 (Mosfet)
功率场效应管 (Mosfet)
功率场效应管的输出特性 （Id~Vds）
功率场效应管 (Mosfet)
功率二极管
普通整流二极管(桥堆)
又称整流二极管（Rectifier Diode） 多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流
电路中其反向恢复时间较长，一般在 5 s以上，这在开关频率不高时并不重 要正向电流定额和反向电压定额可以达 到很高，分别可达数千安和数千伏以上
功率二极管
功率二极管
肖特基二极管
以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒 二极管（Schottky Barrier Diode——SBD），简称为肖特基二极 管20世纪80年代以来，由于工艺的发展得以在电力电子电路中广 泛应用
肖特基二极管的优点 反向恢复时间很短（10~40ns）正向恢复过程中也不会有明显的
功率场效应管 (Mosfet)
功率场效应管 (Mosfet)
功率场效应管的输入阻抗及栅极电流
Ciss: C1+C2 C2
Coss: C2+C3
C3
Crss: C2
Q1 C1
功率场效应管 (Mosfet)
功率场效应管的输入阻抗及栅极电流 栅源极间的结电容不容忽略，为了快速
地开通和关断漏极电流，需要较大的栅 极电流驱动栅极电压快速地上升和下降。
功率场效应管 (Mosfet)
功率场效应管的输入阻抗及栅极电流
功率场效应管 (Mosfet)
如上图所式，栅极电压从0V上升到10V过程中，栅极电流Ig包括I1和I2两 部分，
功率场效应管 (Mosfet)
需要栅极的总电流Ig为Ig=I1+I2=0.36+0.564=0.924A
功率场效应管 (Mosfet)
功率二极管
快恢复二极管（Fast Recovery Diode—FRD）
从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级。前 者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100ns以 下，甚至达到20~30ns。
分为PN结型结构和PIN结构两种。采用外延型PIN结构 的的快速恢复外延二极管（Fast Recovery Epitaxial Diodes—FRED），其反向恢复时间比较短（可低于 50ns），正向压降也很低（0.9V左右），但其反向耐 压多在1200V以下
功率场效应管栅极驱动上升和下降时间
导通延迟时间：
Trd=Vgsth（2.5V)-（0V）
关断延迟时间:
Tfd=Vgl（10V)-Vgsth（2.5V)
功率场效应管 (Mosfet)
功率场效应管 (Mosfet)
功率场效应管 (Mosfet)
功率场效应管栅极驱动电路
12 V1
1u C1
1K
开关电源的发展趋势
数字化及多相控制技术 国际的数字通讯总线：PMbus，PSMI 功率管理 模块化设计 交差配合使用 高功率密度及用统一标准
开关电源的发展趋势
低成本 较短的开发及交货周期 高可靠性 ：MTBF（1~4 百万小时） 高效率：94%~96% 更严格的安规标准 高度小型化发展
Mosfet的常用类型
D
D
N channel
G
Q1
P channel G
Q2
S
N Mosfet
S
P Mosfet
功率场效应管 (Mosfet)
功率场效应管 (Mosfet)
功率场效应管的基本特点 > 开关速度快， ~100ns > 开关频率高，50Khz~400Khz > 输出功率大
功率场效应管 (Mosfet)
功率场效应管工作原理 Mosfet是三端电压控制型器件，而三极管
是电流控制型器件，当栅极有驱动电压 时Mosfet管完全导通，驱动电压需要满 足尽可能减小导通压降的要求。 当栅极 无驱动电压时Mosfet应关断。
功率场效应管 (Mosfet)
功率场效应管工作原理 Mosfet管的三端引脚分别是漏极，栅极和
R2 V2
10 R1
Q1 Q2N2222
Output PWM
Q2 Q2N2904
分离的图腾柱驱动电路
功率场效应管 (Mosfet)
功率场效应管选择及应用降额.
1> 最大允许的结温: 80% 2> 栅极最大电压：80% 3> 漏源最大电压: 80%
功率二极管
功率二极管的常用类型
1> 肖特基二极管 (<200V) 2> 快恢复二极管 （200V~800V) 3> 普通整流二极管(桥堆)
功率场效应管 (Mosfet)
Mosfet的常用类型 功率场效应管的基本特点 功率场效应管工作原理 功率场效应管的输出特性 （Id~Vds） 功率场效应管的输入阻抗及栅极电流 功率场效应管栅极驱动上升和下降时间 功率场效应管栅极驱动电路 选择及应用注意事项
功率场效应管 (Mosfet)