开关电源

随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。

现代开关电源有两种：一种是直流开关电源；另一种是交流开关电源。开关电源大致由主电路、控制电路、检测电路、辅助电源四大部份组成。

1、主电路

冲击电流限幅：限制接通电源瞬间输入侧的冲击电流。

输入滤波器：其作用是过滤电网存在的杂波及阻碍本机产生的杂波反馈回电网。

整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电。

逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分。

输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。

2、控制电路

一方面从输出端取样，与设定值进行比较，然后去控制逆变器，改变其脉宽或脉频，使输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对电源进行各种保护措施。

3、检测电路

开关稳压电源非常关键的一个指标就是纹波，它主要是由开关变换的方式导致的，也因纹波的存在会影响到后续电路的工作，尤其是在对纹波比较敏感的场合下。如何正确测量开关电源纹波？如何有效抑制开关电源的纹波以达到供电电路的要求？这些都是PCB设计工程师需要掌握的重要技能。

开关电源纹波的测量

要有效降低开关电源输出纹波我们首先得有个比较靠谱的测试方法，不能是由于测试方法的问题而导致的假波形是整改不好的

基本要求：使用示波器AC 耦合，20MHz 带宽限制，拔掉探头的地线

1，AC 耦合是去掉叠加的直流电压，得到准确的波形。

2，打开20MHz 带宽限制是防止高频噪声的干扰，防止测出错误的结果。因为高频成分幅值较大，测量的时候应除去。

3，拔掉示波器探头的接地夹，使用接地环测量，是为了减少干扰。很多部门没有接地环，如果误差允许也直接用探头的接地夹测量。但在判断是否合格时要考虑这个因素。

开关电源调试时最常见的10个问题，做为工程师的你还不知道吗？PS：内附解决方法！

1、变压器饱和

变压器饱和现象

在高压或低压输入下开机(包含轻载，重载，容性负载)，输出短路，动态负载，高温等情况下，通过变压器(和开关管)的电流呈非线性增长，当出现此现象时，电流的峰值无法预知及控制，可能导致电流过应力和因此而产生的开关管过压而损坏。

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2018-12/wen_zhang_/100016246-54629-1.jpg&q…; alt="开关电源调试时最常见的10大问题总结"></center><center>变压器饱和时的电流波形</center>

为什么用于开关电源的开关管一般用MOS管而不是三极管

由 demi 提交于周二, 11 十二月 2018 - 10:30

区别：

1.MOS管损耗比三极管小，导通后压降理论上为0。

2.MOS管为电压驱动型，只需要给电压即可，意思是即便串入一个100K的电阻，只要电压够，MOS管还是能够导通。

3.MOS管的温度特性要比三极管好。

MOS管比三极管最大的有点是所需的驱动功率小，用MOS管做电源驱动时，只需要一个驱动电压信号即可，就可以控制很大的电源电流了（几安培到几十安培），控制很方便，如果用三极管，需要几级推动电路，将控制电流逐步加大，也就是多级放大，常见的方式是达林顿电路，这样在设计电路时就很繁琐了，调试也费劲。

三极管（BJT）是电流控制器件，MOS是电压控制器件，三极管需要较大的控制电流，很多时候需要逐级放大，而MOS管的栅极电流极小，几乎可以忽略，再加上MOS管饱和导通时产生的压降比BJT饱和压降低，所以耗散功率小，效率也更高，所以一般的功率开关管会选择MOS管而不是BJT。

不过MOS管并不是没有缺点的，由于MOS管的栅电容的天然缺点，会影响它的开关速度，同样用途的管子，一般BJT要比MOS的速度更快。

另外MOS管的输入阻抗接近无穷，所以最大程度的分压，用作开关静态时，漏电小，功耗小，可靠。

1. 反复短路测试

测试说明

在各种输入和输出状态下将模块输出短路，模块应能实现保护或回缩，反复多次短路，故障排除后，模块应该能自动恢复正常运行。

测试方法

回缩，短路排除后，模块应能恢复正常工作。让模块反复从空载到短路不断的工作，短路时间为1s，放开时间为1s，持续时间为2小时。这以后，短路放开，判断模块是否能够正常工作。

满载到短路：在输入电压全范围内，将模块从满载到短路，模块应能正常实现输出限流或回缩，短路排除后，模块应能恢复正常工作。让模块从满载到短路然后保持短路状态2小时。然后短路放开，判断模块是否能够正常工作。

短路开机：将模块的输出先短路，再上市电，再模块的输入电压范围内上电，模块应能实现正常的限流或回缩，短路故障排除后，模块应能恢复正常工作，重复上述试验10次后，让短路放开，判断模块是否能够正常工作。

判定标准

上述试验后，电源模块开机能正常工作;开机壳检查，电路板及其他部分无异常现象(如输入继电器在短路的过程中触电是否粘住了等)，合格；否则不合格。

2. 反复开关机测试

测试说明

开关电源中高频磁芯很常见，当你面对形状各异的高频磁芯，你能解释出来它们究竟有何不同吗？

高频变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。变压器的磁芯包括罐型磁芯，RM型磁芯，E型磁芯，EC、ETD和EER型磁芯，PQ型磁芯，EP型磁芯，EP型磁芯，环形磁芯等磁芯，那么这些磁芯对变压器的工作有何影响呢？

下面请看具体的分析。

1、罐型磁芯

骨架和绕组几乎全部被磁芯包裹起来，致使它对EMI的屏蔽效果非常好；罐型磁芯尺寸均符合IEC标准，在制造的时候互换性非常好；可提供简单型骨架(无插针的)和PCB板安装骨架(有插针)；由于罐型形状的设计，致使与其它类型同等尺寸的磁芯相比费用更高；由于它的形状不利于散热，因此不适于应用于大功率变压器电感器。

做了这么些年的开关电源设计，一个很让我心里忐忑的事就是新做的样机进行初次上电，担心炸机。相信很多工程师跟我一样深有体会，把自己的新样机在上电之前检查再检查，生怕哪个地方有焊错焊反搭焊或者说有地方短路，甚至把工作台上都扫得干干净净以防万一。

根据工程师的经验不同，细心程度不同，样机首次通电有一定的炸机概率，并且提心吊胆的。当然“提心吊胆”一词只能用在一部分工程师上，有部分工程师天生不怕炸也不怕做耐压实验时发出的那个“滋滋”的声音，一副脸不变色心不跳的样子（不知道是不是装的）。

炸机很痛苦，尤其这样一个全新样机本就没有调试好参数的电源，本来电源就有可能存在不正常，炸了岂不是更难修理？

为此很多工程师由于设备配置有限，用各种办法经验来避免炸机，比如输入电压慢慢调高边调边看电流的状态，看功率计上的功率变化，一旦形势不对马上断电，这样确实可以避免一些异常情况，但有时手速不够快就炸了。

下面给大家分享一个亲测有效，且成本很低的方法来防止样机首次上电炸机的问题，手头有 ac source 等设备的工程师请忽略！

开关电源在今天的电子产品中几乎是必不可少的部分。其优点就是转换效率高、发热少，针对每一种应用可以有多种选择。开关稳压是通过脉宽调制（PWM）的方式解决热热扩散和效率的问题。在设计开关电源电路的时候需要考虑的因素有很多，价格不应该是唯一的因素。全面地了解到这些因素可以帮助你选择性价比最合适的器件，在这里我们按照重要性列出了设计开关电源的时候关键的7步：

1 输出负载的需求：

开关DC-DC的输出端需要实现的电压和常规电流显然是设计中非常重要的因素。元器件数据手册只是给出了部分的信息，你需要计算系统需要开关电源提供的最大输出功率，以保证你选用的器件能够提供安全的运行并有一定的余量。

同一个型号的器件经常会有不同的封装，每种封装的热性能是不同的，输出的能力也就不一样。不同的封装有不同的热阻，有的封装在处理热扩散方面比较有优势。选择封装的时候需要考虑产品空间的要求，同时也要考虑到可制造性、总体的气流以及电路板的布局。一般有限的空间或封装需要非常紧凑的设计，需要对在不影响产品其它部分的情况下如何散热进行认真的评估，即热量要被正确释放，才不会影响产品的其它部分，因为由于热量导致的温度梯度会带给超低噪声电路、高性能系统、光学电路一系列的性能问题。