开关电源作用及其布线规则技巧

Release time：2022-08-23
author：Ameya360
source：网络
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    在日常的电源使用当中，开关电源是最为常见的一种现代电子供电产品。不同于线性电源，开关电源利用的切换晶体管多半是在全开模式(饱和区)及全闭模式(截止区)之间切换，这两个模式都有低耗散的特点，切换之间的转换会有较高的耗散，但时间很短，因此比较节省能源，产生废热较少。理想上，开关电源本身是不会消耗电能的。电压稳压是透过调整晶体管导通及断路的时间来达到。相反的，线性电源在产生输出电压的过程中，晶体管工作在放大区，本身也会消耗电能。开关电源的高转换效率是其一大优点，而且因为开关电源工作频率高，可以使用小尺寸、轻重量的变压器，因此开关电源也会比线性电源的尺寸要小，重量也会比较轻。

开关电源作用及其布线规则技巧

    若电源的高效率、体积及重量是考虑重点时，开关电源比线性电源要好。不过开关电源比较复杂，内部晶体管会频繁切换，若切换电流尚未加以处理，可能会产生噪声及电磁干扰影响其他设备，而且若开关电源没有特别设计，其电源功率因数可能不高。

    对于开关电源的布线处理时，我们还是有以下事项需要注意：

    1、参数设置

    相邻导线之间的距离必须满足电气安全要求，间距应尽可能宽，以便于操作和生产。最小间距应至少适合所承受的电压。当布线密度较低时，可适当增加信号线间距。对于高低电平相差较大的信号线，间距应尽可能短，并应加大间距。一般情况下，配线间距应设置为8mil。焊盘内孔边缘与PCB板边缘的距离应大于1mm，以避免焊盘在加工过程中产生缺陷。当与焊盘连接的导线较薄时，焊盘与导线之间的连接应设计为水滴。这样做的好处是，焊盘不易剥落，而接线和焊盘不易断开。

    2、元器件布局

    实践证明，即使电路原理图设计正确，PCB电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。例如，如果PCB电路板的两条细平行线相互靠近，会形成信号波形的延迟，在传输线的末端会形成反射噪声;由于不考虑电源和地线而引起的干扰会降低产品的性能。因此，在设计PCB电路板时应采用正确的方法。其实无论是在参数设置还是在元器件布局上，民熔电气都有它的优势所在。民熔电气的口碑是毋庸置疑的。

    每个开关电源有四个电流回路(1)、电源开关交流电路(2)、输出整流器交流电路(3)、输入信号源电流回路(4)、输出负载电流回路

    输入电路通过近似的直流电流对输入电容器充电，滤波电容器主要起宽带储能功能;同样，输出滤波电容器还用于存储输出整流器的高频能量，消除输出负载的直流电能电路。因此，输入和输出滤波电容的端子是非常重要的。输入和输出电流电路只能从滤波电容器的端子连接到电源;如果输入/输出电路和电源开关/整流器电路之间的连接不能直接连接到电容器的端子上，交流能量将从输入或输出滤波电容器辐射到环境中。

    电源开关和整流器的交流电路含有高振幅梯形电流。这些电流的谐波成分非常高，其频率远远大于开关的基频。峰值振幅可高达连续输入/输出直流电流幅值的5倍，过渡时间通常在50ns左右。这两种电路都容易产生电磁干扰。因此，这些交流电路必须在电源中其他印刷线路布线之前敷设。各回路的滤波电容器、功率开关或整流器、电感或变压器应相邻放置，并调整元件的位置，使它们之间的电流通路尽可能短。

    3、布线

    开关电源含有高频信号。印刷电路板上的任何印刷线都可以起到天线的作用。印刷导线的长度和宽度会影响其阻抗和电感电抗，从而影响频率响应。即使是通过直流信号的印刷线路也可以耦合到来自相邻印刷线路的射频信号，从而导致电路问题(甚至再次辐射干扰信号)。因此，所有通过交流电流的印刷线路应设计得尽可能短和宽，这意味着所有连接到印刷线路和其他电源线的部件必须放在一起。印刷导线的长度与电感和阻抗成正比，而宽度与电感和阻抗成反比。

    长度越长，印刷电路发射和接收电磁波的频率越低，辐射的射频能量也就越多。根据印刷电路板电流的大小，尽量缩短电源线的宽度，以减小回路电阻。同时，使电源线和地线的方向与电流方向一致，有助于增强抗噪声能力。接地是开关电源四个电流回路的最底层分支。它作为电路的共同参考点起着重要的作用。这是控制干扰的重要方法。因此，布置时应仔细考虑接地线的布置。各种接地线混接会导致电源运行不稳定。

    相信通过阅读Ameya360电子元器件采购网介绍的上面的内容，大家对开关电源有了初步的了解，同时也希望大家在学习过程中，做好总结，这样才能不断提升自己的专业水平。

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开关电源电路的工作过程分析
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开关电源电路的工作过程分析

　　开关电源(简称SMPS)因其高效率、小体积和轻重量等优点，广泛应用于各种电子设备中。相比传统的线性电源，开关电源通过控制开关器件的通断实现能量转换和调节，具有显著的节能效果。　　一、开关电源的基本结构　　开关电源主要由输入滤波、整流、储能(储能元件如电感和电容)、开关器件(如MOSFET、IGBT)、控制电路及输出滤波组成。其核心思想是通过高速开关将直流或交流电源转换成一定频率的脉冲电压，再经过变压和滤波，实现稳定的输出电压。　　二、开关电源的工作过程　　电源整流与滤波　　开关电源通常先将输入的交流市电通过整流桥整流成脉动直流，再经过大容量电解电容滤波，得到直流电压，为后续电路提供稳定的直流电源。　　开关元件的高速开关　　控制电路根据设定的输出电压值，周期性地控制开关元件(如MOSFET)的导通和关断。开关频率通常在几十kHz到几百kHz之间。　　能量储存与传递　　当开关元件导通时，电流流入储能元件(如电感或变压器的初级绕组)，储存磁能。当开关断开时，储存的能量通过二极管和输出滤波器送至负载，保持输出电流的连续稳定。　　输出滤波稳定电压　　输出侧电容器和电感组成低通滤波器，将高频脉冲信号滤掉，输出平滑的直流电压。　　反馈调节　　输出电压通过反馈电路送回控制器，实时监测输出变化，调节开关元件的占空比(导通时间与周期时间之比)，保证输出电压稳定在预定值。　　三、开关电源的特点和优势　　高效率：由于开关元件工作于饱和开关状态，减少能量浪费，效率一般可超过80%。　　体积小重量轻：工作频率高，所用变压器和滤波器尺寸大幅缩小。　　宽输入电压范围：适应不同地区和场合的电源环境。　　输出稳定：精确的反馈控制实现稳定电压输出。　　开关电源通过高速开关控制、能量储存与释放、滤波与反馈调节的协调工作，实现高效稳定的电能转换。掌握其工作过程，有助于设计和优化电源系统，提高电子设备的整体性能和可靠性。
2025-04-23 16:56 reading：231
开关电源和变压器的区别是什么？
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开关电源和变压器的区别是什么？

　　开关电源和变压器的区别　　开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类;按输入与输出之间是否有电气隔离可以分为两类：一类是有隔离的称为隔离式DC/DC转换器;另一类是没有隔离的称为非隔离式DC/DC转换器。开关电源具有过流、过热、短路等保护功能，电压输入范围宽，输入输出间隔离电压，隔离式的输入输出间隔离电压高。　　变压器就是一种利用电磁感应的原理来变换电压，电流和阻抗的器件。变压器的主要应用于交变电路回路。　　什么是开关电源　　开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。　　开关电源的优缺点　　优点：　　1、效率较高，体积小。由于开关电源的电压控制是利用功率半导体器件的饱和区通过调整它的开通时间或频率达到的，所以就不存在铁损和铜损，元器件的损耗可以忽略不计，比较变压器而言效率较高;由于它只有元器件和电路板，因而体积就会很小，重量也较轻。　　2、电压输入范围宽。一般可达到160V-270之间。　　缺点：　　1、开关电源看着小巧，功率和磁心变压器以及控制方式有关，电磁干扰大，纹波系数大。尤其有音频、视频的范畴内，对电磁干扰非常敏感，在音频表现为音色不纯厚，可能会有丝丝声;在视频表现为，图像可能会有细小的纹波，不细腻。　　2、设计复杂，维护维修不方便。往往越是复杂的设备出现的问题的可能性就越大，而且开关电源一旦出现问题，一般非专业人士是维修不了的，找别人维修，费用又太高，还不如废弃掉。　　3、体积小是开关电源的优点，但设计不好就成为它的缺点了。为了追求更小，一大把元器件挤在一个小壳子里，散热不好，还会出现外壳变形的现象。　　4、开关电源的元器件在选择上也不是很规范。国家有关质检部门检验市场上的开关电源发现，有过半数的不合格，这其中还包括进口开关电源。　　5、最大的一点就是抗雷击能力非常低。在监控系统中，遭遇雷击的可能也非常大，主要表现为从电源串入，直接雷击的可能性非常小。一旦220V的电压突然变高，开关电源在瞬间就被烧毁。前段时间的一个监控系统中，在一个雷过后，监控总闸跳了，再合上闸后，大部分摄像机还正常工作，一部分监视器显示无视频信号。经检查发现，无视频信号的全部都是开关电源(施工时有的地方安装不方便，就用了开关电源)，最后又在摄像机杆上安装上了电源箱，换上了变压器电源。　　什么是变压器　　变压器(Transformer)是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯(磁芯)。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压(磁饱和变压器)等。按用途可以分为：电力变压器和特殊变压器(电炉变、整流变、工频试验变压器、调压器、矿用变压器、音频变压器、中频变压器、高频变压器、冲击变压器、仪用变压器、电子变压器、电抗器、互感器等)。电路符号常用T当作编号的开头。例：T01, T201等。　　变压器的优缺点　　优点：　　1、线性的看着笨重，功率完全取决于变压器和调整管，效率虽低但是不会引入额外的干扰，也就是说电磁干扰小，纹波系数很低，可忽略不计。对于监控来说，没有比这个优点还要好的了，图像质量的好坏与电源的关系非常大。尤其对于小幅值的模拟信号(音频源和视频源等)对电源的要求非常高，所以一些发烧音响中的电源都采用变压器而不用开关电源。　　2、稳压率高、设计简单，维修维护非常方便，出现故障，稍懂电子的技术人员就能维修，维修成本比开关电源少得多。　　3、抗雷击性能好。由于变压器的结构是两个线圈和铁芯，加在线圈两端的电压不能突变，故对瞬间的高压有很强的抑制性。所以在一次雷击事故中，变压器的电源存活了下来，而开关电源无一例外的烧毁了。　　缺点：　　1、效率低。由于变压器是一个“电——磁——电”的转换过程，避免不了存在铁损和铜损，效率低。　　2、输入范围窄。一般只有200V—240V之间吧，小于这个范围，输出电压不够，大于这个范围，变压器可能就会烧毁。这个电压范围绝大多数的场合是够用的，不必去过多的考虑。再者变压器体积较开关电源大，笨重。
2025-04-18 17:16 reading：223
开关电源五大保护功能
行业新闻

开关电源五大保护功能

　　       开关电源通常具备以下保护功能：　　01过流保护　　功能原理：当输出电流超过设定的安全阈值时，过流保护电路会被触发。这通常是通过检测输出电流大小来实现的，例如在电源输出线路中串联一个小阻值的采样电阻，利用欧姆定律，通过检测采样电阻两端的电压来获取电流信息。一旦检测到过流，电源会采取措施限制电流进一步增大。　　例如，当连接的电子设备内部发生短路故障时，过流保护可以防止过大的电流损坏电源本身和其他正常的电路部分，保护电源和整个电子系统的安全。　　02短路保护　　功能原理：短路保护是过流保护的一种特殊情况，当输出端被直接短接时，输出电流会瞬间急剧增大。此时，短路保护电路会迅速动作，一般会立即切断输出，以避免电源在短路状态下持续大电流输出，从而防止电源内部元件因过热而损坏。在实际应用中，由于线路老化、接口松动或用户误操作等原因，可能会导致输出短路。短路保护能够有效应对这种突发状况，确保电源不会因为短路而损坏。　　03过压保护　　功能原理：过压保护主要是为了防止输出电压超过预定的最大值。电源内部通过电压检测电路实时监测输出电压，当输出电压超出设定范围时，过压保护机制启动。这可能涉及到调整开关电源的占空比(对于脉宽调制型开关电源)来降低输出电压，或者在极端情况下切断输出，以保护连接的负载设备免受过高电压的损害。在一些情况下，如电源内部反馈环路出现故障或外部干扰导致电压调节失控时，输出电压可能会异常升高。过压保护功能可以确保这些设备不会因为过高的电压而损坏。　　04欠压保护　　功能原理：欠压保护是当输入电压或输出电压低于某个设定的下限值时起作用。对于输入欠压保护，它可以防止电源在输入电压过低的情况下继续工作，因为此时电源可能无法正常稳定地输出所需电压，还可能会导致内部元件工作异常。在电网电压波动较大或者电池供电的设备中，输入欠压保护很重要。　　05过热保护　　功能原理：开关电源内部通常会安装温度传感器来监测关键元件(如开关管、变压器等)的温度。当温度超过设定的安全温度阈值时，过热保护电路会启动。这可能会导致电源降低输出功率，以减少元件的发热，或者直接切断电源，直到温度下降到安全范围内。在高负载运行、散热不良或者环境温度过高的情况下，电源内部元件的温度可能会快速上升。如果没有过热保护，元件可能会因为过热而损坏，甚至引发火灾等安全事故。
2025-04-10 14:00 reading：259
一文盘点开关电源MOS损耗
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一文盘点开关电源MOS损耗

       一文盘点开关电源MOS损耗，看看你了解哪种损耗类型吧！       01导通损耗　　为什么有导通损耗：MOSFET线性区等效为电阻，与GS电压相关。通过电流有损耗。　　如何计算导通损耗：(I2R)电阻乘电流平方计算。需查询Datasheet MOS RDSON，注意和Gate驱动电压相关。　　02开关损耗　　为什么有开关损耗：硬开关拓扑，MOSFET开关经过饱和区，需对CGD充放电经过饱和区进入线性区。　　如何计算开关损耗：需查询Datasheet MOS Eon和Eoff，乘Frequency频率计算。 03驱动损耗　　为什么有驱动损耗：驱动MOSFET Gate门极需要反复充放电。消耗电荷在驱动回路。　　如何计算驱动损耗：需查询MOSFET门极驱动特性。驱动到驱动电源轨道，需要多少电荷。乘频率和电源轨电压计算。　　04反向续流损耗　　为什么有续流损耗：开关电源死区通过MOSFET的寄生二极管续流。　　如何计算续流损耗：需查询MOSFET寄生二极管压降。同时分析死区占总周期的比值。U*I*DT/Ts即可计算。
2025-04-09 14:33 reading：241
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