一文读懂<span style='color:red'>开关电源</span>常见的保护方式
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一文读懂开关电源常见的保护方式

　　开关电源作为供电设备，除了性能要满足负载的要求外，其自身的保护措施也非常重要，如过电流/过负载保护、过电压保护、过温保护、短路保护等。一旦负载出现故障时，电源必须关闭其输出电压，才能保护设备、电路系统等不被烧毁，否则可能引起设备的进一步损坏，甚至引起操作人员的触电及火灾等现象，因此，开关电源的保护功能一定要完善。　　常见的保护功能有：过电流/过负载保护、过电压保护、过温度保护、短路保护　　1、开关电源常见的保护方式—过电流/过负载保护　　过电流/过负载保护是指电源输出电流超出额定电流时，保护电路动作，使输出功率降低或切断。过电流保护有多种形式，如下图所示，可分为折叠限流，即フ字型;恒流限制;恒功率限制。　　2、开关电源常见的保护方式—过电压保护　　过电压保护指在开关电源输出电压异常的状况下，高于设定规格允许值，发生保护动作，避免损害负载端零件。　　保护动作为：　　(1)自动关机，待异常解除后需将S.P.S.重新开机才能使用。　　(2)输出 PULSE BY PULSE，异常解除后S.P.S.会自动恢复正常输出。　　过电压保护线路大致分为两种：　　(1)利用回授控制将控制 IC 关闭　　(2)采用"Crowbar"回路，将输出短路，形同短路保护模式　　3、开关电源常见的保护方式—过温度保护　　过温度保护是为避免因环温过高，过载或电源供应器异常时(例如风扇损坏)，造成内部温升过高，而损害电源内部零件或减低电源寿命。过温度保护时，需先排除故障原因，待内部温度降低后(一般需几分钟至几十分钟)自动回复或重新开机。　　4、开关电源常见的保护方式—短路保护　　当电源负载端短路时，为避免损坏电源，电源会自行保护并切断输出，当异常状态消除后，电源会自动回复并继续正常输出。
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发布时间：2025-07-21 16:08 阅读量：266 继续阅读>>
工程师必备：36个<span style='color:red'>开关电源</span>专业名词解释
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工程师必备：36个开关电源专业名词解释

　　在快速发展的电力电子领域，无论是设计、选型、应用还是维护电源系统，清晰准确地理解相关术语至关重要。本文系统性地汇编了开关电源、DC/DC变换器及相关技术中常见的核心术语与概念，力求为工程师、技术人员及爱好者提供一份简洁明了的参考指南。掌握这些术语，是高效沟通、优化设计、规避风险、确保系统可靠运行的基础。　　辅助电源/AUX(Auxiliary power supply)：在有些AC/DC电源和DC/DC变换器中，有一个辅助的电源，一般加上输入电压以后就会有输出(少数辅助电源，例如，给风扇的电源也有受控的)，它主要用作控制信号的电源。　　“砖”/Brick：DC/DC变换器中，“Brick”是用来表示模块大小的“单位”，有所谓的全砖、半砖、1/4砖、1/8砖、1/16砖等，例如，密封的半砖模块，其大小为2.40×2.30×0.50(单位为英寸)，而开架结构半砖模块的大小为2.40×2.28×0.30(单位为英寸)(高度还有0.34英寸等不同的数值)。　　均流端/ CB (Current Balance)：为了增加输出功率，把多个具有相同输出电压和输出功率的电源并联使用，把它们的“CB”端连接在一起，以达到各个模块的输出电流大致相等，以免由于不均流而导致个别电流太大的模块损坏，均流端也有用“PC”，“SWP”，“C Share”等表示。　　立方英尺/分钟和英尺/分钟/CFM(Cube feet minute)、LFM(Line feet minute)：风冷的流量单位，CFM=LFM×面积S。风速的另一个单位为米/秒。　　共模噪声/Common Mode Noise：指两导体对某个基准点具有大小基本相等，方向相同的噪声，通常指交流输入L线和N线对地的噪声，可通过共模电感和Y电容来抑制它们。　　降额/Derating当环境温度较高时(例如50℃以上)，有的电源必须要降低使用的输出功率，另外，有些电源在规定的输入电压范围的低端，不能满足所有的输出参数(例如：电压可调范围或功率)，要降额使用。　　动态响应/Dynamic Response：当负载出现突变时，电源的输出电压会出现瞬间的过冲，然后回到正常输出状态，动态响应关心的是过冲幅度的大小和响应时间的长短。　　电磁兼容/EMC(Electromagnetic compatibility)：指电源在工作中产生的电磁发射要限制在一定的范围内，另外它本身也要有一定的抗干扰能力。　　电磁干扰/EMI(Electromagnetic Interference)：分为传导发射(conducted emissions)和辐射发射(Radiated emissions)。　　散热器/Heat sink：用来帮助电源内的功率元器件散热的外加金属附件，一般以铝材为多，DC/DC模块的铝基板和散热器之间，应加一些导热硅胶或导热膜，使它们有良好的接触，有助于热量的散出。　　保持时间/Hold-up Time：在开关电源的输入电压撤销后，依然保持额定输出电压不变的时间。　　浪涌电流抑制/Inrush Current Limiting：限制开机瞬间过大浪涌电流的抑制电路，最简单的是在输入电路中串接热敏电阻，也可在输入电路中串接MOS管并联功率电阻等方法来抑制浪涌电流。功率因数校正电源模块中的浪涌抑制电路是用可控硅和功率电阻并联来完成的。　　绝缘/Isolation：在电源设备中，输入端和输出端的隔离是通过高频变压器来完成的。　　环境管理体系标准/ISO14000：是国际标准化组织(ISO)继ISO9000系列标准后提出的又一套重要的系列标准。它是一整套新的、国际性的、环境方面的管理性标准，包括环境管理体系、环境审计、环境标志、环境行为评价、产品寿命周期等几个方面。该标准是一套环境自愿性标准，通过第三方认证的方式实施。　　漏电流/Leaking Current：通过输入交流电源线(L线和N线)和地线之间的电流，我国军用标准GJB1412，规定的泄漏电流小于5mA，在医疗设备上使用的电源，其漏电流一般要求小于100UA。　　电源电压调整率/Line Regulation：指输出负载固定时，输入电压从最小值缓慢变到最大值时，输出电压的变化，用百分数表示(有时也用变化量表示)。　　负载调整率/Load Regulation：指输入电压为额定值，输出负载电流从最小值缓慢变到最大值时，输出电压的变化，用百分数表示(有时也用变化量表示)。　　低电压指令/LVD (Low Voltage Directive)：CE标志中的一条指令，它的对象是电压在50-1000Vac 或75-1500Vdc范围内工作的设备或机器，确保产品不危害人身与财物的安全。　　最小负载电流/(Minimum Load Current)：在多路输出的电源中，有些多路输出的电源在其主路必须施加一个最小的负载电流，才能保证各路输出稳定可靠地工作。有些单路输出的电源，在并联的时候，也要加一个最小的负载电流。　　平均无故障时间/MTBF(Mean Time Between Failure)：可以计算也可以由温度加速寿命试验来认证。　　负逻辑/Negative Logic：指控制模块开关的信号为低有效。当控制端对-Vin的电压为低电时，模块有输出;为高电时，模块被关闭。　　过流保护/OCP(Over Current Protection)：当输出电流大于105-145%的额定电流值时，电源开始保护(输出电压下降直至停止输出)，在消除了过载状态后，一般能自行恢复输出。　　并联工作/Parallel Operation：为了增加输出功率把二个模块并联起来使用，一般采用同功率，同输出电压的模块，必须把均流端连在一起，保证输出电流大致相等。总的输出电流应该小于总电流的95%。在1+1备份使用中，由于有二极管的隔离，就无所谓均流的问题了。对于并联工作的模块，其输入端必须分别连接共模电感和Y电容，以免模块之间互相影响。　　功率因数校正/PFC(Power Factor Correction)：开关电源因采用电容输入滤波，功率因数很低，一般只有0.65左右，大大降低了交流电力的利用率，与此伴随的是输入电流严重的非正弦失真而增加了对电网的污染，为提高功率因数而采用功率因数校正电路，通常分为无源PFC和有源PFC两种。而且有专用功率因数校正的集成电路。　　正逻辑/Positive Logic：指控制模块开关的信号端为高有效。当控制端Remote ON/OFF对-Vin 端的电压为高电平时，模块有输出;为低电平时，模块被关闭。一般非隔离DC/DC模块的Remote ON/OFF端悬空时，为模块开启状态。　　脉冲宽度调制/PWM (Pulse Width Modulation)：在开关管频率恒定的条件下，通过改变脉冲导通宽度的方法来实现稳压输出的一种方法。　　遥控开关/Remote ON/OFF：也有称CNT、RC等各种称谓，有正逻辑和负逻辑两种方式，一般DC/DC隔离模块的控制端在悬空时为高电平。而非隔离模块的控制端悬空时，正逻辑为高电平，而负逻辑为低电平，使用时更方便，如果不用控制端，悬空就行。　　射频干扰/RFI(Radio Frequency Interference)：由开关电源的开关元件工作而引起的，不希望传输和发射的高频能量频谱。　　纹波和噪声/Ripple and noise：电源直流输出端的交流分量的幅值，用峰一峰值或有效值来表示，纹波的频率和开关频率相同，而噪声是由开关管，高频变压器、整流二极管等元器件的工作而产生的尖峰电压。　　指限制使用某些有害物质的指令/RoHS(Restriction of Hazardous Substances)：有害物质包括：镉Cd、铅Pb、汞Hg、六价铬Cr6+、多溴联苯PBB和多溴联苯醚PBDE六种物质;DC/DC模块电源满足RoHs标准必须要求：镉物质的含量小于0.01%(100ppm)，其它物质的含量小于0.1%(1000ppm)。　　串联工作/Series Operation：为了增加输出电压而把二个模块串联起来使用，一般采用同功率同输出电压的模块。如果功率不同的模块串联使用，应以输出电流小的值作为总的电流。另外模块串联使用，必须在每个模块的输出端并联一个反向肖特基二极管，因为在开机时，由于不同电源模块输出端的电压的建立可能不同步，较慢启动模块的输出端被加上反向电压，反向偏置连接的二极管提供了一个反向电流的通路，起到了保护模块的作用。　　单列直插封装/SIP(Single In–line package)：模块的一种封装形式，一般为小功率DC/DC模块和非隔离电源中使用。　　输出电压调整端/Trim：外加电阻网络或电压源，可在一定的范围内调节模块的输出电压，输出电压被调高以后，输出电流应该减小，保证输出功率不会超过其额定值。在双路输出的模块中，有二路独立的Trim端，也有二路输出公用一个Trim端，也有一路有Trim端，另一个输出固定。　　X电容/X-Capacitor：和电感组成的π型滤波器的二个电容，用来滤除两根输入线的噪声。　　Y电容/Y-Capacitor：分别接在二根输入线到地的陶瓷电容和共模电感一起用来抑制共模噪声的，单从EMI滤波器的角度出发，Y电容越大越好，但从安全角度出发，Y电容的容量应越少越好，因为漏电流的大小取决于EMI滤波的Y电容的容量，最终Y电容的容量应根据安全标准来决定。　　安全距离：包括电气间隙(空间距离)，爬电距离(沿面距离)和绝缘穿透距离;电气间隙：两相邻导体或一个导体与相邻电机壳表面的沿空气测量的最短距离;爬电距离：两相邻导体或一个导体与相邻电机壳表面的沿绝绝缘表面测量的最短距离。　　本文梳理的电源核心术语，如同构建复杂电源系统知识大厦的一块块基石，对这些术语的精准把握，直接关系到电源产品的性能、效率、可靠性与合规性。
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发布时间：2025-07-08 15:50 阅读量：278 继续阅读>>
<span style='color:red'>开关电源</span>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。
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发布时间：2025-04-23 16:56 阅读量：558 继续阅读>>
<span style='color:red'>开关电源</span>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。
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发布时间：2025-04-18 17:16 阅读量：586 继续阅读>>
<span style='color:red'>开关电源</span>五大保护功能
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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。
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发布时间：2025-04-10 14:00 阅读量：545 继续阅读>>
一文盘点<span style='color:red'>开关电源</span>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。
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发布时间：2025-04-09 14:33 阅读量：488 继续阅读>>
一文了解<span style='color:red'>开关电源</span>调试中的5个常见问题
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一文了解开关电源调试中的5个常见问题

　　开关电源调试的5个常见问题，你遇到过吗？       01输出电压异常　　输出电压过高或过低：可能是由于反馈回路故障、基准电压不准确、变压器匝数比不合适等原因引起。例如，反馈电阻阻值变化、光耦损坏等都可能导致输出电压偏离设定值。　　电压不稳定：在负载变化或输入电压波动时，输出电压出现较大幅度的波动。这可能是由于稳压控制电路响应速度慢、滤波电容容量不足或损坏等原因造成。　　02输出电流异常　　输出电流不足：可能是由于功率开关管导通不良、变压器绕组短路、输出滤波电感饱和等原因导致。例如，功率开关管老化、驱动不足会使导通电阻增大，从而限制了输出电流。　　过流保护频繁触发：当负载电流超过设定值时，开关电源应启动过流保护功能。但如果过流保护阈值设置不合理、检测电路故障或负载存在瞬间大电流冲击等情况，就会导致过流保护频繁触发，影响电源的正常工作。　　03纹波噪声过大　　高频纹波：主要由开关频率及其谐波引起，通常是由于输出滤波电容容量不足、电感值不合适或 PCB 布局不合理导致。例如，滤波电容的等效串联电阻(ESR)过大，会使高频纹波无法有效滤除。　　低频纹波：一般是由输入电源的波动或负载变化引起的，可能是由于输入滤波不良、反馈回路响应慢等原因造成。　　04发热严重　　功率开关管发热：功率开关管在导通和截止过程中会产生较大的功耗，如果散热设计不合理，如散热片面积过小、风道不畅等，就会导致开关管温度过高。　　变压器发热：变压器的磁芯损耗和绕组电阻损耗会产生热量，如果变压器设计不合理或工作在饱和状态，就会发热严重。此外，变压器的绕制工艺不良也可能导致局部过热。　　05电磁干扰(EMI)问题　　传导干扰：开关电源的高频开关动作会产生电磁干扰，通过电源线传导到其他设备。这可能是由于输入滤波器设计不合理、接地不良或 PCB 布线不合理等原因引起。　　辐射干扰：开关电源的电磁场会向空间辐射电磁干扰，影响周围的电子设备。辐射干扰主要与开关频率、功率等级、PCB 布局和外壳屏蔽等因素有关。
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发布时间：2025-04-09 14:26 阅读量：542 继续阅读>>
工程师如何处理<span style='color:red'>开关电源</span>的磁芯损耗？
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工程师如何处理开关电源的磁芯损耗？

　　在开关电源设计中，总会碰见各种各样的损耗，其中之一是磁芯损耗，由磁滞损耗和涡流损耗组成，难以直接估测，需要精确计算与合理选择磁芯材料来控制。　　1知晓磁芯损坏的组成　　磁滞损耗：与磁芯偶极子重新排列相关，正比于频率和磁通密度。　　涡流损耗：由交变磁通在磁芯中产生的局部电流导致，表现为I²R损耗。　　2选择合适的磁芯材料　　优先选用低损耗磁芯：如铁镍钼磁粉芯(MPP)，其损耗低于其他常见铁粉磁芯。　　权衡成本与性能：虽然铁粉芯成本较低，但磁芯损耗较大，需根据具体应用需求选择。　　3精确计算磁芯损耗　　确定峰值磁通密度：利用公式B = (L * ΔI) / (N * A)，其中L为电感，ΔI为电感纹波电流峰峰值，A为磁芯横截面积，N为线圈匝数。　　查阅磁芯损耗曲线：根据磁芯制造商提供的磁通密度与磁芯损耗(和频率)图表，估算磁芯损耗。　　4利用专业工具辅助设计　　下载并使用制造商提供的计算软件：如某公司的在线电感磁芯损耗和铜耗计算公式，快速准确估算损耗。　　模拟与验证：通过仿真软件模拟不同磁芯与电感参数下的损耗情况，进行验证与优化。　　5实时热管理措施　　设计有效的散热路径：确保磁芯及其周边组件的热能能够高效散出。　　监控温度：在实际应用中，通过温度传感器监控磁芯温度，及时调整设计或增加散热措施。　　6持续优化与迭代　　收集应用数：在实际应用中收集磁芯损耗与温度数据，分析损耗来源。　　迭代设计：根据数据分析结果，调整磁芯材料、电感参数或散热设计，持续降低磁芯损耗。
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发布时间：2025-03-28 14:43 阅读量：566 继续阅读>>
<span style='color:red'>开关电源</span>基础知识分享-一文搞懂什么是<span style='color:red'>开关电源</span>
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开关电源基础知识分享-一文搞懂什么是开关电源

　　在现代电子设备中，开关电源已经成为主流的电源供应方式。相比传统的线性电源，开关电源更高效、更稳定，且能够适应不同输入电压范围。本文将深入探讨开关电源的基础知识，解释其工作原理、优势以及应用领域。　　1. 开关电源的工作原理　　开关电源是一种利用开关元件(如晶体管)进行快速切换的电源系统。其工作原理涉及将输入直流电压转换成高频交流电压，通过变压器和整流器输出所需电压。　　主要组成部分　　输入滤波器：用于减小输入电源中的噪声和干扰。　　整流器：将输入电压转换为脉冲宽度调制(PWM)信号。　　开关元件：负责控制电源开关状态，通常使用 MOSFET。　　变压器：用于变换电压，提高或降低电压。　　输出整流器和滤波器：将变换后的电压输出到负载。　　2. 开关电源的优缺点　　优点　　1. 高效率：开关电源通常能够实现较高的转换效率，大多数设计可以达到90%以上的效率。相比线性电源，开关电源能更有效地转换输入电能为输出电能，节省能源并减少热量损耗。　　2. 轻巧紧凑：由于开关电源内部使用高频开关进行电压转换，因此可以设计成体积小巧、重量轻的形式。这使得开关电源非常适合需要体积小型化的应用场景，如移动设备和便携式电子产品。　　3. 稳定输出：开关电源能够提供稳定的输出电压和电流，即使在负载变化或输入电压波动的情况下也能保持输出稳定性。这使得开关电源在各种工作条件下都能提供可靠的电源供应。　　4. 适应性强：开关电源能够适应不同的输入电压范围，通常支持广泛的输入电压(AC或DC)范围。这使得开关电源在国际通用和应对不同电网标准时具有很高的适用性。　　5. 可靠性高：开关电源通常寿命长，工作稳定可靠。其设计和构造使得其在长时间运行和各种环境条件下能够保持高效、稳定的工作状态。　　缺点　　1. 电磁干扰：开关电源可能会产生电磁干扰，会影响其他设备的正常工作，特别是对于无线通信设备和灵敏的电子设备来说，这可能会成为一个问题。　　2. 成本较高：相比传统的线性电源，开关电源的设计和制造成本通常较高。尤其是高功率的开关电源系统，在设计和组件选购方面需花费更多成本。　　3. 复杂性：开关电源的设计和调试相对复杂，需要更深入的电路和控制知识。对于普通用户或不熟悉电子技术的人来说，维护和修理开关电源可能会有一定难度。　　4. 电磁干扰：一些开关电源可能会产生高频噪音或振荡，这可能会对某些敏感设备或应用造成干扰。　　5. 散热问题：一些高功率的开关电源系统可能会产生较多的热量，需要额外的散热设计来确保稳定运行。　　3.开关电源的应用领域　　开关电源作为一种高效、稳定的电源供应方式，在各个领域广泛应用，满足了不同领域对电源系统高效、可靠性和灵活性的需求。以下是开关电源主要的应用领域：　　1. 工业自动化　　工业控制系统中常用开关电源提供稳定的电源供应，并能适应复杂的工作环境。　　用于驱动各种工业设备，如PLC(可编程逻辑控制器)、传感器、伺服马达等。　　2. 通信和网络设备　　在通信基站、网络设备和数据中心中广泛使用，提供稳定的电源以确保通信和数据传输的可靠性。　　用于光纤通信设备、路由器、交换机、服务器等。　　3. 医疗设备　　用于医用电子设备，如医用成像设备、手术设备、监护仪器等。　　提供清洁、稳定的电源，保证医疗设备的正常运行。　　4. 汽车电子　　在汽车电子系统中使用，如车载娱乐系统、导航系统、发动机控制单元等。　　提供稳定的电源以支持各种车辆内部设备和功能。　　5. 太阳能和风能转换　　用于太阳能和风能发电系统中，将不稳定的太阳能或风能转换为稳定的电源输出。　　提供高效能源管理和功率转换。　　6. 消费类电子产品　　在消费类电子产品中广泛应用，如手机充电器、笔记本电脑适配器、LED照明等。　　提供小型、高效的电源解决方案。　　7. 航空航天　　在航空航天领域中使用，提供飞机、卫星等设备所需的高效、稳定的电源。　　对轻量化、高效率和可靠性有严格要求。　　4.开关电源的常见故障及维修技巧　　1. 常见故障原因　　1.1 电源无输出　　可能原因：　　输入电源故障。　　输出端有短路。　　控制芯片损坏。　　解决方法：　　检查输入电源是否正常。　　排除输出端的短路情况。　　更换损坏的控制芯片。　　1.2 电源过载　　可能原因：　　过负载引起。　　过放电保护功能触发。　　解决方法：　　检查负载是否超过额定值。　　检查过放电保护电路，并适当降低负载。　　1.3 电源噪音大　　可能原因：　　开关管损坏。　　输出电容故障。　　解决方法：　　更换损坏的开关管。　　更换故障的输出电容。　　2. 维修技巧　　2.1 安全第一：维修任何电子设备时务必确保安全。在处理开关电源时，首先断开电源并等待一段时间，以确保电容器中的电荷已经释放。　　2.2 仔细检查：对于出现故障的开关电源，需要仔细检查各个部件和连接线路。检查元件是否有明显的烧损、漏液或变形情况，并用万用表测量元件的参数。　　2.3 焊接技巧：在替换元件或修复焊接点时，需要使用正确的焊接工具和技术。确保焊接点牢固、无冷焊现象，并避免短路或打火。　　2.4 替换元件：根据故障的具体原因，适时更换损坏的元件，如开关管、电容、电阻等。选择合适规格和品质的元件进行替换，确保与原件相匹配。　　2.5 保养和清洁：定期对开关电源进行清洁和维护，确保通风良好、无灰尘堆积。定期检查电路板上的连线和焊接点是否松动，及时加固。
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发布时间：2025-02-12 13:40 阅读量：823 继续阅读>>
江西萨瑞微电子：入门<span style='color:red'>开关电源</span>必备：功率开关管指南
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江西萨瑞微电子：入门开关电源必备：功率开关管指南

　　开关电源是一种高频化电能转换装置，是电源供应器的一种。其功能是将一个位准的电压，透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。开关电源的核心部件是功率开关管，是一个至关重要的组件。它负责控制电流的导通和截止，实现电能的转换和调节。　　在众多功率开关管中，MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)因其优异的性能而被广泛应用。本文将详细介绍 MOSFET 的工作原理、特性、选型以及在开关电源中的应用。　　MOSFET的工作原理　　MOSFET 是一种电压控制型器件，通过栅极电压来控制漏极和源极之间的电流。它主要由栅极(G)、漏极(D)和源极(S)三个电极组成，其中栅极与源极之间由一层绝缘层隔开。　　当栅极电压为零时，MOSFET 处于截止状态，漏极和源极之间没有电流流过。当栅极电压超过一定阈值时，绝缘层下方会形成一个导电沟道，使得漏极和源极之间导通，电流可以流过 MOSFET。通过控制栅极电压的大小，可以调节导电沟道的宽度，从而控制漏极电流的大小。　　功率MOSFET的内部结构与电气符号如图下所示。图(a)给出的是具有双扩散结构的垂直沟道 MOSFET示意图，这也是最成功的产品设计之一。MOSFET 的电气符号如图(b)所示，其极性有N沟道和P沟道两种，其中N沟道功率MOSFET应用最多、功率 MOSFET的内部结构使其寄生了一个一极管，称之为体二极管。这个二极管具有和MOSFET相同的工作频率，可以作为高频整流管来使用。现今的同步整流技术就利用了这个体二极管。正常工作时、体二极管处于反向截止状态，不影响MOSFET的开/关操作。　　功率 MOSFET是增强型MOSFET，对于N沟道MOSFET，UGS施加正极性电压，产生漏极电流;对于P沟道MOSFET，UGS需要施加负极性电压才会产生极电流。　　功率MOSFET属于电压控制型半导体元件，当UGS施加一定的电压时，在源极和漏之间会形成较大的电流，这就是功率MOSFET的放大效应。下面以N沟道功率MSFET为例、介绍其工作原理。　　功率 MOSFET属于电压控制型半导体元件　　功率MOSFET的工作原理与特性曲线如图下所示。其中图(a)为工作原理，图(b)为转移特性曲线，图(c)为输出特性曲线。如图(a)所示，功率MOSFET工作时，需要施加正极性的UGS和UDS，只要在栅极施加一定的电压，就会在漏极产生较大的电流ID。由于MOSFET的输入阻抗很高，栅极电流极小，因此极电流ID与源极电流IS相等，通常将流过源极的电流也称为漏极电流ID，并以此来计算电路参数。　　功率MOSFET的栅极对源极电压(简称栅-源电压)UGS与漏极电流ID的关系曲线图(b)所示，该曲线称为MOSFET的转移特性。可以看出，当UGS从(0~UGSth)变时，漏极电流 ID始终为零、功率MOSFET 处于截止(关断)状态;当UGS大于 UGSth以后，随着UGS的增加漏极电流ID开始迅速增大，功率MOSFET处于导通状态。功率UGSth是功率MOSFET导通与关断的切换点电压，该电压叫做开启电压或值电压。MOSFET的开启电压通常在2~4V之间。　　功率 MOSFET的输出特性曲线如图 (c)所示，图中描述了栅-源电压 UGS、漏极电流ID与漏极对源极电压(简称漏-源电压)UDS之间的关系曲线。输出特性曲线可分为截止区、饱和区和电阻区三个区域。当UGS小于开启电压UGsth的时候，MOSFET处于截止区(关断状态)，此时漏极电流很小，并且不随UDS的大小变化，该电流被称为漏电流，通常用IDSS来表示。开关电源的功率开关管关断时就处于截止区。在电路分析计算时，可以认为漏电流为零。　　随着UGS升高，功率MOSFET开始产生更大漏极电流，进入导通状态。此时，如果较大，MOSFET将工作在图(c)所示饱和区。在饱和区的时候，漏极电流只与UGS大小有关，而与UDS大小无关。也就是说，此时极漏电流ID处于恒定电流状态，因此,饱和区也称为恒流区。　　功率 MOSFET的饱和区和双极型晶体管的放大区特性基本相同。如图(c)所示，通常用漏极电流ID的变化量ΔID与栅-源电压UGS的变化量ΔUGS的比值，来描述MOSFET的放大能力，称为正向跨导，常用gfs来表示。漏极电流ID越大的功率MOSFET，其正向跨导值gfs也越大。　　功率MOSFET进入导通状态时，如果漏-源电压UDS较低，MOSFET将处于电阻区如图(c)所示，该区域位于UDS=UGS-UGS(th)边界线的左侧。在该区域 MOSFET的漏极与源极之间呈现为固定电阻，该电阻被称为导通电阻，常用RDS(ON)来表示。如果漏-源电压UDS为零，则无论栅-源电压UGS为多少，漏极电流ID也会变为零。RDS(ON)的阻值与UGS的大小有关，因此该区域也称为可变电阻区或欧姆区。开关电源的功率开关管导通时就处在该区域。因此，即使漏极电流ID很大，也可通过选择较低RDS(ON)的功率MOSFET，来保持较低的导通损耗。　　功率MOSFET的使用注意事项　　(1)关于漏极电压　　在开关电源中，选择功率MOSFET时，首先要考虑击穿电压。由于MOSFET不存在二次击穿现象，电压余量可以选小一些，通常按MOSFET的击穿电压UDSS为功率开关管承受最大电压的1.2~1.4倍即可。　　(2)关于漏极电流　　由于多数功率MOSFET的最大漏极电流IDM为额定漏极电流ID的3~4倍，因此，电流余量也可以选小一些，通常选择MOSFET漏极电流ID为功率开关管的最大极电流的1.5~2倍即可。　　需要说明:功率MOSFET参数表中给出的额定漏极电流ID，通常是在其外壳温度T为25℃时的参数值。当MOSFET外壳温度升高的时候，其额定漏极电流ID将会下降。图给出了IRF840的漏极电流和外壳温度的关系曲线。可以看出，T为25℃时，ID为8A;当T为75℃时，ID下降为6A;当T为100℃时，ID下降为5A。这表明当功率MOSFET工作在高温环境时，应该选择额定漏极电流ID更大MOSFET，以便满足高温时的漏极工作电流要求。　　(3)关于导通电阻　　通常额定漏极电流ID较小的 MOSFET，其导通电阻RDS(ON),较大。在漏极电流较大的时候，功率开关管的导通损耗也会较大，为了降低导通损耗，应该选择导通电阻RDS(ON)较小的功率MOSFET。　　此外，导通电阻RDS(ON)还会随着漏极电流ID的增加而变大。图给出了IRF840的导通电阻和漏极电流的关系曲线。可以看出，当ID为5A时，RDS(ON)不到0.7Ω，当ID为10A时，RDS(ON)大约0.8Ω;当ID为20A时、RDS(ON)将达到1.2Ω 左右。　　(4)关于栅极电压　　前文说过，RDS(ON)的阻值与UGS的大小有关。但是，当UGS大到一定程度(一般为10V以上)，RDS(ON)的阻值基本不再变化。图也给出了UGS为10V和20V时RDS(oN)的阻值曲线，可以看出其差异不大。因此，功率MOSFET驱动电路的输出电压应该大于10V，通常选择为12~15V。　　(5)关于输入电容　　虽然功率MOSFET的输入阻抗很高，但其栅极G与源极S之间存在较大的输入电容。根据生产厂家和制造工艺的不同，输入电容C的容量差异也较大。为了提高开关速度，减小驱动电路的负载，应选择输入电容C较小的功率MOSFET。　　此外，为了提高开关速度，需要给输入电容快速的充放电，这就要求驱动电路能够提供很大的峰值电流，该电流通常可达1~2A，但持续时间通常不到100ns。这也说明，虽然功率MOSFET驱动电路的功耗很小，但仍然需要输出很大的峰值电流。　　(6)关于管壳温度　　和双极型晶体管一样。当功率MOSFET的管壳温度升高时，最大允许电流及功耗会明显下降。同时，高温也会使导通电阻RDS(ON)的增大，产生更大的导通损耗。因此，许多厂家在其器件参数表中直接给出了T为100℃时允许的漏极电流值或者给出了高温降额曲线。读者一定要根据功率开关管的实际工作温度来修正最大允许漏极电流ID的参数值。　　MOSFET 在开关电源中的应用　　MOSFET 在开关电源中有广泛的应用，主要包括以下几个方面：　　1. 主开关管：在正激、反激、半桥、全桥等拓扑结构的开关电源中，MOSFET 作为主开关管，控制电能的转换。　　2. 同步整流管：在一些高效率的开关电源中，采用同步整流技术，用 MOSFET 代替二极管作为整流管，以降低整流损耗，提高效率。　　3. 辅助开关管：在一些开关电源中，需要使用辅助开关管来实现软开关、同步整流等功能。　　4. 保护电路：MOSFET 可以用于过流保护、过压保护等保护电路中，当出现异常情况时，及时切断电路，保护开关电源和负载。　　MOSFET 的驱动电路　　MOSFET 的驱动电路是开关电源中的重要组成部分，它负责将控制信号转换为合适的栅极电压，以控制 MOSFET 的导通和截止。驱动电路的设计需要考虑以下几个因素：　　1. 驱动能力：驱动电路需要提供足够的驱动电流，以确保 MOSFET 能够快速导通和截止。　　2. 栅极电：驱动电路需要提供合适的栅极电压，以保证 MOSFET 能够可靠地导通和截止。　　3. 隔离要求：在一些应用中，需要将驱动电路与控制电路进行隔离，以提高系统的安全性和可靠性。　　4. 保护功能：驱动电路需要具备过流保护、短路保护等功能，以保护 MOSFET 和驱动电路本身。　　结论　　MOSFET 作为开关电源中的关键组件，其性能直接影响到开关电源的效率、可靠性和成本。在设计开关电源时，需要根据具体的应用要求，选择合适的 MOSFET，并设计合理的驱动电路和散热方案。通过对 MOSFET 的深入了解和合理应用，可以设计出高性能、高效率的开关电源。
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发布时间：2024-12-17 15:06 阅读量：610 继续阅读>>

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