开关电源各种拓扑结构的特点 1、基本名词 常见的基本拓扑结构 ■Buck降压 ■Boost升压 ■Buck-Boost降压-升压 ■Flyback反激 ■Forward 基本的脉冲宽度调制波形定义如下: 2、Buck降压 特点 ■把输入降至一个较低的电压。 ■可能是最简单的电路。 ■电感/电容滤波器滤平开关后的方波。 在连续导电的情况下: 在本例中,Vin = 5, Vout = 15, and D = 2/3. Vout = 15,D = 2/3. 18、变压器工作(包括初级电感的作用) ■变压器看作理想变压器,它的初级(磁化)电感与初级并联。
开关电源MOSFET选型与使用-ppt介绍基本拓扑电路上一般没有吸收缓冲电路,实际电路上一般有吸收缓冲电路,吸收与缓冲是工程需要,不是拓扑需要。
1.1 开关电源功能 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,一般由脉冲宽度调制 (PWM)控制IC和MOSFET构成。 1.2 开关电源分类 按照拓扑分很多类型:buck boost 正激 反激 半桥 全桥 LLC 等 等,但从本质上区分开关电源只有两种工作方式:正激和反激。 下面主要分析反激式开关电源,又被称为隔离buck-boost 电路。 反激式基本工作原理:开关管打开时,变压器存储能量 开关管关断时,释放存储的能量。 1.3 开关电源系统框图 ? 2 硬件设计 ? 下面将结合上图,对各模块进行简要介绍。 2.1 输入电路 ? 2.2 EMI电路 ? 外围参考电路 用示波器测试UC384B芯片工作波形(输入DC24V-48V, 输出2组5V1A) 1脚:COMP回路补偿,接光耦的集电极 2脚:FB电压反馈,我下拉到输入电源地 3脚:IS电流采样,
这个过程主要是通过开关电源的变换器来实现的。DC-DC变换器在开关电源中负责将输入的直流电压转换为所需的输出直流电压。 2)变换:DC-DC变换器将输入电压通过功率开关管和储能电感产生一定的脉冲功率,然后利用脉冲变压器、整流滤波电路,得到相应的输出电压。 2)避免电磁干扰:开关电源在高电压大电流的状态下工作,可能会引发复杂的电磁兼容性问题。因此,开关电源周围应避免布置敏感元器件,以减少电磁干扰对元器件工作的影响。 2、布线设计 1)避免平行导线:输入、输出端用的导线应尽量避免相邻平行,以减少不必要的电磁干扰。 2)加粗地线:加粗输入和输出之间的地线,能够确保电流稳定,并减少反馈耦合。 2)大面积铺铜与打孔:输入、输出端应尽量大面积铺铜并多打过孔,这样不仅可以满足电流的要求,还有助于提高散热效果。
开关电源模块 遥控开/关电路模块电源的遥控开关操作,是通过 REM 端进行的。一般控制方式有两种:图片(1)REM 与-VIN(参考地)相连,遥控关断,要求 VREF<0.4V。 (2)REM 与 VIN 相连,遥控关断,要求 VREM<0.4V。REM 与+VIN 相连,模块工作,要求 VREM>1V。REM 悬空,遥控关断,即所谓“悬空关断”(-R)。 用这种方法并联的模块,不宜超过 2 个。同时,如果其中一块模块输出有故障,整个系统都将不能正常工作。并联扩容连接电路 RL 为负载。(2)冗余热备份并联。 图片应用领域开关电源模块应用在几大方面1.电力,主要有集成器和电表以及智能电表2.工控, 工业控制领域3.医疗,医疗设备,主要有护胎仪,监护仪等等4.军工,军工业是应用很广泛的一个方面。军用设备里。
2、整流与滤波:将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电,以供下一级变换。开关电源电路图详解3、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,频率越高,体积、重量与输出功率之比越小。 这部分电路目前已集成化,制成了各种开关电源用集成电路。控制电路用来调整高频开关元件的开关时间比例,以达到稳定输出电压的目的。2.单端反激式开关电源单端反激式开关电源的典型电路如图三所示。 当开关管VT1导通时,VD2也导通,这时电网向负载传送能量,滤波电感L储存能量;当开关管VT1截止时,电感L通过续流二极管VD3继续向负载释放能量在电路中还设有钳位线圈与二极管VD2,它可以将开关管VT1 在VT1截止时,L2中没有感应电压,直流供电输人电压又经R1给C1反向充电,逐渐提高VT1基极电位,使其重新导通,再次翻转达到饱和状态,电路就这样重复振荡下去。 电路使用两个开关管VT1和VT2,两个开关管在外激励方波信号的控制下交替的导通与截止,在变压器T次级统组得到方波电压,经整流滤波变为所需要的直流电压。
简单地说,开关电源需要缓启动的目的在于限制刚上电时的冲击电流。 图1 缓启动和非缓启动的波形对比 以下以DCDC芯片TPS54620为例对缓启动时间进行仿真。 图2 TPS54620缓启动的仿真电路 缓启动时间Tss(ms) = 1(nF)*0.8(V)/2.3(uA) = 347.8us。 图3 TPS54620缓启动的仿真结果 上图中,12V在0时刻供电,暗红色竖线部分的时间就是347.8us,此时的输出电压V(VOUT) = 3.3V,在0us~347.8us的时间段开关电源的输出电压
本期,小编将为大家介绍一下开关电源的各种常见工作模式(以手机BUCK电源为例)。 01 两类开关电源 高频开关电源(HF-SMPS) HF-SMPS是一种高效率、高鲁棒性的电源模式,在通信等电子设备中,通常用于电源管理芯片(PMIC)的LDO供电、1.8v逻辑电路、RF电路以及外部负载 根据电感电流是否连续,PWM模式又可以分为连续传导模式(CCM)和非连续传导模式(DCM),其电压电流波形如图2、图3所示。 图2 CCM模式下的PWM波形 图3 DCM模式下的PWM波形 跳脉冲PWM模式(Pulse-skip PWM) 当电路工作在轻负载的情况下,PWM模式下效率非常低(MOS导通时,开关损耗占主导地位) END 本期开关电源工作模式就讲解到这,欢迎评论区留言
DCDC开关电源有两种常见的工作模式,就是我们常听说的PWM模式和PFM模式,一种是普通工作模式,另一种是低功耗工作模式,本节以BUCK结构开关电源为例介绍二者工作的特点,以及区分方法。 这是因为负载根据不同的工作状态有不同的电流消耗,而且电流差异很大,小电流可能只有几个mA,大电流有几百mA甚至几A,而开关电源由于固定的开关频率而使得在低负载电流时效率并不高,为了提高电源的效率,降低电源自身在低电流时的开关损耗
电感有交变电流,电感底部铺铜会在地平面上产生涡流,涡流效应会影响功率电感的电感量,涡流也会增加系统的损耗,同时交变电流产生的噪声会增加地平面的噪声,会影响其他信号的稳定性。
智能开关电源设计中,AC-DC的环路布局对于整个电源系统的性能至关重要。良好的布局可以提高电源的效率,减少电磁干扰(EMI),并确保系统的稳定性和可靠性。 环路布局设计原则 1. 2. 旁路电容的布局 靠近电源引脚:去耦电容应尽可能靠近IC的电源引脚,以提供有效的高频去耦。 多级去耦:使用不同容值的电容以覆盖更宽的频率范围。 3. 实际案例分析1-隔离电源方案 如反激式原边控制电源,典型应用原理图中,有4个环路: Loop1:原边主功率环路 Loop2:RCD吸收环路 Loop3:VDD环路 Loop4:Vout环路 在环路设计时 , Loop1、2、3的环路面积要尽量小,在Loop1中,走线还应尽量粗以优化效率,在Loop3中,VDD电容C3应紧贴芯片。 以OB2576XT为例,其原理图&布局设计建议如下: 实际案例分析2-非隔离电源方案 非隔离方案,典型应用原理图中,有两个环路: Loop1:源开关环路 Loop2:续流环路 在Layout时,应让环路面积尽量小
三河博电科技 专业电源模块 开关电源模块的分类与作用开关电源模块是将开关电源上的分立元器件进行模块化封装,从而形成体积更小、功率密度更高的模块电源 。其内部电路也是开关电源。 图片开关电源可分为 AC/DC 和 DC/DC 两大类,DC/DC 变换器现已实现模块化,且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化,并已得到用户的认可,但 AC/DC 的模块化,因其自身的特性使得在模块化的进程中 (2) Boost 电路――升压斩波器,其输出平均电压 Uo 大于输入电压 Ui,极性相同。 当今软开关技术使得 DC/DC 发生了质的飞跃,多种 ECI 软开关 DC/DC 变换器,其最大输出功率有 300W、600W、800W 等,相应的功率密度为(6、2、10、17)W/cm3,效率为(80 日本 NemicLambda 公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块 RM 系列,其开关频率为(200~300)kHz,功率密度已达到 27 W/cm3,采用同步整流器(MOS-FET 代替肖特基二极管
开关电源的基本拓扑原理 开关电源通过高频开关器件(如MOSFET)控制能量传递,实现高效电压转换。 求平均变量 将开关周期内的电压、电流取平均值,消去高频开关纹波,保留直流和低频小信号分量(定义变量 x(t) 的平均值: (1-0) 2. 分工作状态列方程 Boost有2种工作状态(开关导通/关断),分别列写电感电压、电容电流的方程,再取周期平均: 状态1(开关S2导通,开关S1关断):电感电压 v_L = v_g (1-1), 电容电流 i_C = -V/R (1-2) ; 状态2(开关S1导通,开关S2关断):电感电压 v_L = v_g - V (1-3),电容电流 i_C = i - V/R (1-4);
由于IT设备都承载重要的数据通信业务,因此通常都采用高标准的高频开关电源,其主要特点是效率高、体积小、功率因数高、谐波小。 高频开关电源PFC级之前的电路结构如图1所示,其中,L1、L2和 C1、C2、C3为EMI滤波电感和电容,R是软启动电阻,用于防止服务器上电时输入有较大的冲击电流。 image.png 图1 高频开关电源电路结构 因此,如果想要用高压直流替代UPS作为服务器的供电电源,需要关注以下方面: 1、交流输入电压范围和直流输入范围,特别是直流输入下最低工作电压 2、启动电流比较 图4 通道2:Vin=220Vac D2电流波形(10A/格) ? 交流开关电源直供高压直流路在何方?想必诸位都已经看得很清楚了,前路漫漫,但光芒万丈! 版权声明:本文为腾讯数据中心原创,版权均属“深圳市腾讯计算机系统有限公司”所有,未经官方授权,不得使用。
关心迟滞的目的在于可以考察在开关电源上电和下电两种情况下的电平门限值。 任何只给出UVLO和Hysteresis的值,不给测试条件的都是耍流氓。 下面用例子介绍下开关电源中的这两个概念。 图 2 LM27403的输入电压UVLO和Hysteresis的值(来自于LM27403手册) 图 3 VUVLO2和VUVLO1的含义(来自于LM27403手册) 图2中可以看出,在开关电源的上电阶段 ,UVLO/EN引脚电压上升到VUVLO2后开关电源开始使能输出;在开关电源的下电阶段,UVLO/EN引脚电压下降到VUVLO1后开关电源禁止输出。 因此,VUVLO2就是图1中的UTH,VUVLO1就是图1中的UTL,VUVLO-HYS就是图1的ΔUT。 以下是TPS54620的VIN UVLO的迟滞。
BOSHIDA 三河博电科技 开关电源模块 遥控开/关电路 图片 模块电源的遥控开关操作,是通过 REM 端进行的。 (2)REM 与 VIN 相连,遥控关断,要求 VREM<0.4V。REM 与+VIN 相连,模块工作,要求 VREM>1V。REM 悬空,遥控关断,即所谓“悬空关断”(-R)。 用这种方法并联的模块,不宜超过 2 个。同时,如果其中一块模块输出有故障,整个系统都将不能正常工作。并联扩容连接电路 RL 为负载。 (2)冗余热备份并联。 图片 应用领域 开关电源模块应用在几大方面 1.电力,主要有集成器和电表以及智能电表 2.工控, 工业控制领域 3.医疗,医疗设备,主要有护胎仪,监护仪等等 4.军工,军工业是应用很广泛的一个方面
本文主要分析了电路主要元器件的高频模型以及共模和差模噪声的电路模型,为开关电源PCB 的EMC 优化设计提供有益的帮助。 为了区分出差模干扰和共模干扰,我们首先需要对开关电源的基本耦合方式进行研究,在此基础上我们才能建立差模噪声电流和共模噪声电流的电路路径。 开关电源的传导耦合主要有:电路性传导耦合、电容性耦合、电感性耦合以及这几种耦合方式的混合。 如图1 所示,对于半桥变换器,开关管Q1 的漏级电压始终为U1,源级电位随开关状态的改变而在0 和U1/2 之间变化;Q2 的源极电位始终为0,漏极电位在0 和U1/2之间变化。 当开关管Q1、Q2 的状态发生改变,使A 点电位发生变化时,就会在CK 上产生噪声电流Ick,如图2 所示。
很多最初接触电源的朋友,都是从开关电源设计来进行入门学习的。期间不仅要查阅大量的资料,还要对这些资料进行筛选和整理,比较耗费时间和精力。 为此,小编将一名前工程师的开关电源设计经验进行了整理,希望能帮助大家加快自学的步伐。 LLC开关电源设计 Buck、Boost、Forward都是PWM模式的开关电源,他们有一个共同的缺点,就是开关交叉损耗永远都存在的,怎么都避免不了。 出现了各种各样的技术,比如有源钳位、准谐振技术、移相全桥、谐振开关电源,因为现在市面上应用最广泛的是LLC结构的谐振式开关电源,所以这里就讲一下LLC谐振开关电源。 电阻分压 图1 图2 Zc=1/(2*pi*f*c)f交流频率c电容容值 Zl=2*pi*f*lf交流频率l电感量 图3 经过图1、图2、图3的对比,可以发现其实
N一般业界按照8设计,要想实现零温度系数,根据公式推算出Vref=Vbe2+17.2*VT,所以大概在1.2V左右的,目前在低压领域可以实现小于1V的基准,而且除了温度系数还有电源纹波抑制PSRR等问题 最后的简图就是这样,运放的设计当然也非常讲究:如图温度特性仿真:二、震荡器OSC和PWM我们知道开关电源的基本原理是利用PWM方波来驱动功率MOS管,那么自然需要产生振荡的模块,原理很简单,就是利用电容的充放电形成锯齿波和比较器来生成占空比可调的方波 如图:上电瞬间,S3自然是打开的,然后S2打开可以打开M4 Q1等,就打开了M1 M2,右边恒流源电路正常工作,S1也打开了,就把S2给关闭了,完成启动。 如果没有S1 S2 S3,瞬间所有晶体管电流为0。2、过压保护模块OVP很好理解,输入电压太高时,通过开关管来关断输出,避免损坏,通过比较器可以设置一个保护点。 如图的电流采样,利用晶体管的电流和面积成正比来采样,一般采样管Q2的面积会是输出管面积的千分之一,然后通过电压比较器来控制MOS管的驱动。还有一些其他辅助模块设计。
开关电源的PFC电路,PFC电路是校正功率因数的电路,开关电源属于容性负载,功率因数低,使电网供电效率低,当加上PFC电路后,功率因数可以达到98%,那么PFC是如何改变功率因数的呢。 所以对于容性负载,功率大于100W以上开关电源的容性负载,比如电脑电源,液晶电视电源等,需要增加功率因素矫正电路,只要改变负载特性接近于阻性,就可以使电流相位与电压相位相同。 在整流后串联一个BOOST电路,改变直接整流对电容的重放电,利用BOOST的开关把直流电变成高频脉冲直流电,在通过二极管整流电容滤波,得到一个稳定的直流电压,在供给后级开关电源。 PFC也是非常容易损坏的电路,其电压较高,容易击穿开关管和整流管,后级开关电源击穿损坏,也会因为PFC保护不及时,损坏开关管和整流管及电源芯片外围元件