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设计直流开关电源时通用元器件的应用

开关电源的生产厂家虽然很多,但设计开关电源并不是如想象中那么简单,大家在谈论自家的开关直流电源的时候,第一句都是“采用无工频变压器结构,采用进口IGBT功率元件。”等等云云,但是开关电源使用的元器件种类繁多,性能各异。开关直流电源的元器件大致可分为通用型、特种型两类。工程师在设计高性能的开关电源时候最基本的功课就是需熟练了解这两类元器件的功能及特点。 如上文中说的IGBT就是属于特种元器件的范畴,而使用者往往都只是重视特种元器件而忽略了通用元器件的重要性,而作为上海蓄新电气工程师们而言,通用型元器件则更为重要,因为这些通用型元器件会在开关电源的设计生产中大量使用且型号种类作用各不相同,偶有使用错误就会导致不可挽回的损失,下面就介绍一下开关电源中通用元器件的类型及主要功能如下:
一、 电阻器
选择开关电源中的电阻,不仅要考虑电路中平均电流值引起的功耗,还要考虑耐受最大峰值电流的能力。例如选择开关MOS管的功率取样电阻时,在开关MOS管到地之间串联的取样电阻,一般此阻值极小,压降最大不超过2V,按功耗来算似乎不必采用大功率电阻,但考虑到耐受开关MOS管最大峰值电流的能力,在开机瞬间此电流幅度比正常值大很多。电阻
1。 取样电阻—构成输出电压的取样电路,将取样电压送至反馈电路。电阻的可靠性也极为重要,如果在工作中受电流冲击而开路,则该电阻所处印制电路板上的两点之间将产生等于供电电压加上反峰电压的脉冲高压而被击穿,同时还将过流保护电路的集成电路IC击穿。一般选用金属膜电阻。
2. 均压电阻—在开关电源的对称直流输入电路中起到均压作用,亦称平衡电阻。
3. 分压电阻—构成电阻分压器,一般采用电阻的串联方式,其目的是提高电阻耐受峰值电压的能力。
4. 泄放电阻—断电时可将电磁干扰(EMI)滤波器中电容器存储的电荷泄放掉。
5。 限流电阻—起限流保护作用,如用作稳压管、光耦合器及输入滤波电容的限流电阻。
6. 电流检测电阻—与过电流保护电路配套使用,用于限制开关电源的输出电流极限。
7。 分流电阻—给电流提供旁路。
8. 负载电阻—开关电源的负载电阻(含等效负载电阻)。
9。 最小负载电阻—为维持开关电源正常工作所需要的最小负载电阻,可避免因负载开路而导致输出电压过高。 10。 假负载—在测试开关电源性能指标时临时接的负载(如电阻丝、水泥电阻)。
11。 滤波电阻—用作LC型滤波器、RC型滤波器、π型滤波器中的滤波电阻。
12。 偏置电阻—给开关电源的控制端提供偏压,或用来稳定晶体管的工作点。
13。 保护电阻—常用于RC型吸收回路或VD、R、C型钳位保护电路中。
14. 频率补偿电阻—例如构成误差放大器的RC型频率补偿网络。
15. 阻尼电阻—防止电路中出现谐振。
16.PTC和NTC属于热敏性能元器件
17.氧化锌压敏电阻
二、 电容器
普通的低频电解电容器在10kHz左右便开始呈现感性,无法满足开关电源的使用要求。而开关电源专用的高频铝电解电容器有四个端子,正极铝片的两端 分别引出作为电容器的正极,负极铝片的两端也分别引出作为负极。
1。 滤波电容—构成输入滤波器、输出滤波器等。
2. 耦合电容—亦称隔直电容,其作用时隔断直流信号,只让交流信号通过。
3。 退藕电容—例如电源退藕电容,可防止产生自激振荡。
4. 软启动电容—构成软启动电路,在软启动过程中使输出电压和输出电流缓慢地建立起来。
5. 补偿电容—构成RC型频率补偿网络。
6. 加速电容—用于提高晶体管的开关速度。
7. 振荡电容—可构成RC型、LC型振荡器。
8。 微分电容—构成微分电路,获得尖脉冲。
9. 自举电容—用于提升输入级的电源电压,亦可构成电压前馈电路。
10. 延时电容—与电阻构成RC型延时电路。
11. 储能电容—例如极性反转式DC/DC变换器中的泵电容。
12. 移相电容—构成移相电路。
13. 倍压电容—与二极管构成倍压整流电路。
14. 消噪电容—用于滤除电路中的噪声干扰。
15. 中和电容—消除放大器的自激振荡。
16。 抑制干扰的电容器—在EMI滤波器中,可分别滤除串模和共模干扰。
17. 安全电容—含X电容和Y电容。
18. X电容—能滤除由一次绕组、二次绕组耦合电容器产生的共模干扰,可为从一次侧耦合到二次侧的干扰电流提供回流路径,防止该电流通过二次侧耦合到大地。
19。 Y电容—能滤除电网之间串模干扰,常用于EMI滤波器中。
三、 电感
电感器也被称为扼流圈,它的电流、电压相位不同,所以理论上损耗为零。电感常为储能元件也是磁性元件,也常与电容一起用在输入滤波和输出滤波电路上,用来平滑电流,其电流有“很大的惯性”。但作为磁性元件时,电感有自然有磁饱和的问题。开关电源的电感器的绕线将导致两个分布参数(或寄生参数),一个是不可避免的绕线电阻,另一个是与绕制工艺、材料有关的分布式杂散电容。所以我们一直在说设计生产开关电源,它对元器件的制作工艺,材料选择上都很挑剔的。
1。 滤波电感—构成LC型滤波器。
2。 储能电感—常用于降压式或升压式DC/DC变换器电路中。
3。 振荡电感—构成LC型振荡器。
4. 共模电感—亦称共模扼流圈,常用于EMI滤波器中,对共模干扰起到抑制作用。
5. 串模电感—亦称串模扼流圈,它采用单绕组结构,一般串联在开关电源的输入电路中。
6。 频率补偿电感—构成LC型、LCR型频率补偿网络。
四、 变压
我们一直在说高频开关电源采用无工频变压器设计,那么怎么会有变压器的出现呢,其实这是一种相对的说法,并不是真的没有变压器。比如开关电源中使用的电感器就是变压器的一种。其工作原理是:通过PWM(脉冲宽度调制)控制开关管,将整流后的直流电压进行高频开关导通,使得高频电流流入开关电源的高频变压器原边,从而是变压器副边产生感应电流,经过整流后就可以得出需要的电压或多路电压。
1. 工频变压器—对交流电源进行变压与隔离,再经过整流滤波后给DC/DC变换器(即开关稳压器)供电。
2. 高频变压器—对高频电源进行储能、变压和隔离,适用于无工频变压器的开关电源中。
五、 二极管、稳压管、晶体
我们学电工的都知道,电阻R和电容C组成最基本的RC振荡电路。当然开关电源中二极管分很多种且作用不同,如下:
1. 整流二极管—低频整流、高频整流。
2。 续流二极管—常用于降压式DC/DC变换器中;若在继电器、电机等的绕组两端并联续流二极管,即可为反电动势提供泄放回路,避免损坏驱动管。
3. 钳位二极管—构成VD、R、C型钳位电路,吸收尖峰电压,对MOSFET功率场效应管起保护作用。
4. 阻塞二极管—钳位保护电路中的二极管,亦称为阻尼二极管。
5。 保护二极管—用于半波整流电路中,在负半周时给交流电提供回路。
6。 隔离二极管—可实现信号隔离。
7。 抗饱和二极管—将二极管串联在功率开关管的基极上,可降低功率开关管的饱和深度,提高关断速度。
8.稳压管—构成简易稳压电路;接在开关电源的输出端,用来稳定空载时的输出电压;由稳压管、快恢复二极管和阻容元件构成一次侧钳位保护电路;构成过电压保护电路。
9.晶体管—用作PWM调制器的功率开关管;构成恒压/恒流输出式开关电源的电压控制和电流控制环路;构成截刘输出型开关电源的截流控制环;构成开关稳压器的通/断控制、欠电压、过电压保护、过电流保护等电路。

通过上面的介绍,我想大家不难理解开关直流电源通用元器件的功能和重要性了,当然还有一些通用元器件我就不再一一介绍了,如整流桥、放大器等。基础知识还是需要大家多多的关注,在设计的过程中留意一下就可以了。

下面是一个很简单实用的开关电源电路图,从图中可以大概分析一下各个通用元器件的作用及工作原理了。

简易开关电源工作原理图


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