《ACDC开关电源设计》课件

开关电源设计ACDC本课程将深入探讨ACDC开关电源的设计原理、关键技术和应用实例课程简介本课程将深入探讨AC-DC开关电源的设从基本概念到实际应用，全面讲解开关电涵盖电路分析、器件选型、PCB设计、热计原理和实践技巧源的关键技术和设计流程设计等各个环节开关电源概述直流电源转换高效节能广泛应用开关电源将交流电转换为直流电，并通过与传统的线性电源相比，开关电源效率更开关电源广泛应用于各种电子设备，如电开关元件进行控制高，能有效减少能量损耗脑、手机、电视等开关电源的优势高效率体积小巧开关电源转换效率高，能量损耗小，可开关电源采用高频开关工作方式，可以节省电能与传统线性电源相比，开关利用小型变压器和电容，从而实现体积电源转换效率更高，可以有效降低电力小巧、重量轻的特点，节省安装空间损耗，节约能源开关电源的基本拓扑降压型1将输入电压降低到所需的输出电压，适用于输入电压高于输出电压的应用升压型2将输入电压升高到所需的输出电压，适用于输入电压低于输出电压的应用升降压型3可以将输入电压升高或降低到所需的输出电压，适用于需要调节输入电压或输出电压的应用隔离型4输入端和输出端通过变压器隔离，适用于需要隔离输入输出的高电压应用降压型开关电源降压型开关电源是将输入电压转换为较低的输出电压降压型开关电源常用于将直流电源电压降低到所需的负载电压降压型开关电源应用广泛，包括手机充电器、笔记本电脑电源适配器等升压型开关电源升压型开关电源将输入电压升至高于输出电压它通过开关元件和电感来存储能量，然后将其释放到输出端，从而实现电压升压升压型开关电源常用于笔记本电脑适配器、LED照明电源和便携式电子设备中升降压型开关电源升降压型开关电源可以输出高于或低于输入电压的输出电压它结合了降压型和升压型的特点，能够适应不同的电压需求升降压型开关电源广泛应用于移动设备、工业控制和汽车电子等领域隔离型开关电源隔离型开关电源是一种输入与输出之间存在电气隔离的电源这种电源通常使用变压器来实现隔离功能，有效地防止输出电压与输入电压之间的电气连接，提高了安全性隔离型开关电源通常用于对安全性要求较高的场合，例如医疗设备、工业控制系统等，因为它能够有效地防止来自输入端的电气干扰对输出端造成影响工作原理与设计工作原理1了解开关电源的核心工作机制拓扑结构2选择合适的电源拓扑结构元件选型3根据具体需求选择合适的元器件电路设计4绘制电源电路图设计开关电源需要了解其工作原理，选择合适的拓扑结构，并根据需求选择合适的元器件，最后绘制电源电路图半桥拓扑

11.两个开关管

22.中点接地半桥拓扑采用两个开关管，交替导通和关断，实现对输出两个开关管的中间点接地，形成一个对称的电路结构，提电压的控制高了电源的效率和稳定性

33.脉冲变压器

44.输出整流滤波使用脉冲变压器将开关管的能量传输到输出端，实现电压输出端通常采用整流二极管和滤波电容，将脉冲电压转换转换和电流隔离为稳定的直流输出全桥拓扑结构优点全桥拓扑采用四个开关管，组成全桥拓扑具有高效率、高功率密两个桥臂桥臂的输出通过变压度、高可靠性等优点，适用于高器连接到负载功率应用缺点应用全桥拓扑电路较为复杂，成本较全桥拓扑广泛应用于服务器电高，需要更严格的驱动电路设源、工业电源、医疗设备电源等计领域反激拓扑变压器反激拓扑使用一个变压器来实现隔离，变压器可以根据功率需求进行设计二极管反激拓扑使用一个二极管来将变压器输出的脉冲电压整流成直流电压电容反激拓扑使用一个电容来滤波输出电压，使输出电压更加平滑正激拓扑

11.结构简单

22.效率较高结构相对简单，易于实现，成本较低工作效率较高，损耗较低

33.稳定性好

44.应用广泛输出电压稳定性较好，不易出现过冲或振荡应用范围广泛，适用于各种场合变压器设计确定变压器类型根据开关电源的拓扑结构选择合适的变压器类型，例如降压、升压、反激或正激计算变压器参数根据输入电压、输出电压、输出电流和开关频率计算变压器的匝数比、磁芯尺寸和线圈绕组参数选择变压器材料考虑磁芯材料的磁导率、饱和特性和损耗特性，选择合适的磁芯材料，如铁氧体或铁芯设计变压器绕组根据计算的匝数比和线圈电流选择合适的线径，并设计绕组结构，以确保线圈间的电气隔离和热稳定性测试和验证完成变压器制作后，进行测试，验证变压器的性能指标是否符合设计要求，并进行必要的调整磁性元件的选型电感器变压器磁芯电感器是开关电源中必不可少的元件，用变压器用于隔离电路，提高电压或降低电磁芯是磁性元件的核心部件，决定了磁性来存储能量，并进行能量转换压，以满足不同的负载需求元件的性能指标，如磁导率、饱和磁感应强度等滤波电容的选型容量选择耐压选择滤波电容容量应满足电源输出电流要求，同时还要考虑电容的额滤波电容的耐压应高于电源输出电压，一般建议选择输出电压的定电压和纹波电流2倍以上容量过小会造成纹波电压过大，容量过大会增加成本，并可能影如果耐压过低，电容容易损坏，甚至会导致电源发生故障响电源的效率开关管的选型电压等级电流容量开关管的耐压值应高于电源输入电压开关管的电流容量应大于电源输出电流开关频率散热能力开关管的开关频率应满足电源工作频率的开关管的散热能力应满足工作时的功耗要要求求反馈控制电路误差放大1将目标输出电压与实际电压之差放大PWM信号生成2根据误差信号生成脉冲宽度调制信号功率开关控制3通过PWM信号控制开关管的导通时间输出电压调节4调整开关管的导通时间，使输出电压稳定反馈控制电路是开关电源的核心部分，其主要作用是通过调节开关管的导通时间来稳定输出电压，确保电源输出电压稳定和可靠输出电压检测电压采样1使用精密电阻分压器将高压输出电压降低至合适的电压，以便用于测量电路电压比较2通过比较器电路将采样后的电压与参考电压进行比较，生成误差信号反馈控制3误差信号反馈到控制电路，调节开关管的占空比，以保持输出电压稳定过流保护电路检测1电流传感器检测电流比较2与设定阈值比较触发3触发保护电路措施4关闭开关管或降低输出电压过流保护电路能有效防止负载过载或短路导致开关电源损坏电路主要由电流传感器、比较器、触发电路和保护措施组成，当电流超过预设值时，触发保护电路，采取相应措施降低电流过压保护电路过压保护1防止损坏电压监测2监测输出电压比较器3比较电压值控制信号4触发保护措施过压保护电路主要用于防止输出电压超过额定值而损坏设备通常使用电压监测电路监测输出电压，当电压超过设定值时，比较器会产生控制信号，触发保护措施，例如断开开关管或降低输出电流热保护电路温度传感器热保护电路通常使用温度传感器来监测开关电源的温度，例如热敏电阻NTC或温度传感器温度阈值当温度传感器检测到温度超过设定的阈值时，会触发热保护电路保护措施热保护电路可以采取多种措施来保护开关电源，例如降低输出功率或完全关闭电源安全保护热保护电路在防止开关电源因过热而损坏方面起着至关重要的作用，确保设备的安全运行设计EMI/EMC电磁兼容性滤波器设计EMI/EMC确保开关电源与其他电子设备和采用适当的滤波器，抑制开关电源产生的电磁谐共处，避免电磁干扰干扰布局布线测试与认证合理布线，减少电磁辐射，优化电源效率通过测试，确保开关电源符合相关标准，并获得认证热设计与散热散热器风扇导热硅脂散热系统散热器是散热的关键组件，用风扇通过强制对流，加速热量导热硅脂填充器件之间的空散热系统需要综合考虑元件发于将热量从发热元件传递到周传递，提高散热效率隙，提高热传递效率热量、环境温度、散热方式等围环境因素设计技巧PCB布线技巧器件布局避免高频信号与低频信号共用同一个层高频信号走线尽量短，热敏感器件，如开关管和功率电阻，要远离发热量大的器件并尽量靠近电源或地平面可靠性设计元件选型电路设计选择具有高可靠性、寿命长和稳采用合理的电路设计，降低电源定性能的元器件，以确保电源系系统工作时的应力，避免过热、统的稳定运行过载等问题，提高电源的稳定性和可靠性测试验证维护保养对电源进行严格的测试和验证，定期对电源进行维护保养，及时确保其满足设计要求，能够可靠更换老化或损坏的元器件，确保地工作在各种环境条件下电源系统的正常运行实践案例分享我们将分享几个实际的开关电源设计案例，展示设计思路、关键技术和实现方法涵盖手机充电器、笔记本电脑电源、服务器电源等常见案例，并讲解设计过程中的经验教训常见问题及解决开关电源设计中，可能会遇到一些常见问题，如输出电压不稳定、效率低下、过热等这些问题可以通过一些方法解决，例如调整电路参数、优化元器件选型、加强散热等对于输出电压不稳定问题，可以检查反馈电路是否正常工作，调整反馈电阻值或使用更稳定的电压参考源效率低下问题则可能与元器件的选型、电路拓扑结构、工作频率等因素有关，需要根据具体情况进行分析和优化过热问题是开关电源设计中比较常见的问题，可以通过加强散热、降低工作频率、优化电路参数等方法解决在设计过程中，要充分考虑散热问题，并选择合适的散热器或风扇总结与展望本课程系统地介绍了ACDC开关电源的设计原理和实践方法从开关电源的基础知识到实际应用，涵盖了电源拓扑、磁性元件选型、控制电路设计、EMI/EMC设计等关键环节。