开关电源设计入门培训资料.ppt

主要议程n开关电源的基本原理介紹n开关电源的发展趋势n开关电源主要的元器件选择及应用2021/9/271基本原理介紹基本原理介紹 AC 输入部分 EMI 滤波 部分 PFC 部分 DC-DC转换部分 均流技術 保護与反馈控制線路2021/9/272开关电源的基本原理及功能框图2021/9/273开关电源的基本原理2021/9/274开关电源的发展趋势n开关电源的发展趋势开关电源的发展趋势2021/9/275开关电源的发展趋势n数字化及多相控制技术n国际的数字通讯总线：PMbus，PSMIn功率管理n模块化设计n交差配合使用n高功率密度及用统一标准2021/9/276开关电源的发展趋势n低成本n较短的开发及交货周期n高可靠性：MTBF（14 百万小时）n高效率：94%96%n更严格的安规标准n高度小型化发展2021/9/277开关电源的最新的拓扑n半桥谐振（LLC）n有源钳位（Active clamp forward)nZVS 全桥n无桥PFCn跟多的交错式控制方式2021/9/278主要元器件的选择及应用n开关电源主要元器件的选择及应用2021/9/279开关电源主要元器件的选择及应用n功率场效应管(Mosfet)n功率二极管nFuse（保险丝）n电解电容2021/9/2710功率场效应管(Mosfet)nMosfet的常用类型n功率场效应管的基本特点n功率场效应管工作原理n功率场效应管的输出特性（IdVds）n功率场效应管的输入阻抗及栅极电流n功率场效应管栅极驱动上升和下降时间n功率场效应管栅极驱动电路n选择及应用注意事项2021/9/2711功率场效应管(Mosfet)nMosfet的常用类型 N Mosfet P Mosfet 2021/9/2712功率场效应管(Mosfet)2021/9/2713功率场效应管(Mosfet)n功率场效应管的基本特点 开关速度快，100ns 开关频率高，50Khz400Khz 输出功率大2021/9/2714功率场效应管(Mosfet)n功率场效应管工作原理Mosfet是三端电压控制型器件，而三极管是电流控制型器件，当栅极有驱动电压时Mosfet管完全导通，驱动电压需要满足尽可能减小导通压降的要求。当栅极无驱动电压时Mosfet应关断。2021/9/2715功率场效应管(Mosfet)n功率场效应管工作原理Mosfet管的三端引脚分别是漏极，栅极和源极，N沟道型Mosfet管适用于正电源供电，P沟道型Mosfet管适用于负电源供电，目前大部分开关电源功率管用N沟道增强型，而N沟道耗尽型主要应用于小信号控制。2021/9/2716功率场效应管(Mosfet)2021/9/2717功率场效应管(Mosfet)n功率场效应管的输出特性（IdVds）2021/9/2718功率场效应管(Mosfet)2021/9/2719功率场效应管(Mosfet)2021/9/2720功率场效应管(Mosfet)n功率场效应管的输入阻抗及栅极电流nCiss:C1+C2nCoss:C2+C3nCrss:C22021/9/2721功率场效应管(Mosfet)n功率场效应管的输入阻抗及栅极电流n栅源极间的结电容不容忽略，为了快速地开通和关断漏极电流，需要较大的栅极电流驱动栅极电压快速地上升和下降。2021/9/2722功率场效应管(Mosfet)n功率场效应管的输入阻抗及栅极电流2021/9/2723功率场效应管(Mosfet)n如上图所式，栅极电压从0V上升到10V过程中，栅极电流Ig包括I1和I2两部分，2021/9/2724功率场效应管(Mosfet)需要栅极的总电流Ig为Ig=I1+I2=0.36+0.564=0.924A2021/9/2725功率场效应管(Mosfet)n功率场效应管栅极驱动上升和下降时间n导通延迟时间：Trd=Vgsth（2.5V)-（0V）n关断延迟时间:Tfd=Vgl（10V)-Vgsth（2.5V)2021/9/2726功率场效应管(Mosfet)2021/9/2727功率场效应管(Mosfet)2021/9/2728功率场效应管(Mosfet)n功率场效应管栅极驱动电路分离的图腾柱驱动电路2021/9/2729功率场效应管(Mosfet)n功率场效应管选择及应用降额.1 最大允许的结温:80%2 栅极最大电压：80%3 漏源最大电压:80%2021/9/2730功率二极管n功率二极管的常用类型1 肖特基二极管(快恢复二极管（200V800V)3 普通整流二极管(桥堆)2021/9/2731功率二极管n肖特基二极管肖特基二极管n以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒二极管（Schottky Barrier DiodeSBD），简称为肖特基二极管20世纪80年代以来，由于工艺的发展得以在电力电子电路中广泛应用n肖特基二极管的优点n反向恢复时间很短（1040ns）正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲在反向耐压较低的情况下其正向压降也很小（一般0.5V左右），明显低于快速恢复二极管（一般1V左右）n其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还要小，效率高 肖特基二极管的弱点n当反向耐压提高时其正向压降也会高得不能满足要求，因此多用于200V以下反向漏电流较大且对温度敏感，因此反向稳态损耗不能忽略，而且必须更严格地限制其工作温度.2021/9/2732功率二极管n快恢复二极管快恢复二极管（Fast Recovery DiodeFRD）n从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100ns以下，甚至达到2030ns。n分为PN结型结构和PIN结构两种。采用外延型PIN结构的的快速恢复外延二极管（Fast Recovery Epitaxial DiodesFRED），其反向恢复时间比较短（可低于50ns），正向压降也很低（0.9V左右），但其反向耐压多在1200V以下2021/9/2733功率二极管n普通整流二极管普通整流二极管(桥堆桥堆)又称整流二极管（Rectifier Diode）多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路中其反向恢复时间较长，一般在5s以上，这在开关频率不高时并不重要正向电流定额和反向电压定额可以达到很高，分别可达数千安和数千伏以上2021/9/2734功率二极管n功率二极管的主要参数：1)常规参数:正向压降、反向击穿电压、连续电流、反向漏电等；2)交流参数有：开关速度、存贮时间、截止频率、阻抗、结电容等；3)极限参数有：最大耗散功率、工作温度、存贮条件、最大整流电流等。2021/9/2735功率二极管n功率场二极管选择及应用降额.1)平均连续电流:80%2)浪涌电流:90%3)浪涌I2t:80%4)反向电压:80%5)雪崩能量:不允许6)最大的结温:80%2021/9/2736功率二极管n功率二极管规格书2021/9/2737保险丝(Fuse)n保险丝的作用1）正常情况下，保险丝在电路中起连接电路的作用。2）非正常情况下，保险丝作为电路中的安全保护元件，通过自身熔断安全切断并保护电路。2021/9/2738保险丝(Fuse)n保险丝的工作原理 保险丝通电时，由电能转换的热量使可熔体的温度上升。正常工作电流或允许的过载电流通过时，产生的热量通过可熔体、外壳体向周围环境辐射，通过对流、传导等方式散发的热量与产生的热量逐渐达到平衡。如果产生的热量大于散发的热量，多余的热量就逐渐积聚在可熔体上，使可熔体温度上升；当温度达到和超过可熔体的熔点时，就会使可熔体熔化、熔断而切断电流，起到了安全保护电路的作用。2021/9/2739保险丝(Fuse)n保险丝的分类：1）按熔断特性分为：快速熔断型、延时熔断型。2）按分断能力分为：低分断型、高分断型（还可分增强分断型）。3）按安全标准（或使用地区）分为：UL/CSA（北美）规格、IEC（中国、欧洲等）规格、MIT/KTL（日本/韩国）规格等 2021/9/2740保险丝(Fuse)n 保险丝选择及应用降额保险丝选择及应用降额.1）正常的工作电流2）应用电压（AC 或DC）3）环境温度4）允许的最大过载但保险丝能工作5）最大的失效电流6）脉冲，浪涌冲击电流，启动电流。7）要求的尺寸（长，直径）8）要求的安规认证9）保险丝固定座是否需要10）提前应用测试和验证2021/9/2741保险丝(Fuse)n 保险丝选择及应用降额保险丝选择及应用降额n最大的允许电压：100%n额定电流：75%n浪涌电流（I2t)：38%2021/9/2742保险丝(Fuse)n保险丝规格2021/9/2743电解电容（E-cap)n电解电容的作用：1）滤波作用：把脉动的直流电压变成相对稳定的直流电压。2）耦合作用：在低频信号的传输过程中为防止前后两级的工作点相互影响，常采用电容耦合。2021/9/2744电解电容（E-cap)n电解电容在电源中主要的应用类型：1）高压大电容（主要应用在原边）2）低压电容（主要应用在辅边）2021/9/2745电解电容（E-cap)n电解电容的主要参数及应用：1）额定的直流电压：90%2）最大的冲击直流电压：100%3)本体工作温度：Tmax-10C4）纹波电流：80%5）寿命：基于客户规格要求。2021/9/2746电解电容（E-cap)n电解电容的规格2021/9/2747元件规格书网址nhttp:/2021/9/2748