工程師不可不知的開關電源關鍵設計（一）
牽涉到開關電源技術設計或分析成為電子工程師的心頭之痛已是不爭的事實，應廣大網友迫切要求，電子發燒友推出開關電源設計整合系列和工程師們一起分享，請各位繼續關注后續章節。
一、12V開關電源電路原理分析
該開關電源屬于小功率開關電源，輸入220V交流市電，輸出12V直流電，最大輸出電流1.3A,主要應用于小型設備的供電，比如樓宇監控設備等。其電原理圖如圖1所示。其控制核心器件為脈寬調制集成電路TL3843P(內含振蕩器、脈寬調制比較器、邏輯控制器，具有過流、欠壓等保護控制功能，最高工作頻率可達500MHz.啟動電流僅需ImA)。各引腳功能如下：(1)腳是內部誤差放大器的輸出端，通常與(2)腳之間有反饋網絡，確定誤差放大器的增益。(2)腳是反饋電壓輸入端，作為內部誤差放大器的反相輸入端，與同相輸入端的基準電壓(+2.5V)進行比較，產生誤差控制電壓，控制脈沖寬度。(6)腳過流檢測輸入端，當接人的電壓高于1V時，禁止驅動脈沖的輸出。(4)腳為RT/RC定時電阻和電容的公共接人端，用于產生鋸齒振蕩波。(5)腳為接地端。(6)腳為脈寬可調脈沖輸出端。(7)腳為工作電壓輸入端(10V>Vi≤30V)。(8)腳為內部基準電壓(VREF=5v)輸出端。
圖1 開關電源原理圖
一、輸入與整流電路
220V交流市電經O.IA保險管Fl及正溫度系數熱敏電阻PT1進入交流輸入電路，交流輸入電路由Cl和L構成，為一低通濾波器。其主要作用是抗干擾、抑制雜波。它既阻止市電網中高頻干擾脈沖進入開關電源電路，叉阻止開關電源產生的高頻干擾諧波進入市電網。
經過低通濾波器濾除了高頻雜波的220V交流電，由ED1全橋整流。C2濾波后，在C2兩端得到約300V的直流電壓。該電壓經開關變壓器初級線圈后作為功率開關管Ql的工作電源;經R2到電容C4作為脈寬調制集成電路TL3843P的啟動電源。
二、啟動與穩壓電路
經整流濾波的300V電壓：一路經開關變壓器Tl的1~2繞組加到功率開關管Ql(K3326)的漏極，另一路經啟動電阻R2加到U1(TL3843)的(7)腳，作為主控制芯片TL3843P的啟動電源。在電路加電的瞬間300V通過R2對C4進行充電，當Ul的(7)腳電壓達到10V以上時，Ul的(8)腳輸出5v基準電壓，同時TL3843P內部的振蕩電路開始工作，(6)腳輸出工作脈沖，通過R4驅動開關管01工作，這時開關管工作于開關狀態。工作頻率主要由R8和C6決定，本電路R8為15kΩ。C6為lOOOpF,其振蕩頻率約llOkHz.在工作期間，開關變壓器Tl的(1)一(2)繞組有高頻脈沖電流流過。由于交流互感的作用，變壓器其他繞組也產生不同電壓的交流電，其中(3)一(4)繞組經R5限流，D2整流，C4濾波后得到約12V以上的直流電壓加到Ul的(7)腳，保證Ul穩定可靠地工作。Tl的(5)一(6)繞組經D3整流，C12、Ll和Cll組成濾波網絡，輸出作為負載的直流電壓12V.
穩壓電路由精密可調基準電壓集成器件U3(TLA31)、電阻R16、R18、R17、電位器R13、電容C13以及光電耦合器U2(PC817)組成。
輸出的12V電壓經R16與電位器R13及電阻R18分壓后加到U3的(1)腳。當由于某種原因導致輸出12V電壓升高時。U3的(1)腳電壓升高，(3)腳的電壓降低，導致光耦合器U2內部發光二極管的亮度增強，內部光電三極管導通或飽和導通，將Ul內誤差放大器的輸出電壓拉低(甚至為Ov)，經內部自動控制電路的作用，自動將(6)腳輸出的脈沖寬度調窄，使開關管01的導通時間縮短，從而使電源輸出的電壓自動降低。當輸出12V電壓變低時，其穩壓過程與上述正好相反。
與一般電路不同，該電路中由Rll、C8、R7、02、R8、C6組成的RT/CT振蕩頻率控制電路，可以在負載加重的情況下，使振蕩頻率降低，直至停振。當負載加重到過載時。UI的(1)腳平均電位增高，進而使C8正極電位升高，當C8正極電位升高到接近4.4V時，02的工作狀態由飽和狀態向截止狀態過渡，Q2的C極電位降低直至02截止，鋸齒波振蕩電路停止工作，控制電路停止輸出脈沖，從而起到負載短路保護的作用。
三、保護電路
1.功率管的保護：該保護電路由Rl、C14、D1、R3組成，接在Tl的(1)-(2)繞組間。由于開關管Ql交替工作在飽和導通與截止狀態之間，當開關管由飽和導通變為截止狀態時，在(1)-2)繞組之間會產生瞬間反向尖峰電壓，如果沒有泄放電路，功率管的漏(D)源(s)極很可能會被擊穿。通過該保護電路可以將反向尖峰電壓釋放掉，從而起到保護功率管的作用。
2.過流保護：電路由R12、R10組成，當功率管的電流突然增大時，電阻R12非對地端電壓升高，該電壓經R10加到Ul的(3)腳，當電壓高于1V時，內部控制電路控制(6)腳停止輸出脈沖，使Q1截止。
二、GP02開關電源的電路分析
GP02開關電源屬于自激間歇振蕩電源，該電源采用三肯公司生產的開關電源專用集成電路 STR - X6759N 和STR-V152。該系列集成電路組成的開關電源具有電源電壓適應范圍寬，能在 150V~260V交流電壓范圍內正常工作。輸出功率大，可提供 150W以上的功率。該開關電源設計有過流、過熱、過壓保護電路，一旦開關電源穩壓電路中的取樣放大電路出故障，造成輸出電壓過高，或負載過重導致開關電源過流，設計在集成塊內部的過壓、過流保護電路便會立即啟動進入保護狀態，使開關電源停止工作，有效避免故障范圍擴大。
根據電路結構和作用，該開關電源可分為進線濾波和整流濾波電路、主開關電源電路、副開關電源電路三大部分。
1.進線濾波和整流濾波電路
長虹GP02開關電源采用三級進線濾波器。第一級進線濾波器由L801 、C860、C861、C862,組成。交流 220V電壓經延遲保險絲FU801加在第一級進線濾波器上。在第一級進線濾波器中， L801 的作用是對電網中的對稱性干擾進行濾波。由于L801兩個繞組方向相同，流入兩個繞組的電流方向始終相反，故由市電進入的對稱干擾產生的磁場方向始終相反，互相抵消。對于非對稱干擾，則由接在 L801兩端的電容 C860、C861、C862與 L801組成的兩個л型低通濾波器進行濾除。
220V 交流電經第一級進線濾波器濾除通過電網串入的對稱性和非對稱性干擾后，再進入由 C863、C8864、L802 組成的第二級進線濾波器進行濾波。第二級進線濾波器的電路結構與第一級完全相同。第三極濾波由T804、T805組成。GP0開關電源設計多級進線濾波器的目的是增強開關電源的抗干擾能力，提高電視機的電磁兼容性。
在進線濾波器中， C860、C861 串聯后，中點接在冷地上，目的是使電視機開關電源第一級進線濾波器的高頻地電位與整機冷地高頻地電位相等，防止電視機中的高頻脈沖信號通過接地回路對電視機本身造成干擾。
進線濾波電路中的RP801為壓敏電阻，其特性是當加在電阻兩端的電壓高到一定程度時，電阻就會擊穿短路，電阻擊穿短路后，接在電阻前面的保險絲FU801就會熔斷，從而有效避免市電過高導致開關電源過壓損壞。所以，在電路中，通常將RP801稱之為過壓保護電阻。
從電路結構上看，進線濾波器的第一、二級接在保險絲FU801的后面，橋式整流濾波電路中的前面。220V交流電通過保險絲FU801、第一、二級進線濾波器輸往橋式整流濾波電路。因此，進線濾波器出故障，應當有三種故障表現形式：一是電視屏幕上出現高頻干擾;二是電視機在使用過程中，對其它電器設備造成干擾;三是造成電源保險絲FU801熔斷。所以，檢修GP02開關電源故障時，只有出現FU801熔斷故障，才對進線濾波電路進行檢查。
橋式整流濾波電路由BD801、C800等元件組成。橋式整流濾波電路的作用是對交流220V電壓進行整流濾波。在圖1所示電路中，電源開關一旦接通，交流220V電壓經進線濾波器處理后，直接加到由BD801組成的橋式整流電路上，由橋式整流電路進行整流，C800濾波得到約296V左右的直流電壓，然后分成兩路，一路經T801(1)-(3)繞組和T802(1)-(3)繞組加到IC801的(1)腳，作為IC801內部開關管的工作電壓;另一路經T806(1)-(3)繞組加在IC800(1)腳，作為IC800內部開關管的工作電壓。
2.副開關電源電路
副開關電源主要由IC800、T806、IC805、IC808、Q804等元件組成。該部分電路的作用是為整機提供+5V直流工作電壓。
IC800的(1)腳為內部開關管的“D”極，(3)腳為過流保護檢測端，(4)腳為電源端，(6)腳為過載保護和穩壓信號輸入端，(8)腳為啟動電壓。副開關電源的振蕩電路完全由IC800內部相關電路組成。電源開關接通后，整流濾波電路產生的296V左右直流電壓經經D808加到IC800的(8)腳，經集成塊內部二次穩壓后作為振蕩電路的啟動電壓，振蕩電路得電后開始振蕩，振蕩電路產生的振蕩脈沖信號經集成塊內部相關電路(門限電路、驅動器等)處理后，直接輸往開關管的控制極。
集成塊IC800內部的開關管為脈沖放大管，其作用是對驅動器輸來的脈沖信號進行放大。開關管的漏極電壓由交流220V整流濾波電路提供。
開關管在驅動電路輸出的脈沖信號作用下，進入開關工作狀態，在漏極和源極之間形成變化電流。該變化電流流過開關變壓器T806的(1)-(3)繞組，在T806(1)-(3)繞組中產生周期性的變化磁場，此變化磁場通過變壓器T801的互感作用，在開關變壓器的次級產生感應電壓，次級產生的感應電壓經接在開關變壓器次級的整流濾波電路D815、C823、C825、C837整流濾波后，形成+5V整機所需要的+5V直流電壓。
開關電源振蕩電路由開始振蕩進入穩定振蕩狀態后，以IC805、IC808為主組成的穩壓電路啟動進入工作狀態，對由整流濾波電路D815、C823、C825、C837整流濾波后形成的+5V直流電壓進行穩壓。
D817、C813組成的整流濾波電路對T806(4)-(6)繞組輸出的脈沖電壓進行整流濾波，得到約20V左右的直流電壓。該電壓分為兩路，一路直接加到IC800的(4)腳，作為IC800穩定工作時的供電電壓;另一路經D819、R817A送往Q801的發射極，既作為IC801進入工作狀態的啟動電壓，又作為Q801兩路供電電壓中的一路。
副開關電源的穩壓電路由集成塊IC800內部相關電路和IC 808、IC805等元件組成。IC805為取樣放大專用組件，該組件等效于一個接有固定偏置的單管取樣放大電路;IC 808為光耦合器。在開關電源中，使用光耦合器能將開關電源的熱地和信號處理及行場掃描電路中的冷地進行隔離。
穩壓電路的穩壓過程如下：當由于某種原因引起開關電源輸出電壓升高時，取樣組件IC805(1)腳電壓和光耦合器IC 808初級二極管正端電壓將同步上升，IC805(1)腳電壓上升后，通過IC805內部電路的作用，使IC805(2)腳電壓下降，也意為著IC808初級二極管的負極電壓下降。此時，光耦合器IC808導通增強，由光耦合器輸往集成塊IC800(6)腳的電流增加，(6)腳輸入電流的增加量通過集成塊IC800內部比較放大電路處理后，形成控制電壓加在振蕩電路上，對決定振蕩脈沖頻率的RC時間常數的充放電時間進行控制，使振蕩電路產生的振蕩脈沖頻率降低，開關管導通時間縮短，開關電源的輸出電壓下降恢復到正常值。
開關電源輸出電壓下降時，取樣組件IC805的(2)腳電壓和光耦合器初級二極管正端電壓將同步下降，IC805的(2)腳電壓上升，此時，光耦合器導通減弱，由光耦合器次級注入集成塊IC800(5)腳的電流減少，(5)腳注入電流減少后，經集成塊內部電路的作用，使振蕩電路的振蕩脈沖頻率升高，開關管導通時間延長，開關電源輸出電壓上升達到正常值。
待機控制電路由Q804、IC804、Q801組成。本開關電源中的待機控制電路僅對主開關電源工作狀態進行控制。在電視機工作在待機狀態時，使主開關電源停止工作。待機控制電路中的IC804、R809組成Q801的基極偏置電路。電視機工作在待機狀態時，液晶電視主信號電路板中的控制系統電路輸出的“POWER”控制電壓為低電平“0V”，Q804截止，光耦合器IC804截止，此時，Q801基極因無電流而處于截止狀態，主開關電源中IC801無工作電壓停止工作。用遙控器或本機二次開機鍵開機，電視機由待機狀態轉為正常工作后，主信號處理板輸出的“POWER”端電壓由低電平變為高電平(約4.8V)，Q804飽和導通，IC804導通。IC804導通后，次級極間電阻成為Q801基極的偏置電阻，Q801因基極得到正常偏置電壓啟動進入工作狀態。
3.主開關電源電路
主開關電源主要由IC801、T801、T802、IC807、IC803、Q801等元件組成。該部分電路的作用是為整機提供+12V、+24V直流工作電壓。
IC801為主開關電源的核心電路，集成塊內置振蕩、驅動放大、比較器、過流、過壓、過熱保護等電路。IC801(1)腳為內接開關管的“D”極，(2)腳為內接開關管的源極/地，(4)腳為電源端，(5)腳為軟啟動/過載檢測，(6)腳為穩壓控制輸入，(7)腳為過流保護檢測端。
開關電源的振蕩電路完全由IC801內部相關電路組成。用遙控器或本機鍵開機，副電源中的Q804、IC804飽和導通，Q801因基極獲得正常偏置電壓啟動進入工作狀態，副電源中D817負端輸出的20.85V電壓經D819、R817A、Q801加到IC801的(4)腳，當(4)腳電壓達到18V以上時，集成塊內部振蕩電路開始振蕩，振蕩電路產生的振蕩脈沖信號經集成塊內部門限電路、驅動器等處理后，直接輸往開關管的控制極。
開關管在驅動電路送來的脈沖信號作用下進入開關工作狀態，在漏極和源極之間形成變化電流。該變化電流流過開關變壓器T801和T802的(1)-(3)繞組，在(1)-(3)繞組中產生周期性的變化磁場，此變化磁場通過變壓器T801、T802的互感作用，在開關變壓器的次級產生感應電壓，次級產生的感應電壓經接在開關變壓器次級的整流濾波電路D811、D812、C810、C812、D840、D841、C819 C811、C821整流濾波后，形成壓路機所需要的+12V、+24V直流電壓。
開關電源振蕩電路由開始振蕩進入穩定振蕩狀態后，以IC807、IC803為主組成的穩壓電路啟動進入工作狀態，對由整流濾波電路形成的+12V、+24V電壓進行穩壓。
D807、C805組成的整流濾波電路對T801和T802(4)-(6)繞組輸出的脈沖電壓進行整流濾波，得到約20V左右的直流電壓加在Q801的發射極，作為Q801的工作電壓。Q801組成的電路為單管穩壓電路，該穩壓電路的供電采用雙電源供電，目的有兩個，一是降低電源的內阻。二是增大單管穩壓電路的注入電流，保證主開關電源振蕩電路穩定工作時獲得足夠的電流。
主開關電源的穩壓電路由集成塊IC801內部相關電路和IC 807、IC803等元件組成。IC807為取樣放大專用組件，IC803為光耦合器。穩壓電路的穩壓過程如下：當由于某種原因引起開關電源輸出電壓升高時，取樣組件IC807(1)腳電壓和光耦合器IC 803初級二極管正端電壓將同步上升，IC807(1)腳電壓上升后，通過IC807內部電路的作用，使IC807(2)腳電壓下降，光耦合器IC803導通增強，由光耦合器輸往集成塊IC801(6)腳的電流增加，(6)腳輸入電流的增加量通過集成塊IC801內部比較放大電路處理后，形成控制電壓加在振蕩電路上，對決定振蕩脈沖頻率的RC時間常數的充放電時間進行控制，使振蕩電路產生的振蕩脈沖頻率降低，開關管導通時間縮短，開關電源的輸出電壓下降恢復到正常值。
開關電源輸出電壓下降時，取樣組件IC807的(2)腳電壓和光耦合器初級二極管正端電壓將同步下降，IC807的(2)腳電壓上升，此時，光耦合器導通減弱，由光耦合器次級注入集成塊IC801(6)腳的電流減少，(6)腳注入電流減少后，經集成塊內部電路的作用，使振蕩電路的振蕩脈沖頻率升高，開關管導通時間延長，開關電源輸出電壓上升達到正常值。
開關電源中的D805、R807A、D806、C803、R802A組成的電路，既為IC801(7)腳提供0.75V的固定偏置電壓。又組成IC801內部開關管的導通延遲電路。
D805、D804、D802、R804A、C801、R807A、R805A、R802A與集成塊內部相關電路組成過流保護電路。該電源的過流保護采用負電壓檢測型，過流保護門坎電平為-0.95V。D805、R807A、D806、C803、R802A組成的電路，既為IC801(7)腳提供0.75V的固定偏置電壓。又組成IC801內部開關管的導通延遲電路。
T801和T802(4)-(6)繞組輸出的脈沖電壓，R802A、R804A、C801組成電源輸出端負載出現短路，或整流濾波電路有元件擊穿導致電源輸出電流過大時，電源輸出端電壓
從對開關電源穩壓電路和待機控制電路的分析，可以得出如下結論：
待機控制電路是開關電源中的輔助電路，穩壓電路才是開關電源中的主要電路。待機控制電路是為了改變電源工作狀態設計的，待機控制電路對相關電路的控制結果是促使開關電源工作在待機狀態時，輸出電壓下降;穩壓電路則是為了保證開關電源有穩定的輸出電壓設計的。穩壓電路和待機控制電路不僅在開關電源中所發揮的作用正好相反，而且工作狀態也是相反的。待機控制電路工作時，穩壓電路不工作;穩壓電路工作時，待機控制電路不工作。穩壓電路和待機控制電路在開關電源中的這種特性，決定了兩種電路處于不同工作狀態或出故障時，對開關電源輸出電壓的影響。
就其工作狀態來講，待機控制電路VQ822、VQ832只工作在兩種狀態：飽和導通狀態和截止狀態。工作在飽和導通狀態時，開關電源的輸出電壓下降;工作在截止狀態時，開關電源輸出電壓轉到正常值。所以，在開關電源中，待機控制電路出故障，只會造成開關電源輸出電壓低于正常值，而不會出現輸出電壓高故障。因此，在檢修開關電源輸出電壓低故障時，判定待機控制電路是否存在故障的有效方法是將待機控制電路從電路中斷開，若斷開待機控制電路后，開關電源輸出電壓恢復到正常值，則可判定開關電源輸出電壓低故障在待機控制電路。檢修待機控制電路時，應當只對VQ832、VQ22、VD836組成的電路進行檢查就可以了。
穩壓電路的作用既然是對開關電源輸出電壓的高低進行調整，最終保證開關電源輸出電壓不變。因此，對開關電源而言，穩壓電路出故障，應當有兩類故障現象：一是開關電源輸出電壓高，二是輸出電壓低。在開關電源輸出電壓高故障中，又有不同的故障表現形式。歸納起來，又有如下幾種故障現象：(1)開關電源有穩定的、高于正常值的電壓輸出;(2)開關電源只在開機瞬間有大大高于正常值的電壓輸出，其輸出電壓很快降為“0”;(3)開關電源工作在待機狀態時，有比待機時正常電壓高的電壓輸出，在由待機狀態轉為正常工作狀態后，輸出電壓正常;(4)開關電源工作在待機時，輸出電壓正常，在由待機狀態轉入正常工作狀態后，輸出電壓高于正常值。
在輸出電壓高的四種故障現象中，第一、二種故障現象的故障范圍應當在穩壓電路和待機控制電路中的公共通道電路。穩壓電路和待機控制電路的公共通道電路由NQ838、NQ821組成，因此，在檢修開關電源有穩定的、高于正常值的電壓輸出和開機瞬間有較高電壓輸出，但很快降為“0”故障時，檢查范圍應當局限于NQ838周邊電路和NQ821。提出上述觀點的理由是：在開關電源中，在NQ838周邊電路和NQ821正常情況下，只有待機控制電路和穩壓電路中的取樣組件同時損壞的情況下，才會出現開關電源有穩定的、高于正常值的電壓輸出和開機瞬間有較高電壓輸出，并很快降為“0”故障。而實際上，電視機開關電源中待機控制電路和穩壓電路中的取樣組件電路同時損壞的概率很小，在同一電路中幾乎不可能，這就說明第一、二種故障現象的故障范圍在NQ838周邊電路和NQ821。
在開關電源輸出電壓高的第三種故障現象中，開關電源由待機狀態轉到正常工作狀態后，輸出電壓正常，說明開關電源中的穩壓電路不存在故障，由此進一步說明NQ838周邊電路和NQ821是正常的，這就很清楚的說明，造成第三種故障的原因是待機控制電路存在故障，檢修時，只要對由VQ833、VD836組成的待機控制電路進行檢查就行了。
對于開關電源輸出電壓高的第四種故障，應當說其故障表現形式與第三種故障表現形式有相似之處。由于開關電源工作在待機狀態時，輸出電壓正常，這就說明，待機控制電路和由NQ821、NQ838組成的電路不存在故障，在穩壓電路中，如果待機控制電路和由NQ821、NQ838組成的電路不存在故障，其故障就只能在穩壓電路中的取樣組件電路了，所以，檢修第四種故障時，僅對穩壓電路中的取樣組件NQ833進行檢查就行了。
三、開關電源設計的噪聲降低法
開關電源的特征就是產生強電磁噪聲，若不加嚴格控制，將產生極大的干擾。下面介紹的技術有助于降低開關電源噪聲，能用于高靈敏度的模擬電路。
1 電路和器件的選擇
一個關鍵點是保持dv/dt和di/dt在較低水平,有許多電路通過減小dv/dt和/或di/dt來減小輻射，這也減輕了對開關管的壓力，這些電路包括ZVS(零電壓開關)、ZCS(零電流開關)、共振模式.(ZCS的一種)、SEPIC(單端初級電感轉換器)、CK(一套磁結構，以其發明者命名)等。
減小開關時間并非一定就能引起效率的提高，因為磁性元件的RF振蕩需要強損耗的緩沖，最終可以觀察到不斷減弱的回程。使用軟開關技術，雖然會稍微降低效率，但在節省成 本和濾波/屏蔽所占用空間方面有更大的好處。
2 阻尼
為了保護開關管免受由于寄生參數等因素引起的振蕩尖峰電壓的沖擊常需要阻尼。阻尼器連到有問題的線圈上，這也可以減小發射。
阻尼器有多種類型：從EMC角度看，RC阻尼器通常在EMC上是最好的，但比其他的發熱多一些。權衡各方面的利弊，在緩沖器中應謹慎使用感性電阻。
3 磁性元件有關問題及解決方案
特別需注意的是電感和變壓器的磁路要閉合。例如，用環形或無縫磁芯，環形鐵粉芯適合于存儲磁能的場合，若在磁環上開縫，則需一個完全短路環來減小寄生泄漏磁場。
初級開關噪聲會通過隔離變壓器的線圈匝間電容注入到次級，在次級產生共模噪聲，這些噪聲電流難以濾除，而且由于流過路徑較長，便會產生發射現象。
一種很有效的技術是將次級地用小電容連接到初級電源線上，從而為這些共模電流提供一條返回路徑，但要注意安全，千萬別超出安全標準標明的總的泄漏地電流，這個電容也有助于次級濾波器更好的工作。
線圈匝間屏蔽(隔離變壓器內)可以更有效地抑制次級上感應的初級開關噪聲。雖然也曾有過五層以上的屏蔽，但三層屏蔽更常見�？拷跫壘�圈的屏蔽通常連到一次電源線上，靠近次級線圈的屏蔽經常連到公共輸出地(若有的話)，中間屏蔽體一般連到機殼。在樣機階段最好反復實驗以找到線圈匝間屏蔽的最好的連接方式。
以上兩項技術也能減小輸入端上感應的次級開關噪聲。適當大小的輸出電感可以將次級交流波形變成半正弦波，因此可以顯著地減小變壓器繞組間噪聲(直流紋波).
4 散熱器
散熱器與集電極或TO247功率器件的漏極之間有50pF的電容，因此可以產生很強的發射。僅僅直接地把散熱片連到機殼，這只是把噪聲引向大地，很可能不能減小總體發射水平。
較好的做法是：把它們連到一恰當的電路結點——一次整流輸出端，但要注意安全要求。具有屏蔽作用的絕緣隔離片可以連接到開關管上，把它們屏蔽內層接至一次整流端，散熱片要么懸浮要么連到機殼。
散熱片也可以通過電容連到有危險電壓的線上，電容的引線和PCB軌線構成的電感可能會與電容 “諧振”，這可對解決某些特殊頻率上的問題特別有效。應該在樣機上多次試驗，最終找到散熱片的最佳安裝方法。
5 整流器件
用于一次電源上的整流器和二次整流器，因為其反向電流，可以引起大量的噪聲，最好使用快速軟開關型號的器件。
四、高手談開關電源設計心得
首先從開關電源的設計及生產工藝開始描述吧，先說說印制板的設計。開關電源工作在高頻率，高脈沖狀態，屬于模擬電路中的一個比較特殊種類。布板時須遵循高頻電路布線原則。
1、布局：脈沖電壓連線盡可能短，其中輸入開關管到變壓器連線，輸出變壓器到整流管連接 線。脈沖電流環路盡可能小如輸入濾波電容正到變壓器到開關管返回電容負。輸出部分變壓器出端到整流管到輸出電感到輸出電容返回變壓器電路中X電容要盡量接 近開關電源輸入端，輸入線應避免與其他電路平行，應避開。 Y電容應放置在機殼接地端子或FG連接端。共摸電感應與變壓器保持一定距離，以避免磁偶合。如不好處理可在共摸電感與變壓器間加一屏蔽，以上幾項對開關電 源的EMC性能影響較大。
輸出電容一般可采用兩只一只靠近整流管另一只應靠近輸出端子，可影響電源輸出紋波指標，兩只小容量電容并聯效果應優于用一只大容量電容。發熱器件要和電解 電容保持一定距離，以延長整機壽命，電解電容是開關電源壽命的瓶勁，如變壓器、功率管、大功率電阻要和電解保持距離，電解之間也須留出散熱空間，條件允許 可將其放置在進風口。
控制部分要注意：高阻抗弱信號電路連線要盡量短如取樣反饋環路，在處理時要盡量避免其受干擾、電流取樣信號電路，特別是電流控制型電路，處理不好易出現 一些想不到的意外，其中有一些技巧，現以3843電路舉例見圖(1)圖一效果要好于圖二，圖二在滿載時用示波器觀測電流波形上明顯疊加尖刺，由于干擾限流 點比設計值偏低，圖一則沒有這種現象、還有開關管驅動信號電路，開關管驅動電阻要靠近開關管，可提高開關管工作可靠性，這和功率 MOSFET高直流阻抗電壓驅動特性有關。
下面談一談印制板布線的一些原則。
線間距：隨著印制線路板制造工藝的不斷完善和提高，一般加工廠制造出線間距等于甚至小于0.1mm已經不存在什么問題，完全能夠滿足大多數應用場合�？紤] 到開關電源所采用的元器件及生產工藝，一般雙面板最小線間距設為0.3mm，單面板最小線間距設為0.5mm，焊盤與焊盤、焊盤與過孔或過孔與過孔，最小 間距設為0.5mm，可避免在焊接操作過程中出現“橋接”現象。，這樣大多數制板廠都能夠很輕松滿足生產要求，并可以把成品率控制得非常高，亦可實現合理 的布線密度及有一個較經濟的成本。
最小線間距只適合信號控制電路和電壓低于63V的低壓電路，當線間電壓大于該值時一般可按照500V/1mm經驗值取線間距。
鑒于有一些相關標準對線間距有較明確的規定，則要嚴格按照標準執行，如交流入口端至熔斷器端連線。某些電源對體積要求很高，如模塊電源。一般變壓器輸入 側線間距為1mm實踐證明是可行的。對交流輸入，(隔離)直流輸出的電源產品，比較嚴格的規定為安全間距要大于等于6mm，當然這由相關的標準及執行方法 確定。一般安全間距可由反饋光耦兩側距離作為參考，原則大于等于這個距離。也可在光耦下面印制板上開槽，使爬電距離加大以滿足絕緣要求。一般開關電源交流 輸入側走線或板上元件距非絕緣的外殼、散熱器間距要大于5mm，輸出側走線或器件距外殼或散熱器間距要大于2mm,或嚴格按照安全規范執行。
常用方法：上文提到的線路板開槽的方法適用于一些間距不夠的場合，順便提一下，該法也常用來作為保護放電間隙，常見于電視機顯象管尾板和電源交流輸入處。該法在模塊電源中得到了廣泛的應用，在灌封的條件下可獲得很好的效果。
方法二：墊絕緣紙，可采用青殼紙、聚脂膜、聚四氟乙烯定向膜等絕緣材料。一般通用電源用青殼紙或聚脂膜墊在線路板于金屬機殼間，這種材料有機械強度高，有 有一定抗潮濕的能力。聚四氟乙烯定向膜由于具有耐高溫的特性在模塊電源中得到廣泛的應用。在元件和周圍導體間也可墊絕緣薄膜來提高絕緣抗電性能。
注意：某些器件絕緣被覆套不能用來作為絕緣介質而減小安全間距，如電解電容的外皮，在高溫條件下，該外皮有可能受熱收縮。大電解防爆槽前端要留出空間，以確保電解電容在非常情況時能無阻礙地瀉壓.
下面談一談印制板銅皮走線的一些事項:
走線電流密度：現在多數電子線路采用絕緣板縛銅構成。常用線路板銅皮厚度為35μm，走線可按照1A/mm經驗值取電流密度值，具體計算可參見教科書。為 保證走線機械強度原則線寬應大于或等于0.3mm(其他非電源線路板可能最小線寬會小一些)。銅皮厚度為70μm 線路板也常見于開關電源，那么電流密度可更高些。
補充一點，現常用線路板設計工具軟件一般都有設計規范項，如線寬、線間距，旱盤過孔尺寸等參數都可以進行設定。在設計線路板時，設計軟件可自動按照規范執行，可節省許多時間，減少部分工作量，降低出錯率。
一般對可靠性要求比較高的線路或布線線密度大可采用雙面板。其特點是成本適中，可靠性高，能滿足大多數應用場合。
模塊電源行列也有部分產品采用多層板，主要便于集成變壓器電感等功率器件，優化接線、功率管散熱等。具有工藝美觀一致性好，變壓器散熱好的優點，但其缺點是成本較高，靈活性較差，僅適合于工業化大規模生產。
單面板，市場流通通用開關電源幾乎都采用了單面線路板，其具有低成本的優勢，在設計，及生產工藝上采取一些措施亦可確保其性能。
今天談談單面印制板設計的一些體會，由于單面板具有成本低廉，易于制造的特點，在開關電源線路中得到廣泛應用，由于其只有一面縛銅，器件的電器連接，機械固定都要依靠那層銅皮，在處理時必須小心。
為保證良好的焊接機械結構性能，單面板焊盤應稍微大一些，以確保銅皮和基板的良好縛著力，而不至于受到震動時銅皮剝離、斷脫。一般焊環寬度應大于 0.3mm。焊盤孔直徑應略大于器件引腳直徑，但不宜過大，保證管腳與焊盤間由焊錫連接距離最短，盤孔大小以不妨礙正常查件為度，焊盤孔直徑一般大于管腳 直徑0.1-0.2mm。多引腳器件為保證順利查件，也可更大一些。
電氣連線應盡量寬，原則寬度應大于焊盤直徑，特殊情況應在連線于與焊盤交匯必須將線加寬(俗稱生成淚滴)，避免在某些條件線與焊盤斷裂。原則最小線寬應大于0.5mm。
單面板上元器件應緊貼線路板。需要架空散熱的器件，要在器件與線路板之間的管腳上加套管，可起到支撐器件和增加絕緣的雙重作用，要最大限度減少或避免外力 沖擊對焊盤與管腳連接處造成的影響，增強焊接的牢固性。線路板上重量較大的部件可增加支撐連接點，可加強與線路板間連接強度，如變壓器，功率器件散熱器。
單面板焊接面引腳在不影響與外殼間距的前題條件下，可留得長一些，其優點是可增 加焊接部位的強度，加大焊接面積、有虛焊現象可即時發現。引腳長剪腿時，焊接部位受力較小。在臺灣、日本常采用把器件引腳在焊接面彎成與線路板成45度 角，然后再焊接的工藝，的其道理同上。今天談一談雙面板設計中的一些事項，在一 些要求比較高，或走線密度比較大的應用環境中采用雙面印制板，其性能及各方面指標要比單面板好很多。
雙面板焊盤由于孔已作金屬化處理強度較高，焊環可比單面板小一些，焊盤孔孔徑可 比管腳直徑略微大一些，因為在焊接過程中有利于焊錫溶液通過焊孔滲透到頂層焊盤，以增加焊接可靠性。但是有一個弊端，如果孔過大，波峰焊時在射流錫沖擊下 部分器件可能上浮，產生一些缺陷。
大電流走線的處理，線寬可按照前帖處理，如寬度不夠，一般可采用在走線上鍍錫增加厚度進行解決，其方法有好多種
1， 將走線設置成焊盤屬性，這樣在線路板制造時該走線不會被阻焊劑覆蓋，熱風整平時會被鍍上錫。
2， 在布線處放置焊盤，將該焊盤設置成需要走線的形狀，要注意把焊盤孔設置為零。
3， 在阻焊層放置線，此方法最靈活，但不是所有線路板生產商都會明白你的意圖，需用文字說明。在阻焊層放置線的部位會不涂阻焊劑
線路鍍錫的幾種方法如上，要注意的是，如果很寬的的走線全部鍍上錫，在焊接以后，會粘接大量焊錫，并且分布很不均勻，影響美觀。一般可采用細長條鍍錫寬度在1~1.5mm，長度可根據線路來確定，鍍錫部分間隔0.5~1mm 雙面線路板為布局、走線提供了很大的選擇性，可使布線更趨于合理。關于接地，功率地與信號地一定要分開，兩個地可在濾波電容處匯合，以避免大脈沖電流通過 信號地連線而導致出現不穩定的意外因素，信號控制回路盡量采用一點接地法，有一個技巧，盡量把非接地的走線放置在同一布線層，最后在另外一層鋪地線。輸出 線一般先經過濾波電容處，再到負載，輸入線也必須先通過電容，再到變壓器，理論依據是讓紋波電流都通過旅濾波電容。
電壓反饋取樣，為避免大電流通過走線的影響，反饋電壓的取樣點一定要放在電源輸出最末梢，以提高整機負載效應指標。
走線從一個布線層變到另外一個布線層一般用過孔連通，不宜通過器件管腳焊盤實現，因為在插裝器件時有可能破壞這種連接關系，還有在每1A電流通過時，至少應有2個過孔，過孔孔徑原則要大于0.5mm，一般0.8mm可確保加工可靠性。
器件散熱，在一些小功率電源中，線路板走線也可兼散熱功能，其特點是走線盡量寬大，以增加散熱面積，并不涂阻焊劑，有條件可均勻放置過孔，增強導熱性能。
接著談談鋁基板在開關電源中的應用和多層印制板在開關電源電路中的應用。
鋁基板由其本身構造，具有以下特點：導熱性能非常優良、單面縛銅、器件只能放置在縛銅面、不能開電器連線孔所以不能按照單面板那樣放置跳線。
鋁基板上一般都放置貼片器件，開關管，輸出整流管通過基板把熱量傳導出去，熱阻很低，可取得較高可靠性。變壓器采用平面貼片結構，也可通過基板散熱，其溫 升比常規要低，同樣規格變壓器采用鋁基板結構可得到較大的輸出功率。鋁基板跳線可以采用搭橋的方式處理。鋁基板電源一般由由兩塊印制板組成，另外一塊板放 置控制電路，兩塊板之間通過物理連接合成一體。
由于鋁基板優良的導熱性，在小量手工焊接時比較困難，焊料冷卻過快，容易出現問題現有一個簡單實用的方法，將一個燙衣服的普通電熨斗(最好有調溫功能)， 翻過來，熨燙面向上，固定好，溫度調到150℃左右，把鋁基板放在熨斗上面，加溫一段時間，然后按照常規方法將元件貼上并焊接，熨斗溫度以器件易于焊接為 宜，太高有可能時器件損壞，甚至鋁基板銅皮剝離，溫度太低焊接效果不好，要靈活掌握。
最近幾年，隨著多層線路板在開關電源電路中應用，使得印制線路變壓器成為可能，由于多層板，層間距較小，也可以充分利用變壓器窗口截面，可在主線路板上再 加一到兩片由多層板組成的印制線圈達到利用窗口，降低線路電流密度的目的，由于采用印制線圈，減少了人工干預，變壓器一致性好，平面結構，漏感低，偶合 好。開啟式磁芯，良好的散熱條件。由于其具有諸多的優勢，有利于大批量生產，所以得到廣泛的應用。但研制開發初期投入較大，不適合小規模生。
開關電源分為，隔離與非隔離兩種形式，在這里主要談一談隔離式開關電源的拓撲形式，在下文中，非特別說明，均指隔離電源。隔離電源按照結構形式不同，可分 為兩大類：正激式和反激式。反激式指在變壓器原邊導通時副邊截止，變壓器儲能。原邊截止時，副邊導通，能量釋放到負載的工作狀態，一般常規反激式電源單管 多，雙管的不常見。正激式指在變壓器原邊導通同時副邊感應出對應電壓輸出到負載，能量通過變壓器直接傳遞。按規格又可分為常規正激，包括單管正激，雙管正 激。半橋、橋式電路都屬于正激電路。
正激和反激電路各有其特點，在設計電路的過程中為達到最優性價比，可以靈活運用。一般在小功率場合可選用反激式。稍微大一些可采用單管正激電路，中等功 率可采用雙管正激電路或半橋電路，低電壓時采用推挽電路，與半橋工作狀態相同。大功率輸出，一般采用橋式電路，低壓也可采用推挽電路。
反激式電源因其結構簡單，省掉了一個和變壓器體積大小差不多的電感，而在中小功率電源中得到廣泛的應用。在有些介紹中講到反激式電源功率只能做到幾十瓦， 輸出功率超過100瓦就沒有優勢，實現起來有難度。本人認為一般情況下是這樣的，但也不能一概而論，PI公司的TOP芯片就可做到300瓦，有文章介紹反 激電源可做到上千瓦，但沒見過實物。輸出功率大小與輸出電壓高低有關。
反激電源變壓器漏感是一個非常關鍵的參數，由于反激電源需要變壓器儲存能量，要 使變壓器鐵芯得到充分利用，一般都要在磁路中開氣隙，其目的是改變鐵芯磁滯回線的斜率，使變壓器能夠承受大的脈沖電流沖擊，而不至于鐵芯進入飽和非線形狀 態，磁路中氣隙處于高磁阻狀態，在磁路中產生漏磁遠大于完全閉合磁路。
變壓器初次極間的偶合，也是確定漏感的關鍵因素，要盡量使初次極線圈靠近，可采用三明治繞法，但這樣會使變壓器分布電容增大。選用鐵芯盡量用窗口比較長的磁芯，可減小漏感，如用EE、EF、EER、PQ型磁芯效果要比EI型的好。
關于反激電源的占空比，原則上反激電源的最大占空比應該小于0.5，否則環路不容易補償，有可能不穩定，但有一些例外，如美國PI公司推出的 TOP系列芯片是可以工作在占空比大于0.5的條件下。 占空比由變壓器原副邊匝數比確定，本人對做反激的看法是，先確定反射電壓(輸出電壓通過變壓器耦合反映到原邊的電壓值)，在一定電壓范圍內反射電壓提高則 工作占空比增大，開關管損耗降低。反射電壓降低則工作占空比減小，開關管損耗增大。當然這也是有前提條件，當占空比增大，則意味著輸出二極管導通時間縮 短，為保持輸出穩定，更多的時候將由輸出電容放電電流來保證，輸出電容將承受更大的高頻紋波電流沖刷，而使其發熱加劇，這在許多條件下是不允許的。 占空比增大，改變變壓器匝數比，會使變壓器漏感加大，使其整體性能變，當漏感能量大到一定程度，可充分抵消掉開關管大占空帶來的低損耗，時就沒有再增大占 空比的意義了，甚至可能會因為漏感反峰值電壓過高而擊穿開關管。由于漏感大，可能使輸出紋波，及其他一些電磁指標變差。當占空比小時，開關管通過電流有效 值高，變壓器初級電流有效值大，降低變換器效率，但可改善輸出電容的工作條件，降低發熱。如何確定變壓器反射電壓(即占空比)
有網友提到開關電源的反饋環路的參數設置，工作狀態分析。由于在上學時高數學的比較差，《自動控制原理》差一點就補考了，對于這一門現在還感覺恐懼，到現 在也不能完整寫出閉環系統傳遞函數，對于系統零點、極點的概念感覺很模糊，看波德圖也只是大概看出是發散還是收斂，所以對于反饋補償不敢胡言亂語，但有有 一些建議。如果有一些數學功底，再有一些學習時間可以再把大學的課本《自動控制原理》找出來仔細的消化一下，并結合實際的開關電源電路，按工作狀態進行分 析。一定會有所收獲，論壇有一個帖子《拜師求學反饋環路設計、調式》其中CMG回答得很好，我覺得可以參考。
最后談談關于反激電源的占空比(本人關注反射電壓，與占空比一致)，占空比還與選擇開關管的耐壓有關，有一些早期的反激電源使用比較低耐壓開關管，如 600V或650V作為交流220V 輸入電源的開關管，也許與當時生產工藝有關，高耐壓管子，不易制造，或者低耐壓管子有更合理的導通損耗及開關特性，像這種線路反射電壓不能太高，否則為使 開關管工作在安全范圍內，吸收電路損耗的功率也是相當可觀的。 實踐證明600V管子反射電壓不要大于100V，650V管子反射電壓不要大于120V，把漏感尖峰電壓值鉗位在50V時管子還有50V的工作余量�，F在 由于MOS管制造工藝水平的提高，一般反激電源都采用700V或750V甚至 800-900V的開關管。像這種電路，抗過壓的能力強一些開關變壓器反射電壓也可以做得比較高一些，最大反射電壓在150V比較合適，能夠獲得較好的綜 合性能。 PI公司的TOP芯片推薦為135V采用瞬變電壓抑制二極管鉗位。但他的評估板一般反射電壓都要低于這個數值在110V左右。這兩種類型各有優缺點：
第一類：缺點抗過壓能力弱，占空比小，變壓器初級脈沖電流大。優點：變壓器漏感小，電磁輻射低，紋波指標高，開關管損耗小，轉換效率不一定比第二類低。
第二類：缺點開關管損耗大一些，變壓器漏感大一些，紋波差一些。優點：抗過壓能力強一些，占空比大，變壓器損耗低一些，效率高一些。
反激電源反射電壓還有一個確定因素
反激電源的反射電壓還與一個參數有關，那就是輸出電壓，輸出電壓越低則變壓器匝數比越大，變壓器漏感越大，開關管承受電壓越高，有可能擊穿開關管、吸收電 路消耗功率越大，有可能使吸收回路功率器件永久失效(特別是采用瞬變電壓抑制二極管的電路)。在設計低壓輸出小功率反激電源的優化過程中必須小心處理，其 處理方法有幾個：
1、 采用大一個功率等級的磁芯降低漏感，這樣可提高低壓反激電源的轉換效率，降低損耗，減小輸出紋波，提高多路輸出電源的交差調整率，一般常見于家電用開關電源，如光碟機、DVB機頂盒等。
2、如果條件不允許加大磁芯，只能降低反射電壓，減小占空比。降低反射電壓可減小漏感但 有可能使電源轉換效率降低，這兩者是一個矛盾，必須要有一個替代過程才能找到一個合適的點，在變壓器替代實驗過程中，可以檢測變壓器原邊的反峰電壓，盡量 降低反峰電壓脈沖的寬度，和幅度，可增加變換器的工作安全裕度。一般反射電壓在110V時比較合適。
3、增強耦合，降低損耗，采用新的技術，和繞線工藝，變壓器為滿足安全規范會在原邊和副 邊間采取絕緣措施，如墊絕緣膠帶、加絕緣端空膠帶。這些將影響變壓器漏感性能，現實生產中可采用初級繞組包繞次級的繞法�；蛘叽渭売萌亟^緣線繞制，取消 初次級間的絕緣物，可以增強耦合，甚至可采用寬銅皮繞制。
文中低壓輸出指小于或等于5V的輸出，像這一類小功率電源，本人的經驗是，功率輸出大于20W輸出可采用正激式，可獲得最佳性價比，當然這也不是決對的， 與個人的習慣，應用的環境有關系，下次談一談反激電源用磁性芯，磁路開氣隙的一些認識，希望各位高人指點。
反激電源變壓器磁芯在工作在單向磁化狀態，所以磁路需要開氣隙，類似于脈動直流電感器。部分磁路通過空氣縫隙耦合。為什么開氣隙的原理本人理解為：由于功 率鐵氧體也具有近似于矩形的工作特性曲線(磁滯回線)，在工作特性曲線上Y軸表示磁感應強度(B)，現在的生產工藝一般飽和點在400mT以上，一般此值 在設計中取值應該在200-300mT比較合適、X軸表示磁場強度(H)此值與磁化電流強度成比例關系。磁路開氣隙相當于把磁體磁滯回線向X 軸向傾斜，在同樣的磁感應強度下，可承受更大的磁化電流，則相當于磁心儲存更多的能量，此能量在開關管截止時通過變壓器次級瀉放到負載電路，反激電源磁芯 開氣隙有兩個作用。其一是傳遞更多能量，其二防止磁芯進入飽和狀態。
反激電源的變壓器工作在單向磁化狀態，不僅要通過磁耦合傳遞能量，還擔負電壓變換輸入輸出隔離的多重作用。所以氣隙的處理需要非常小心，氣隙太大可使漏感 變大，磁滯損耗增加，鐵損、銅損增大，影響電源的整機性能。氣隙太小有可能使變壓器磁芯飽和，導致電源損壞
所謂反激電源的連續與斷續模式是指變壓器的工作狀態，在滿載狀態變壓器工作于能量完全傳遞，或不完全傳遞的工作模式。一般要根據工作環境進行設計，常規反 激電源應該工作在連續模式，這樣開關管、線路的損耗都比較小，而且可以減輕輸入輸出電容的工作應力，但是這也有一些例外。 需要在這里特別指出：由于反激電源的特點也比較適合設計成高壓電源，而高壓電源變壓器一般工作在斷續模式，本人理解為由于高壓電源輸出需要采用高耐壓的整 流二極管。由于制造工藝特點，高反壓二極管，反向恢復時間長，速度低，在電流連續狀態，二極管是在有正向偏壓時恢復，反向恢復時的能量損耗非常大，不利于 變換器性能的提高，輕則降低轉換效率，整流管嚴重發熱，重則甚至燒毀整流管。由于在斷續模式下，二極管是在零偏壓情況下反向偏置，損耗可以降到一個比較低 的水平。所以高壓電源工作在斷續模式，并且工作頻率不能太高。 還有一類反激式電源工作在臨界狀態，一般這類電源工作在調頻模式，或調頻調寬雙模式，一些低成本的自激電源(RCC)常采用這種形式，為保證輸出穩定，變 壓器工作頻率隨著，輸出電流或輸入電壓而改變，接近滿載時變壓器始終保持在連續與斷續之間，這種電源只適合于小功率輸出，否則電磁兼容特性的處理會很讓人頭痛
反激開關電源變壓器應工作在連續模式，那就要求比較大的繞組電感量，當然連續也是有一定程度的，過分追求絕對連續是不現實的，有可能需要很大的磁芯，非常 多的線圈匝數，同時伴隨著大的漏感和分布電容，可能得不償失。那么如何確定這個參數呢，通過多次實踐，及分析同行的設計，本人認為，在標稱電壓輸入時，輸 出達到50%~60%變壓器從斷續，過渡到連續狀態比較合適�；蛘咴谧罡咻斎腚妷籂顟B時，滿載輸出時，變壓器能夠過渡到連續狀態就可以了。
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