瓜子_kesongbin
开关电源全部由硬件完成还是需要软件呢？
它们只需“硬件”如高压大功率MOS管或晶体管、高频及低频二极管、普通数字计算控制电路、及电阻、电容、变换线圈等即成！不需要什么软件！最新数字电源中采用了智能集成电路，但似乎也不必要使用软件，它靠智能块的原始设计，保证电压的正确与节能等！--寂寞大山人
简单开关电源设计
现代开关电源设计有两种：一种是直流开关电源；另一种是交流开关电源。
开关电源内部结构 这里主要介绍的只是直流开关电源，其功能是将电能质量较差的原生态电源（粗电），如市电电源或蓄电池电源，转换成满足设备要求的质量较高的直流电压（精电）。
直流开关电源的核心是DC/DC转换器。
因此直流开关电源的分类是依赖DC/DC转换器分类的。
也就是说，直流开关电源的分类与DC/DC转换器的分类是基本相同的，DC/DC转换器的分类基本上就是直 流开关电源的分类。
直流DC/DC转换器按输入与输出之间是否有电气隔离可以分为两类：一类是有隔离的称为隔离式DC/DC转换器；另一类是没有隔离的称为非隔离 式DC/DC转换器。
隔离式DC/DC转换器也可以按有源功率器件的个数来分类。
单管的DC/DC转换器有正激式（Forward）和反激式（Flyback）两种。
双管DC/DC转换器 有双管正激（DoubleTransistorForward Converter），双管反激式（Double Transistr Flyback Converter）、推挽式（Push-Pull Converter） 和半桥式（Half-Bridge Converter）四种。
四管DC/DC转换器就是全桥DC/DC转换器（Full-Bridge Converter）。
非隔离式DC/DC转换器，按有源功率器件的个数，可以分为单管、双管和四管三类。
单管DC/DC转换器共有六种，即降压式（Buck）DC/DC转换器 ，升压式（Boost）DC/DC转换器、升压降压式（Buck Boost）DC/DC转换器、Cuk DC/DC转换器、Zeta DC/DC转换器和SEPIC DC/DC转换器。
在这六种 单管DC/DC转换器中，Buck和Boost式DC/DC转换器是基本的，Buck-Boost、Cuk、Zeta、SEPIC式DC/DC转换器是从中派生出来的。
双管DC/DC转换 器有双管串接的升压式（Buck-Boost）DC/DC转换器。
四管DC/DC转换器常用的是全桥DC/DC转换器（Full-Bridge Converter）。
隔离式DC/DC转换器在实现输出与输入电气隔离时，通常采用变压器来实现，由于变压器具有变压的功能，所以有利于扩大转换器的输出应用 范围，也便于实现不同电压的多路输出，或相同电压的多种输出。
在功率开关管的电压和电流定额相同时，转换器的输出功率通常与所用开关管的数量成正比。
所以开关管数越多，DC/DC转换器的输出功率越大，四管式比两管式输出功率大一倍，单管式输出功率只有四管式的1/4。
非隔离式转换器与隔离式转换器的组合，可以得到单个转换器所不具备的一些特性。
按能量的传输来分，DC/DC转换器有单向传输和双向传输两种。
具有双向传输功能的DC/DC转换器，既可以从电源侧向负载侧传输功率，也可 以从负载侧向电源侧传输功率。
DC/DC转换器也可以分为自激式和他控式。
借助转换器本身的正反馈信号实现开关管自持周期性开关的转换器，叫做自激式转换器，如洛耶尔 （Royer）转换器就是一种典型的推挽自激式转换器。
他控式DC/DC转换器中的开关器件控制信号，是由外部专门的控制电路产生的。
按照开关管的开关条件，DC/DC转换器又可以分为硬开关（Hard Switching） 开关电源和软开关（Soft Switching）两种。
硬开关DC/DC转换器的开关器件 是在承受电压或流过电流的情况下，开通或关断电路的，因此在开通或关断过程中将会产生较大的交叠损耗，即所谓的开关损耗（Switching loss）。
当转换器的工作状态一定时开关损耗也是一定的，而且开关频率越高，开关损耗越大，同时在开关过程中还会激起电路分布电感和寄生 电容的振荡，带来附加损耗，因此，硬开关DC/DC转换器的开关频率不能太高。
软开关DC/DC转换器的开关管，在开通或关断过程中，或是加于 其上的电压为零，即零电压开关（Zero-Voltage-Switching,ZVS），或是通过开关管的电流为零，即零电流开关（Zero-Current·Switching,ZCS）。
这种软开关方式可以显着地减小开关损耗，以及开关过程中激起的振荡，使开关频率可以大幅度提高，为转换器的小型化和模块化创造 了条件。
功率场效应管（MOSFET）是应用较多的开关器件，它有较高的开关速度，但同时也有较大的寄生电容。
它关断时，在外电压的作用下， 其寄生电容充满电，如果在其开通前不将这一部分电荷放掉，则将消耗于器件内部，这就是容性开通损耗。
为了减小或消除这种损耗，功率场 效应管宜采用零电压开通方式（ZVS）。
绝缘栅双极性晶体管（Insu1ated Gate Bipo1ar tansistor,IGBT）是一种复合开关器件，关断时的电流拖 尾会导致较大的关断损耗，如果在关断前使流过它的电流降到零，则可以显着地降低开关损耗，因此IGBT宜采用零电流（ZCS）关断方式。
IGBT在 零电压条件下关断，同样也能减小关断损耗，但是MOSFET在零电流条件下开通时，并不能减小容性开通损耗。
谐振转换器（ResonantConverter ,RC）、准谐振转换器（Qunsi-Tesonant Converter,QRC）、多谐振转换器（Mu1ti-ResonantConverter,MRC）、零电压开关PWM转换器（ZVS PWM Converter）、零电流开关PWM转换器（ZCS PWM Converter）、零电压转换（Zero-Vo1tage-Transition,ZVT）PWM转换器和零电流转换（Zero- Vo1tage-Transition,ZVT）PWM转换器等，均属于软开关直...
单片开关电源
TOPSwitch系列器件是三端脱线式PWM开关（ThreeterminalOfflinePWMSwtich）的英文缩写。
TOPSwitch系列器件主要包括下列型号：TOP100~TOP104,TOP200~TOP204/TOP214,TOP209/TOP210。
TOPSwitch系列器件仅用了三个管脚就将脱线式开关电源所必需的具有通态可控栅极驱动电路的高压N沟道功率的MOS场效应管，电压型PWM控制器，100kHz高频振荡器，高压起动偏置电路，带隙基准，用于环路补偿的并联偏置调整器以及误差放大器和故障保护等功能全部组合在一起了。
采用TOPSwitch器件的开关电源与采用分立的MOSFET功率开关及PWM集成控制器的开关电源相比，具有以下特点： （1）成本低廉。
使用TOPSwitch器件，可减少20~50个元器件，使产品的大小和重量减少50%;TOPSwitch因采用了源极调节板和可控的MOSFET通态驱动，故电磁干扰（EMI）和EMI滤波器的成本可明显降低； （2）系统效率高。
TOPSwitch系采用CMOS工艺制作，并在芯片中集成了尽可能多的功能，故与采用二极管或分立的功率开关电路相比，偏置电流显著降低；开关电源所需的功能集成于芯片中后，外部的电流传感电阻和初始起动偏压电流的电路均可除去，系统效率大大提高。
特别是TOPSwitch器件专门针对反激式功率变换电路进行了优化，使最大值占空比可达70%,TOP100~TOP104,TOP200~TOP204/TOP214的效率可达90%,TOP209/TOP210的效率也可超过80%; (3)电源设计简化。
TOPSwitch器件在3脚的TO220封装中集成了PWM控制器和高压MOSFET功率开关，只需外接一个电容就能实现补偿、旁路、起动和自动重起功能。
另外，美国功率集成公司还为TOPSwitch器件提供了许多标准设计的电路板，使应用TOPSwitch的设计更为方便，极大地缩短了产品开发至进入市场所需的时间； （4）应用灵活性高。
TOPSwitch器件支持降压型、升压型、正激式和反激式功率变换电路，并且很容易和光耦及变压器初级的反馈电路结合，无论在连续传导模式和不连续传导模式下均可工作； （5）功能完善的系统级故障保护。
TOPSwitch具有自动重起和逐周电流限制功能，故可对功率变压器初级和次级电路的故障进行保护。
TOPSwitch还具有在片热关闭选通功能，可在电路超负荷时有效地保护电源。
一般，TOP100~TOP104主要应用于输入电压为100V或110VAC，功率在（0~60）W范围内的开关电源或功率在（0~110）W范围内采用功率因数校正（PFC）的开关电源。
同样适用于功率在（0~25）W范围内的无线通信、有线通信以及其他DC/DC变换的应用。
TOP200~TOP204/TOP214则适于输入电压为100V,110V或230VAC，功率在（0~100）W范围内的开关电源〔如在三种输入电压下均能工作，则功率限制在（0~50）W范围内〕，或输入为230V或277VAC，功率在（0~150）W范围内采用功率因数校正的开关电源。
由于TOP100~TOP104采用的是350V的MOSFET,TOP200~TOP204/TOP214采用的是700V的MOSFET，故后者能在输入电压更高、系统功率更大的应用中使用。
两组器件的内部结构完全相同，均如图1所示。
TOP100~TOP104和TOP200~TOP204/TOP214采用图2(a)所示3脚的TO220封装，管脚定义如下：漏极——连接内部MOSFET的漏极，在起动时，通过内部高压开关电流源提供内部偏置电流。
源极——连接内部MOSFET的源极，是初级电路的公共点，电源回流和基准点。
控制极——误差放大电路和反馈电流的输入端。
在正常工作时，由内部并联调整器提供内部偏流。
系统关闭时，可激发输入电流，同时也是提供旁路、自动重起和补偿功能的电容连接点。
值得注意的是，TOP209/TOP210还特别为小功率备用电源应用作了优化，弥补了TOPSwitch系列在这一类应用中的不足。
应用TOP209可以设计出性价比更高的开关电源，可为绿色或节能产品，如个人电脑、监视器、UPS、复印机、传真机提供备用电源，还可在诸如电视、家用电器、工业控制器和个人电脑等产品中应用。
TOP209/TOP210内部结构和TOP100~TOP104和TOP200~TOP204/TOP214的内部结构相比只有细微的差别。
不过，TOP209/TOP210采用的是8脚DIP封装方式，如图2(b)所示。
1997年，美国功率集成公司又推出了TOPSwitchⅡ系列器件。
TOPSwitchⅡ系列器件同TOPSwitch系列器件相比，内电路作了许多改进，器件对于电路板布局以及输入总线瞬变的敏感性大大减少，故设计更为方便，性能又有了增强，性能价格比更高。
与TOPSwitch系列器件相比，TOPSwitchⅡ系列器件在输入电压为100V、115V或230VAC时，系统功率从（0~100）W提高到（0~150）W，在三种电压下均可工作时，系统的功率从（0~50）W提高到（0~90）W，从而使得TOPSwitchⅡ器件可在如电视、监视器以及音频放大器等许多新的应用范围内使用。
TOPSwitchⅡ系列器件包括TOP221~TOP227，其内部结构如图3所示。
美国功率集成公司为TOPSwitchⅡ器件提供了多种封装方式，其中8脚的PDIP封装方式内部的引线框，可使用6个管脚将热量直接从芯片传送到电路板上，从而节省了使用散热器的成本。
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开关电源电路详细解析
开关电源的工作原理是： 1.交流电源输入经整流滤波成直流； 2.通过高频PWM（脉冲宽度调制）信号控制开关管，将那个直流加到开关变压器初级上； 3.开关变压器次级感应出高频电压，经整流滤波供给负载； 4.输出部分通过一定的电路反馈给控制电路，控制PWM占空比，以达到稳定输出的目的. 交流电源输入时一般要经过厄流圈一类的东西，过滤掉电网上的干扰，同时也过滤掉电源对电网的干扰； 在功率相同时，开关频率越高，开关变压器的体积就越小，但对开关管的要求就越高； 开关变压器的次级可以有多个绕组或一个绕组有多个抽头，以得到需要的输出； 一般还应该增加一些保护电路，比如空载、短路等保护，否则可能会烧毁开关电源 ATX电源的主要组成部分 EMI滤波电路：EMI滤波电路主要作用是滤除外界电网的高频脉冲对电源的干扰，同时也起到减少开关电源本身对外界的电磁干扰，在优质电源中一般都有两极EMI滤波电路。
一级EMI电路：交流电源插座上焊接的是一级EMI电源滤波器电路，这是一块独立的电路板，是交流电输入后所经过的第一组电路，这个由扼流圈和电容组成的低通网络能滤除电源线上的高频杂波和同相干扰信号，同时也将电源内部的干扰信号屏蔽起来，构成了电源抗电磁干扰的第一道防线。
二级EMI电路：市电进入电源板后先通过电源保险丝，然后再次经过由电感和电容组成的第二道EMI电路以充分滤除高频杂波，然后再经过限流电阻进入高压整流滤波电路。
保险丝能在电源功率太大或元件出现短路时熔断以保护电源内部的元件，而限流电阻含有金属氧化物成分，能限制瞬间的大电流，减少电源对内部元件的电流冲击。
桥式整流器和高压滤波：经过EMI滤波后的市电，再经过全桥整流和电容滤波后就变成了高压的直流电。
将输入端的交流电转变为脉冲直流电，目前有两种形式，一种是全桥就是把四个二极管封装在一起，一种是用4个分立的二极管组成桥式整流电路，作用相同，效果也一样。
一般说来，在全桥附近应该有两个或更多的高大桶状元件，即高压电解电容，其作用是将脉动的直流电滤除交流成分而输出比较平稳的直流电。
高压电解电容的使用与开关电路的设计有密切关系，其容量往往是以往电源评测时的焦点，但实际上它的容量和电源的功率毫无关系，不过增大它的容量会减小电源的纹波干扰，提高电源的电流输出质量。
PFC电路：PFC电路称为功率因素校正或补偿电路，功率因素越高，电能利用率就越大。
目前PFC电路有两种方式，一种是无源式PFC，又称被动式PFC，一种是有源式PFC，又称主动式PFC。
无源式PFC是通过一个工频电感来补偿交流输入的基波电流与电压的相位差，迫使电流与电压相位一致，无源PFC效率较低，一般只有65%-70%，且所用的工频电感又大又笨重，但由于成本低，仍有许多 ATX电源采用这种方式。
有源PFC是由电子元器件组成的，体积小，重量轻，通过专用的IC去调整电流波形的相位，效率大大提高，达95%以上，但由于成本较高，通常只能在高级应用场合才能看到。
开关三极管与开关变压器：开关电源顾名思义其核心就是开关二字。
开关三极管和开关变压器是开关电源的核心部件，通过自激式或他激式使开关管工作在饱和、截止（即开、关）状态，从而在开关变压器的副绕组上感应出高频电压，再经过整流、滤波和稳压后输出各种直流电压。
开关三极管和开关变压器是ATX电源的核心部件，其质量直接影响电源的好坏和使用寿命，尤其是开关三极管，工作在高反压状态下，没有足够的保护电路，很容易击穿烧毁。
开关管的品质直接决定了电源的稳定性，它也是电源中主要的发热元件，拆开电源后看到的主散热片上的两个晶体管就是开关管。
影响高频开关变压器性能的因素包括铁氧体的效率、磁芯截面积的大小和磁隙的宽度，截面积过小的变压器容易产生磁饱和而无法输出较大的功率，各个绕组的匝数直接影响输出的电压，通常我们无法具体的掌握这些参数，所以无法准确的判断变压器到底能输出多大的功率，只有通过电子负载机测量才能知道，另外，开关变压器的输出端虽然很多，但其中的某些输出端使用的却是相同的绕组，比如+3.3VDC和+5VDC就是这样，所以当+3.3VDC输出最大电流时+ 5VDC就无法输出很大的电流了，所以我们不能将电源各个输出端的功率进行简单的累加。
除主变压器外，一般电源内还应有两个小变压器，其中一个将开关电路控制信号进行放大以驱动开关管进行工作，同时还可以将开关管工作的高压区和集成电路工作的低压区进行物理隔离。
另外一个完全是一套独立的小型开关电源，这就是我们所说的待机电路，其输出的电压为电源的主电路供电，同时通过+5V StandBy端输出到主板来实现唤醒功能。
低压整流滤波电路：经过高频开头变压器降压后的脉动电压同样要使用二极管和电容进行整流和滤波，只是此时整流时的工作频率很高，必须使用具有快速恢复功能的肖特基整流二极管，普通的整流二极管难当此任，而整流部分使用的电容也不能有太大的交流阻抗，否则就无法滤除其中的高频交流成分，因此选择的电容不但容量要大，还要有...
150W开关电源设计
开关电源这种电与磁结合的东西很复杂，还是看文字实在些，看着每一段文字、每一个图解，慢慢想、慢慢体会、慢慢理解。
如果要设计，还得动手计算。
推荐一个博客连载：作者：百度文库上也有连载的综合提供下载。
个开关电源的工程师需要哪些知识
①电路拓扑的原理与设计电源设计的第一步就是拓扑选型及方案设计清楚不同变换器所能实现的功能，根据设计要求选取合适的拓扑；熟知变换器的工作状态，能对变换器进行稳态分析和交流小信号分析；熟悉变换器的数学模型，能获取变换器稳态输入输出关系和传递函数；根据变换器的传函，能对变换器进行环路设计；在环路设计的基础上，分析系统的稳定性（伯德图等）；熟悉变换器的损耗计算（导通损耗、开关损耗）。
②仿真分析电源设计方案确定之后，可以对其进行仿真分析，已验证设计方案的准确性和可行性。
在进行开关电源设计时，常用的仿真软件有PSIM/Pspice（电力电子建模）；Saber（数模混合建模）；Matlab/Simulink。
因为上述这些仿真软件各有特色，我的使用习惯是根据仿真需要，选择使用。
③元器件知识完成了方案设计、仿真分析之后，就要进行硬件设计，首当其冲的是元器件的选型问题。
熟悉功率元器件（IGBT、MOSFET等）的特性及使用方法；熟悉RLC等一般元器件的使用；熟悉变压器或电感的设计方法；熟悉滤波器的设计方法。
④PCB绘图与制版元器件选型确定之后，就是要制版了，这时会用到Protel或Altium designer。
根据设计方案，绘制电源的原理图根据元器件选型，制作其封装库（有些需要自己制作）；PCB板布线（需考虑接地、EMC等问题）；将PCB图交厂家生产。
⑤数字控制器的使用开关器件的开关信号可由模拟电路产生也可由数字控制器产生，当使用数字控制器时，就需要熟悉其原理及使用方法，常用的有DSP、FPGA等。
熟悉数字控制器的原理熟悉数字控制器外围电路的设计熟悉数字控制器的编程语言能根据相应的调制方式产生开关器件的开关信号。
⑥EMC设计EMC设计贯穿电源设计的始终，涉及到屏蔽、滤波、接地、PCB 设计等层面，对于开关电源的设计非常重要。
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