开关电源主电路方案选择与设计

第二节、 开关电源主电
AC/DC
路方案选择与设计
浙江大学电气工程学院
应用电子学系
二零一零年七月
Email: ywxi@zju.edu.cn
2010-7-13
1主要内容
1 评估设计要求（指标）
2 主电路方案选择
3 元器件设计方法
4 各种模式Flyback 电路设计
5 损耗分析及机构布局设计
6 PCB布板和EMI
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2一、评估设计指标（1）
1.输入参数：
输入电压大小，交流还是直流，相数，频率等。
• 国际电压等级有单相120Vac，220Vac，230Vac等。国际通用的交
流电压范围为85～265V。一般包括输入电压额定值及其变化范
围；
• 3kW以下功率常选用单相输入，5kW以上选用三相输入；
• 工业用电频率一般为50Hz或者60Hz,航空航天电源、船舶用电为
400Hz.
• 有无功率因数（Power Factor)和谐波（Total Harmonics
Distortion)指标
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3一、评估设计指标（2）
2.输出参数：
输出功率，输出电压，输出电流，纹波，稳压(稳流)
精度，调整率，动态特性(稳定时间：settling time)、电源的启
动时间和保持时间。
• 输出电压：额定值＋调节范围。输出电压的上限应尽量靠近额定
值，以避免不必要的过大的设计余量。
• 输出电流：额定值＋过载倍数。有稳流要求的还会指定调节范围。
有些电源不允许空载，因此还应指定电流下限。
• 稳压稳流精度：影响因素包括输入电压调整率，负载调整率，时
效偏差。基准源精度、检测元件精度、控制电路中运放的精度对
稳压稳流精度影响很大。
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4一、评估设计指标（3）
• 纹波：纹波成分包括远高于开关频率的高频尖刺，与开关频率f
s
相关的纹波以及低频纹波（如电网单相整流后的100Hz纹波）。
纹波系数：输出电压中交流成分总有效值与直流成分的百分比。
是最常用的量化方法。
峰峰电压值：纹波电压的峰峰值，可以反映出幅值很高有效值却
很小的尖峰噪声的含量，但不能反映出纹波有效值的大小。一般
的电源纹波要求<＋/-(1％－2％)。
共模纹波：正负端都有的纹波
其它。。。。。
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5一、评估设计指标（4）
3.效率：
额定输入电压与额定输出电压、额定输出电流时输出功率
与输入有功功率的比值。
损耗：
与开关频率密切相关的损耗：开关器件的开关损耗，磁性元件的铁
损，吸收电路的损耗。
电路中的通态损耗：开关器件的通态损耗，磁性元件的铜损，线路
损耗。这部分损耗取决于电流。
其它损耗：控制电路损耗，驱动电路的损耗等
一般输出电压较高的电源的效率高于输出电压较低的电源。高
输出电压的电源效率可达90％～95％的效率。大功率电路的效率
可以比小功率电路的效率做得更高。
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6一、评估设计指标（5）
4.电压调整率和负载调整率
• 电压（源）调整率：电源调整率通常以额定负载条件下，由输入
电压变化所造成其输出电压偏差率。如下列公式所示：
Vo(max)-Vo(min) / Vo(normal)
或者规定其输出电压之偏差量须於规定之上下限范围内，即
输出电压之上下限绝对值以内。
• 负载调整率：负载调整率的定义为开关电源於输出负载电流变化
时，提供其稳定输出电压的能力 。或者输出负载电流变化下，其
输出电压偏差量不得超过上下限绝对值。
测试方法：待测电源在正常输入电压及负载状况下热机稳定
後，测量正常负载下的输出电压值，再分别测量轻载(Min)、重载
(Max)负载下其输出电压值(分别为Vmax与Vmin)，负载调整率通常
以正常固定输入电压下，由负载电流变化所造成其输出电压偏差
率的百分比，如下列公式所示：
V0(max)-V0(min) / V0(normal)
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7一、评估设计指标（6）
5.动态特性：负载突变时输出电压的变化
• 开关电源通过反馈控制回路保证其输出电压稳定，实际上反馈控制回路
有一定的频宽，因此限制了电源供应器对负载电流变化时的反应，可能
引起开关电源不稳定、失控或振荡之现象。实际上，电源供应器工作时
的负载电流也是动态变化的，因此动态负载测试对电源供应器而言是极
为重要的。
• 可编程序电子负载可用来模拟电源供应器实际工作时最恶劣的负载情
况，如负载电流迅速上升、下降之斜率、周期等，若电源供应器在恶劣
负载状况下，仍能够维持稳定的输出电压不产生过冲(Overshoot)或过低
(Undershoot)情形，否则会导致电源输出电压超过负载元件(如TTL电路
其输出瞬时电压应介於4.75V至5.25V之间，才不致引起TTL逻辑电路之误
动作)工作范围。
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8一、评估设计指标（7）
6.电源启动时间(Set-Up Time)与保持时间(Hold-Up Time)