設(shè)計(jì)直流開關(guān)電源時(shí)通用元器件的應(yīng)用
2017-5-6 21:22:12??????點(diǎn)擊：
開關(guān)電源的生產(chǎn)廠家雖然很多，但設(shè)計(jì)開關(guān)電源并不是如想象中那么簡單，大家在談?wù)撟约业拈_關(guān)直流電源的時(shí)候，第一句都是“采用無工頻變壓器結(jié)構(gòu)，采用進(jìn)口IGBT功率元件。”等等云云，但是開關(guān)電源使用的元器件種類繁多，性能各異。開關(guān)直流電源的元器件大致可分為通用型、特種型兩類。工程師在設(shè)計(jì)高性能的開關(guān)電源時(shí)候最基本的功課就是需熟練了解這兩類元器件的功能及特點(diǎn)。 如上文中說的IGBT就是屬于特種元器件的范疇，而使用者往往都只是重視特種元器件而忽略了通用元器件的重要性，而作為上海蓄新電氣工程師們而言，通用型元器件則更為重要，因?yàn)檫@些通用型元器件會(huì)在開關(guān)電源的設(shè)計(jì)生產(chǎn)中大量使用且型號(hào)種類作用各不相同，偶有使用錯(cuò)誤就會(huì)導(dǎo)致不可挽回的損失，下面就介紹一下開關(guān)電源中通用元器件的類型及主要功能如下：
一、 電阻器
選擇開關(guān)電源中的電阻，不僅要考慮電路中平均電流值引起的功耗，還要考慮耐受最大峰值電流的能力。例如選擇開關(guān)MOS管的功率取樣電阻時(shí)，在開關(guān)MOS管到地之間串聯(lián)的取樣電阻，一般此阻值極小，壓降最大不超過2V,按功耗來算似乎不必采用大功率電阻，但考慮到
耐受開關(guān)MOS管最大峰值電流的能力，在開機(jī)瞬間此電流幅度比正常值大很多。電阻
1. 取樣電阻—構(gòu)成輸出電壓的取樣電路，將取樣電壓送至反饋電路。電阻的可靠性也極為重要，如果在工作中受電流沖擊而開路，則該電阻所處印制電路板上的兩點(diǎn)之間將產(chǎn)生等于供電電壓加上反峰電壓的脈沖高壓而被擊穿，同時(shí)還將過流保護(hù)電路的集成電路IC擊穿。一般選用金屬膜電阻。
2. 均壓電阻—在開關(guān)電源的對(duì)稱直流輸入電路中起到均壓作用，亦稱平衡電阻。
3. 分壓電阻—構(gòu)成電阻分壓器，一般采用電阻的串聯(lián)方式，其目的是提高電阻耐受峰值電壓的能力。
4. 泄放電阻—斷電時(shí)可將電磁干擾(EMI)濾波器中電容器存儲(chǔ)的電荷泄放掉。
5. 限流電阻—起限流保護(hù)作用，如用作穩(wěn)壓管、光耦合器及輸入濾波電容的限流電阻。
6. 電流檢測電阻—與過電流保護(hù)電路配套使用，用于限制開關(guān)電源的輸出電流極限。
7. 分流電阻—給電流提供旁路。
8. 負(fù)載電阻—開關(guān)電源的負(fù)載電阻(含等效負(fù)載電阻)。
9. 最小負(fù)載電阻—為維持開關(guān)電源正常工作所需要的最小負(fù)載電阻，可避免因負(fù)載開路而導(dǎo)致輸出電壓過高。 10. 假負(fù)載—在測試開關(guān)電源性能指標(biāo)時(shí)臨時(shí)接的負(fù)載(如電阻絲、水泥電阻)。
11. 濾波電阻—用作LC型濾波器、RC型濾波器、π型濾波器中的濾波電阻。
12. 偏置電阻—給開關(guān)電源的控制端提供偏壓，或用來穩(wěn)定晶體管的工作點(diǎn)。
13. 保護(hù)電阻—常用于RC型吸收回路或VD、R、C型鉗位保護(hù)電路中。
14. 頻率補(bǔ)償電阻—例如構(gòu)成誤差放大器的RC型頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。
15. 阻尼電阻—防止電路中出現(xiàn)諧振。
16.PTC和NTC屬于熱敏性能元器件
17.氧化鋅壓敏電阻
二、 電容器
隔直通交是電容器的基本作用，同時(shí)也是充電器最基本的元器件，普通的低頻電解電容器在10kHz左右便開始呈現(xiàn)感性，無法滿足開關(guān)電源的使用要求。而開關(guān)電源專用的高頻鋁電解電容器有四個(gè)端子，正極鋁片的兩端 分別引出作為電容器的正極，負(fù)極鋁片的兩端也分別引出作為負(fù)極。
1. 濾波電容—構(gòu)成輸入濾波器、輸出濾波器等。
2. 耦合電容—亦稱隔直電容，其作用時(shí)隔斷直流信號(hào)，只讓交流信號(hào)通過。
3. 退藕電容—例如電源退藕電容，可防止產(chǎn)生自激振蕩。
4. 軟啟動(dòng)電容—構(gòu)成軟啟動(dòng)電路，在軟啟動(dòng)過程中使輸出電壓和輸出電流緩慢地建立起來。
5. 補(bǔ)償電容—構(gòu)成RC型頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。
6. 加速電容—用于提高晶體管的開關(guān)速度。
7. 振蕩電容—可構(gòu)成RC型、LC型振蕩器。
8. 微分電容—構(gòu)成微分電路，獲得尖脈沖。
9. 自舉電容—用于提升輸入級(jí)的電源電壓，亦可構(gòu)成電壓前饋電路。
10. 延時(shí)電容—與電阻構(gòu)成RC型延時(shí)電路。
11. 儲(chǔ)能電容—例如極性反轉(zhuǎn)式DC/DC變換器中的泵電容。
12. 移相電容—構(gòu)成移相電路。
13. 倍壓電容—與二極管構(gòu)成倍壓整流電路。
14. 消噪電容—用于濾除電路中的噪聲干擾。
15. 中和電容—消除放大器的自激振蕩。
16. 抑制干擾的電容器—在EMI濾波器中，可分別濾除串模和共模干擾。
17. 安全電容—含X電容和Y電容。
18. X電容—能濾除由一次繞組、二次繞組耦合電容器產(chǎn)生的共模干擾，可為從一次側(cè)耦合到二次側(cè)的干擾電流提供回流路徑，防止該電流通過二次側(cè)耦合到大地。
19. Y電容—能濾除電網(wǎng)之間串模干擾，常用于EMI濾波器中。
三、 電感器
電感器也被稱為扼流圈，它的電流、電壓相位不同，所以理論上損耗為零。電感常為儲(chǔ)能元件也是磁性元件，也常與電容一起用在輸入濾波和輸出濾波電路上，用來平滑電流，其電流有“很大的慣性”。但作為磁性元件時(shí)，電感有自然有磁飽和的問題。開關(guān)電源的電感器的繞線將導(dǎo)致兩個(gè)分布參數(shù)(或寄生參數(shù))，一個(gè)是不可避免的繞線電阻，另一個(gè)是與繞制工藝、材料有關(guān)的分布式雜散電容。所以我們一直在說設(shè)計(jì)生產(chǎn)開關(guān)電源，它對(duì)元器件的制作工藝，材料選擇上都很挑剔的。
1. 濾波電感—構(gòu)成LC型濾波器。
2. 儲(chǔ)能電感—常用于降壓式或升壓式DC/DC變換器電路中。
3. 振蕩電感—構(gòu)成LC型振蕩器。
4. 共模電感—亦稱共模扼流圈，常用于EMI濾波器中，對(duì)共模干擾起到抑制作用。
5. 串模電感—亦稱串模扼流圈，它采用單繞組結(jié)構(gòu)，一般串聯(lián)在開關(guān)電源的輸入電路中。
6. 頻率補(bǔ)償電感—構(gòu)成LC型、LCR型頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。
四、 變壓器
我們一直在說高頻開關(guān)電源采用無工頻變壓器設(shè)計(jì)，那么怎么會(huì)有變壓器的出現(xiàn)呢，其實(shí)這是一種相對(duì)的說法，并不是真的沒有變壓器。比如開關(guān)電源中使用的電感器就是變壓器的一種。其工作原理是：通過PWM（脈沖寬度調(diào)制）控制開關(guān)管，將整流后的直流電壓進(jìn)行高頻開關(guān)導(dǎo)通，使得高頻電流流入開關(guān)電源的高頻變壓器原邊，從而是變壓器副邊產(chǎn)生感應(yīng)電流，經(jīng)過整流后就可以得出需要的電壓或多路電壓。
1. 工頻變壓器—對(duì)交流電源進(jìn)行變壓與隔離，再經(jīng)過整流濾波后給DC/DC變換器(即開關(guān)穩(wěn)壓器)供電。
2. 高頻變壓器—對(duì)高頻電源進(jìn)行儲(chǔ)能、變壓和隔離，適用于無工頻變壓器的開關(guān)電源中。
五、 二極管、穩(wěn)壓管、晶體管
我們學(xué)電工的都知道，電阻R和電容C組成最基本的RC振蕩電路。當(dāng)然開關(guān)電源中二極管分很多種且作用不同，如下：
1. 整流二極管—低頻整流、高頻整流。
2. 續(xù)流二極管—常用于降壓式DC/DC變換器中;若在繼電器、電機(jī)等的繞組兩端并聯(lián)續(xù)流二極管，即可為反電動(dòng)勢提供泄放回路，避免損壞驅(qū)動(dòng)管。
3. 鉗位二極管—構(gòu)成VD、R、C型鉗位電路，吸收尖峰電壓，對(duì)MOSFET功率場效應(yīng)管起保護(hù)作用。
4. 阻塞二極管—鉗位保護(hù)電路中的二極管，亦稱為阻尼二極管。
5. 保護(hù)二極管—用于半波整流電路中，在負(fù)半周時(shí)給交流電提供回路。
6. 隔離二極管—可實(shí)現(xiàn)信號(hào)隔離。
7. 抗飽和二極管—將二極管串聯(lián)在功率開關(guān)管的基極上，可降低功率開關(guān)管的飽和深度，提高關(guān)斷速度。
8.穩(wěn)壓管—構(gòu)成簡易穩(wěn)壓電路;接在開關(guān)電源的輸出端，用來穩(wěn)定空載時(shí)的輸出電壓;由穩(wěn)壓管、快恢復(fù)二極管和阻容元件構(gòu)成一次側(cè)鉗位保護(hù)電路;構(gòu)成過電壓保護(hù)電路。
9.晶體管—用作PWM調(diào)制器的功率開關(guān)管;構(gòu)成恒壓/恒流輸出式開關(guān)電源的電壓控制和電流控制環(huán)路;構(gòu)成截劉輸出型開關(guān)電源的截流控制環(huán);構(gòu)成開關(guān)穩(wěn)壓器的通/斷控制、欠電壓、過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)等電路。
通過上面的介紹，我想大家不難理解開關(guān)直流電源通用元器件的功能和重要性了，當(dāng)然還有一些通用元器件我就不再一一介紹了，如整流橋、放大器等。基礎(chǔ)知識(shí)還是需要大家多多的關(guān)注，在設(shè)計(jì)的過程中留意一下就可以了。
下面是一個(gè)很簡單實(shí)用的開關(guān)電源電路圖，從圖中可以大概分析一下各個(gè)通用元器件的作用及工作原理了。
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