設計直流開關電源時通用元器件的應用
2017-5-6 21:22:12??????點擊：
開關電源的生產廠家雖然很多，但設計開關電源并不是如想象中那么簡單，大家在談論自家的開關直流電源的時候，第一句都是“采用無工頻變壓器結構，采用進口IGBT功率元件。”等等云云，但是開關電源使用的元器件種類繁多，性能各異。開關直流電源的元器件大致可分為通用型、特種型兩類。工程師在設計高性能的開關電源時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。 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，因為這些通用型元器件會在開關電源的設計生產中大量使用且型號種類作用各不相同，偶有使用錯誤就會導致不可挽回的損失，下面就介紹一下開關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MOS管的功率取樣電阻時，在開關MOS管到地之間串聯的取樣電阻，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MOS管最大峰值電流的能力，在開機瞬間此電流幅度比正常值大很多。電阻
1. 取樣電阻—構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之間將產生等于供電電壓加上反峰電壓的脈沖高壓而被擊穿，同時還將過流保護電路的集成電路IC擊穿。一般選用金屬膜電阻。
2. 均壓電阻—在開關電源的對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—構成電阻分壓器，一般采用電阻的串聯方式，其目的是提高電阻耐受峰值電壓的能力。
4. 泄放電阻—斷電時可將電磁干擾(EMI)濾波器中電容器存儲的電荷泄放掉。
5. 限流電阻—起限流保護作用，如用作穩壓管、光耦合器及輸入濾波電容的限流電阻。
6. 電流檢測電阻—與過電流保護電路配套使用，用于限制開關電源的輸出電流極限。
7. 分流電阻—給電流提供旁路。
8. 負載電阻—開關電源的負載電阻(含等效負載電阻)。
9. 最小負載電阻—為維持開關電源正常工作所需要的最小負載電阻，可避免因負載開路而導致輸出電壓過高。 10. 假負載—在測試開關電源性能指標時臨時接的負載(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—給開關電源的控制端提供偏壓，或用來穩定晶體管的工作點。
13. 保護電阻—常用于RC型吸收回路或VD、R、C型鉗位保護電路中。
14. 頻率補償電阻—例如構成誤差放大器的RC型頻率補償網絡。
15. 阻尼電阻—防止電路中出現諧振。
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左右便開始呈現感性，無法滿足開關電源的使用要求。而開關電源專用的高頻鋁電解電容器有四個端子，正極鋁片的兩端 分別引出作為電容器的正極，負極鋁片的兩端也分別引出作為負極。
1. 濾波電容—構成輸入濾波器、輸出濾波器等。
2. 耦合電容—亦稱隔直電容，其作用時隔斷直流信號，只讓交流信號通過。
3. 退藕電容—例如電源退藕電容，可防止產生自激振蕩。
4. 軟啟動電容—構成軟啟動電路，在軟啟動過程中使輸出電壓和輸出電流緩慢地建立起來。
5. 補償電容—構成RC型頻率補償網絡。
6. 加速電容—用于提高晶體管的開關速度。
7. 振蕩電容—可構成RC型、LC型振蕩器。
8. 微分電容—構成微分電路，獲得尖脈沖。
9. 自舉電容—用于提升輸入級的電源電壓，亦可構成電壓前饋電路。
10. 延時電容—與電阻構成RC型延時電路。
11. 儲能電容—例如極性反轉式DC/DC變換器中的泵電容。
12. 移相電容—構成移相電路。
13. 倍壓電容—與二極管構成倍壓整流電路。
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生的共模干擾，可為從一次側耦合到二次側的干擾電流提供回流路徑，防止該電流通過二次側耦合到大地。
19. Y電容—能濾除電網之間串模干擾，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，電感有自然有磁飽和的問題。開關電源的電感器的繞線將導致兩個分布參數(或寄生參數)，一個是不可避免的繞線電阻，另一個是與繞制工藝、材料有關的分布式雜散電容。所以我們一直在說設計生產開關電源，它對元器件的制作工藝，材料選擇上都很挑剔的。
1. 濾波電感—構成LC型濾波器。
2. 儲能電感—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，它采用單繞組結構，一般串聯在開關電源的輸入電路中。
6. 頻率補償電感—構成LC型、LCR型頻率補償網絡。
四、 變壓器
我們一直在說高頻開關電源采用無工頻變壓器設計，那么怎么會有變壓器的出現呢，其實這是一種相對的說法，并不是真的沒有變壓器。比如開關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（脈沖寬度調制）控制開關管，將整流后的直流電壓進行高頻開關導通，使得高頻電流流入開關電源的高頻變壓器原邊，從而是變壓器副邊產生感應電流，經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—對交流電源進行變壓與隔離，再經過整流濾波后給DC/DC變換器(即開關穩壓器)供電。
2. 高頻變壓器—對高頻電源進行儲能、變壓和隔離，適用于無工頻變壓器的開關電源中。
五、 二極管、穩壓管、晶體管
我們學電工的都知道，電阻R和電容C組成最基本的RC振蕩電路。當然開關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. 續流二極管—常用于降壓式DC/DC變換器中;若在繼電器、電機等的繞組兩端并聯續流二極管，即可為反電動勢提供泄放回路，避免損壞驅動管。
3. 鉗位二極管—構成VD、R、C型鉗位電路，吸收尖峰電壓，對MOSFET功率場效應管起保護作用。
4. 阻塞二極管—鉗位保護電路中的二極管，亦稱為阻尼二極管。
5. 保護二極管—用于半波整流電路中，在負半周時給交流電提供回路。
6. 隔離二極管—可實現信號隔離。
7. 抗飽和二極管—將二極管串聯在功率開關管的基極上，可降低功率開關管的飽和深度，提高關斷速度。
8.穩壓管—構成簡易穩壓電路;接在開關電源的輸出端，用來穩定空載時的輸出電壓;由穩壓管、快恢復二極管和阻容元件構成一次側鉗位保護電路;構成過電壓保護電路。
9.晶體管—用作PWM調制器的功率開關管;構成恒壓/恒流輸出式開關電源的電壓控制和電流控制環路;構成截劉輸出型開關電源的截流控制環;構成開關穩壓器的通/斷控制、欠電壓、過電壓保護、過電流保護等電路。
通過上面的介紹，我想大家不難理解開關直流電源通用元器件的功能和重要性了，當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。基礎知識還是需要大家多多的關注，在設計的過程中留意一下就可以了。
下面是一個很簡單實用的開關電源電路圖，從圖中可以大概分析一下各個通用元器件的作用及工作原理了。
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