开关稳压电源设计
演讲人：
日期:
目录
01
技术概述
02
设计原理
03
设计要点
04
测试验证
05
应用实例
06
发展趋势
01
技术概述
稳压电源基本概念
稳压电源定义
一种能够将输入电压或电流稳定地转换为输出电压或电流的装置。
01
通过调整电路参数或控制开关器件的导通与关断，实现对输出电压或电流的稳定调节。
02
稳压电源应用
广泛应用于各种电子设备中，如计算机、通信、工业控制等领域。
03
稳压电源原理
交流输入型开关电源和直流输入型开关电源。
按输入方式分
开关电源分类标准
稳压型和稳流型开关电源。
按输出类型分
串联式开关电源、并联式开关电源和变压器耦合式开关电源等。
按电路结构分
脉宽调制（PWM）型、频率调制（FM）型和混合调制型等。
按控制方式分
核心性能指标定义
指开关电源能够正常工作的输入电压范围。
输入电压范围
输出电压精度
负载调整率
指输出电压与设定电压之间的偏差，通常用百分比表示。
指负载变化时，输出电压保持稳定的能力。
稳压系数
效率
指输入电压变化时，输出电压保持稳定的能力，通常用百分比表示。
指开关电源输出功率与输入功率之比，反映能量转换效率。
02
设计原理
降压型拓扑结构
适用于输入电压高于输出电压的情况，能够实现高效降压转换。
升压型拓扑结构
适用于输入电压低于输出电压的情况，能够实现高效升压转换。
反转式拓扑结构
具有输入电压范围宽、输出电压稳定等特点，适用于输入电压变化范围较大的情况。
推挽式拓扑结构
能够实现较高的开关频率和功率密度，适用于大功率开关稳压电源。
拓扑结构选择依据
闭环控制策略类型
闭环控制策略类型
电压模式控制
恒功率控制
电流模式控制
混合控制策略
通过采样输出电压并进行反馈，调整开关管的导通时间，从而稳定输出电压。
通过采样开关管电流并进行反馈，调整开关管的导通时间，从而稳定输出电流。
通过检测负载功率并调整开关管的工作状态，使得输出功率保持恒定。
结合电压模式控制和电流模式控制的优点，实现更高效、更稳定的控制。
关键参数计算方法
变压器匝数比计算
电感、电容等元件的参数计算
开关管的选择与计算
保护电路的设计与计算
根据输入输出电压和功率，确定变压器的匝数比，以保证合适的电压传输和功率转换效率。
根据输入电压、输出电压、输出电流等参数，选择合适的开关管，并计算其最大工作电流、最大反向电压等参数。
根据电路的工作频率、输出电压波动等要求，计算电感、电容等元件的参数值，以保证电路的稳定性和动态性能。
为了保护开关管和负载，需要设计过流保护、过压保护、短路保护等保护电路，并计算保护电路的参数值。
03
设计要点
功率器件必须能够承受的最大电压，必须大于电路中可能出现的峰值电压。
功率器件的电流处理能力，需考虑平均电流和峰值电流。
影响功率器件的开关损耗和效率，快速开关能降低开关损耗但可能引起更大的电磁干扰。
功率器件的封装需便于散热，且散热性能要好，以降低器件温度，延长寿命。
功率器件选型原则
电压应力
电流容量
开关速度
封装与散热
散热系统优化设计
散热材料选择
导热性能好的材料，如铝、铜等，用于散热器和散热片。
散热面积设计
增加散热面积可有效提高散热效果，如采用翅片、散热片等结构。
散热风道设计
合理设计风道，确保散热风扇或风口的位置和大小，提高散热效率。
热耦合与隔离
避免热源与热敏元件直接耦合，采取隔热措施以减少热传递。
EMC防护实现路径
在电源输入端加入滤波器，以抑制电网中的噪声和干扰。
滤波技术
屏蔽技术
接地设计
布局与布线
采用金属外壳或屏蔽层来隔离外部电磁干扰。
合理设计接地系统，确保电源的地电位稳定，减少地环路干扰。
在PCB设计时注意器件布局和布线，减小回路面积，以降低电磁辐射和敏感度。
04
测试验证
效率测试标准流程
测试准备
数据分析
测试步骤
结果评估
确保测试环境、仪器和测试样品符合要求，设置合适的负载条件。
按照规定的测试方法，进行空载、轻载、半载、满载等条件下的效率测试，并记录测试数据。
计算各负载条件下的效率值，绘制效率曲线，分析效率变化趋势。
与设计指标进行对比，判断是否符合效率要求。
频谱分析仪测试
使用频谱分析仪测试输出电压的频谱，观察纹波和噪声的分布情况。
负载调整率测试
在不同负载条件下测试输出电压的稳定性，评估纹波抑制能力。
纹波抑制电路设计
采用滤波电路、稳压电路等设计手段，降低纹波和噪声的幅度。
仿真验证
使用仿真软件对纹波抑制电路进行仿真分析，验证其抑制效果。
纹波抑制验证方法
负载突变应对策略
保护电路设计
在电源输出端设置过流、过压等保护电路，防止负载突变时损坏电源。
动态响应测试
进行负载瞬态响应测试，观察输出电压的波动情况，评估电源的动态响应能力。
储能元件选择
合理选择电容、电感