陶显芳老师解析开关电源工作原理与设计

"开关电源的工作原理与电路设计，陶显芳，2019.7.1" 开关电源是现代电力电子技术的重要组成部分，其工作原理主要基于电磁转换和功率半导体器件的快速开关操作。陶显芳老师的著作深入浅出地阐述了这一主题，对学习者理解开关电源的核心概念极具价值。 一、开关电源基本电路的工作原理 1. 串联式开关电源：通过开关元件（如晶体管或MOSFET）在电源和负载之间交替导通和截止，改变储能元件（如电感）的能量传递，实现电压变换。 2. 并联式开关电源：开关元件并联于电源，通过调整各开关元件的导通时间比例来调整输出电压。 3. 反转式开关电源：电源极性在工作周期内会发生变化，通常用于逆变应用。 4. 单激式变压器开关电源：变压器只有一个工作周期内的激励，常用于低功率应用。 5. 双激式变压器开关电源：变压器在两个工作周期内均受到激励，适用于高功率应用。 6. 软开关电源：采用零电压或零电流转换技术，降低开关损耗，提高效率。 7. 各种开关电源的优缺点：不同的拓扑结构适合不同的应用场景，需权衡效率、成本、复杂度等因素。 8. 同步整流电路：使用开关元件替代二极管进行整流，进一步提高效率。 二、开关电源电路参数的计算 1. 输出电压的计算：根据负载需求和电源电压，确定所需的电压转换比率。 2. 储能电感的计算：依据电源频率、输出电流及电压变化率来确定。 3. 储能滤波电容的计算：用于稳定输出电压，减少纹波，根据负载电流和期望纹波大小计算。 4. 变压器参数的计算：包括初级和次级线圈的匝数、气隙、磁芯材料等。 5. 单激式开关变压器气隙的选取：影响变压器的磁饱和特性，对效率和稳定性至关重要。 6. 开关变压器伏秒容量的计算与测量：确保开关器件承受的电压峰值在安全范围内。 7. 开关变压器初次级线圈匝数计算：影响电压转换比率和效率。 8. 开关电源占空比与变压比的计算：占空比决定开关元件的平均导通时间，影响输出电压。 9. RCD尖峰脉冲吸收电路参数的计算：用于吸收开关器件切换时产生的电压尖峰。 10. 变压器铁芯磁回线的测量：评估磁芯的工作状态和潜在的磁饱和问题。 三、开关电源电路设计 1. 开关电源电路设计的几个要素：包括拓扑选择、元器件选型、热设计、电磁兼容（EMC）设计等。 2. 常用开关电源：涵盖DC/DC、AC/DC、DC/AC等多种类型。 3. 开关电源典型电路简介：如BUCK、BOOST、Buck-Boost等转换电路。 4. 单IC开关电源：使用集成控制器简化设计，降低成本。 5. 晶体管开关电源：基于双极型或场效应晶体管的电源。 6. 场效应管开关电源：利用MOSFET的高速开关特性，提高效率。 7. 开关电源的安全设计：确保过压、过流、短路保护等功能。 8. 开关电源的EMC电路设计：减小电磁干扰，满足电磁兼容标准。 9. 开关电源调试方法要点：如何检测和优化电源性能，确保其正常工作。 陶显芳老师的《开关电源的工作原理与电路设计》详尽地介绍了开关电源的基本概念、工作原理、电路设计以及参数计算，对于学习者理解和掌握开关电源技术提供了全面而实用的指导。无论是初学者还是经验丰富的工程师，都能从中受益匪浅。