为什么线性电源的效率比较低
课程介绍接下来两节课程我们开始实际设计一个电源，在开关电源的实际设计过程中巩固之前学到的知识。
器件的相关参数如何计算？需要的元器件参数如何计算得出。
如何选择合适的器件？电感电容等元器件根据什么规则或者要求要选择相应的型号。
专栏课程学习获得：
1. 通过举例讲解开关电源工作的方式.开关电源的工作原理.
2. 通过举例开关电源工作方式与线性电源工作方式的区别.
3. 分析和讲解为什么线性电源的效率比较低,开关电源的效率比较高?
4. 讲解开关电源是如何实现能量转移的?以及如何实现稳定电压输出?如何进行调节的?为什么说输入电压的变化以及负载的变化会影响调节?为什么会有纹波的产生?为什么说速度响应是衡量开关电源的重要指标?
5. 详细分析开关损耗是如何产生的?如何控制温升?温升对系统有哪些危害?
6. 开关电源体积与频率的关系?以及开关电源的效率问题。
7. 开关器件的如何选择?详细分析MOSFET,IGBT,三极管各自的有点和缺点。
8. 详细推导开关电源的BUCK电路拓扑的过程。
9．引入重要模拟电路中重要器件：电感。
10. 详细讲解电感电压的的形成和公式计算，电感电压受什么参数影响？如何改变电感两端电压？
11. 详细讲解电感电压的与电感中电流大小以及电流变化率的相互关系。为什么说电感电流大小连续而电流变化率是不连续的？
12. 详细讲解电感中的电流波形的三种模式。
13. 为什么说电感电流在通电和关断后会发生变化？它的内在根本原因又是什么？
14. 如何实现电感的能量守恒？为什么说只有电感电流达到稳定状态才能为我们使用？电感电流的变化如何实现可控？
如何提高开关电源效率电阻的大小会有何影响 课程介绍本课程主要讲的是自举电容首次充电电路的分析和搭建。 上节课我们讲到了MOS管前的这个电阻，当一个12V的电压过来充电的话，电阻两端就会有一个18V的压降。如果这个压降比较大，而电阻阻值比较小的话，那么这个电阻的功率就会特别的大。电阻功率一大就容易发热，不符合我们低功耗设计的一个规范和需求，同时开关电源整个的效率都被大大降低了。 要使得开关电源效率很高，那么电路中每个点的功耗都不能太大，所以这里消耗了这么大的电流是不行的。因此我们要把该电阻加的特别大，而加到多少比较合适呢？理论上来说是越大越合适，因为流过电阻的电流变小了，我们的设计方向就是这个电流越小越好。但是如果电阻上了MΩ级，30V通过这个电阻对电容进行充电，充电的时间就特别长。我们希望的Buck电路启动时间不会太长。电容的经验充电电流一般都是1-2mA的电流，这样充到10V的时间比较快，所以这个电阻取20KΩ是比较合适的。 学习获得： 通过这个课程你可以： 掌握开关电源电感计算； 学会前级驱动电路的设计与分析； 了解自举电容自举电容首次充电电路的分析和搭建，分析电路不足并引出电流环和电压环； 电路的调试； 适宜学习人群： 1、如果你还是学生，正厌倦于枯燥的课堂理论课程，想得到电子技术研发的实战经验； 2、如果你即将毕业或已经毕业，想积累一些设计研发经验凭此在激烈竞争的就业大军中脱颖而出，找到一份属于自己理想的高薪工作； 3、如果你已经工作，却苦恼于技能提升缓慢，在公司得不到加薪和快速升迁； 4、如果你厌倦于当前所从事的工作，想快速成为一名电子研发工程师从事令人羡慕的研
闭合电路中的功率及效率问题 1．电源的总功率 (1)任意电路：P总＝EI＝U外I＋U内I＝P出＋P内．(2)纯电阻电路：P总＝I2(R＋r)＝ E2 R＋r . 2．电源内部消耗的功率：P内＝I2r＝U内I＝P总－P出．3．电源的输出功率 (1)任意电路：P出＝UI＝EI－I2r＝P总－P内． (2)纯电阻电路：P出＝I2R＝ E2R (R＋r)2 ＝ E2 (R－r)2 R＋4r . (3)纯电阻电路中输出功率随R的变化关系 ①当R＝r时，电源的输出功率最大为P m＝E2 4r. ②当R>r时，随着R的增大输出功率越来越小． ③当R 浅谈纯电阻闭合电路中的功率和电源效率 渔行实验学校王元金 纯电阻闭合电路是高中物理电学的基本电路，正确理解相关概念和灵活运用解题方法是学习恒定电路的基础。本文就电路中的功率和电源效率作一个学习方法指导，希望对同学们的学习有帮助。 一、闭合电路中的功率 1.电源的功率：是描述闭合电路中电源把其它形式的能转化为电能快慢的物理量。它在数量上等于总电流I与电源电动势E的乘积，即P=IE 2.电源的输出功率：是指外电路上的电功率，它在数量上等于总电流I与路端电压U的乘积。 PLU 即对于纯电阻电路，电源的输出功率 P.,. =I2R= (-^)2 R= ——孕——=——须—— R + r (R-r)2+4Rr (R-r)2| R' 由上式可以看出，当外电阻等于电源内电阻时(R=r),电源输出功率最大，其最大输出功率为生。 4尸 当R>r时，随R增大P出减小，随R减小，P出增大 当RG时，随R增大P出减小，随R减小，P“，减小，如图1所示： 图1 3.电源内部损耗的功率：指内电阻的热功率，即 PE 4.根据能量守恒定律可得 P=P出+P内 二、电源效率 电源的效率是指电源的输出功率与电源的功率之比，即 P IE E 对纯电阻电路，电源的效率为 I2R R 1 n -—-- = = 尸(R +，?)R + r . r i十— R 由上式看出，外电阻越大，电源的效率越高。 当R=r，P 出==P .|lnux时，n =50%o 外电阻短路即R=o, n=o； 外电路断开时，电源不工作，n=o 三、典型例题分析 如图2所示电路中，己知电源电动势E=3V,内电阻r=lQ, R】=2。，滑线变阻器R 的阻值可连续增大，求： (1)当R多大时，R消耗的功率最大 (2)当R多大时，R：消耗的功率最大 — ------------- n 图2 r D 在求申钠祠最大M率时 分析与解答: 把R：归入内电阻，当R=Rx+r时，R 消耗的功率最大；但在求Ri消耗的最大功率时，因为R】为定值电阻，不能套用上述方法，应用另一种思考方法求解，由P K FR,可知，只要电流最大，P】就最大，所以当 以反激式电源为例, 其工作损耗主要表现为:MOSFET导通损耗(I*I*Rdston*fs),MOSFET寄生电容损耗 (C*V*V*fs/2),开关交叠损耗,PWM控制器及其启动电阻损耗,输出整流管损耗,箝位保护电路损耗,反馈电路损耗等.其中前三个损耗与频率成正比关系. 在待机状态,主电路电流较小,MOSFET导通时间ton很小,电路工作在DCM模式,故相关的导通损耗,次级整流管损耗等较小,此时损耗主要由寄生电容损耗和开关交叠损耗和启动电阻损耗构成. 根据上面分析可知,减小/关断启动电阻,降低开关频率,减小开关次数,都可减小待机损耗,提高待机效率.具体的方法有:降低时钟频率;由高频工作模式切换至低频工作模式,如准谐振模式(Quasi Resonant,QR)切换至脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM), 脉宽调制切换至脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation, PFM);间隙工作模式(Burst Mode). 1)减小、关断启动电阻 对于反激式电源,启动后控制芯片由辅助绕组供电,启动电阻上压降为300V左右.设启动电阻取值为47kΩ,消耗功率将近2W.要改善待机效率,必须在启动后将该电阻通道切断.现在一般的IC内部都有专门的启动电路,在电源启动后,可关闭启动电阻.若控制器没有专门启动电路,也可在启动电阻串接电容,其启动后的损耗可逐渐下降至零.缺点是电源不能自重启,只有断开输入电压,使电容放电后才能再次启动电路.而下图所示的启动电路,则可避免以上问题,而且该电路功耗仅为0.03W.不过电路增加了复杂度和成本. 2)降低开关工作频率 3)切换工作模式 1)QRPWM 对于工作在高频工作模式的开关电源,在待机时切换至低频工作模式可减小待机损耗.例如, 功率因数与效率的区别 尽管功率因数和转换效率都是指电源的利用率， 但区别却很大。功率因素是输入视在功率与输入有功功率之比，与效率无关的，功率因数越大表示无功量就小；它是电源对电网的利用率。电源效率是输入有功功率与输出有功功率之比，效率越高表示机电的损耗就小；它指的是转换效率，就是你这个LED灯泡是5W，但是你把这整个灯接上就不是5W，电源本身也要耗电，这个效率就是多少点是真正让灯泡用了，多少是无用的。当然效率越高越好。简单的说，功率因数产生的损耗是电力部门负担，而转换效率的损耗是用户自己负担。一般来讲，功率因数与本设备的效率并没有必然的、直接的联系，但是，功率因数低了的话，会大量占用供电设备的容量，增加电路损耗，提高供电成本。比如，同样是1KW的电器，如果功率因数是0.9，那么占用供电系统的容量 1/0.9=1.1KvA，如果功率因数是0.5，那么占用供电系统的容量是1/0.5=2KVA。因为后者的线路电流较前者大了近一倍，所以线路损耗增加了近三倍。所以使用高功率因数设备的意义在于节约供电设备容量和减少线路损耗。效率，通俗地说就是吃了多少饭，干了多少活。比如一个电源，测得输入的功率是220W，又测得输出各路电压的总功率是190W，那么其效率190/220=86.4%。其效率还是很高的。如果换用一个低效率的电源，由于无论使用什么电源，电脑的实际需要是一定的，仍是190W，但这时测得输入的功率是280W，那么这个电源的效率是190/280=67.9%。很显然，两个效率不同的电源，电脑的工作都是一样的，不同的是，后一个电源比前一个电源多耗电280-220=60W。多了这60W，全部转化为热能，由风扇排出了。如果你有测温的工具，可以明显测出这两个电源工作温度和排出空气的温度是明显不同的。使用高效率的电源，对用户而言，可以节省电费，对供电企业，意义是节省供电设备的容量，减少供电设备的压力电源测量仪是各种生产或测量各种低压电源（常见的是开关电源，灯具电源、等等）的通用仪表，可以测各种参数，包括功率因数、输出电压、输出电流、电源效率、纹波、视在功率、有功功率、无功功率，等等。LED常常是用低压直流工作，所以它有一个电源，用来将交流变成低压直流，称为：“驱动器”，或“电源”。电源效率：是衡量输入电源的交流有功功率，有多少转化为直流功率了（有发热损耗等等）。发光效率：是指电能（或功率）转换成光能的转换效率，用lm/瓦来衡量，就是说同样的电能， 开关稳压电源和线性稳压电源 根据调整管的工作状态，我们常把稳压电源分成两类：线性稳压电源和开关稳压电源。 线性稳压电源，是指调整管工作在线性状态下的稳压电源。而在开关电源中则不一样，开关管（在开关电源中，我们一般把调整管叫做开关管）是工作在开、关两种状态下的：开——电阻很小；关——电阻很大。 开关电源是一种比较新型的电源。它具有效率高，重量轻，可升、降压，输出功率大等优点。但是由于电路工作在开关状态，所以噪声比较大。通过下图，我们来简单的说说降压型开关电源的工作原理。如图所示，电路由开关K（实际电路中为三极管或者场效应管），续流二极管D，储能电感L，滤波电容C等构成。当开关闭合时，电源通过开关K、电感L给负载供电，并将部分电能储存在电感L以及电容C中。由于电感L的自感，在开关接通后，电流增大得比较缓慢，即输出不能立刻达到电源电压值。一定时间后，开关断开，由于电感L的自感作用（可以比较形象的认为电感中的电流有惯性作用），将保持电路中的电流不变，即从左往右继续流。这电流流过负载，从地线返回，流到续流二极管D的正极，经过二极管D，返回电感L的左端，从而形成了一个回路。通过控制开关闭合跟断开的时间（即PWM——脉冲宽度调制），就可以控制输出电压。如果通过检测输出电压来控制开、关的时间，以保持输出电压不变，这就实现了稳压的目的。 在开关闭合期间，电感存储能量；在开关断开期间，电感释放能量，所以电感L叫做储能电感。二极管D在开关断开期间，负责给电感L提供电流通路，所以二极管D叫做续流二极管。 在实际的开关电源中，开关K由三极管或场效应管代替。当开关断开时，电流很小；当开关闭合时，电压很小，所以发热功率U×I就会很小。这就是开关电源效率高的原因。 看过完两个关于电源的FAQ后，大家可能对电源的效率计算还不了解。在后面的FAQ中，我们将专门给大家介绍。 常见的用于开关电源的芯片有：TL494，LM2575，LM2673，34063，51414等等。 一、直流稳压电源的工作原理 直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要经过变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。 四个环节的工作原理如下： (1)电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。 (2)整流滤波电路：整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。 (3)滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压各滤波电容C满足RL-C＝（3~5）T/2，或中T为输入交流信号周期，RL为整流滤波电路的等效负载电阻。 (4)稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。常用可调式正压集成稳压器有CW317（LM317）系列，它们的输出电压从1.25V－37伏可调，最简的电路外接元件只需一个固定电阻和一只电位器。其芯片内有过渡、过热和安全工作区保护，最大输出电流为1.5A。其典型电路如下图，其中电阻R1与电位器R2组成输出电压调节器，输出电压Uo的表达式为：Uo＝1.25（1＋R2/R1）式中R1一般取120－240欧姆，输出端与调整端的压差为稳压器的基准电压（典型值为1.25V）。 二、直流稳压电源的应用 直流稳压电源是电子技术领域不可缺少的设备，常见的直流稳压电源，大都采用串联式反馈式稳压原理，通过调整输出端取样电阻支路中的电位器来调整输出电压。由于电位器阻值变化的非线性和调整范围窄，使普通直流稳压电源难以实现输出电压的精确调整。 三、直流稳压电源的前景 近几年随着科技的发展，直流稳压电源的工作频率有原来的几十千赫发展到现在的几百千，但是和西方的发达国家还是有一定的差距；以美国为首的几个发达国家在这方面的研究已经转向高频下电源的拓扑理论、工作原理、建模分析等等方面技术领先；因此，直流稳压电源的研制及应用在此方面与之也从在很大的差距。 提高开关电源效率的电路技术 熊猫电子集团公司岳云 引言 随着半导体技术的不断进步，信号处理和信息处理电路的高密度集成化取得了长足的进步，系统LSI研发和推广活动也开展得如火如荼。与此同时，对为这些系统LSI供电的电源电路本身也提出了高功率密度的要求。目前使用的电源几乎都是开关电源，其小型化的基本方法便是提高开关电源的开关频率。从另一个方面来说，如果电源的功耗增加，则对于电源的小型化是极为不利的。尤其随着近来信息处理设备用量的激增，从节能的角度考虑，人们对于降低功耗（亦即提高电源的效率）给予了很大的关注。 本文将从电路和系统的层面上对开关电源效率指标的改善进行一些粗浅的分析。 提高开关电源效率的常见方法 开关电源的功耗包括由半导体开关、磁性元件和布线等的寄生电阻所产生的固定损耗以及进行开关操作时的开关损耗。对于固定损耗，由于它主要取决于元件自身的特性，因此需要通过元件技术的改进来予以抑制。在磁性元件方面，对于兼顾了集肤效应和邻近导线效应的低损耗绕线方法的研究由来已久。为了降低源自变压器漏感的开关浪涌所引起的开关损耗，人们开发出了具有浪涌能量再生功能的缓冲电路等新型电路技术。以下是提高开关电源效率的电路和系统方法： （1）ZVS（零电压开关）、ZCS（零电流开关）等利用谐振开关来降低开关损耗的方法。 （2）运用以有源箝位电路为代表的边缘谐振（Edge Resonance）来降低开关损耗。 （3）通过延展开关元件的导通时间以抑制峰值电流的方法来减少固定损耗。 （4）在低电压大电流的场合通过改善同步整流电路的方法来减少固定损耗。 （5）利用转换器的并联结构来减少固定损耗。 其中，第一种方法对于降低开关损耗极为有效，但问题是因峰值电流和峰值电压所导致的固定损耗将会增加。第二种方法是为解决该问题而开发的有源缓冲器（Active Snubber），是一种极为实用的ZVS方式；但是，由轻负载条件下的无功电流所引发的效率下降问题却是其一大缺陷。第三种方法中，采用抽头电感器（Tap Inductor）的方式是比较有效的，它能够应付由漏感所引起的浪涌现象。关于第四种方法，两段式结构是实现同步整流电路高效工作的方法之一，它采用接近0.5的固定时间比率（Time Ratio），并由前段的转换器来进行 电源的功率和效率小专题 恒定电流小专题 一、单选题（本大题共8小题，共32.0分） 1.如图所示，图线a是某一电源的U﹣I曲线，图线b是一定值 电阻的U﹣I曲线．若将该电源与该定值电阻连成闭合电路 （已知该电源的内阻r=2.0Ω），则说法错误的是（） A. 该定值电阻为； B. 该电源电动势为20V； C. 将2只这种电阻串联作为外电阻,电源输出功率最大； D. 将3只这种电阻并联作为外电阻,电源输出功率最大； 2.如图，直线A为某电源的U-I图线，曲线B为标识 不清的小灯泡L1的U-I图线，将L1与该电源组成闭 合电路时，L1恰好能正常发光．另有一相同材料制 成的灯泡L2，标有“6V，22W”，下列说法中正确的 是（） A. 电源的内阻为 B. 把灯泡换成,可能正常发光 C. 把灯泡换成,电源的输出功率可能相等 D. 把灯泡换成,电源的输出功率一定变小 3.如图，直线A为电源的U—I图线，直线B和C分别为电 阻R1、R2的U-I图线。现用该电源分别与R1、R2组成闭 合电路甲和乙。由图像一定能确定的是（） A. 电阻 B. 电源输出功率甲乙 C. 电源内阻消耗的功率甲乙 D. 电源效率甲乙 4.如图所示,直线A是电源的路端电压和干路电流的关系图线,直线B、C分别是电阻 R1、R的两端电压与电流的关系图线,若将这两个电阻分别接到该电源上,则( ) A. 接在电源上时,电源的效率高 B. 接在电源上时,电源的效率高 C. 接在电源上时,电源的输出功率大 D. 电源的输出功率一样大 5.某一电源的路端电压与电流的关系和电阻R1、R2的电压 与电流的关系如图所示，用此电源和电阻R1、R2组成电 路．R1、R2可以同时接入电路，也可以单独接入电路．在 所有可能的各种接法中，下列说法正确的是（） A. 将、并联后接到电源两端,电源输出功率最大, 电源效率最低 B. 将、并联后接到电源两端,电源输出功率最小,电源效率最高 C. 将、串联后接到电源两端,电源输出功率最小,电源效率最低 D. 将、串联后接到电源两端,电源输出功率最大,电源效率最高 6.如图所示，直线OAC为某一直流电源的总功率P总随 电流I变化的图线，抛物线OBC为同一直流电源内部 热功率P随电流I变化的图线。若A、B对应的横坐标 为2 A，那么线段AB表示的功率差及I = 2 A对应的外 电阻是（） A. 2 W, B. 4 W, C. 2 W, D. 6 W, 7.如图所示，直线A、B分别为电源a，b的路端电压与电流的关 系图线，设两个电源的内阻分别为r a和r b，若将电阻R分别接 到a，b两电源上，则 （） A. B. R接到A电源上,电源的效率较高 C. R接到B电源上时,电源内阻的热功率较高 D. 不论R多大,电源A的输出功率总比电源B的输出功率大 8.在“测电源电动势和内阻”的实验中，某同学作出了两个电源 路端电压U与电流I的关系图线，如图所示．两个电源的电 动势分别为E1、E2，内阻分别为r1、r2．如果外电路分别接 入相同的电阻R，则两个电源的（） A. 路端电压和电流不可能同时相等 B. 输出功率不可 能相等 C. 总功率不可能相等 D. 效率不可能相等 二、多选题（本大题共2小题，共8.0分） 电路中的图像与功率 一、基础知识 （一）、电源的电动势和内阻 1、电动势 (1)定义：电动势在数值上等于非静电力把1 C 的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功． (2)表达式：E ＝W q . (3)物理意义：反映电源把其他形式的能转化成电能的本领大小的物理量． 2、内阻 电源内部也是由导体组成的，也有电阻，叫做电源的内阻，它是电源的另一重要参数． （二）、闭合电路欧姆定律 1、内容：闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比． 2、公式????? I ＝E R ＋r (只适用于纯电阻电路)E ＝U 外＋U 内(适用于任何电路) 3、路端电压U 与电流I 的关系 (1)关系式：U ＝E －Ir . (2)U －I 图象如图1所示． ①当电路断路即I ＝0时，纵坐标的截距为电源电动势． ②当外电路电压为U ＝0时，横坐标的截距为短路电流． ③图线的斜率的绝对值为电源的内阻． （三）、电路中的功率及效率问题 1、电源的总功率 (1)任意电路：P 总＝EI ＝U 外I ＋U 内I ＝P 出＋P 内． (2)纯电阻电路：P 总＝I 2 (R ＋r )＝E 2 R ＋r . 2、电源内部消耗的功率：P 内＝I 2r ＝U 内I ＝P 总－P 出． 3、电源的输出功率 (1)任意电路：P 出＝UI ＝EI －I 2r ＝P 总－P 内． (2)纯电阻电路：P 出＝I 2 R ＝E 2R (R ＋r )2＝E 2 (R －r )2 R ＋4r . (3)输出功率随R 的变化关系 ①当R ＝r 时，电源的输出功率最大为P m ＝E 2 4r . ②当R >r 时，随着R 的增大输出功率越来越小． ③当R 开关电源频率提升的极限 1、器件的限制 对于一个开关管来说，在实际应用中，不是给个驱动就开，驱动撤掉就关了。它有开通延迟时间 ，对应的波形如下： （tdon），上升时间（tr），关断延迟时间（tdoff），下降时间tf 通俗的讲，开关管开通关断不是瞬间完成的，需要一定的时间，开关管本身的开关时间就限制了开关频率的提升。 以答主以前在台达实习，台达用在3kW的逆变器上的一款英飞凌600V的coolmos为例。看看这些具 体的开关时间是多少 那么对于这个mos管来说，它的极限开关频率(在这种极限情况下，mos管刚开通就关断) fs=1/(16+12+83+5)ns=8.6MHz，当然，在实际应用中，由于要调节占空比，不可能让开关管一开通就 关断，所以实际的极限频率是远低于8.6MHz的，所以器件本身的开关速度是限制开关频率的一个因素。 2、开关损耗 当然，随着器件的进步，开关管开关的速度越来越快，尤其是在低压小功率场合，如果仅考虑器件本身的开关速度，开关频率可以run得非常高，但实际并没有，限制就在开关损耗上面。 下面给出开关管实际开通的时候对应的波形图 可以看到，开关管每开通一次，开关管DS的电压（Vds）和流过开关管的电流（Id）会存在交叠时间，从而造成开通损耗，关断亦然。假设每次开关管每开关一次产生的能量损耗是一定的，记为Esw，那么开关管的开关损耗功率就为Psw=Esw*fs，显然，开关频率越高，开关损耗越大。5M开关频率下开关损 耗比500K要大10倍，这对于重视效率的开关电源来说，显然是不可接受的。所以，开关损耗是限制开关频率的第二因素。 3、软开关的困难 题主提到了软开关，没错，软开关确实是解决开关损耗的有力手段。而在各种研究软开关的paper上， 提出了无数种让人眼花缭乱的软开关方案，似乎软开关能解决一切问题。但是实际工程应用和理论分析 不同，实际工程追求的是低成本，高效率，高可靠性，那些需要添加一堆辅助电路，或者要非常精确控 制的软开关方案在实际工程中其实都是不太被看好的，所以即使到现在，在工业界最常应用软开关的拓 扑也只要移相全桥和一些谐振的拓扑（比如LLC），至于题主提到的flyback,没错，我也听说过有准谐 振的flyback（但没研究过），但即使有类似的方案，对于能不能真正工程应用，题主也需要从我上面提到的几个问题去考量一下。 ps2 对于小功率高频电源，现在class E非常火，我觉得它火的原因就是电路简单，所以才能被工业界 接受，题主有兴趣可以去研究下。 4、高频化带来的一系列问题 假设上面的一系列问题都解决了，真正做到高频化还需要解决一系列工程上的问题，比如在高频下，电 路的寄生参数往往会严重影响电源的性能（如变压器原副边的寄生电容，变压器的漏感，PCB布线之间的寄生电感和寄生电容等等），造成一系列电压电流波形震荡和EMI的问题，如何消除寄生参数的影响，甚至进一步地，如何利用寄生参数为电路服务，都是有待研究的问题。 ps，对于高频化应用的实际工程应用的问题，还有很重要的一块是高频驱动电路的设计，@桂涵东实验室这块做得比较好，可以邀请他来回答下。 当然，随着新器件（SiC, GaN）的兴起，开关电源高频化的研究方兴未艾，开关电源的高频化一定是趋势，而且有望给电力电子带来又一次革命。让我们拭目以待。 类似于在微电子产业中著名的摩尔定律，从1970年开始，电力电子变换器的功率密度大约每十年增加 一倍。这和功率半导体发展的轨迹密切相关，受益于硅器件封装和沟道结构不断的发展，开关频率已经 推到了兆赫兹级别，被动元件的体积不断减小，变换器提高了功率密度，但是高开关频率带来的高开关 损耗、高磁芯损耗使得整个系统损耗大幅增加，散热系统也随之增加，所以现在阻碍电力电子变换器功 率密度进一步提高的技术屏障在散热系统和高频电磁设计，以及先进的功率集成和封装技术。为了维持 这个功率密度的发展速度，很多电力电子前沿研究已经转移到散热基板研究，被动元件集成等方面的研究，所以题主你明白我的意思了吗？就算你现在把开关频率提到很高，功率密度也是被这些因素制约的。下面我稍微展开来说下： 1.开关损耗 开关损耗确实是限制因素之一，但是氮化镓器件的推出已经让开关损耗在1-3Mhz这个范围内变得可以 接受，我下面附一张图片，这是三家公司推出的650V的GaN device，可以看出最好的管子开通损耗已经4uJ，关断损耗在8uJ(测试条件在400V, 12A)，还有一家叫RFMD的公司，其650V的管子基本可 以和Transphorm平齐。而同电压电流等级的硅器件很多管子都还在以mJ为单位。 影响开关电源中效率的因素 我认为影响开关电源效率的因素主要有以下几个方面： （1）反馈回路选取和设计的不合理 对于不同的反馈电路，电源的效率是不一定的，比方最简单的反馈电路中是由一个采样电阻采样，由一个稳压管控制输出电压。这样做下来，采样电阻上的损耗就是I2*R，打比方我做的一款输出电流为350mA，采样电阻为 3.3Ω，这样做下来的损耗为0.35*0.35*3.3=0.40425W，这0.4W的损耗会使电源的效率下降3%左右，影响还是很大的；同样我用反馈用恒流恒压芯片做比如LM358，TSM1052，AP4313等等，这个采样电阻基本上在零点几欧姆，这样做下来的损耗是很小的，因此用芯片做反馈的恒流电路会比用采样电阻做的反馈电路的效率要高。但是他们各有各的优缺点：1）电阻反馈的成本低，电路简单；芯片反馈的成本高，电路复杂 2）电阻反馈的恒流精度不高，效率低；芯片反馈的恒流精度高，效率也高。 （2）变压器设计不合理 主要分2方面原因： 1）变压器磁芯出现饱和现象，是回路和开关管流过的很大电流，造成损耗变大，因此要想不出现饱和现象必须要有足够的磁芯气隙，这就要对匝数和感量要有比较合理的设计； 2）变压器漏感太大，因为变压器的能量不可能完全由初级传给次级，变压器的制作过程中肯定会有漏感的出现，漏感越大，损耗越大，因此减小变压器漏感也是提高电源效率的有效途径，在实际设计中，通常选用三明治绕法来降低漏感。 （3）芯片外围电路调节的不合理 1）驱动功率不足，开关管从开始导通到完全导通的延时时间过长，产 生的开关损耗过大； 2）驱动波形上升沿不陡，形成爬坡状，家具导通延时时间，是开关损 耗增大； 3）栅极串联电阻RG数值偏大，是开通、关断时间及开通、关断损耗增 大； 4）栅极驱动正偏电压+VGE过大，这样回事的IGBT处于断态，这样会产 生一个电流脉冲，引起不必要的热损耗； 5）死区时间设计太小，当栅极串联电阻RG大及高温运行情况下开关管 的关断时间加大，损耗加大； 6）栅极周围电路布线不合理，出现电路震荡是损耗增大。 （4）输出整流二极管选取不合理 这主要有2方面的原因： 1）整流二极管的正向导通电压VF过大,造成损耗变大，解决办法是选用正向压降VF值小的二极管； 2）二极管的反向恢复时间长，引起损耗增大，一般我们选用的输出整流二极管是反向恢复时间短的快恢复二极管或肖特基二极管，反向恢复时间<50ns （5） RCD吸收回路设计不合理 研究电源的输出功率与电源效率实验方法 Newly compiled on November 23, 2020 研究电源的输出功率与电源效率实验方法【目的和要求】 通过实验研究电源的输出功率和电源效率与外电阻的关系，验证当外电阻等于电源内电阻时，电源的输出功率最大；当电源输出功率最大时，电源的效率为50%。 【仪器和器材】 学生电源（J1202型或J1202－1型），直流电流表（J0407型或J0407－1型），直流电压表（J0408型或J0408－1型），简式电阻箱（J2362型或J2362－1型），电阻圈（J2358型），单刀开关（J2352型），导线若干。 【实验方法】 1．假内阻的确定。学生电源内阻很小（＜1欧），当它的输出功率最大时，外电路负载也很小，此时电路中的电流太大，会损害电源。必须在实验时给电源串联一个电阻r′，把电源和电阻r′合起来看作是一个电源，这时电源的内阻就可以认为是r′。如学生电源选择12伏挡，则r′应用20欧。 2．按图4．13－1接好电路，R为电阻箱，E为学 生电源，选择12伏输出，V为电压表选取15伏挡，A 为电流表选取0．6安挡，r为假内阻（20欧）。 3．将电阻箱的阻值从3欧起，逐次改变它的阻值， 到约80欧为止，并记下相应的电流表和电压表的读数。总共取得十几组数据，在R＝r 附近可多取几组值。 4．根据P＝IU、P0＝IE、η＝P／P0计算出相应的值，填入下表中。 电源电动势E=12伏 5．根据上表的数据绘出P－R曲线和η－R曲线。如图4．13－2所示。 6．将由P－R曲线上求得的输出功率的最大值与由公式Pmax＝E2／4，算出的值比较，将由P－R曲线求出的输出功率的最大值所对应的外电阻与电源的内电阻比较，能否证明当外电阻R等于电池的内电阻时，电源有最大的输出功率。 7．将由η－R曲线求出的当η＝0．5时外电路电阻的值与电路中输出功率最大时的电阻R比较，说明在电源的输出功率最大时，电源效率为0．5。由（3）式η＝1／〔1／1＋（r／R）〕可知，当R→∞时，η→1，因此图4．13－2的η－R曲线以η＝1的直线为渐近线。 选自：《高中学生实验》 开关电源如何提高效率 1.增大高压电容容量. 2.加强变压器制作工艺,减小漏感. 3.增大分压取样电阻阻值, 4.增大LED供电电阻值, 5.减少输入热敏电阻阻值. 以上是在实际中得到的经验,希望对你有所帮助. 谢谢,1.增加高压电容能提高整机的电压调节率,对率效没有改善.2.3.4.5对待机功耗有提高.我以前做过试验. 初级绕组的吸收电路由RCD改成TVS+DIODE方式应该有一点作用 为什么在做电源的时候应用反激电路比正激电路多呢？ 这该问题要从它的电路特点来比较：反激式：适用于200W以下的小功率供电，而小功率电子产品，在日常应用较为普及。开关管截止时，向次级输送能量，电路简单、元件数量较少、成本相对较低、输出电路中虽然用到滤波电感，但要求却不高（一般采用定值取值，而不必进行计算）。正激式：开关管导通时传输能量，适合于200W以上的供电电路。它的高频变压器传输效率高于反激式，可使变压器体积更小、输出纹波较反激式小，但要计算滤波电感的参数，正激式的缺点：开关损耗大于反激式、噪声大于反激式、元件数目比反激式多。200W以上的电子产品在日常使用较少，反激式适用于200W以下的小功率供电，而小功率电子产品，在日常应用较为普及，这也就是反激式用量多余正激式的原因。 关于反激式开关电源效率的问题 我要做一个12V输入，3.3V/800mA,5V/600mA,8V/800mA三路输出的电源，以前选的是LM2588，做的电源效率大概有75％左右。现在想提高到80％以上。 大家知道有没有和2588功能相近，效率更高的芯片，2588给的典型值是80％左右。 如果想提高效率，还有什么好办法没？ 50W,10A电流也不是很大,首选反激.简单,5V 85%的效率肯定得用同步整流了.TEA1532+TEA1761就可以了. 随便一个200V管子做反激，如便宜的不能再便宜的IRF630 640 加同步整流，做到90%没问题. 主要是尽量把漏感压下去，漏感是硬开关反激的第一祸水。 接此方案作5V输出是可到90% 5V/10A反击用40A SBD效率作到85几乎不可能, 就是次级用同步整流也很难! 我觉得yuyan讲的是经验之谈,输出电压不高的大电流反激的变压器较难设计得很好. 二、电源的功率、效率及三类曲线 【知识要点】 一、导体的伏安特性曲线 导体中的电流跟电压的关系用图线表示出来，就称为导体的伏安特性曲线。分析时要注意以下两点：（如图1） 1、注意I-U 曲线和U-I 曲线的区别。（斜率的含义不同） 2、对于线性元件伏安特性曲线是 ，对于非线性元件伏安特性曲线是 或 直线。 二、电源的功率、效率 1、闭合电路中各部分的功率 （1）电源的功率（电源的总功率）P 总= （2）电源的输出功率P 出= （3）电源内部消耗的功率P 内= 2、电源的效率：η= = 3、若外电路为纯电阻电路 （1）电源输出功率随外电阻变化的图线如图2所示。由图可知，当内外电阻相等时，电源的输出功率最大，为m P = 。由图像还可知，当R 线性稳压器的基本原理 文章出处：发布时间：2009/06/18 | 2169 次阅读| 0次推荐| 0条留言 业界领先的TEMPO评估服务高分段能力，高性能贴片保险丝专为OE M设计师和工程师而设计的产品Samtec连接器完整的信号来源每天新产品时刻新体验完整的15A开关模式电源 线性稳压器主要包括普通线性稳压器和L DO（Low D ropout Regulator，低压差线性稳压器）两种类型，它们的主要区别是：普通线性稳压器（如常见的78系列三端稳压器）工作时要求输入与输出之间的压差值较大（一般要求在2～3V以上），功耗较高；而L DO工作时要求输入与输出之间的压差值较小（可以为IV以下甚至更低），功耗较低。 （1）线性稳压器基本工作原理 线性稳压器是通过输出电压反馈，经误差放大器等组成的控制电路来控制调整管的管压降VDD（即压差）来达到稳压的目的，其原理框图如图1所示。特点是VIN必须大于VOUT，调整管工作在线性区（线性稳压器从此得名）。输入电压的变动或负载电流的变化引起输出电压变动时，通过反馈及控制电路，改变V DO的大小，使输出电压VOUT基本不变。 普通线性稳压器和L D0的工作原理是一致的，不同的是，二者采用的调整管结构不同，从而使LD0比普通线性稳压器压差更小，功耗更低。 有些液晶显示器中使用的线性稳压器i设有输出控制端，也就是说，这种稳压器输出电压受控制端的控制。图2所示是可控稳压器的内部框图。 图1 线性稳压器原理框图 图2 可控稳压器的内部框图 图2中，E N（有时也用符号SHDN表示）为输出控制端，一般由微处理器加低电平（或高电平）使LD O关闭（或工作），在关闭电源状态时，电流约为1μA。 （2）线性稳压器的特点 线性稳压器具有成本低、封装小、外围器件少和噪声小的特点。线性稳压器的封装类型很多，非常适合在液晶显示器中使用。对于固定电压输出的场合，外围只需2～3个很小的电容即可构成整个电路。 超低的输出电压噪声是线性稳压器最大的优势。输出电压的纹波不到35μV（R MS），又有极高的信噪抑制比，非常适合用做对噪声敏感的小信号处理电路供电。同时，由于没有开关时大的电流变化所引发的电磁干扰（E MI），所以便于设计。 但线性稳压器的缺点是效率不高，且只能用于降压的场合。线性稳压器的效率取决于输出电压与输入电压之比η＝Vo：Vio例如，对于普通线性稳压器，在输入电压为 5V的情况下，输出电压为2.5V时，效率只有50％，也就是约有50％的电能被转化成热量流失掉了，这也是普通线性稳压器工作时易发热的主要原因：对于L DO，由于是低压差，因此效率要高得多。例如，在输入电压为3.3V的情况下，输出电压为2.5V时，效率可达76％。所以，在液晶显示器中，为了提高电能的利用率，较少采用普通线性稳压器，而多采用LD O。 浅析电源的最大输出功率 山东 宋连义 一、电源的最大输出功率 在电源负载为纯电阻时，电源的输出功率与外电阻R 的关系是：P 出 =I 2R= . r 4R )r R (E Rr 4)r R (RE )r R (RE 2 2 22 2 2+-= +-= +由此式可以看出，当外电阻等于内电阻（即 R=r ）时，电源输出功率最大，最大输出功率为 r 4E P 2 m = . 电源的输出功率P 出 与外电阻R 的关系可以用P 出—R 图象表示，如图1所示. 由图象可知，对应于电源的非最大输出功率P 可以有不同的外电阻R 1和R 2，且R 1R 2=r 2（请同学们自己证明）. 由图象还可以看出，当R 三、典例分析 例1、如图3所示，电源的电动势E=2V ，内阻r=1Ω，定值电阻R 0=2Ω，变阻器R 的阻值变化范围为0~10Ω，求： （1）变阻器R 的阻值为多大时，R 0消耗的功率最大？ （2）变阻器R 的阻值为多大时，R 上消耗的功率最大？是多少？ （3）变阻器R 的阻值为多大时，电源的输出功率最大？是多少？ 解析（1）R 0消耗的功率 02 0R U P = ，由于R 0是定值电阻，故R 0两端的电压越大，R 0消耗的功率P 0越大. 而路端电压随着外电阻的增大而增大，所以当R=10Ω时，R 0消耗的功率最大. （2）可以把电源和定值电阻R 0合起来看作一个等效电源，等效电路图如图4所示，等效电源的电动势E ′=V 34V 2122E r R R 00=?+=+，等效内阻r ′=Ω =Ω+?=+321221r R rR 00，当R=r ′时，即32R = Ω时R 上消耗的功率最大，. W 32 W 324)34 (r 4E P 2 2 max R =?=''= （3）当外电路电阻与内电路电阻相等时，电源输出功率最大，即 r R R R R P 00=+= 外时， 线性直流稳压电源电路设计方案详解 ————《https://www.doczj.com/doc/c7653465.html,》 线性稳压电源是指调整管工作在线性状态下时的直流稳压电源，它是一种电源变换电路，也是电子系统的重要组成部分，其功能主要是为电子电路提供它所需要的电能。电子设备通常需要电压稳定的直流电源对负载进行供电。线性稳压电源被广泛的应用于电子电路中，虽然各种新型的稳压电路结构层出不穷，但线性稳压电源却始终是无法代替的。 一、线性直流稳压电源的工作原理 普通电源的工作原理 现在随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域也变得越来越广泛，电子设备的种类也在逐渐的不断更新、不断增多，电子设备与人们日常的工作、生活的关系也是日益密切。任何的电子设备都离不开安全有效的电源，电源是一切电力电子设备的动力源，因此它被形象地称之为“电路的心脏”。现在的生活中，各种高科技产品对电源的技术性能指标的要求更是越来越高。 电源通常可以分为交流电源和直流电源，它是任何电子设备都不可缺少的组成部分。直流电源又可分为两类［8］，即：一类是能直接供给直流电流或电压的，如电池、蓄电池、太阳能电池、硅光电池、生物电池等，；另一类是能将交流电变换成所需要的稳定的直流电流或电压的，这类变换电路统称为直流稳压电源。 现代电子设备的电路中使用了大量的半导体器件，这些半导体一般需要几伏到几十伏的直流供电电源，以便于得到其正常工作时所必需的能源。现代电子设备中使用的直流稳压电源主要分为两大类：线性稳压电源和开关性稳压电源。 线性稳压电源亦称为直流线性稳压电源，它的稳压性能很好，而且输出纹波很小，其缺点是需要使用体积和重量都比较大的工频变压器，而且稳定效率也比较低。开关型稳压电源按照不同分类方式可以分成多种类型。按照其输出是否调整元（开关元件）等构成的其他部分隔离，这种隔离可以分为非隔离型和隔离型两类；按照开关元件的激励方式，又可以将其分成自激励和他激励两种类型；而按照电源的输入，又可分为AC/DC和DC/DC 两种类型；按照开关元件的连接形式，可分成串联型和并列型两种类型。它的优点是效率高，体积小，重量轻，但却存在着线路结构复杂、维修技术难度大等的一系列的缺点。 开关电源和线性电源的成本都随着其输出功率的增加而增长，但二者的增长速率各异。一般，当输出功率较小时，线性电源的成本相对较低。但是，当线性电源成本在某一输出功率点上时，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。 直流稳压电源的发展方向：智能化、数字化、模块化、绿色化［11］。20世纪末，各种有源滤波器和有源补偿器的诞生也为21世纪批量生产各种绿色直流稳压电源产品奠定了基础。浅谈纯电阻闭合电路中的功率和电源效率
怎样提高开关电源的转换效率及降低待机功耗
功率因数和效率的区别
开关稳压电源和线性稳压电源
直流稳压电源工作原理
提高开关电源效率的电路技术
电源的功率和效率小专题(带答案)
电路中的图像与功率(含答案)资料
开关电源频率晋升的极限
影响开关电源的因素
研究电源的输出功率与电源效率实验方法
开关电源如何提高效率
二、电源的功率、效率及三类曲线
线性稳压器的基本原理
浅析电源的最大输出功率
线性直流稳压电源电路设计方案详解
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