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引言

 

開關(guān)電源的設(shè)計(jì)對(duì)于電源工程師來(lái)說是再熟悉不過的了，但設(shè)計(jì)開關(guān)電源并不如想象的那么簡(jiǎn)單，尤其對(duì)剛?cè)胄械男率?來(lái)講。其外圍電路非常復(fù)雜，使用的元器件種類也比較繁多，性能各異。要想設(shè)計(jì)出性能高的開關(guān)電源就必須弄懂、弄通開關(guān)電源中各元器件的類型及主要功能。開關(guān)電源的外圍電路中使用的元器件大致可分為通用元器件、特種元器件兩大類。

電阻器的名稱及作用

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；如下圖的電阻R3、R4。

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；

如下圖中的電阻R1、R2。

3：分壓電阻

構(gòu)成電阻分壓器；

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；

如下圖中的電阻R1.

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(cè)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；

如下圖的電阻R5。

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)；

如下圖中的R6,（有的工程師稱為假負(fù)載或死負(fù)載）

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，因?yàn)殡娫碔C都有個(gè)最小占空比，所以在電源次級(jí)輸出端必須接一個(gè)負(fù)載電阻。

10：假負(fù)載

有的也把負(fù)載電阻（上面圖中的R6）稱為假負(fù)載。在測(cè)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)；

如下圖所示

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(lái)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)；

如下圖中的R38。

15：阻尼電阻

防止電路中出現(xiàn)諧振。

電容器在開關(guān)電源中的名稱及作用

1：濾波電容

構(gòu)成輸入濾波器、輸出濾波器等；

如下圖中的C5、C6。

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；

如下圖的C3。

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(lái)；

5：補(bǔ)償電容

構(gòu)成RC型頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)；

如下圖的C19。

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；

如下圖中的電容器。

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；

如下圖中的X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；

如上圖中的CX1和CX2電容。

19：Y電容

能濾除電網(wǎng)之間串模干擾，常用于EMI濾波器中。

如上圖中的CY1和CY2電容。

電感器在開關(guān)電源中的名稱及作用

1：濾波電感

構(gòu)成LC型濾波器；

如下圖的L。

2：儲(chǔ)能電感

常用于降壓式或升壓式DC/DC變換器電路中；

如下圖中的L。

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；

如下圖中的L1。

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；

如下圖中的L2。

變壓器在開關(guān)電源中的名稱及作用

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(wú)工頻變壓器的開關(guān)電源中；

如下圖中的T1。

二極管在開關(guān)電源中的名稱及作用

1：整流二極管

低頻整流、高頻整流；

如下圖中的VD2。

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(shì)提供泄放回路，避免損壞驅(qū)動(dòng)管；

如下圖中的VD3。

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(chǎng)效應(yīng)管起保護(hù)作用；

如下圖中的D6。

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：快恢復(fù)二極管（FRD）

快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間trr一般為幾百納秒，正向壓降為0.6-0.7V，正向電流為幾安培至幾千安培，反向峰值電壓可達(dá)幾百伏至幾千伏，可用作開關(guān)電源中的輸出整流管、一次鉗位保護(hù)電路中的阻塞二極管。

如下圖中的D8。

9：超快恢復(fù)二極管(SRD)

超快恢復(fù)二極管則是在快速恢復(fù)二極管基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，其反向恢復(fù)電荷進(jìn)一步減小，trr值可低至幾十納秒，可用作輸出整流管、阻塞二極管，反饋電路中的整流管。

10：肖特基二極管(SBD)

全稱為肖特基勢(shì)壘二極管，它屬于低壓、低功耗、大電流、超高速半導(dǎo)體功率器件，其反向恢復(fù)時(shí)間可小到幾納秒，正向?qū)▔航祪H為0.4v左右，整流電流可達(dá)幾十安培到幾百安培。特別適合做低壓輸出電路中的整流管、續(xù)流二極管。

11：瞬變電壓抑制(TVS)

亦稱瞬態(tài)電壓抑制器，其響應(yīng)速度極快、鉗位電壓穩(wěn)定，是一種新型過壓保護(hù)器件，可用來(lái)保護(hù)開關(guān)電源集成電路、MOS功率器件以及其他對(duì)電壓敏感的半導(dǎo)體器件。

12：雙向觸發(fā)二極管(DIAC)

亦稱二端交流器件，常與晶閘管配套使用，構(gòu)成過壓保護(hù)電路。

如下圖中的D2。

其他器件

1：整流橋（BR）

將交流電壓變成脈動(dòng)直流電壓，送至濾波器。整流橋可由4只整流二極管構(gòu)成，亦可采用成品鎮(zhèn)流橋。

如下圖中的BR。

2：穩(wěn)壓管

構(gòu)成簡(jiǎn)易穩(wěn)壓電路

接在開關(guān)電源的輸出端，用于穩(wěn)點(diǎn)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)成過壓保護(hù)電路

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)電源的電壓控制環(huán)和電流控制環(huán)

構(gòu)成截流輸出型開關(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、欠電壓保護(hù)、過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)等電路

3：場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）

用作PWM調(diào)制器或開關(guān)穩(wěn)壓控制器的功率開關(guān)管

如下圖中的M1。

4：絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）

用作PWM調(diào)制器的功率開關(guān)管

5：運(yùn)算放大器

構(gòu)成外部誤差放大器、電壓控制環(huán)和電流控制環(huán)

6：晶閘管

單向晶閘管（SCR）

與雙向觸發(fā)二極管配套使用，構(gòu)成過壓保護(hù)電路

雙向晶閘管(TRIAC)

可構(gòu)成交流側(cè)的過壓保護(hù)電路

7：特種電阻

熔斷電阻器（FR）

熔斷電阻器亦稱保險(xiǎn)電阻或可熔斷電阻器，它兼有熔斷器和電阻器的功能，熔斷電流從幾十毫安到幾安培，熔斷時(shí)間為幾秒到幾十秒。

自恢復(fù)熔絲管（RF）

亦稱自恢復(fù)保險(xiǎn)絲，能自行恢復(fù)，反復(fù)使用，不需要維修。

軟啟動(dòng)電阻

它屬于負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTCR），其特點(diǎn)是標(biāo)稱阻值極低（僅為1-47歐）、額定功率高（10-500w）、工作電流大（1-10A），適合做開關(guān)電源的啟動(dòng)保護(hù)器件。

壓敏電阻器（VSR）

工作電壓范圍寬（6-3000v，分若干擋），對(duì)過電壓脈沖響應(yīng)速度快（幾納秒少至幾十納秒），耐沖擊電流能力很強(qiáng)（可達(dá)100A-20KA），漏電流小（低于幾微安至幾十微安），電阻溫度系數(shù)低（小于0.05%/C），價(jià)格低廉?？蓸?gòu)成電壓保護(hù)電路、防雷擊保護(hù)電路、消除火花電路、浪涌電壓吸收回路等。

數(shù)字電位器（DCP）

與可調(diào)式開關(guān)穩(wěn)壓器配套使用，構(gòu)成可編程開關(guān)穩(wěn)壓器。

8：光電耦合器

線性光耦合器的電流傳輸比（CTR）與直流輸入電流（IF）的特性曲線具有良好的線性度。在傳輸小信號(hào)時(shí)，能使輸入輸出呈線性關(guān)系，適合構(gòu)成精密開關(guān)電源中的光耦反饋電路，并實(shí)現(xiàn)二次側(cè)與一次側(cè)的隔離。

如下圖中的U3。

9：濾波器

亦稱EMI濾波器，它屬于雙向射頻濾波器，一方面能濾除從交流電源線引入的外部電磁干擾，另一方面還可避免開關(guān)電源向外部發(fā)出噪聲干擾，能顯著提高開關(guān)電源的抗干擾能力，并使之符合電磁兼容（EMC）標(biāo)準(zhǔn)。

10：可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器（TL431）

可廣泛用于單片精密開關(guān)電源中，還可構(gòu)成電壓比較器、電源電壓監(jiān)視器、延時(shí)電路、精密恒流源等。

如下圖中的U4。

11：磁珠

管狀、片狀磁珠 以及磁珠陣列

能抑制開關(guān)噪聲和尖峰干擾。