稳压开关电源测试(附件)【字数：7009】
论文分析了隔离型开关电源工作原理，并对开关电源的典型测试方法进行分析。隔离型开关电源通过功率开关管周期性通、断控制变压器一次绕组的能量存储，把直流电压转换为高频方波电压，由变压器升压或降压后，再经整流滤波变为直流电压或电流。论文重点给出了反激式、集成式、自激式开开关稳压电源测试过程和结果，例如开关管波形测试、电源负载测试、漏极和栅极电压波形测试等等，并对测试结果进行了具体分析。
引言 1
一、反激式开关稳压电源测试 2
（一） 反激式开关电源原理 2
（二） 开关管波形测试 2
（三） 集电极电压波形测试 4
（四） 负载测试 6
二、 集成式开关稳压电源测试 7
（一） 集成式开关电源 7
（二） 开关电源电路 7
（三） 电源负载测试 8
（四） 工作过程分析 9
三、 自激式开关稳压电源测试 10
（一） 自激式开关电源 10
（二） 电源电路图 11
（三） 开关电源测试与分析 11
（四） 漏极和栅极电压波形测试 13
结论 15
参考文献 16
谢辞 17
引言
现在所有由市电供电的ACDC设备几乎全部采用变压器耦合型开关电源，也称为隔离型开关电源。隔离型开关电源输入电路把交流电整流滤波变为直流电，通过功率开关管周期性通、断控制变压器一次绕组的能量存储，把直流电压转换为高频方波电压，由变压器升压或降压后，再经整流滤波变为直流电压或电流，这类转换器也称逆变整流转换器。隔离型DCDC转换器包括反激式、正激式、推挽式、半桥式和全桥式多种类型。
反激式开关电源是带隔离变压器的BuckBoost转换器，在BuckBoost转换器的开关管和续流二极管之间插入一只开关变压器，实现输入与输出的电气隔离就变成了反激式开关电源。典型的反激式开关电源包括多个功能模块。取样电路检测输出电压，并与基准电压比较，通过误差放大器比较放大后，经光电耦合器电气隔离，反馈到变压器的高压侧，再由控制脉冲宽度调制器来决定调整管的通、断时间，从而稳定输出电压或电流。
单片集成式开关 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
电源将开关电源的一些主要功能模块全部集成到一块芯片中，具有单片集成化、最简单的外围电路、最优良的性能指标、能完全实现电气隔离等特点。单片集成式开关电源模块集成度很高，一般包括控制电压源、能隙基准电压源、脉冲振荡器、并联调整器/误差放大器、PWM控制器、脉冲驱动器、MOSFET、过流保护、过热保护、复位和关断/自动重启高压电流源等。
一、反激式开关稳压电源测试
（一）反激式开关电源原理
图11所示的反激式开关电源是带隔离变压器的BuckBoost转换器，在BuckBoost转换器的开关管和续流二极管之间插入一只开关变压器，实现输入与输出的电气隔离就变成了反激式开关电源。当开关管VT闭合时，二极管VD因承受反压而截止，电感L流过电流IL，电感电压“上正下负”，电流线性上升，储存能量；与此同时，电容CO单独给负载供电。当开关管断开时，电感电流不能突变，其反激电压“上负下正”，二极管VD因承受正压而导通，电感释放之前储存的能量给电容CO充电及负载提供能量，电流线性下降。
图11 反激式开关电源模型电路
（二）开关管波形测试
反激式开关电源开关管工作状态转换被控制器硬开关，有两种不同于自激式开关电源的工作模式：连续电流模式（CCM）和断续电流模式（DCM）。转换器的工作模式由一次绕组电感和负载电流决定。在CCM模式，变压器一次侧电流I1在开关管开始导通时有一个小的初始值，随后线性增加，即将关断时增大到峰值，I1的初始值与峰值组成梯形波，称为梯形波电流。与此相对应，二次侧电流I2也是梯形波电流，只不过先为峰值，随后线性减小。在DCM模式，变压器一次侧电流I1在开关管开始导通时为零，随后线性增加，将要关断时增大到峰值，因此I1的形状如三角波，称为三角波电流。二次侧电流I2也是三角波电流，只不过先为峰值，随后线性减小，下降到零。
图12是输入30V的反激式开关电源开关管的波形。图中，UDS的尖峰电压达到265V，是由漏感造成的（高频振荡电压是由MOS管及PCB走线等的寄生电感、寄生电容产生的）。由于漏感的能量不能耦合到二次绕组，MOS管关断时漏感电流不能突变，因此会产生很高的感应电动势，可能会超过MOS管的耐压值而致其损坏，故在实际使用时会在一次绕组上加一个RCD吸收电路，尽可能抑制尖峰电压，确保MOSFET工作在安全电压。
图12功率场效应管波形测试
其工作过程简述如下：开关管导通时，二极管反偏而截止，电感储存能量；当开关管关断时，电感电压极性反转，二极管导通把漏感能量储存在电容中，然后通过电阻释放掉。二极管VD整流，电容C滤波，电阻R相当于负载。只不过输出电压不是UO，而是二级绕组反射到一级绕组的电压，所以阻值不能取得太小，太小了损耗严重，影响效率，而且电阻的功率会变得很大。如加个RCD吸收电路，有吸收电路时功率场效应管波形测试如图13所示，UDS的尖峰大幅度减小，这是由于RCD吸收电路产生了抑制作用。
图13有吸收电路时功率场效应管波形测试
（三）集电极电压波形测试
图14为5W反激式开关稳压电源原理图。初始上电时，直流高压经R1加到高压晶体管VT2的集电极（VT2是内含有阻尼电阻的晶体管），经内部集—基极偏置电阻给VT2提供基极电流，VT2导通，直流高压经R1给电容C7充电，VDD（1脚）电压上升到10.8V，IC1的6脚输出PWM脉冲，辅助绕组由电压输出。随后，3脚电压跳变为零，VT2关断，减小R1的功耗。此后，辅助绕组接替直流高压给IC1供电。
图14 10W反激式开关稳压电源原理图
开关管VT1的型号是BTN3020，其内部为NPN与PNP管的组合结构，VT1的基极与控制器6脚直接相连。RS是电流检测电阻，贴片0805(5)封装。负载（充电宝）时，开关管VT1集电极电压波形如图15所示。
引言 1
一、反激式开关稳压电源测试 2
（一） 反激式开关电源原理 2
（二） 开关管波形测试 2
（三） 集电极电压波形测试 4
（四） 负载测试 6
二、 集成式开关稳压电源测试 7
（一） 集成式开关电源 7
（二） 开关电源电路 7
（三） 电源负载测试 8
（四） 工作过程分析 9
三、 自激式开关稳压电源测试 10
（一） 自激式开关电源 10
（二） 电源电路图 11
（三） 开关电源测试与分析 11
（四） 漏极和栅极电压波形测试 13
结论 15
参考文献 16
谢辞 17
引言
现在所有由市电供电的ACDC设备几乎全部采用变压器耦合型开关电源，也称为隔离型开关电源。隔离型开关电源输入电路把交流电整流滤波变为直流电，通过功率开关管周期性通、断控制变压器一次绕组的能量存储，把直流电压转换为高频方波电压，由变压器升压或降压后，再经整流滤波变为直流电压或电流，这类转换器也称逆变整流转换器。隔离型DCDC转换器包括反激式、正激式、推挽式、半桥式和全桥式多种类型。
反激式开关电源是带隔离变压器的BuckBoost转换器，在BuckBoost转换器的开关管和续流二极管之间插入一只开关变压器，实现输入与输出的电气隔离就变成了反激式开关电源。典型的反激式开关电源包括多个功能模块。取样电路检测输出电压，并与基准电压比较，通过误差放大器比较放大后，经光电耦合器电气隔离，反馈到变压器的高压侧，再由控制脉冲宽度调制器来决定调整管的通、断时间，从而稳定输出电压或电流。
单片集成式开关 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
电源将开关电源的一些主要功能模块全部集成到一块芯片中，具有单片集成化、最简单的外围电路、最优良的性能指标、能完全实现电气隔离等特点。单片集成式开关电源模块集成度很高，一般包括控制电压源、能隙基准电压源、脉冲振荡器、并联调整器/误差放大器、PWM控制器、脉冲驱动器、MOSFET、过流保护、过热保护、复位和关断/自动重启高压电流源等。
一、反激式开关稳压电源测试
（一）反激式开关电源原理
图11所示的反激式开关电源是带隔离变压器的BuckBoost转换器，在BuckBoost转换器的开关管和续流二极管之间插入一只开关变压器，实现输入与输出的电气隔离就变成了反激式开关电源。当开关管VT闭合时，二极管VD因承受反压而截止，电感L流过电流IL，电感电压“上正下负”，电流线性上升，储存能量；与此同时，电容CO单独给负载供电。当开关管断开时，电感电流不能突变，其反激电压“上负下正”，二极管VD因承受正压而导通，电感释放之前储存的能量给电容CO充电及负载提供能量，电流线性下降。
图11 反激式开关电源模型电路
（二）开关管波形测试
反激式开关电源开关管工作状态转换被控制器硬开关，有两种不同于自激式开关电源的工作模式：连续电流模式（CCM）和断续电流模式（DCM）。转换器的工作模式由一次绕组电感和负载电流决定。在CCM模式，变压器一次侧电流I1在开关管开始导通时有一个小的初始值，随后线性增加，即将关断时增大到峰值，I1的初始值与峰值组成梯形波，称为梯形波电流。与此相对应，二次侧电流I2也是梯形波电流，只不过先为峰值，随后线性减小。在DCM模式，变压器一次侧电流I1在开关管开始导通时为零，随后线性增加，将要关断时增大到峰值，因此I1的形状如三角波，称为三角波电流。二次侧电流I2也是三角波电流，只不过先为峰值，随后线性减小，下降到零。
图12是输入30V的反激式开关电源开关管的波形。图中，UDS的尖峰电压达到265V，是由漏感造成的（高频振荡电压是由MOS管及PCB走线等的寄生电感、寄生电容产生的）。由于漏感的能量不能耦合到二次绕组，MOS管关断时漏感电流不能突变，因此会产生很高的感应电动势，可能会超过MOS管的耐压值而致其损坏，故在实际使用时会在一次绕组上加一个RCD吸收电路，尽可能抑制尖峰电压，确保MOSFET工作在安全电压。
图12功率场效应管波形测试
其工作过程简述如下：开关管导通时，二极管反偏而截止，电感储存能量；当开关管关断时，电感电压极性反转，二极管导通把漏感能量储存在电容中，然后通过电阻释放掉。二极管VD整流，电容C滤波，电阻R相当于负载。只不过输出电压不是UO，而是二级绕组反射到一级绕组的电压，所以阻值不能取得太小，太小了损耗严重，影响效率，而且电阻的功率会变得很大。如加个RCD吸收电路，有吸收电路时功率场效应管波形测试如图13所示，UDS的尖峰大幅度减小，这是由于RCD吸收电路产生了抑制作用。
图13有吸收电路时功率场效应管波形测试
（三）集电极电压波形测试
图14为5W反激式开关稳压电源原理图。初始上电时，直流高压经R1加到高压晶体管VT2的集电极（VT2是内含有阻尼电阻的晶体管），经内部集—基极偏置电阻给VT2提供基极电流，VT2导通，直流高压经R1给电容C7充电，VDD（1脚）电压上升到10.8V，IC1的6脚输出PWM脉冲，辅助绕组由电压输出。随后，3脚电压跳变为零，VT2关断，减小R1的功耗。此后，辅助绕组接替直流高压给IC1供电。
图14 10W反激式开关稳压电源原理图
开关管VT1的型号是BTN3020，其内部为NPN与PNP管的组合结构，VT1的基极与控制器6脚直接相连。RS是电流检测电阻，贴片0805(5)封装。负载（充电宝）时，开关管VT1集电极电压波形如图15所示。
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