初级工程师该如何去学习，如何去研发开关电源？

Posted 2021-01-19 ct20150811

初学者对于开关电源到底该怎么学习？怎么入行？小编在此做个小小的总结！

关于学习开关电源，大家都很清楚，要学好电路，模数电，自控，工程电磁场这些大学专业课，甚至还要看一些开关电源设计之类的专业书籍，如果能学好以上书籍，电路一类的基本知识就算了解了，但是要学好开关电源，单单有以上理论是不够的，还要深入实践，并且还要有一套行之有效的学习研发方式，也就是说拼命苦干是不会起很大作用的，最重要的是高效的方法。在文章里不能带大家实践。

在此给初学者奉献一些基础的学习知识：

1、开关电源的基本原理。

2、开关电源中的各种元器件。

3、变压器的计算。

4、实例电源分析。

5、EMI整改经验。

6、开关电源经典书籍推荐

最后还有全国各地电源工程师的工资行情查看哦。

1、开关电源的各部分基本原理介绍

下面总结了开关电源基本原理介绍及参数设计参考：一、 开关电源的电路组成开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。开关电源的电路组成方框图如下：

 

二、 输入电路的原理及常见电路1AC输入整流滤波电路原理：

 

① 防雷电路：当有雷击，产生高压经电网导入电源时，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，F1、F2、F3会烧毁保护后级电路。② 输入滤波电路：C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。当电源开启瞬间，要对C5充电，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻）就能有效的防止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小（RT1是负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。③ 整流滤波电路：交流电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5容量变小，输出的交流纹波将增大。2DC输入滤波电路原理图：

 

① 输入滤波电路：C1、L1、C2组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。C3、C4为安规电容，L2、L3为差模电感。② R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路。在起机的瞬间，由于C6的存在Q2不导通，电流经RT1构成回路。当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象，在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大，Q1导通使Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级电路。三、 功率变换电路1、MOS管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET（MOS管），是利用半导体表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态，所以输入电阻可以大大提高，最高可达105欧姆，MOS管是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。2.常见MOS管的工作原理图：

 

3、工作原理：R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器，和开关MOS管并接，使开关管电压应力减少，EMI减少，不发生二次击穿。在开关管Q1关断时，变压器的原边线圈易产生尖峰电压和尖峰电流，这些元件组合一起，能很好地吸收尖峰电压和电流。从R3测得的电流峰值信号参与当前工作周波的占空比控制，因此是当前工作周波的电流限制。当R5上的电压达到1V时，UC3842停止工作，开关管Q1立即关断。 R1和Q1中的结电容CGS、CGD一起组成RC网络，电容的充放电直接影响着开关管的开关速度。R1过小，易引起振荡，电磁干扰也会很大；R1过大，会降低开关管的开关速度。Z1通常将MOS管的GS电压限制在18V以下，从而保护了MOS管。 Q1的栅极受控电压为锯形波，当其占空比越大时，Q1导通时间越长，变压器所储存的能量也就越多；当Q1截止时，变压器通过D1、D2、R5、R4、C3释放能量，同时也达到了磁场复位的目的，为变压器的下一次存储、传递能量做好了准备。IC根据输出电压和电流时刻调整着⑥脚锯形波占空比的大小，从而稳定了整机的输出电流和电压。 C4和R6为尖峰电压吸收回路。4、推挽式功率变换电路：Q1和Q2将轮流导通

 

5、有驱动变压器的功率变换电路：T2为驱动变压器，T1为开关变压器，TR1为电流环。

 

四、 稳压环路原理1、反馈电路原理图：

 

2、工作原理：当输出U0升高，经取样电阻R7、R8、R10、VR1分压后，U1③脚电压升高，当其超过U1②脚基准电压后U1①脚输出高电平，使Q1导通，光耦OT1发光二极管发光，光电三极管导通，UC3842①脚电位相应变低，从而改变U1⑥脚输出占空比减小，U0降低。当输出U0降低时，U1③脚电压降低，当其低过U1②脚基准电压后U1①脚输出低电平，Q1不导通，光耦OT1发光二极管不发光，光电三极管不导通，UC3842①脚电位升高，从而改变U1⑥脚输出占空比增大，U0降低。周而复始，从而使输出电压保持稳定。调节VR1可改变输出电压值。 反馈环路是影响开关电源稳定性的重要电路。如反馈电阻电容错、漏、虚焊等，会产生自激振荡，故障现象为：波形异常，空、满载振荡，输出电压不稳定等。五、短路保护电路1、在输出端短路的情况下，PWM控制电路能够把输出电流限制在一个安全范围内，它可以用多种方法来实现限流电路，当功率限流在短路时不起作用时，只有另增设一部分电路。 2、短路保护电路通常有两种，下图是小功率短路保护电路，其原理简述如下：

 

当输出电路短路，输出电压消失，光耦OT1不导通，UC3842①脚电压上升至5V左右，R1与R2的分压超过TL431基准，使之导通，UC3842⑦脚VCC电位被拉低，IC停止工作。UC3842停止工作后①脚电位消失，TL431不导通UC3842⑦脚电位上升，UC3842重新启动，周而复始。当短路现象消失后，电路可以自动恢复成正常工作状态。3、下图是中功率短路保护电路，其原理简述如下：

 

当输出短路，UC3842①脚电压上升,U1 ③脚 电位高于②脚时，比较器翻转①脚输出高电位，给 C1充电，当C1两端电压超过⑤脚基准电压时 U1⑦脚输出低电位，UC3842①脚低于1V，UCC3842 停止工作，输出电压为0V，周而复始，当短路 消失后电路正常工作。R2、C1是充放电时间常数， 阻值不对时短路保护不起作用。 4、下图是常见的限流、短路保护电路。其工作原理简述如下：

 

当输出电路短路或过流，变压器原边电流增大，R3 两端电压降增大，③脚电压升高，UC3842⑥脚输出占空 比逐渐增大，③脚电压超过1V时，UC3842关闭无输出。5、下图是用电流互感器取样电流的保护电路：

 

有着功耗小，但成本高和电路较为复杂，其工作原 理简述如下： 输出电路短路或电流过大，TR1次级线圈感 应的电压就越高，当UC3842③脚超过1伏，UC3842 停止工作，周而复始，当短路或过载消失，电路自行恢复。六、输出端限流保护

 

上图是常见的输出端限流保护电路，其工作原理简述如上图：当输出电流过大时，RS（锰铜丝）两端电压上升，U1③脚电压高于②脚基准电压，U1①脚输出高电压，Q1导通，光耦发生光电效应，UC3842①脚电压降低，输出电压降低，从而达到输出过载限流的目的。七、输出过压保护电路的原理输出过压保护电路的作用是：当输出电压超过设计值时，把输出电压限定在一安全值的范围内。当开关电源内部稳压环路出现故障或者由于用户操作不当引起输出过压现象时，过压保护电路进行保护以防止损坏后级用电设备。应用最为普遍的过压保护电路有如下几种：1、可控硅触发保护电路：

 

如上图，当Uo1输出升高，稳压管（Z3）击穿导通，可控硅（SCR1）的控制端得到触发电压，因此可控硅导通。Uo2电压对地短路，过流保护电路或短路保护电路就会工作，停止整个电源电路的工作。当输出过压现象排除，可控硅的控制端触发电压通过R对地泄放，可控硅恢复断开状态。 2、光电耦合保护电路：

 

如上图，当Uo有过压现象时，稳压管击穿导通，经光耦（OT2）R6到地产生电流流过，光电耦合器的发光二极管发光，从而使光电耦合器的光敏三极管导通。Q1基极得电导通， 3842的③脚电降低，使IC关闭，停止整个电源的工作，Uo为零，周而复始。3、输出限压保护电路： 输出限压保护电路如下图，当输出电压升高，稳压管导通光耦导通，Q1基极有驱动电压而道通，UC3842③电压升高，输出降低，稳压管不导通，UC3842③电压降低，输出电压升高。周而复始，输出电压将稳定在一范围内（取决于稳压管的稳压值）。

 

4、输出过压锁死电路：

 

图A的工作原理是： 当输出电压Uo升高，稳压管导通，光耦导通，Q2基极得电导通，由于Q2的导通Q1基极电压降低也导通，Vcc电压经R1、Q1、R2使Q2始终导通，UC3842③脚始终是高电平而停止工作。在图B中，UO升高U1③脚电压升高，①脚输出高电平，由于D1、R1的存在，U1①脚始终输出高电平Q1始终导通，UC3842①脚始终是低电平而停止工作。八、功率因数校正电路（PFC）1、原理示意图：

 

2、工作原理：输入电压经L1、L2、L3等组成的EMI滤波器，BRG1整流一路送PFC电感，另一路经R1、R2分压后送入PFC控制器作为输入电压的取样，用以调整控制信号的占空比，即改变Q1的导通和关断时间，稳定PFC输出电压。L4是PFC电感，它在Q1导通时储存能量，在Q1关断时施放能量。D1是启动二极管。D2是PFC整流二极管，C6、C7滤波。PFC电压一路送后级电路，另一路经R3、R4分压后送入PFC控制器作为PFC输出电压的取样，用以调整控制信号的占空比，稳定PFC输出电压。九、输入过欠压保护1、 原理图：

 

2、 工作原理：AC输入和DC输入的开关电源的输入过欠压保护原理大致相同。保护电路的取样电压均来自输入滤波后的电压。 取样电压分为两路，一路经R1、R2、R3、R4分压后输入比较器3脚，如取样电压高于2脚基准电压，比较器1脚输出高电平去控制主控制器使其关断，电源无输出。另一路经R7、R8、R9、R10分压后输入比较器6脚，如取样电压低于5脚基准电压，比较器7脚输出高电平去控制主控制器使其关断，电源无输出。

 

 

2、开关电源中的各种元器件

设计开关电源并不是如想象中那么简单，特别是对刚接触开关电源研发的童鞋来说，他的外围电路就很负责，其中使用的元器件种类繁多，性能各异。要想设计出性能高的开关电源就必须弄懂弄通开关电源中各元器件的类型及主要功能。本文将总结出这部分知识。开关电源外围电路中使用的元器件种类繁多，性能各异，大致可分为通用元器件、特种元器件两大类。开关电源中通用元器件的类型及主要功能如下：▍电阻器1. 取样电阻—构成输出电压的取样电路，将取样电压送至反馈电路。2. 均压电阻—在开关电源的对称直流输入电路中起到均压作用，亦称平衡电阻。3. 分压电阻—构成电阻分压器。4. 泄放电阻—断电时可将电磁干扰(EMI)滤波器中电容器存储的电荷泄放掉。5. 限流电阻—起限流保护作用，如用作稳压管、光耦合器及输入滤波电容的限流电阻。6. 电流检测电阻—与过电流保护电路配套使用，用于限制开关电源的输出电流极限。7. 分流电阻—给电流提供旁路。8. 负载电阻—开关电源的负载电阻(含等效负载电阻)。9. 最小负载电阻—为维持开关电源正常工作所需要的最小负载电阻，可避免因负载开路而导致输出电压过高。 10. 假负载—在测试开关电源性能指标时临时接的负载(如电阻丝、水泥电阻)。11. 滤波电阻—用作LC型滤波器、RC型滤波器、π型滤波器中的滤波电阻。12. 偏置电阻—给开关电源的控制端提供偏压，或用来稳定晶体管的工作点。13. 保护电阻—常用于RC型吸收回路或VD、R、C型钳位保护电路中。14. 频率补偿电阻—例如构成误差放大器的RC型频率补偿网络。15. 阻尼电阻—防止电路中出现谐振。▍电容器1. 滤波电容—构成输入滤波器、输出滤波器等。2. 耦合电容—亦称隔直电容，其作用时隔断直流信号，只让交流信号通过。3. 退藕电容—例如电源退藕电容，可防止产生自激振荡。4. 软启动电容—构成软启动电路，在软启动过程中使输出电压和输出电流缓慢地建立起来。5. 补偿电容—构成RC型频率补偿网络。6. 加速电容—用于提高晶体管的开关速度。7. 振荡电容—可构成RC型、LC型振荡器。8. 微分电容—构成微分电路，获得尖脉冲。9. 自举电容—用于提升输入级的电源电压，亦可构成电压前馈电路。10. 延时电容—与电阻构成RC型延时电路。11. 储能电容—例如极性反转式DC/DC变换器中的泵电容。12. 移相电容—构成移相电路。13. 倍压电容—与二极管构成倍压整流电路。14. 消噪电容—用于滤除电路中的噪声干扰。15. 中和电容—消除放大器的自激振荡。16. 抑制干扰的电容器—在EMI滤波器中，可分别滤除串模和共模干扰。17. 安全电容—含X电容和Y电容。18. X电容—能滤除由一次绕组、二次绕组耦合电容器产生的共模干扰，可为从一次侧耦合到二次侧的干扰电流提供回流路径，防止该电流通过二次侧耦合到大地。19. Y电容—能滤除电网之间串模干扰，常用于EMI滤波器中。▍电感器1. 滤波电感—构成LC型滤波器。2. 储能电感—常用于降压式或升压式DC/DC变换器电路中。3. 振荡电感—构成LC型振荡器。4. 共模电感—亦称共模扼流圈，常用于EMI滤波器中，对共模干扰起到抑制作用。5. 串模电感—亦称串模扼流圈，它采用单绕组结构，一般串联在开关电源的输入电路中。6. 频率补偿电感—构成LC型、LCR型频率补偿网络。▍变压器1. 工频变压器—对交流电源进行变压与隔离，再经过整流滤波后给DC/DC变换器(即开关稳压器)供电。2. 高频变压器—对高频电源进行储能、变压和隔离，适用于无工频变压器的开关电源中。▍二极管1. 整流二极管—低频整流、高频整流。2. 续流二极管—常用于降压式DC/DC变换器中；若在继电器、电机等的绕组两端并联续流二极管，即可为反电动势提供泄放回路，避免损坏驱动管。3. 钳位二极管—构成VD、R、C型钳位电路，吸收尖峰电压，对MOSFET功率场效应管起保护作用。4. 阻塞二极管—钳位保护电路中的二极管，亦称为阻尼二极管。5. 保护二极管—用于半波整流电路中，在负半周时给交流电提供回路。6. 隔离二极管—可实现信号隔离。7. 抗饱和二极管—将二极管串联在功率开关管的基极上，可降低功率开关管的饱和深度，提高关断速度。▍整流桥将交流电压变为脉动直流电压，送至滤波器。整流桥可由四只整流二极管构成，亦可采用成品整流桥。▍稳压管构成简易稳压电路；接在开关电源的输出端，用来稳定空载时的输出电压；由稳压管、快恢复二极管和阻容元件构成一次侧钳位保护电路；构成过电压保护电路。▍晶体管用作PWM调制器的功率开关管；构成恒压/恒流输出式开关电源的电压控制和电流控制环路；构成截刘输出型开关电源的截流控制环；构成开关稳压器的通/断控制、欠电压、过电压保护、过电流保护等电路。▍场效应晶体管MOSFET用作PWM调制器或开关稳压控制器的功率开关管。▍运算放大器构成外部误差放大器、电压控制环和电流控制环等。

 

3、变压器的计算

变压器CCM设计介绍（DCM更简单就不在这里介绍了）CCM是电感电流连续模式的简称，目前采用这种模式的反激变压器正在逐渐流行起来。无论哪种类型的变压器，计算方面的问题永远是最复杂的，网络上关于电路设计和硬件方面的资料很多，但是对计算部分进行详解的文章却比较少，小编特意将达人的经验总计为文章，帮助大家掌握CCM模式反激变压器的计算。所以在这篇文章当中我们将主讲CCM模式反激变换器的各类计算公式，以及波形。 基本参数最小直流电压Vdcmin：100V；开关频率F：65KHZ；最大直流电压Vdcmax：375V；反射电压VOR：120V；输出电压Vo：12V；原边开关管压降Vdson：0.5V；输出功率Po：100W(8.33A)；输出整流管压降Vd1：0.5V；变换效率η：0.9；VCC整流管压降Vd2：0.5V；次级匝数Ns：7T；磁芯：EER35/40。注：1、非实际产品，仅做举例。2、因为HVDC电压的大小与Cin、温度密切相关，故不定义Vacmin;3、原边电流的计算，其实是参考了《开关电源手册》，见p156--p180，110W反激变压器设计，原文中定义的原边电流，IP2=3*IP1，即KRP=0.66。本文中用X、Y、Z来描述原边电流，即固定X=10，Y为任意值，KRP也就为任意值。4、损耗的计算参考了《开关电源仿真》p542，90W反激变压器设计。5、各种公式再陆续补充、修正。6、计算结果利用了PI的电子数据计算表格核算，代入相关关键参数即可。

 

图1

 

 

注：因为VDS的峰值电压与漏感有密切关系，故计算式中没有包括尖峰电压；原边有效电流的计算公式取自于《开关电源仿真》。需要注意的是，这里TON、TOFF标反了，由于影响不大所以暂时就不改了，下一步是原边的各种损耗计算。注意第7步之后，有两种计算方法：第一种方法是先计算出峰值电流、纹波电流，再通过纹波电流来计算出原边电感量，公式：LP=V*TON/Ip。第二种计算方法是，先计算出原边电感量，然后通过纹波电流计算出峰值电流，公式：Ip=Ia/Dmax+△i/2。(第二种方法见《变压器电感器设计手册》p293----连续模式隔离BUCK-BOOST变换器设计)

 

第14--17步说明：1、这一部分内容，选自《开关电源仿真》，深入研究请参考原文。2、不同的资料计算方法稍有不同，需要再查资料分析分析。(关于开关损耗和导通损耗，上面的计算方法应该是正确的，参考《精通开关电源》第5章。最有可能会出现的问题是，测量的准确性如何，因为这会导致计算值与实际值相差2--5倍。)磁性元器件计算或者是次级参数计算。RCD缓冲电路有两个作用，第一个是限制半导体两端电压的上升速率或者是减小EMC干扰，第二个是钳位，要明白安装RCD缓冲的目的是什么。如果仅仅是钳位，问题就简单了，只需要把“多余”的能量储存在足够大的电容中，然后通过合适电阻的去消耗它，这里面没有太多的学问。普通的中小功率ACDC变换器，钳位电容选择2200PF--0.1UF都是可以的。漏感中储存的能量越大，开关频率越低，钳位电容的容量肯定会越大。另外，钳位电容对材质、体积有一些要求，因为会发热。电阻的计算也很简单，绕组或者半导体两端会有一个平台电压，直接计算就可以了。电阻的阻值决定了功耗，电阻上到底要消耗多少功率，取决于漏感中存储的能量以及钳位电压的幅值。例：100W的反激变换器，1%漏感，理论上你至少要消耗掉1W的功率，采用3W的电阻；100W的反激变换器，2%漏感，理论上至少要消耗掉2W的功率，采用6W的电阻；尽管有一部分能量会通过MOS、二极管的开关损耗消耗掉，但R上的损耗大概就是这个比例，不会相差太大。需要注意，钳位电压和二极管的开关速度、MOS管的驱动能力等等都有很大的关系。如果RCD消耗的功率特别大，应该是别地地方出了问题。控制环路的问题很难说明白，建议参考《开关电源手册》第三部分，第八章，特别是P435页提到的方法三(最后两行文章)。这里多说一句，在分析了众多大师的作品之后，发现他们似乎非常喜欢这么干。另外一点，就是关于电容的计算方法，一般来说有三种：第一种方法，根据期望获得的输出纹波电压来计算。详见《开关电源设计》第二版，王志强译，P76；采用这种方法，可以获得最小的电容量，通常情况下，如果采用普通的电解电容，其纹波电流一般满足不了(这种方法似乎比较适合于超高纹波电流电容、固态电容、瓷片电容)。第二种方法，根据实际计算的输出纹波电流(有效电流)，来选择输出电容，不考虑频率、温度系数。这种方法最可靠、也会最简单，但其结果会导致最高物料成本，此方法也是电容供应商比较推崇的方法。第三种方法，根据产品所需的寿命，综合考虑开关频率、环境温度、电容温升等各种综合因素来计算输出电容。该计算方法很多教材和各种电容应用手册中均有提及。计算过程一般较为复杂，但可以获得最低的物料成本。另外采用这种方法，对测量技术也是一个很大的考验。本文对参数的计算讲的非常细致，按照每一步的计算过程来进行讲解，并指出其中的问题，与此同时还不忘为大家提供一些难得的经验技巧，是一篇非常有指导性的文章，有很大的阅读价值。

 

4、实例分析一个LED驱动电源

一，先从一个完整的LED驱动电路原理图讲起。本文所用这张图是从网上获取，并不代表具体某个产品，主要是想从这个图中，跟大家分享目前典型的恒流驱动电源原理，同时跟大家一起分享大牛对它的理解，希望可以帮到大家。那么本文只做定性分析，只讨论信号的过程，对具体电压电流的参数量在这里不作讨论。如图1某LED驱动电路原理图，这是一款可AC/DC输入方式的LED驱动电路，使用无电解电容。是比较典型的LED驱动电路。

 

图1：某款LED驱动电路原理图二，原理分析：为了方便分析，把图1分成几个部分来讲，1：输入过压保护---主要是雷击或者市冲击带来的浪涌)输入过压保护电路如图2：

 

图2输入过压保护电路如果是DC电压从“+48V、GNG”两端进来通过R1的电阻，此电阻的作用是限流，若后面的线路出现短路时，R1流过的电流就会增大，随之两端压降跟着增大，当超过1W时就会自动断开，阻值增加至无穷大，从而达到保护输入电路+48V不受到负载的影响)限流后进入整流桥， R1与RV构成了一个简单过压保护电路，RV是一个压敏元件，是利用具有非线性的半导体材料制作的而成，其伏安特性与稳压二极管差不多，正常情况显高阻抗状态，流过的电流很少，当电压高到一定的时候(主要是指尖峰浪涌，如打雷的时候高脉冲串通过市电串入进来)，压敏RV会显现短路状态，直接截取整个输入总电流，使后面的电路停止工作，此时，由于所有电流将流过R1和RV，因R1只有1W的功率，所以瞬间可以开路，从而保护了整个电路不被损坏。2、整流滤波电路：当交流AC输入时，则桥式整流器是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路，将交流电转变为直流电。当直流DC(+48V)电压直接进入整流桥BD时，输出一个上正下负的直流电压，如果+48V电源本身也是直流的，那整流桥的作用就是对输入起到的是极性保护作用，无论输入是上正下负还是上负下正都不会损坏驱动电源，通过C1C2L1进行滤波，图3是一个LCΠ型滤波电路，目的是将整流后的电压波形平滑的直流电。

 

图3LCΠ型滤波电路3、箝位吸收电路：图4红框内为箝位吸收电路。箝路电路存在的理由其实就是保护IC里面的MOS管，其过程为--整流滤波以后的电压分成2路，一路通过变压器绕组后进入U1的TK5401的第7、8脚，下文会介绍U1，先看箝位这一路，这路是通过R1、C3、D2然后也连到7、8脚，这个R1、C3、D2就组成了一个简单的箝位电路，主要功能就是用来吸收尖峰和浪涌的，和RV压敏电阻作用不同的是，RV主要是防止打雷或者市电冲击起到保护作用，箝位功能是吸收变压器TRANS2-2绕组两端的反向电动势，消除自激振荡，起到快速复位作用，为变压器一个周期做准备，如果变压器得不到复位就会饱和，会失去感抗， R1和C3组成了一个RC充放电回路，用来反向积累的电动势，D2主要是隔离作用，变压器在正半周的时，感应电动势为上正下负时，使整过环路处于断开状态，而变压器进入负半周时，给箝位电路提供通路，快速将电动势环路处于断开状态，而等变压器进入负半周时，给箝位电路提供通路，快速将电动势释放，从而达到保护IC里头的MOS管不被尖峰击穿而损坏。

 

图4：箝位吸收电路4、 U1工作原理：这款LED驱动IC--TK5401驱动器，主要的特点是为无需在应用电路上使用电解电容器而设计的。该IC的主要特点是高低电压过流保护补偿，不需要电解电容的高PF值。内置高电压功率MOS管650/1.9欧姆，支持通用交流输入电压AC85V--265V,该IC的驱动电路通过脉冲检测漏电流峰值，在D/ST(7脚，8脚)端电压高于OCP电压时关闭功率MOS管，漏电流保护连接在s/ocp(1脚)和GND(3脚)间的电流采样电阻。当采样电阻的压降达到OCP电压阀值，就关闭功率MSG管。通俗一点说，该电路的变压器采用反激式工作方式，如图5：即变压器的初级和次级的相位是相反的，在同一时间，两者相关180度。

 

图5：变压器采用反激工作方式整流滤波后通过变压器绕组然后进到IC的7、8脚，这个7、8脚就是IC里面MOS管的“D极”也叫漏极，接地的是“S极”也叫源极，整过电源电压的变换都由D极”和S极两个引脚的接通和断开来实现，就是它们工作时会一直处在接通和不接通状态，反复的接通和断开使变压器实现在电--磁-电的变换，至于它是怎么进行接通和不接通的?这个频率又是多少?下面分析一下工作过程：①第一次变换的建立：当U1上电，通过7、8脚连通的内部启动电路给供电，使用U1开始工作，此时U1将输出方波脉冲传递给U1内部MOS管的“G极”也叫栅极，使D极和S极接通，这时D极和S级等电位，而S极又是接地的，等于把变压器的一端瞬间接地，从而产生回路，变压器是感性元件，电流不能突变，所以它自身会产生感抗来阻止电流突变。按照线性的曲线进行变化，慢慢上升，为了能够阻止它突然，它会产生一个与它相反的感应电压势来抑制它，这样一来，下面的绕组和次组绕组就会跟着产生电动势，从而产生电压，电—磁—电转换的机理也在于此，当然这是变压器和磁性材料本身具有的特性。②第二次变换的建立：当变压器下面的绕组产生电动势以后(我们通常把它叫着正反馈供电绕组)，通过D3整流，R3限流，再经C4滤波后分成二路进行供电，一路给U1的第2脚供电，另一路给光电耦合器件PC817供电，当第2脚开始供电时，U1内部的整个PWM供电控制系统将自动转到由正反馈绕组供电，使内部振荡电路继续工作，从而输出第2个脉冲控制信息，使MOS管开次开通，如此周而复始的使用MOS不断的处理开和关状态进而让变压器工作在电-磁-电的转换状态。图6是TK5401工作时序。图7为TK5401内部框图。

 

图6：TK5401工作时序 图7：TK5401内部框图

 

5：输出整流电路：如图8为输出整流电路。变压器工作以后，次级就会输出一个电压通过D4整流，C8和L1进行滤波，然后给LED灯进行供电，这里的L1除了能够滤波，还有续流的作用，就是保持输出电流的一致性，正是利用电感中的电流不能突然这一特性。

 

图8：输出整流电路6：恒流电路：恒流电路是整个电路原理图的实质，如图8，是恒流电路的几个组成部分。为了更清楚的说明恒流的工作，有必要重新认识这个U1。

 

图9：U1引脚说明U1的每个引脚功能，8脚为MOS输入端，6脚是空脚，5脚外接的电容是振荡电容，直接决定了RC时间常数，就是充放电时间，一般充电MOS管是接通时间，放电是断开时间，4脚是电压检测脚，通过对4脚的电压值控制输出脉冲的占空比，3脚接地端，2脚是U1供电脚，第1脚外接的电阻和第5脚的电容组成了RC电路，给U1内部提供振荡源，脉冲的充放电时间常直接由这个电阻和电容决定。4脚外接的光耦PC817,另一端PC817和输出电路R4两端相并联， R7在这里是起到检测电流的作用，根据电压=电流*电阻的原理，电流越大，R4两端的电压就会越大，电压越大，那么并连到R4两端的PC817也会有电压并且开始导通，导通后副边的RV也会跟着导通，就是它内阻下降，这样一来第4脚的电压就会上升，上升以后与U1里面的基础电压相对比，然后会直接输出一个信号使MOS管提成关断，从而达到恒流目的。

 

图10：恒流电路三，总结：LED驱动电源电路图和其他用电器电源电路一样，不同的是led驱动电源可能设计图会不一样，但它的输出电流是恒定的,理想的电路是无论LED的特性曲线怎么变化,驱动电源的电流保持不变. 这是LED的伏安特性决定。作为电源工程师,我们知道LED的特性需要恒流驱动,才能保证其亮度的均匀,长期可靠的发光。LED是节能产品，驱动电源也要符合节能的要求。今天给大家分析的这个仅仅是LED的一个典型可以AC/DC输入，且可采用无电解电容驱动电路的一个案例原理，只是做了一些定性分析

 

5、EMI整改经验小结

开关电源EMI 整改中，关于不同频段干扰原因及抑制办法：1MHZ 以内----以差模干扰为主1.增大X 电容量；2.添加差模电感；3.小功率电源可采用PI 型滤波器处理(建议靠近变压器的电解电容可选用较大些)。1MHZ---5MHZ---差模共模混合，采用输入端并联一系列X 电容来滤除差摸干扰并分析出是哪种干扰超标并以解决，1.对于差模干扰超标可调整X 电容量,添加差模电感器，调差模电感量;2.对于共模干扰超标可添加共模电感,选用合理的电感量来抑制；3.也可改变整流二极管特性来处理一对快速二极管如FR107 一对普通整流二极管1N4007。5M---以上以共摸干扰为主，采用抑制共摸的方法。对于外壳接地的，在地线上用一个磁环串绕2-3 圈会对10MHZ 以上干扰有较大的衰减作用;可选择紧贴变压器的铁芯粘铜箔, 铜箔闭环.处理后端输出整流管的吸收电路和初级大电路并联电容的大小。对于20--30MHZ，1.对于一类产品可以采用调整对地Y2 电容量或改变Y2 电容位置；2.调整一二次侧间的Y1 电容位置及参数值；3.在变压器外面包铜箔；变压器最里层加屏蔽层；调整变压器的各绕组的排布。4.改变PCB LAYOUT；5.输出线前面接一个双线并绕的小共模电感；6.在输出整流管两端并联RC 滤波器且调整合理的参数；7.在变压器与MOSFET 之间加BEAD CORE；8.在变压器的输入电压脚加一个小电容。9. 可以用增大MOS 驱动电阻.30---50MHZ 普遍是MOS 管高速开通关断引起，1.可以用增大MOS 驱动电阻；2.RCD 缓冲电路采用1N4007 慢管；3.VCC 供电电压用1N4007 慢管来解决；4.或者输出线前端串接一个双线并绕的小共模电感；5.在MOSFET 的D-S 脚并联一个小吸收电路；6.在变压器与MOSFET 之间加BEAD CORE；7.在变压器的输入电压脚加一个小电容；8.PCB 心LAYOUT 时大电解电容，变压器，MOS 构成的电路环尽可能的小；9.变压器，输出二极管，输出平波电解电容构成的电路环尽可能的小。50---100MHZ 普遍是输出整流管反向恢复电流引起，1.可以在整流管上串磁珠；2.调整输出整流管的吸收电路参数；3.可改变一二次侧跨接Y电容支路的阻抗,如PIN脚处加BEAD CORE或串接适当的电阻；4.也可改变MOSFET，输出整流二极管的本体向空间的辐射（如铁夹卡MOSFET; 铁夹卡DIODE，改变散热器的接地点）。5.增加屏蔽铜箔抑制向空间辐射.200MHZ 以上开关电源已基本辐射量很小，一般可过EMI 标准。补充说明:开关电源高频变压器初次间一般是屏蔽层的,以上未加缀述.开关电源是高频产品,PCB 的元器件布局对EMI.,请密切注意此点.开关电源若有机械外壳,外壳的结构对辐射有很大的影响.请密切注意此点.主开关管,主二极管不同的生产厂家参数有一定的差异,对EMC 有一定的影响.请密切注意此点.

 

6、开关电源经典书籍推荐

经常有人问我，有什么好资料发我一下，或者有什么书籍推荐下。精灵整理了下，向各位推荐以下书籍，每本都是经典：1、当然是Sanjaya Maniktala 写的三本书，我是Sanjaya 的铁杆粉丝，也是“图灵电子与电气工程丛书”的铁杆粉丝：《精通开关电源设计》《开关电源设计与优化》《开关电源故障诊断与排除》不光是我，很多老工程师都推荐Sanjaya的这三本书。

 

精通开关电源设计，可不要被书名中的“精通”二字吓到了，其实他是非常适合入门的一本书。本书基于作者多年从事开关电源设计的经验，从分析开关变换器最基本器件：电感的原理入手，由浅入深系统地论述了宽输入电压DC-DC变换器（含离线式正、反激电源）及其磁件设计、MOSFET导通和开关损耗、PCB布线技术、三种主要拓扑电压/电流模式下控制环稳定性以及开关电源电磁干扰(EMI)控制及测量的理论和实践等。看完这本书，你可以看他的其余两本了：

 

 

看完这两本，可以避免不少设计上的不足和麻烦。给解决问题带来思路。2、其他几本同样优秀的开关电源书籍：《开关电源设计》:书籍很厚实，看完1/4-1/3的内容，就可以理解LED驱动原理了。

 

《实用开关电源设计》，同样是图灵电子与电气工程丛书，

 

《开关电源设计指南》，非常不错的一本书，布朗著。。

 

3、单独推荐一本小日本写的书：

 

不管怎么说，日本的电子、电源起步非常早，经典的RCC，就是在日本人手上玩得那么娴熟。本书内容非常接近实践。4、推荐一本变压器方面的书籍：《变压器与电感器设计手册》

 

以上书籍的作者，个个都非常有名，部分还非常具有传奇色彩。书籍上的知识是基础理论，具体还是得联系实际。这些书都是开关电源书籍，更加接近恒压电源，跟LED驱动电源其实有部分不同，但影响不大，理解了就行。伙伴们也不要愤，为什么没有国人写的书？书是有的，但是大部分确实是乱写的，特别容易误导人。一大推公式，却没有说明出处，没有任何作者自己的解释，并且还有不少错误，看完这些书，我保证你云里雾里，越绕越远。