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整流器，老生常谈的器件之一。对于整流器，很多朋友也是比较熟悉的。上篇文章中，小编对整流器的性能参数有所阐述。为增进大家对整流器的认识，本文将对可控硅整流器、可控硅整流器的相关技术予以介绍。如果你对整...
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如今，整流器在工业中具备重要应用。对于整流器，工业从事人员相对更为熟悉。为了增进大家对整流器的认识，本文将对水银整流器、倍压整流器予以介绍、报道。如果你对整流器具有兴趣，不妨一起和小编继续往下阅读哦...
开关电源的原理及选型（DC-DC） 使用开关电源关注参数： 1.输出精度 2.纹波 3.动态响应速度 4.温度 5.效率 开关电源原理： 1.通过开关的打开和闭合产生周期性的方波，如12V的输入电压，5V的输出电压，则方波的高低电平的比例是5：7；也就是PWM波，通过改变方波的占空比来调整输出。 为方便记忆：可以将开关电源里内部的开关理解成小人才周期性的打开和闭合开关。 实际设计中，开关是用mos管代替的，内部有反馈控制电路用于控制，开关的闭合频率，调整高低电平的比例，达到输出平缓的电压。 波形分析： 负载处的实际的电压波形，如12V波形所示，而我们所需要的是5V所示的波形，从图中可以看出，在相同时间内，两处的面积是相等的，所以我们只是需要将12V的电压波形，滤波成5V即可。 加入电容后，将多余的电能储存起来，似乎就可以得到输出平稳的波形；实际输出的电压波形，也不是我想要的波形，且电流波形也会有尖刺，原因是电容两端电压不能突变。 理论上du突然变大，时间dt无穷小，导致电流无穷大。 当开关闭合的时候，电容的两端也因为电压瞬间增大到12V，导致芯片的输出电流瞬间变成无穷大，也就是尖峰电流。 解决电流突变的办法：可以加入个电阻，R1通过测量确实可以产生输出电压5V的电压； 但电阻本身消耗能量，发热明显。所以可以我们可以将电阻用电感替换（电感理论上是不消耗能量的），且电感两端的电流不能突变。 加入电感后电流波形如上，看上去解决了电容的充电电流过大的问题，但实际上，电感的电流是不能突变的，所以当mos管断开的时候，电感的一端悬空了，电流无法释放。所以给电感加入一个续流二极管，给电感提供一个释放电流的回路。 也就是说有电感的时候必须要有续流回路，原因是电感上的电流不能突变。 DC-DC拓补图就出来了，简要分析下： a点电压波形是周期性矩形波，b点电压经过电感，电容滤波，输出平稳的电压（肯定有纹波的存在），电流波形：电流被分成了两部分，负载上是直流分量，交流分量在电容上流过。 同步整流，异步整流 当续流二极管用mos管代替时，而且要保证两个mos管的开关性相反，这就是同步整流电路，优点：功耗低，效率高。 开关电源的选型-同步整流 开关电源内部包含mos管，适用于小电流的场景，一般小于5A，称为转换器。 开关电源内部不包含mos管，根据电流的使用场景，选择外部的mos管，称为控制器。 举例：输出电流3A 所以可以采用转换器。 芯片选择（DC-DC） 1.先从厂家入手（国产：微盟，芯龙，矽力杰，钰太。国外：TI，mps，adi等） 2.选择电压范围 3.输出电流 4.静态电流-输出电流为0的时候需要消耗的功率，一般低功耗需要考虑。 5.反馈电压 6.开关频率 7.同步或者异步，一般选择同步 8.封装-选择好焊接的-是否好购买 外围电感和电容的选型 1.电感选择-手册有详细说明 饱和电流：电流增加，电感的感值将减小，当电感感值小于一定数值时，电感就失去作用，此时电流为饱和电流。 所以电感的饱和电流最少要4.2A以上 2.输入电容 3.输出电容 总结： 详细说明： 1.输入/输出电压(Input &Output Voltage)：Vin/Vout 要按照器件的推荐工作电压范围选用，并且要考虑实际电压的波动范围，确保不能超出器件规格。 2.输出电流(Output Current)：Iout 器件持续的输出电流能力是一个重要的参数，选用时要参考此参数，并要保留一定的余量。 此参数的选取还要评估电路的瞬间峰值电流和发热的情况，综合来确定，并满足降额要求。 3.纹波(Output ripple)：Vpk-pk 纹波是衡量电路的输出电压波动的重要参数。要关注轻载和重载纹波，一般轻载纹波要大。注意核电等场合下轻载纹波是否会超出要求。实际测试下各种场景负载下的情况。通常选用示波器20M带宽来测试。 4.效率(Efficiency)： 要同时关注轻载和重载两种情况。轻载会影响待机功率，重载影响温升。通常看12V输入，5V输出下10mA的效率，一般要80%以上。 5.瞬态响应 (Transient response)： 瞬态响应特性反应负载剧烈变化时系统是否能及时调整以保证输出电压的稳定。要求输出电压波动越小越好，一般按峰峰值10%以下要求。 实际要注意按推荐值选用反馈电容。常见取值在22p到120pF。 6.开关频率(Switching Frequency)：fsw 常用的开关频率多数在500kHz以上。较高的开关频率1.2M到2M的也有，由于频率高开关损耗增加IC散热设计要好，故主要集中在5V低压输入小电流的产品。开关频率关系到电感电容的选用，其它如EMC，轻载下噪音等问题也与之有关。 7.反馈参考电压及精度(Feedback Voltage &output accuracy)：Vref 反馈电压要与内部的参考电压相比较，配合外部的反馈分压电阻，输出不同电压。不同产品的参考电压会有不同，如0.6~0.8V，替换时注意调整反馈电阻。反馈电阻要选用1%精度，只要根据厂家推荐来选，一般不要选的过大，以免影响稳定性。 参考电压精度影响输出准确度，常见精度在2%以下，如1%~1.5%,精度高的产品成本会有差别。根据需要选择。 8.线性稳定度和负载稳定度(line/load regulation)： 线性稳定度反应输入电压变化输出电压稳定性。负载稳定度反应输出负载变化输出电压稳定性。一般要求1%，最大不要超3%。 EN电平： EN高低电平要满足器件规格要求，有些IC不能超出特定电压范围；电阻分压时注意满足及时关断，并且考虑电压波动最大范围内要满足。由于时序控制的需要，该引脚会增加电容，为了电平调节和关断放电，同时要有对地电阻。 10.保护性能： 要有过流保护OCP，过热保护OTP等，并且保护后条件消失能自恢复。 11.其它： 要求有软启动；热阻和封装；使用温度范围要能覆盖高低温等。 外围器件选择的要求 1.输入电容：要满足耐压和输入纹波的要求。一般耐压要求1.5~2倍以上输入电压。注意瓷片电容的实际容量会随直流电压的偏置影响而减少。 2.输出电容：要满足耐压和输出纹波的要求。一般耐压要求1.5~2倍 。 纹波和电容的关系： BST电容:按照规格书推荐值。一般0.1uF-1uF。耐压一般要高于输入电压。 3.电感：不同输出电压的要求感量不同；注意温升和饱和电流要满足余量要求，一般最大电流的1.2倍以上（或者电感的饱和电流必须大于最大输出电流＋0.5*电感纹波电流）。通常选择合适的电感值L，使ΔIL占输出电流的30% to 50%。计算公式： 4 VCC电容：按规格书 要求取值，不能减小，也不要太大，注意耐压。 5.反馈电容：按规格书 要求取值，不同厂家芯片取值不同，输出电压不同也会有不同的要求。 6.反馈电阻和EN分压电阻：要求按规格书取值，精度1%。 PCB设计要求 1.输入电容就近放在芯片的输入Vin和功率的PGND，减少寄生电感的存在，因为输入电流不连续，寄生电感引起的噪声对芯片的耐压以及逻辑单元造成不良影响 。电容地端增加过孔，减少阻抗。 2.功率回路尽可能的短粗，保持较小的环路面积，较少噪声辐射。SW是噪声源，保证电流的同时保持尽量小的面积，远离敏感的易受干扰的位置。如，电感靠近SW引脚，远离反馈线。输出电容靠近电感，地端增加地过孔。 3.VCC电容应就近放置在芯片的VCC管脚和芯片的信号地之间，尽量在一层，不要有过孔。 4.FB是芯片最敏感，最容易受干扰的部分，是引起系统不稳定的最常见原因 。 1)FB电阻连接到FB管脚竟可能短，靠近IC放置，减少噪声的耦合；FB下分压电阻通常接信号地AGND； 2)远离噪声源，SW点，电感，二极管（非同步buck）；FB走线包地； 3)大电流负载的FB在负载远端取，反馈电容走线要就近取。 5.BST的电容走线尽量短，不要太细。 6.芯片散热要按设计要求，尽量在底下增加过孔散热。
配电变压器，简称“配变”。指配电 系统中根据电磁感应定律变换3交流电压和电流而传输交流电能的一种静止电器。配电变压器通常是指运行在配电网中电压等级为10-35kV（大多数是10kV及以下）、容量为6300KVA及以下直接向终端用户供电的电力变压器。 按安装位置分类 配电变压器根据安装位置分为室内和室外。 室外安装分为台墎式、杆塔式和落地式（含预装式）。 1.1.1 杆塔式 杆塔式是将变压器安装在杆上的构架上。分为单杆式和双杆式。 当配电变压器容量在30KVA及以下时（含30KVA），一般采用单杆配电变压器台架。将配电变压器、高压跌落式熔断器和高压避雷器装在一根水泥杆上，杆身应向组装配电变压器的反方向倾斜13°-15°。 当配电变压器容量在50KVA～315KVA时一般采用双杆式配电变压器台。配电变压器台由一主杆水泥杆和另一根副助杆组成，主杆上装有高压跌落式熔断器及高压引下线，副杆上有二次反引线。双杆配电变压器台经单杆配电变压器坚固。 杆塔式安装的优点：占地少、四周不需围墙或遮栏，带电部分距地面高，不易发生事故。缺点：台架用钢材较多，造价较高。 1.1.2 台墩式 台墩式是在变压器杆下面用砖石砌成0.5-1m的四方墩台，将变压器放在上面。一般安装315KVA以上的变压器。 让大家看看原来农村安装简易的台墩式变压器： 台墩式变压器安装应注意： （1）变压器四周应装设不低于1.8m的牢固的遮栏或砌围墙，门应加锁并由专人保管。 （2）遮栏、围墙距变压器应有足够的安全操作距离。 （3）应在电杆或围墙上悬挂“高压危险，不许攀登”等警告牌，防止人、畜接近。 台墩式安装的优点：造价低，便于维护检修。缺点：占地较多，周围要装设遮栏，小动物易爬到带电部分上去，易发生受外力破坏事故。 1.1.3 落地式 落地式是指将变压器直接放在地面上，高压引下线、跌落式熔断器和避雷器等均在线路终端杆上。 落地式变压器安装应注意： （1）变压器四周必须装设可靠的遮栏，门要加锁并由专人保管。 （2）遮栏外须挂“高压危险，不许攀登”等警告牌。 （3）因变压器的带电部分距地面很低，因此必须在切断电源后方可进入遮栏内。 1.2电按按冷却方式分类 根据冷却方式分可分为油浸式和干式变压器。 油浸式变压器依靠油作冷却介质、如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环等。干式变压器依靠空气对流进行自然冷却或增加风机冷却，多用于高层建筑、高速收费站点用电及局部照明、电子线路等小容量变压器。 1.2.1 油浸式变压器按外壳型式分为： 1) 非封闭型油浸式变压器：主要有S8、S9、S10等系列产品，在工矿企业、农业和民用建筑中广泛使用。 2) 封闭型油浸式变压器：主要有S9、S9-M、S10-M 等系列产品，多用于石油、化工行业中多油污、多化学物质的场所。 3) 密封型油浸式变压器：主要有BS9、S9- 、S10- 、S11-MR、SH、SH12-M等系列产品，可做工矿企业、农业、民用建筑等各种场所配电之用。 1.2.2干式变压器按绝缘介质分为： 1) 包封线圈式干式变压器：主要有SCB8、SC（B）9、SC（B）10、SCR-10 等系列产品，适用于高层建筑、商业中心、机场、车站、地铁、医院、工厂等场所。 2) 非包封线圈干式变压器：主要有SG10 等系列产品，适用于高层建筑、商业中心、机场、车站、地铁、石油化工等场所。 1.3电调压方式分类 根据调压方式可分为有载调压和无载调压。 所谓无载调压和有载调压都是指的变压器分接开关调压方式。区别在于无载调压开关不具备带负载转换档位的能力，调档时必须使变压器停电。而有载分接开关则可带负荷切换档位。 1.4相数分类 根据相数分为单相变压器和三相变压器。 单相变压器单相变压器即一次绕组和二次绕组均为单相绕组的变压器。单相变压器结构简单、体积小、损耗低，主要是铁损小，适宜在负荷密度较小的低压配电网中应用和推广。 三相变压器用于三相系统的升、降电压。三相变压器，一般初级有三个绕组，其接法分为三角形和星形、延边三角形等，三个绕组上的电压相位互差120度，也就是常见的三相380伏接线方式，其铁芯传统的是三相三芯柱、三相五芯柱、渐开线形等形式。 2. 工作原理 变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。它可以变换交流电压、电流和阻抗。最简单的铁心变压器由一个软磁材料做成的铁心及套在铁心上的两个匝数不等的线圈构成，如下图所示。 铁心的作用是加强两个线圈间的磁耦合。为了减少铁内涡流和磁滞损耗，铁心由涂漆的硅钢片叠压而成;两个线圈之间没有电的联系，线圈由绝缘铜线（或铝线）绕成。一个线圈接交流电源称为初级线圈（或原线圈），另一个线圈接用电器称为次级线圈（或副线圈）。实际的变压器是很复杂的，不可避免地存在铜损（线圈电阻发热）、铁损（铁心发热）和漏磁（经空气闭合的磁感应线）等，为了简化讨论这里只介绍理想变压器。理想变压器成立的条件是：忽略漏磁通，忽略原、副线圈的电阻，忽略铁心的损耗，忽略空载电流（副线圈开路原线圈线圈中的电流）。例如电力变压器在满载运行时（副线圈输出额定功率）即接近理想变压器情况。 变压器是利用电磁感应原理制成的静止用电器。当变压器的原线圈接在交流电源上时，铁心中便产生交变磁通，交变磁通用φ表示。原、副线圈中的φ是相同的，φ也是简谐函数，表为φ=φmsinωt。由法拉第电磁感应定律可知，原、副线圈中的感应电动势为e1=-N1dφ/dt、e2=-N2dφ/dt。式中N1、N2为原、副线圈的匝数。由图可知U1=-e1，U2=e2（原线圈物理量用下角标1表示，副线圈物理量用下角标2表示），其复有效值为U1=-E1=jN1ωΦ、U2=E2=-jN2ωΦ，令k=N1/N2，称变压器的变比。由上式可得U1/ U2=-N1/N2=-k，即变压器原、副线圈电压有效值之比，等于其匝数比而且原、副线圈电压的位相差为π。 进而得出： U1/U2=N1/N2 在空载电流可以忽略的情况下，有I1/ I2=-N2/N1，即原、副线圈电流有效值大小与其匝数成反比，且相位差π。 进而可得 I1/ I2=N2/N1 理想变压器原、副线圈的功率相等P1=P2。说明理想变压器本身无功率损耗。实际变压器总存在损耗，其效率为η=P2/P1。电力变压器的效率很高，可达90%以上。 3. 特征参数 额定容量 指变压器工作状态下的输出功率，用视在功率表示。用SN 表示，单位为KVA或VA。 额定电压 指单相或三相变压器出线端子之间施加的电压值。用UN表示，单位为KV或V。一次额定电压用UN1 表示，二次额定电压用UN2表示。 额定电流 指在额定容量和允许温升条件下，通过变压器一、二次绕组出线端子的电流，用IN表示，单位KA或A。一次绕组电流用IN1表示，二次绕组电流用IUN21 表示。 额定频率 批变压器设计时所规定的运行频率。用ƒN 表示，单位赫兹（HZ）。我国规定额定频率为50HZ。 空载损耗 空载损耗也叫铁损，指当以额定频率的宝宝电压施加于一侧绕组的端子上，别一侧绕组出线开路时，变压器所吸取的有功功率，用P0表示，单位为W或KW。空载损耗主要为铁芯中磁滞损耗和涡流损耗，其值大小与铁芯材质、制作工艺密切相关，一般认为一台变压器的空载损耗不会随负荷大小的变化而变化。 空载电流 变压器次级开路时，初级仍有一定的电流，这部分电流称为空载电流。空载电流由磁化电流（产生磁通）和铁损电流（由铁芯损耗引起）组成。对于50Hz电源变压器而言，空载电流基本上等于磁化电流。用I0表示。通常用空载电流占额定电流的百分数表示，即I0（%）=（I0/IN）×100%。变压器容量越大，数值越小。 负载损耗 负载损耗也叫短路损耗、铜损，是指当带分接的绕组接在其主分接位置上并接入额定频率的电压，另一侧绕组的出线端子短路，流过绕组出线端子的电流为额定电流时，变压器所消耗的有功功率，用PK表示。单位为W或KW。负载损耗的大小取决于绕组的材质等，运行中的负载损耗大小随负荷的变化而变化。 变比 批变压器高压侧额定电压与低压侧额定电压之比，即UN1/UN2。 绝缘电阻 表示变压器各线圈之间、各线圈与铁芯之间的绝缘性能。绝缘电阻的高低与所使用的绝缘材料的性能、温度高低和潮湿程度有关. 阻抗电压（%） 把变压器的二次绕组短路,在一次绕组慢慢升高电压,当二次绕组的短路电流等于额定值时,此时一次侧所施加的电压.一般以额定电压的百分数表示. 相数 三相开头以S表示，单相开头以D表示。 联结组标号 根据变压器一、二次绕组的相位关系,把变压器绕组连接成各种不同的组合,称为绕组的联结组。为了区别不同的联结组,常采用时钟表示法,即把高压侧线电压的相量作为时钟的长针,固定在12上,低压侧线电压的相量作为时钟的短针,看短针指在哪一个数字上,就作为该联结组的标号.如Dyn11表示一次绕组是（三角形）联结，二次绕组是带有中心点的（星形）联结，组号为(11)点。 4. 产品型号 4.1 产品类别代号 O-自耦变压器，通用电力变压器不标 H-电弧炉变压器 C-感应电炉变压器 Z-整流变压器 K-矿用变压器 Y-试验变压器 4.2 相数 D-单相变压器 S-三相变压器 4.3 冷却方式 F-风冷式 W-水冷式 注：油浸自冷式和空气自冷式不标注 4.4 油循环方式 N―自然循环 O―强迫导向循环 P―强迫循环 4.5 绕组数 S―三绕组 注：双绕组不标注 4.6 导线材料 L―铝绕组 注：铜绕组不标注 4.7 调压方式 Z―有载调压 注：无载调压不标注 4.8 性能水平代号（设计序号） 4.9 特殊用途或特殊结构代号 Z――低噪声用； L――电缆引出 X――现场组装式； J――中性点为全绝缘； CY――发电厂自用变压器 4.10 变压器的额定容量 变压器的额定容量，单位为KVA。 4.11 变压器的额定电压 变压器的额定容量，单位为KV。 5. 常用变压器 5.1油浸式变压器 配电变压器为工矿企业与民用建筑供配电系统中的重要设备之一，它将10（6）kV或35kV网络电压降至用户使用的230/400V 母线电压。此类产品适用于交流50（60）Hz，三相最大额定容量2500kVA（单相最大额定容量833kVA，一般不推荐使用单相变压器），可在户内（外）使用，容量在315kVA 及以下时可安装在杆上，环境温度不高于40℃，不低于-25℃，最高日平均温度30℃，最高年平均温度20℃，相对湿度不超过90%（环境温度25℃），海拔高度不超过1000m。 10kV级S11系列配电变压器技术参数： 5.2干式变压器 干式变压器广泛用于局部照明、高层建筑 、机场，码头CNC机械设备等场所，简单的说干式变压器就是指铁芯和绕组不浸渍在绝缘油中的变压器。冷却方式分为自然空气冷却（AN）和强迫空气冷却（AF）。自然空冷时，变压器可在额定容量下长期连续运行。强迫风冷时，变压器输出容量可提高50%。适用于断续过负荷运行，或应急事故过负荷运行；由于过负荷时负载损耗和阻抗电压增幅较大，处于非经济运行状态，故不应使其处于长时间连续过负荷运行。 10kV级SCB10系列配电变压器技术参数： 5.3干式变压器与油式变压器比较 6.箱变（组合箱式变电站） 6.1概述 箱式变电站，又叫预装式变电所或预装式变电站。是一种高压开关设备、配电变压器和低压配电装置，按一定接线方案排成一体的工厂预制户内、户外紧凑式配电设备，即将变压器降压、低压配电等功能有机地组合在一起，安装在一个防潮、防锈、防尘、防鼠、防火、防盗、隔热、全封闭、可移动的钢结构箱，特别适用于城网建设与改造，是继土建变电站之后崛起的一种崭新的变电站。箱式变电站适用于矿山、工厂企业、油气田和风力发电站，它替代了原有的土建配电房，配电站，成为新型的成套变配电装置。 近年来，低压供电的负荷密度不断增大，对供电的可靠性和质量也提出了很高的要求。在这种情况下，如果以某一较大容量的变电所为中心，以低压向周围的用户供电，将耗费大量的有色金属，电能损耗很大，还不能保证供电质量。反之，如果以高电压深入负荷中心，在负荷中心建变电所，就能缩短低压供电半径，提高供电质量，节约有色金属，降低电能损耗。在负荷中心最适宜建设箱式变电所。 高压／低压预装箱式变电站(所)也称为箱式变电所或组合式变电所（组合箱式变电站）、成套变电站、可移动变电站，产生于二十世纪七十年代，国内已有若干厂家生产。其构造大体上是一个箱式结构，设有高压开关小室、变压器小室及低压配出开关小室三个部分，额定电压为10、35kV，可安装1600kVA及以下变压器。其特点是：占地面积小；工厂化生产、速度快、质量好；施工速度快，仅需现场施工基础部分；外形美观，能与住宅小区环境协调一致；适应性强，具有互换性，便于标准化、系列化；维护工作量小，节约投资。 因此，箱式变电所无论国外、国内都受到重视与欢迎，可得到普遍地应用，是非常有前景的电气设备，已被广泛用于工厂、矿山、油田、港口、机场、车站、城市公共建筑、集中住宅区、机关单位、学校、商业大厅和地下设施等场所。 目前，国内各种不同型号的组合式变电站品种很多，其中包括户外式、户内式、全封闭型、半封闭型，带走廊型、不带走廊型，组合式、固定式、装置式，干式变压器、油浸变压器，终端供电、环网供电等，可适应不同用户的需要。高压、变压器、低压三室的布置方式为目字形排列或品字形分隔方案。高压室设备元件选用引进、国产或进口的环网柜、负荷开关加限流熔断器、真空断路器。低压室由动力、照明、计量及无功补偿柜构成。通风散热设有风扇、温度自动控制器、防凝露控制器。箱壳大都采用普通或热镀锌钢板、铝合金板，骨架用成型钢焊接或用螺栓连接。 6.2分类 箱变型式可分为欧式、美式和一体化式。欧式箱变是将变压器作为一个单独部件，集高压柜、变压器、低压柜三位一体，按一定的接线方案组合在一个或几个箱体而构成紧凑型成套配电装置。箱体有两种构成方式，即“目”字形布置和“品”字形布置。“目”字形布置的高低压室较宽，便于实现环网或双电源接线的环网供电方案。 欧式箱变的高压室一般是由高压负荷开关、高压熔断器和避雷器等组成的，可以进行停送电操作并且有过负荷和短路保护。低压室由低压空气开关、电流互感器、电流表、电压表等组成的。变压器一般采用 S9 或干式的等。 美式箱式组合变压器，其结构分为前后两部分，前部为接线柜，接线柜内包括高低压端子、高压负荷开关、插入式熔断器、高压分接开关操作手柄、油位表、油温计等；后部是油箱体及散热片，变压器绕组、铁心、高压负荷开关、插入式熔断器都在油箱体内。箱体采用全密封结构。一体化箱变为最近国内厂家研制，应用还不广泛，为双层结构，高、低压室置于变压器室上面。 欧式、美式和一体化式箱变各有优缺点，欧式箱变的体积较大，高低压开关和变压器都设于一个大壳体内，散热条件差，需装机械排风装置。美式箱变由于变压器冷却片直接对外散热，散热条件相对较好，但其造型较欧式差，其外观难与住宅小区等绿化环境配合。一体化箱变占地更少，优、缺点与美式箱变相似。另外，美式、一体化式箱变现国内只能制造630kVA容量以下的，欧式箱变却可达1250kVA。 普通箱式变电所型号分为三类 （1）高压开关设备型号； （2）干式变压器柜型号； （3）低压开关设备型号。 前三位字母符号的意义是： Z-组合式；B-变电站；N(W)-户内(户外，可不加)；X-箱式；Y-移动式。 6.3基本结构 箱式变电站结构与各种接线设备所需空间有关。环网、终端供电线路方案，设计有封闭、半封闭两大类,高低设备室分为带操作走廊和不带操作走廊式结构，可满足六种负荷开关、真空开关等任意组合的需要。高压室、变压器室、低压室为一字形排列，根据运输的要求设计有整体式和分单元拆装式两种。 箱体采用钢板夹层(可填充石棉)和复合板两种，顶盖喷涂彩砂乳胶。箱体具有防雨性能。为监视、检修、更换设备需要设计通用门，即可双扇开启也可单扇开启，变压器室设有两侧开门的结构。变压器小室有供变压器移动用的轨道(外壳明显处设置铭牌和危险标志)。 变电站的高低压侧均应装门，且有足够的尺寸，门向外拉，门上有把手、锁、暗闩，门的开启角度不小于90°，门的开启有相应的连锁。高压侧满足“五防”的要求。不带电情况，门开启后有可靠的接地装置，在无电压信号指示时，方能对带电部分进行检修。高低压侧门打开后，有照明装置，确保操作检修的安全。 外壳有通风孔和隔热措施，必要时可采用散热措施，防止内部温度过高。高低压开关设备小室内的空气温度应不致引起各元件的温度超过相应标准的要求。同时还采取措施保证温度急剧变化时，内部无结露现象发生。当有通风口时，应有滤尘装置。 箱式变电所的进出线方式可为下列 4 种之一：架空线进出、电缆进出、架空线进电缆出、电缆进架空线出。 箱式变电所高压受电设备采用高压负荷开关串接熔断器的方案，这种方案目前在国外城网配电领域里得到了广泛的应用，特别是作为箱式变电所高压受电保护方案尤为适宜。这主要是由于： (1)这种保护方案基本能满足大多数箱式变电所使用场合的负荷情况，既能控制、分断正常负荷电流，又能承受和保护短路故障。 (2)由于体积小，易于在有限的空间内实现高压环网方案，从而更好地突出箱式站体积小的特点。 (3)线路简单，维修保养工作量小，特别适合箱式变电所无人值班的实际使用情况 (4)成本大大降低。断路器成本通常为相同额定参数负荷开关的2～3倍，采用高压负荷开关串接熔断器代替断路器突出了箱式站的自身特点，增加了与土建变电所的竞争能力。 目前国内几乎所有的生产厂，都在使用这种高压保护方案，它是箱式变电所高压受电设备的发展方向。 箱式变电所10kv配电装置常用负荷开关加熔断器和环网供电装置，从邻近架空线连接到变压器高压端。进线方式可采用电缆线或架空绝缘线。作为公用箱式变电所时，箱式变电所的低压出线视变压器容量而定，一般不超过4回，最多不超过6回，也可以一回总出线，到临近的配电室再进行分支供电。作为独立用户用箱式变电所时，可以采用一回路供电。 干箱式变电所的过电压保护，目前大多数箱式变电所内都装有避雷器，作为站内变压器和其他高压受电设备的过电压保护。 国内箱式变电所变压器低压侧主开关大致采用DZl0、DWl0、DWl5型3种自动开关，低压侧支路上采用的电器，大致有BM、BT系列熔断器和DZ、DW系列自动开关。在箱式变电所变压器容量为200～630kVA时，采用DWl0或DWl5作为低压主开关。当容量超过800kVA时，应尽量选用DWl5开关。 6.4常用箱式变压器介绍 美式箱式变是将变压器、负荷开关、保护用熔断器等设备统一设计，变压器的绕组和铁芯、高压负荷开关及保护用熔断器都在同一充满油的箱体内，没有相对独立的高低压开关柜。箱体为全密封结构，采用隐蔽式高强度螺栓及硅胶来密封箱盖；而低压室另外独立设置于油箱外。美式箱式变分为前、后两个部分，前面为高、低压操作间隔，操作间隔内包括有高低压套管、负荷开关、无载调压分接开关、插入式熔断器、压力释放阀、温度计、油位计、注油孔、放油阀等；后部为箱体及散热片。 欧式箱式变(预装式变电站)是将高压开关设备、配电变压器和低压配电装置放置在三个不同的隔室内，通过电缆或母线来实现电气连接的设备。高低压开关柜相对独立紧凑组合并与变压器预装在可以吊装运输的箱体内，变压器室、高压室及低压室都装有独立的门，因而其体积比美式箱式变较大。 地埋式变压器是一种将变压器、高压负荷开关和保护熔断器等安装在油箱之中的紧凑形组合式配电设施，安装时置于地坑之中。它具有不占用空间、可以在一定时间内浸没在水中运行、免维护等特点，有利于节约城市配电设施占地面积，因此在城网改造和建设中有广泛的应用前景。
一、电源电路 电子电路中的电源一般是低压直流电，所以要想从 220 伏市电变换成直流电，应该220 伏交流变成低压交流电 ， 再用整流电路变成脉动的直流电 ， 最后用滤波电路滤除脉流电中的交流成分后才能得到直流电。有的电子设备对电源的质量要求很高， 所以有需要再增加一个稳压电路。 交流——>变压——>整流——>滤波(得到不稳压直流)——>稳压管——>稳压直流 二、整流电路 三 滤波电路 ( 1 )电容滤波 把电容器和负载并联，如图 3 ( a ) ，正半周时电容被充电，负半周时电容放电，就 可使负载上得到平滑的直流电。 ( 2 )电感滤波 把电感和负载串联起来，如图 3 ( b ) ，也能滤除脉动电流中的交流成分。当通过电感线圈的电流增大时，电感线圈产生的自感电动势与电流方向相反，阻止电流的增加，同时将一部分电能转化成磁场能存储于电感之中;当通过电感线圈的电流减小时，自感电动势与电流方向相同，阻止电流的减小，同时释放出存储的能量，以补偿电流的减小。因此经电感滤波后，不但负载电流及电压的脉动减小，波形变得平滑，而且整流二极管的导通角增大。 ( 3 ) L 、 C 滤波 用 1 个电感和 1 个电容组成的滤波电路因为象一个倒写的字母 “ L ” ， 被称为 L 型 ，见图 3 ( c ) 。用 1 个电感和 2 个电容的滤波电路因为象字母 “ π ” ，被称为 π 型 ， 见图 3 ( d ) ，这是滤波效果较好的电路。 ( 4 ) RC 滤波 电感器 的成本高、体积大，所以在电流不太大的电子电路中常用电阻器取代电感器而组成RC 滤波电路。同样，它也有L 型，见图3 ( e ) ; π 型，见图3 ( f ) 。 本文来源:柴油车服务俱乐部
最近项目用到了开关电源给BMS充电的内容，由于我一直是做软件的，对硬件也是一窍不通，所以自学了一段时间，借此希望能入门（入坑）硬件，希望也对读者有帮助。 为什么选用开关电源（电池包充电器）入门硬件比较合适？ 我认为主要原因有几个1.因为我现在就在做相关项目1.开关电源可简单可难。最简单DC/DC的buck电路，只需要一个电源芯片和几个电容即可完成。但是当需要考虑散热、效率、负载对电源输出纹波要求，电压电流调节，EMC等等，整个项目就会变得很复杂。 2.电池包充电器属于AC/DC架构，需要把对初级和次级进行隔离和保护。同时需要给电池包21V充电（涓充、恒流、恒压），需要可以调节充电器输出的电压电流。 3.调节电压电流，做充电模式转换，做过压欠压，过温低温，过流等等保护，那么就需要单片机，这里就涉及到LDO的相关知识。 4.电池包充电器的整个拓扑结构，涉及到的元器件有：保险丝、电容（X电容、Y电容、陶瓷电容、铝电解电容、钽电容）、电感、电阻（分压电阻、检流电阻、NTC、压敏电阻）、磁环、变压器、MOS管、三极管、LDO、光耦、二极管（整流二极管、肖特基二极管）、LED灯、电源管理芯片……基本上把常用元器件涵盖在内了。 5.在测试充电器性能时，需要用到的设备非常多，包括：万用表、可调输入电源、电子负载仪、示波器、电流检测仪…… 6.电池包充电器，那当然需要了解锂离子电池的诸多特性了。同时，智能充电器可能需要与电池包进行通信，这里就增加了一个通信的问题，即如何做到稳定可靠的通信？等等等等，不一而足。 好的电源在系统中起到什么作用？ 项目进行的过程中，慢慢地对电源有进一步的认知。站在一个消费电子用户的角度看，以前我总认为电源挺讨厌的，在一个系统里占据了大量的空间，还会发热浪费了宝贵的电力资源，更有可能电源自身会故障，使整个系统瘫痪。但是，当我真正开始了解电源时，我才了解电源在整个系统的位置是那么地重要，一个好的电源，可以让给各种用电设备进行供电，保护系统不受外界严酷的环境受到干扰。 电压稳定：优质的电源能够稳定输出电压，避免因电压波动导致设备损坏或性能下降。 电流过载保护：当电流超过设备或线路的承载能力时，电源会自动切断电流，防止设备损坏或火灾等安全事故。 电磁干扰抑制：好的电源设计能有效抑制电磁干扰（EMI），确保系统内部的数据传输和信号处理不受外界电磁场的影响。 高效节能：高效的电源转换效率意味着更少的能量损失，这不仅有助于降低运行成本，还有助于节能减排。 长寿命：优质电源的元器件和材料都经过精心挑选和测试，确保电源具有较长的使用寿命和稳定的性能。 低噪音：好的电源在运行时产生的噪音较低，为用户提供一个安静的工作环境。 智能管理：现代电源往往具备智能管理功能，如远程监控、故障自诊断等，方便用户进行设备管理和维护。 上面引用的部分是GPT的回答，我在设计电源时，确实对这一部分有了更多的认识。例如， 当电机堵转时，电源（电机驱动部分）可以识别瞬间电流过大，提供堵转保护。 当用电设备短路时，电源可以识别到输出电流瞬间过大启动短路保护或输出电压过低而启动低压保护。 当给设备供电的对象是电池时，电池电压会随着放电的进行而降低，此时可以用buck、boost、buck-boost电路给负载供电，保证给到负载的电压稳定。同时，当电池电压过低时，可以进行过放保护，延长电池的使用寿命。 当充电器给电池充电时，例如充电器空载是21V，电池电压是18V，如果直接打开充电器的MOS管，此时相当于两个电容（电池可以看成是超大电容）并联，那么会有瞬间的大电流，此时可以进行软启动，启动电流由过去不可控制的过载冲击电流变为可控制的电流，减小起动时的冲击和压力，避免对设备（充电器、电池）和电网造成过大的负荷。 什么是开关电源 开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。它可以分为隔离式的开关电源和非隔离式的开关电源。 其实，就是对能量的一种转换，其中的核心是PWM控制。开关电源拓扑 开关电源的拓扑结构有很多种，包括但不限于Buck、Boost、Buck-Boost、Flyback、Forward、Two-Transistor Forward、Push-Pull、Half Bridge等。这些拓扑结构都与开关式电路有关，可以根据不同的应用场景和需求进行选择。其中，Buck降压拓扑结构的特点是将输入降至一个较低的电压，其电路简单，电感/电容滤波器滤平开关后的方波，输出电流平滑；Boost升压拓扑结构则是把输入升至一个较高的电压，与降压结构类似但电感等元件的安排方式不同；Buck-Boost降压-升压拓扑结构是电感、开关和二极管的另一种安排方法；Flyback反激拓扑结构类似于降压-升压电路，但电感有两个绕组并同时作为变压器和电感；Forward正激拓扑结构是降压电路的变压器耦合形式；Two-Transistor Forward双晶体管正激拓扑结构则是两个开关同时工作，开关断开时存储在变压器中的能量使初级的极性反向使二极管导通；Push-Pull推挽拓扑结构则是开关（FET）的驱动不同相进行脉冲宽度调制（PWM）以调节输出电压；Half-Bridge半桥拓扑结构则是较高功率变换器极为常用的拓扑结构。在实际应用中，可以根据需要选择适合的拓扑结构以满足性能和效率的要求。 AC/DC是开关电源的一种。这种电源经过高压整流滤波得到一个直流高压，供DC/DC变换器在输出端获得一个或几个稳定的直流电压，功率从几瓦－几千瓦均有。 DC/DC开关电源是一种将直流电能转换为另一种直流电能的装置，它主要由开关管、储能元件、二极管和滤波器等组成。DC/DC开关电源可以根据不同的电路设计和控制方式，实现不同的电压变换和电流控制。 可以看出AC/DC是包含了DC/DC的部分。所以，接下来主要将AC/DC。 AC/DC的实现步骤 AC/DC（交流/直流）是指电源的规格是交流输入直流输出，属于开关电源分类中的一种。对于AC/DC的实现，需要以下步骤： 输入滤波：输入滤波器用于抑制电源噪声和防止电网干扰进入电源。 整流滤波：通过整流器将交流电转换为直流电，同时使用滤波器消除脉动直流电压中的交流成分。 功率转换：通过开关电源电路将直流电转换为高频脉冲信号，然后通过变压器将高频脉冲信号耦合到副边，再通过整流滤波得到输出直流电压。 输出滤波：输出滤波器用于抑制纹波和噪声，以确保输出直流电压的稳定性和精度。 稳压控制：通过控制开关电源电路的占空比，实现输出直流电压的稳定控制。 需要注意的是，AC/DC电源的电路拓扑结构和控制方式可以根据实际应用场景和负载需求进行选择和设计。同时，为了确保AC/DC电源的可靠性和稳定性，还需要进行合理的热设计和电磁兼容性设计。 拆解一个手机充电器（5V2A） 这应该算是最简单的AC/DC充电器了。左边是AC输入，带色环的是保险丝，经过一个整流桥和大电容组成输入整流滤波电路；左下角铝电解电容和安规电容构成EMC区域；中间8pin的DIP封装的是CSC7203，为AC/DC芯片；中上部分一个蓝色的电容，它的上面是一个电阻，还有变压器底下藏着的一个二极管，共同构成RCD电路，主要是吸收MOS管的电压尖峰，防止MOS管被烧坏；CSC7203下面是一个光耦，反馈的作用（原边和副边隔离）；绿色大个的是一个变压器，起到功率转换的作用；右边的二极管和两个电容起到输出整流滤波的作用；右下角的USB，是将输出通过USB线给手机充电。 反激电路的原理 反馈电路的计算 孙老师提到的这里，他一句话带过，其实是这样的：Vout的计算公式如下：I = 2.5V/R2 且 I = V+ /（R1+R2）故V+ = 2.5*（R1+R2）/R2TL431会把R2上方电压Vref稳定在2.5V，假如Vout是5V，那么R1两端承受的电压为2.5V，那么就知道R1与R2的比值为1:1。假如输出电压变高，由于R2上的电压Vref高于2.5V，那么会导致流经TL431的电流变大，光耦PC817的灯变亮，导致晶体管阻值变小，CR6885的FB端电压变小（FB内部有一个电阻），GATE输出的占空比变小，使电压稳定在5V。 输出电压控制 原来R4和R5分压，使得V+为5V如果用单片机控制三极管，就可以让R5和R6并联，等效电阻为5K，那么此时的输出为((5+10)/5）*2.5=7.5V。适当调整电阻阻值，就可以控制输出电压大小。版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_45817947/article/details/134769302
在硬件面试经典中的第 86 题中提到的反激式开关电源，是通过开关通断将交流转变成直流的 AD-DC 开关电源的一种，并且反激式开关电源是由 BUCK-BOOST 电路演变而来，所以博客由浅入深一步一步讲解完反激式开关的知识，让我们开始吧！ 一、升降压电路（ BUCK-BOOST 电路） 在博客DC-DC基础知识 + 硬件电路_dcdc电路-CSDN博客中介绍了升压（BUCK）和降压（BOOST）电路，但是没有介绍升降压电路（BUCK-BOOST电路），现在简单介绍如下。 1.1电路简介 电路结构如下图，电路图由以下部分组成： MOS 管：开关电源的开关。接受PWM波形信号，高电平管子打开，低电平管子关闭。 电感 L ：充放电。吸收电源的能量，并向后级电路释放。 二极管 D：指定电流的流向。 电容 ：平滑输出电流。 图1.1 BUCK-BOOST 电路原理图 1.2 MOS 管打开 当在 PWM 波高电平时，MOS 管打开，电源给电感充电，在电感上形成上上正下负的电压。图1.2 1.3 MOS 管关闭 当在 PWM 波低电平时， MOS 管关闭，电感上的电源突然撤走，电感上感应出与电源供电方向相反的感应电动势，形成如下图的电流方向给负载供电。图1.3 1.4电路说明 1.4.1升降压 BUCK-BOOST 电路输入输出存在公式（理想公式）：其中 D 为 PWM 波的占空比，就是通过调节占空比来实现升降压： 当需要升压时 ，调大占空比，让电感可以吸收更多的能量，增大感应电动势； 当需要降压时，调小占空比，让电感不吸收很多的能量，减小感应电动势。 1.4.2注意 上述介绍的电路是最简单、最理想的 BUCK-BOOST 电路，只是为了说明一下电路原理，有很多问题都没有说清楚，如： 如果供电电源负极是地的话，那么在电路图上二极管正极那一点的电压其实是负电位，需不需要抬高？ 供电电源如果是电池或者输出没有达到预期，需不需要添加输出到 PWM 波控制电路的反馈？ BUCK-BOOST 电路原理很久就提出了，有没有好用、简单的芯片？怎么选择？等等 在硬件面试经典中的第 86 题目给出的电路图，其实就是将上述的 BUCK-BOOST 电路图中的电感换成了变压器，我们逐步来展开介绍。 二、手机充电器原理 2.1初代电源原理 下面是最初代手机充电器的原理，最终可以得到输出稳定的 5V 电源给手机充电。图2.1 但是这种手机充电器很少被使用，原因： 线性电源功率密度低； 发热严重； 体积大。 图2.2 2.2现代开关电源原理 其中仍然有全桥整流电路和变压器，但排列位置发生了变化，同时原来的 LM7805 被一颗 MOS管和控制芯片取代。看到下面的电路，就发现和最开始的 BUCK-BOOST 电路的相似之处了。图2.3 产生了一个方波加在了变压器的左侧绕组上，在变压器的右侧绕组上感应出另一个比较小的电压，经过滤波，就输出 5V 的直流电 （后面会详细讲解）。 2.3比较两个电路 2.3.1变压器体积更小 第一个电路中 220V 的交流电被直接送入变压器，然后输出经过整流滤波就变成了直流电；第二个电路就比较麻烦了，先把 220V 的交流电整流滤波变成直流电，然后将直流电转变成方波才送入变压器中，最后输出直流电。之所以弄得这么麻烦，就是为了减小体积和减少发热。最初的 220V 交流电频率只有 50HZ，而送入变压器的方波频率可达 65KHZ 甚至更高，频率更高的好处就是可以使用更小的变压器。 为什么更高频率的信号就可以使用更小尺寸的变压器？1、变压器的基本原理 变压器的大小主要取决于其铁芯和绕组的尺寸，而这些尺寸与变压器要传输的功率和频率有关。对于给定的功率输出，铁芯的大小（体积）决定了变压器能否有效传输和转换能量，而绕组的线圈数量影响了感应电压的多少 公众号@电路一点通。 2、频率与变压器尺寸的关系 磁通密度与频率：在变压器中，磁通密度（磁场在单位面积上的强度）与施加的交流信号频率成反比。较高的频率意味着磁通在单位时间内变化更快，因此在相同的磁通密度下，铁芯每周期只需要承受较少的磁通变化量。这就意味着使用高频率时，可以用较小的铁芯而不会达到铁芯饱和的情况。 铁芯材料的利用效率：高频信号下，变压器的铁芯材料在高频下的利用率更高。换句话说，在高频率条件下，可以用更少的铁芯材料（即更小的变压器）来传输相同的能量。 3、高频率的其他优势 绕组匝数减少：在高频条件下，由于每周期的时间较短，可以用较少的匝数来达到所需的感应电压。这进一步减小了绕组的尺寸和重量。 变压器的电感和电容效应：在高频条件下，变压器的电感效应更为明显，而漏电感和分布电容的影响相对变小，这样可以设计更紧凑和高效的变压器结构。 2.3.1开关电源取代线性电源 由 MOS 管输出的受控方波，就可以添加反馈回路至控制器通过实时调节方波的占空比来稳定输出电压。以上方案替换掉 LM7805 稳压器，是由于 LM7805 稳压器是线性稳压器，效率低，发热严重。 1. 线性稳压器的工作原理 线性稳压器通过连续调整其内部的电阻来维持稳定的输出电压。当输入电压高于所需的输出电压时，线性稳压器通过将多余的电压转化为热量的方式来降低电压。这是线性稳压器工作的基础： 简单的等效电路：线性稳压器可以被简单地等效为一个可变电阻（或三极管）与负载串联。当输入电压升高时，稳压器会增加其内部电阻，以确保输出电压保持恒定。 能量转换：任何超过输出电压需求的能量都被转化为热量在稳压器上消耗掉。这意味着线性稳压器的效率主要取决于输出电压和输入电压之间的差异。 2. 开关电源的工作原理 开关电源通过高速开关元件（如MOSFET）打开和关闭，以控制输入电压和输出电压之间的能量传递。开关电源通过储能元件（电感和电容）将电能转换和传输。以下是开关电源的关键特点： 高频开关：开关电源工作在高频状态下（通常在几千赫兹到几兆赫兹范围）。高速开关使得输入电压被切割成高频脉冲信号，然后通过变压器或电感进行能量传递和转换。 高效能量转换：由于开关元件（MOSFET）在完全导通或完全截止时工作，理想状态下几乎没有能量损耗。能量只是在电感和电容之间转移，因此能量损耗很小，转换效率可以高达80%-90%以上。 2.4开关电源 开关电源其实是一大类电源的统称，它们的相同之处就是都有 MOS 管构成的开关电路来产生 PWM 波，最后通过整流滤波来输出电压。不同之处就是每一种类型的电路有着完全不用的拓扑结构，有一些里面有电感，有一些里面是有变压器，不同的拓扑结构适用于不同的使用场景，有的适合 100W 以内的电源，有的适合做隔离，有的适用于可调输出的场景。上面介绍的现代开关电源的名称为反激电源，是因为该电源电路中的变压器两个绕组绕制方向是相反的，该电源有隔离的功能，但是支持的功率并不高，大量使用在 ADCD 的电源中，生活中所见的 100W 功率以内的电源大多是都是反激拓扑结构。图2.4 三、反激电源原理 正式进入到反激式开关电源的原理，这一节会制作 220V 转 5V/2A 输出的开关电源。 3.1拓扑结构 在图 2.3 中其他部分都介绍清楚了，除了在上面埋下了一个坑：副级绕组上是怎么感应出一个较小的电压的？其实反激电源最关键的部分就是这个变压器，在之前的刻板印象中： 一般只有交流的正弦波可以穿过这个变压器，并且输入输出电压比就是变压器的匝数比。而只有正电压的方波穿过变压器是整个架构中最精巧的部分。 3.1.1当 MOS 管从关闭到打开时 有变化的电流流入到主绕组，从而在铁芯中感应出一个 变化的磁场，变化的磁场会在副绕组中感应出电压，由于两个线圈缠绕方向相反，故上正下负的电压会在另一边感应出一个上负下正的电压。由于在副边添加了一个反向二极管，故此时的电压不能导通，故在副边其实没有电流。既然没有电流，可以当做副边的电路不存在，所以此时的变压器的初级线圈可以等效成一个普通的电感，电流流入电感就存储能量。 3.1.2当 MOS 管从打开到关闭时 当 MOS 管关闭，电感（初级线圈）上的电源突然被撤走，电感（初级线圈）会感应出来的上负下正的电压来阻止突变，也就是说在这个 MOS 管关闭瞬间，初级线圈两端的电压会瞬间从上正下负变为上负下正。这个电压会正好在次级线圈中感应出一个上正下负的电压，此时符合二极管的导通方向，副边的电路中就有了电流。该电流一部分给电容充电，维持输出电压的稳定，另一部分给后级的负载供电。同时这个过程又将初级线圈中存储的能量给释放出来，能量释放完之后再等待下一次 MOS 管打开给它充电，如此就完成了一个循环。 3.1.3总结 以上就是反激式开关电源的精髓所在，总结成一句话就是：MOS 管打开时给初级线圈储能， MOS 管关闭时，线圈将所储能量释放到次级线圈中。输出电压的计算公式： 3.2拓展电路 拓展的电路增加两部分电路，分别是 RCD 电路和反馈路径，如下图所示。 3.2.1 RCD 电路 由于各种原因，MOS 管产生的 PWM 波存在较大的尖峰，图下图中蓝色的波形图，尖峰的存在很可能导致 MOS 管的烧毁，RCD 电路就是用来吸收这个尖峰的，尖峰产生时，通过下图中红色的通路，迅速被电容吸收，并在剩余的时间里电容向电阻释放自身能量，经过这样的循环，尖峰就会被消减很多，确保 MOS 管的安全。 3.2.2反馈路径 反馈路径用来监测输出电压值： 输出电压 < 5V ，增加 PWM 的占空比； 输出电压 > 5V ，减小 PWM 的占空比； 按照常规的反馈电路设计思想，往往设计出的是两电阻分压反馈电路，如下图：但是由于变压器初级线圈侧都是强电，不可以直接与输出的 5V 弱电有电器连接，所以需要有隔离，故使用光电耦合电路来反馈电压信号。公众号@电路一点通整体电路，传递能量的为磁能，电压反馈回去的能量为光能，原边和副边是完全隔离的。 3.2.3其他 所谓的 AC-DC 广义上其实指的是只有整流桥和电容，这一部分是 220V 交流电转变为 310 伏的直流电，这部分才是真正意义上的 AC-DC。后面剩余部分其实是DC-DC，而反激拓扑结构其实仅仅指的是DC-DC 这部分电路。 3.3电路图 3.3.1全桥整流电路 图中为四个二极管组成的全桥整流电路，将交流电负半轴电路翻转至正半轴，实际制造选择了一个集成好的整流桥芯片，型号是 MB10F ，耐压 1000V ，体积小巧，并且芯片内部二极管一致性比较好。 MB10F 实物图 MB10F 原理图与 PCB 3.3.2输入电容 主要作用是滤波，将整流之后的“馒头波”变成比较平直的波形。电容越大，波形就越平稳，但是受到成本与体积因素也不能无限制的增加电容。公众号@电路一点通一般会按照输出功率配置电容，大致的标准为 2~3uF/W ,本次项目输出位 5V/2A ，也就是 10W ，故选择 33uF 的电解电容，并且电容的正极电压高达 330V ，故电容的耐压要求取 400V （保留裕量）。 3.3.3 RCD 电路 主要用于吸收 MOS管上的尖峰电压，防止 MOS 管被烧坏。既然是吸收尖峰电压的，它的耐压值也会比较高一些，老师选择的是 FR107 ，是一颗耐压 700V 的快恢复二极管，电阻、电容的取值先按照数据手册推荐的来（电阻：150K 1206 ；电容：2.2uF 1206），后期会根据电路实际测试的波形进行微调。 3.3.4变压器 变压器的作用是将高压变为低电压，同时起到一个强电弱电隔离的作用，变压器是整个反激开关电源的核心，但是不同于其他电子元器件可以直接购买现成的产品，变压器一般都需要定制，先给出最后设计出变压器的参数如下图。详情请见 3.5 变压器的机关方法。 3.3.5输出二极管 输出二极管的作用是在原边的 MOS 管打开时截止住感应出的反向电压，并且这个电压有可能会很大，所以这颗二极管的耐压要求会比较高，一般要几十伏。同时在原边 MOS 管关闭时，它又需要承受一个比较大的输出电流，所以这次我选择的是 SB10100，耐压 100V ，最大导通电流 10A 。这颗二极管两端的电压也会存在尖峰，所以也需要给它配置电容、电阻来吸收这个尖峰，取值也暂时按照数据手册推荐值（电阻 22R ；电容 1nF ）。 3.3.6输出电容 输出电容主要影响输出纹波的大小， 选型时主要考虑两个参数：容值大小、ESR（电容寄生电阻），至于两个参数的取值可以根据公式大致推算，但是一开始比较简单的方法是一开始就选择两颗差不多大小的电容，先放上去看看，然后再根据纹波的大小来调节电容的大小。老师保守一点，第一版选择的是两颗 680uF/45mΩ 的电容，这样测量出的纹波大致 130mV 。如果想进一步减小纹波，可以考虑在这两颗电容之间加一颗电感，构成一个 CLC 网络，纹波就可以减小到 30mV ，如下图。 3.3.7电压反馈电路 电压反馈电路作用是向芯片反馈当前的电压值，从而让芯片微调 PWM 的占空比来稳定输出电压，主要过程如下：某时刻输出低于 5V → 下图中蓝色原点的电压降低 → TL431 试图稳定住该点的电压 → TL431 所在通路上电流会减小 → 光偶中的发光二极管变暗 → 将电压不足信号传递到了芯片内部 → 芯片收到信号后增加占空比来抬高电压。注意事项：（1）右侧两个电阻的取值会影响到输出电压，对应的关系如下。（2）光耦需要选择线性光耦，老师选择的型号是 PC817A 3.3.8主芯片 主芯片所涉及的电路如下图所示：本项目老师选择的芯片是 HE500-15，该芯片内部集成了 MOS 管，PWM波产生电路以及反馈和保护电路，是一颗非常典型的反激芯片。这部分电路其实反而是最简单的，直接照着数据手册抄就可以，简单介绍如下：（1）1 号引脚：接反馈（2）2 号引脚：芯片的电源输入。单独在变压器上绕了一个线圈，通过二极管以及电容的整流滤波变成低压直流电后给芯片供电。（4）4 号引脚：MOS 管的漏极，接到变压器的初级线圈。（5）5 号引脚：MOS 管的源级。接两个采样电阻，用来监测输入电流的大小。如果电流太大，就会触发内部的过流保护。（6）6 号引脚：接地。（7）7 号引脚：接过压保护的分压电阻，注意 7 号引脚接入的 VBUS 是在电路一开始，整流后引出的 VBUS 电压。（8）8 号引脚：内部比较电压，接 47nF 的电容即可。（以上序号存在一点问题，但是老师就这么讲了，我就顺着他这么写了。）以上电路是可以工作的，但是需要量产售卖的话，还需要假如一些保护器件和 EMI 器件，否则就只要读懂数据手册即可。 3.4 LAYOUT 要点 3.4.1走线顺畅 下图中蓝色标注出来的为主回流，电流大，故这两条路径走线要尽可能的短，不能绕弯。主回流的原理图 主回流的PCB图（白线） （我画过 PCB ，所以我可以理解老师大致的意思，没有画过的读者，建议自己实操一遍。） 3.4.2电路隔离 初级和次级电路必须要做好隔离，如下图，可以看到两边的地平面都是分开的。 3.4.3防干扰 芯片周边的元件要尽离芯片近，尤其是反馈部分（上面横向的矩形）的元件要远离干扰源。 3.5变压器的计算方式 思考：变压器输入电压和输出电压的比值就是主副线圈的杂数比。但是实际在制作一个变压器，这两个线圈到底应该绕多少圈呢？10 圈和1 圈，以及 100 圈和 10 圈，它们都是 10: 1 的匝数比，那么它们之间会有区别吗？我们又应该用多粗的线去绕制这个变压器呢？铁芯又应该如何选择呢？等等，计算出变压器的所有参数其实是制作手机充电器中最复杂的问题。说明1：因为我这个人比较较真，有点钻牛角尖了，所以我可能会在博客里字里行间的表达没有必要什么都钻牛角尖的想法，表达产品需要一次一次迭代、参数计算没不可能一次就完美实现的想法，如果正在看这篇博客的你没有这个问题的话，略过就好了。说明2：设计该电源需要你对反激电源的原理有足够充分的认识，但是一般的新人又不太了解反激电源的原理，所以就设计不出变压器，那设计不出变压器就做不出反激电源，不亲自做一遍反激电源，你就不可能对反激电源的原理有充分的认识。很多人都会在这个死循环中跳脱不出来了，破局的关键其实就是先别管理论，放下看不懂的知识，公众号@电路一点通用最简单的办法先把反激变压器给设计出来再说，然后再一步一步的迭代学习。 3.5.1确定匝数比 第一步需要根据下面的公式确定匝数比，其中需要讲解的如下： 是指变压器输出（主绕组端）电压的最小值，一般认为 220V 交流电压有效值最低为 185V ，经过整流滤波之后电压值乘以 。 ：输出二极管的导通压降，一般为 0.7V 。 D：最大占比，一般取 0.4 。 综上，可以计算出大致的匝数比为 30。 看到这里不知道你会不会觉得这有点糊弄人，这些参数选取都非常随意，比如说二极管的导通压降，有的可能是 0.6V ，包括最大占空比，那为什么非要是 0.4 呢？0.35 行不行？而一旦修改了这些值，最后的匝数比计算结果也就不是 30 了。这其实也是反激变压器设计时最麻烦的一件事，永远不可能一下子就得到最优解，只要参数在一个差不多的范围之内，最后设计出来的电源其实都是可以工作的，所以一开始我们不需要纠结太多，包括公式是如何推导出来的，也不需要太在意，时刻记住我们今天的目标就是先把第一个变压器计算出来再说，后面再来迭代优化。 3.5.2原边电感 确定好匝数比之后，根据以下公式确定原边线圈的电感值，其中需要解释的部分如下：（因为在 MOS 管打开时，副边就相当于不存在，原边就等效成一个电感，该电感值的大小就直接影响到纹波电流的大小。） ：效率先取估算值为 75%。 ：是指原边电感接受到的频率，也就是芯片的频率 为 65KHZ。 ：输出功率，5V/2A 故输出功率为 10W 。 通过以上计算可得，原边电感值约为 6.2mH 。 3.5.3选定磁芯 磁芯的大小一般和输出功率有关，如下图，因为磁芯越大就可以选用更粗的线，绕更多的线圈，具体选多大的磁芯更多的是经验值。本次输出功率为 10W ，又是第一次设计变压器，稳妥一些选大一号的 EE22，确定磁芯后就确定了磁芯额截面积，如下图。 3.5.4线圈匝数 原边线圈需要根据以下公式计算，需要说明的是： ：原边峰值电流，计算公式在下图中小字附上，不展开讲解。 ：最大磁通密度，一般取值为 0.25T 。 ：最大磁芯面积，上一节中确定的参数。 最后计算出的原边匝数大约为 157 匝，根据一开始算出来的匝比是30，可以算出副边为 15.2 匝，向上取整为 16 匝，再根据匝比反推出原边匝数是 180 匝。本次用的芯片还需要辅助绕组供电，芯片要求的输入电压是 15V 左右， 是 5V 的 3 倍，所以辅助绕组的杂数为 18 圈。 3.5.5绕线的直径 一般来说流过 5A 的电流就需要至少 粗的线，故首先计算出线圈中电流的有效值如下图红色框（省略了计算过程），其中需要解释的部分如下： 计算出的原边线径为 0.15mm，稳妥一些用 0.2mm 直径的。 计算出的副边线径为 0.89mm，稳妥一些采用 0.1mm 直径的，考虑到趋肤效应，故改用 4 根 0.5mm 直径的铜丝，并联起来用会更好一点。 辅助绕组电流比较小，直接用 0.1mm 的就可以 3.5.6交付产家 交付厂家生产之前，还需要提供以下信息： 骨架样式 引脚个数 线圈绕制方向 小 tips： 在前面提到过，反激电源的两个线圈是以相反方向缠绕，需要标注清楚同名端 因为初级线圈比较多，可以采用三明治绕法：先绕一半的初级线圈，然后 依次 绕 次级线圈和辅助线圈，最后再绕初级线圈的剩下的一半，这样耦合的效果会更好。 反激变压器的计算方法有很多，以上介绍的其中最简单的一种，而且计算出的结果也不一定是最优解，甚至两个章节给出的参数都不太一样。实际上这两组参数都可以正常工作，但是都需要做成成品电源后测试，优化迭代。本项目的首要目的是设计出第一个能用的反激变压器，制作出来 后带着板子去学习更多相关的电源知识，充分理解公式的意义，思考如何改进变压器，就会事半功倍，远胜于拿着书本知识从入门到放弃。
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