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来源：极速体育极速体育直播NBA季前赛 发布时间：2023-11-17 08:34:06
我们可以用下面这个由一个电感和一个开关组成的简单电路来学习一下电感的升压原理。下图是电路图：
在这个简单的电感升压电路后面加一个二极管和电容就构成了经典的升压型直流-直流开关电源（switched-mode boost DC-DC power supply）：
当开关闭合期间，由于二极管右侧电压高于左侧，二极管可以有效的预防电容存储的电能通过开关向电源放电。 电容用于减小开关电源纹波，起稳压滤波的作用……
现在的电子科技类产品&设备，我们应用开关电源方式除了效率以外，空载或者待机功耗也慢慢的变重要了！这不仅是因为各种各样的能效标准的执行，也符合实际应用的需求；特别对于一些电子电器甚至大部分的用电设备都需要长时间工作在待机状态。
我们用AC/DC的开关电源系统，不同的产品应用要求不一样，有500mW、300mW、再到100mW，后面还会要求充电器达到10mW以下功耗要求！我用FLY为例来进行理论和实际的测试分析
1.工作时脉冲电流会造成的共模电感的内阻损耗加大适当设计共模电感，包括线径和匝数对待机功耗也会有帮助
2.输入滤波器X电容放电电阻上的损耗；在符合安规的前提下加大放电电阻的阻值
这里最大的损耗就来自于X电容放电的电阻。大部分的安规标准都要求1s内把X电容的电压放到安全电压以下。这样容值越大，放电的电阻就越小，损耗也就越大。举个例子，0.47uF的电容并联3.3M的电阻，230Vac条件下的空载损耗就有~18mW。
在实际应用中对于输入滤波器主要来解决产品EMI-传导的问题；开关电源系统越大的功率输出等级，需要采用的滤波器的阶数会大于1阶；特别是越靠近150KHZ的低频段EMI干扰采用X电容差模滤波是最有效的。
结论：从上面的测试数据先优化输入部分的损耗-合理设计输入滤波器也会有挑战；当然开关电源-IC的功能&控制技术对待机功耗的优化同时也会是挑战……
开关电源环路的设计很复杂，最可靠的方法是用网络分析仪实际测量出功率电路的bode图，然后根据实测的bode图采取对应的补偿器。但是，网分设备有一定的使用门槛，且并不是每个工程师都能配备，所以网分实测的方法注定不适用大多数工程师。
下面介绍一种方便快捷的方法，能使工程师在设计控制环路前，先大概估算一下环路补偿器的参数，虽然有一定的误差，但对补偿器电路的选择是有指导意义的。先说说它的优点：
3）设计的补偿器参数完全不需要数学推导，只需要将所需要的穿越频率和相位裕度输入进去，所有补偿器参数都由matlab的PID工具箱自动完成计算工作，只需要确定该补偿器的类型即可。
下面用一个电源实例来说明怎么样做操作。在开始之前，先确认你的电脑里面安装了simplis、matlab 2020和excel。matlab 2020以前的版本未试过，可能会和现有的版本在操作上有区别。如果matlab安装中不知道怎么选装工具箱，那就选完全安装，现在开始。
反馈采用电流电压双闭环的形式，内环为电流环路，外环为电压环路。所以环路设计的步骤为：
先从内部电流环开始。功率电路电流环开环传递函数及bode图，仿真电路图如下：
二、V3信号源用来产生锯齿波，该锯齿波的幅值为15V，与现实中的PWM芯片内部的信号并不一致，所以要仿真实际电路，要输入实际的锯齿波的幅值。
三、V14电压源的电压值设定为3V，会产生20%的占空比PWM波形。在350V的输入电压时，输出电压在440V左右，输出电流为1A。所以这样的直流偏置符合电路的额定工作状态，因此，V14设定为3V是合适的……
开关电源发展了这么多年，其拓扑结构也慢慢变得繁杂，下面图中所示是TI（德州仪器）公司发布的一个电源设计工具中列出的一些常用拓扑结构：
从上到下依次来看，有：BUCK、Synchronous BUCK、Series Cap BUCK、Boost、Inverting BUCK-BOOST、CUK、Sepic、Zeta…有没有很多？是不是听名字都觉得晕了，确实如此，理论上讲，可以有几十上百种拓扑可以被用到开关电源中，而目前常用的拓扑就是上述这些。为了看起来调理些，可以将上述拓扑分为隔离拓扑和非隔离拓扑两大类，而非隔离拓扑中的BUCK、BOOST、BUCK-BOOST这三种拓扑又是所有拓扑中的基础，其他的所有复杂拓扑都是由这三种拓扑演变而来的。所以，下面先介绍这三类拓扑的结构，特点、基本工作原理（定性）和应用：
如图2所示，是BUCK拓扑的结构。当开关管导通时，输入电压通过开关管Q1、电感L1对负载提供能量，同时为L1、Co进行储能;当开关管关断时，L1、Co对负载提供能量，二极管D1为储能电感提供续流泄放路径，Ci作为输入电容，起到抑制输入纹波电压的作用。其输入输出传递函数如下：
可以看到，这种拓扑只能轻松实现降压，输入电流斩波，输出电流连续，结构相对比较简单，是所有拓扑中最基础的，但却也是应用最广泛的一类：多用于低压大电流场合的POL电源，如PC、服务器主板、交换机等计算机通信领域。
如图3所示，是BOOST拓扑的结构。当开关管Q1导通时，输入电压对电感L1提供能量进行储能，同时负载由电容Co来提供能量；当开关关断时，输入电压与电感L1通过二极管D1共同为负载提供能量，同时电容Co充电以补充在开关管导通期间损耗掉的能量。
可以看到，这种拓扑只能轻松实现升压，输入电流连续，输出电流斩波，结构相对比较简单，是BUCK拓扑的重新组合，可以简单理解为BUCK的反向应用，它也是应用十分普遍的一类拓扑：如中大功率AC-DC中的PFC电路、一些小功率备电应用。
如图4所示，是BUCK-BOOST拓扑的结构。当开关管Q1导通时，输入电压对电感L1提供能量进行储能，同时负载由电容Co来提供能量；当开关关断时，电感L1通过二极管D1逆时针续流，同时为负载提供能量，电容Co充电以补充在开关管导通期间损耗掉的能量。
可以看到，这种拓扑能轻松实现升压和降压，但输出和输入极性相反，输入电流和输出电流均斩波，是BUCK拓扑的另一种组合，这一类拓扑目前应用不如前面两种广泛，但它的隔离变形衍生出的一种拓扑却得到了广泛应用。
如图5所示，是Flyback拓扑的结构。当开关管Q1导通时，输入电压对变压器提供能量进行储能，同时负载由电容Co来提供能量，二级管D1反向偏置；当开关关断时，变压器通过二极管D1为负载提供能量，同时电容Co充电以补充在开关管导通期间损耗掉的能量……
本文主要对开关电源——家用电磁炉中的保护电路进行系统分析，具体电路如下所示，保护功能包括：输入保护、浪涌保护、过压保护、过流保护、温度保护，另外对该电源中的取电、驱动、直流风扇驱动与控制、过零检测、辅助供电、市电取电等电路进行简单分析。
主电路工作于ZVS谐振方式，具体电路如下图所示：利用电容Cr与变压器漏感进行谐振，以实现开关ZVS功能；该电源采用IGBT作为开关，由于该电路只用于分析工作原理，所以利用脉冲源对IGBT进行驱动，通过调节脉冲源占空比测试零电压是不是达到，并且开关频率根据负载特性进行具体设置。
仿真设置和测试波形分别如下图所示：Z1和DZ的耐压很重要，过压击穿之后工作状态将发生很大变化；空心变压器电感L1、L2和耦合系数K1很重要；驱动信号V(Vdrive:+)开通和关断瞬间IGBT集电极电压V(ZC)均接近0V——零电压开通和关断，此时输出平均功率约为1.5kW、IGBT平均功耗约为26W。
工作原理：采用电阻分压及电容延时方式跟踪谐振电路两端电压变化，自激振荡回路、启动工作OPEN口、检测合适锅具PAN口；RJ1、RJ2 和RJ3、RJ5、RJ52 分别接到谐振电容与线盘两端，静态时A（－端）比B（＋端）电压要低（通常两端电压压差在0.2-0.4V比较理想），C点输出高电平；C16电容两端均为高电平，所以不起作用，D点由于连接RJ17上接电阻也被拉高，静态时OPEN端口通常被MCU设置为低电平，由于E点与OPEN端口连接二极管D15，当OPEN端口被置低时E点电压钳位在0.7V，此时D（－端）电压比E（＋端）电压高，导致I点（2 脚）输出低电平，控制IGBT关闭，电源不能加热；C18、C20电容用于调节谐振电路同步，减少燥音及温升过高；C21为反馈电容，当14脚输出低电压时反馈信号连接到9脚，使9脚电压拉低，加速14脚更快达到低电平。
1、首先在G点发出脉宽十几微秒的高电平(检锅脉冲)信号，通常每秒一次，E点由于二极管D15作用反偏截止，由PWM端口输出脉宽由电容平波后送到E点，E点电压也有十几微秒高电平，由于OPEN端口瞬间高电平输出，由于电容C22耦合作用，A点（－端）瞬间升到5V，A点电压比B点（＋端）高，C点输出低电平；电容C16同样发挥耦合作用，将D点电压拉低，所以E点电压比D点电压高，I点输出高电平，IGBT导通，LC组合开始产生振荡。
2、启动后在C点产生一连串脉冲波形，放上锅具时LC组合产生的振荡好似与负载串联，很快将其储能消耗殆尽，在C点产生的脉冲数量也减小，CPU通过检验测试端口检测C点脉冲数量以判断是否有锅或放入合适锅具；无锅或锅具不适合时谐振后波形衰减很慢，检测脉冲数量具大；另外，如果一直检测到高电平，说明线盘未接好或同步电路出现问题。
3、当检测到合适锅具时，因为谐振后波形衰减很快，所以检出脉冲数量会很少；CPU设置G点（OPEN）一直输出高电平进行工作，E点电压由PWM输出脉宽控制，最终实现功率输出控制；各点工作波形如下图所示。