工程师不可不知的开关电源关键设计（一）

就其工作状态来讲，待机控制电路VQ822、VQ832只工作在两种状态：饱和导通状态和截止状态。工作在饱和导通状态时，开关电源的输出电压下降;工作在截止状态时，开关电源输出电压转到正常值。所以，在开关电源中，待机控制电路出故障，只会造成开关电源输出电压低于正常值，而不会出现输出电压高故障。因此，在检修开关电源输出电压低故障时，判定待机控制电路是否存在故障的有效方法是将待机控制电路从电路中断开，若断开待机控制电路后，开关电源输出电压恢复到正常值，则可判定开关电源输出电压低故障在待机控制电路。检修待机控制电路时，应当只对VQ832、VQ22、VD836组成的电路进行检查就可以了。

稳压电路的作用既然是对开关电源输出电压的高低进行调整，最终保证开关电源输出电压不变。因此，对开关电源而言，稳压电路出故障，应当有两类故障现象：一是开关电源输出电压高，二是输出电压低。在开关电源输出电压高故障中，又有不同的故障表现形式。归纳起来，又有如下几种故障现象：(1)开关电源有稳定的、高于正常值的电压输出;(2)开关电源只在开机瞬间有大大高于正常值的电压输出，其输出电压很快降为“0”;(3)开关电源工作在待机状态时，有比待机时正常电压高的电压输出，在由待机状态转为正常工作状态后，输出电压正常;(4)开关电源工作在待机时，输出电压正常，在由待机状态转入正常工作状态后，输出电压高于正常值。

在输出电压高的四种故障现象中，第一、二种故障现象的故障范围应当在稳压电路和待机控制电路中的公共通道电路。稳压电路和待机控制电路的公共通道电路由NQ838、NQ821组成，因此，在检修开关电源有稳定的、高于正常值的电压输出和开机瞬间有较高电压输出，但很快降为“0”故障时，检查范围应当局限于NQ838周边电路和NQ821。提出上述观点的理由是：在开关电源中，在NQ838周边电路和NQ821正常情况下，只有待机控制电路和稳压电路中的取样组件同时损坏的情况下，才会出现开关电源有稳定的、高于正常值的电压输出和开机瞬间有较高电压输出，并很快降为“0”故障。而实际上，电视机开关电源中待机控制电路和稳压电路中的取样组件电路同时损坏的概率很小，在同一电路中几乎不可能，这就说明第一、二种故障现象的故障范围在NQ838周边电路和NQ821。

在开关电源输出电压高的第三种故障现象中，开关电源由待机状态转到正常工作状态后，输出电压正常，说明开关电源中的稳压电路不存在故障，由此进一步说明NQ838周边电路和NQ821是正常的，这就很清楚的说明，造成第三种故障的原因是待机控制电路存在故障，检修时，只要对由VQ833、VD836组成的待机控制电路进行检查就行了。

对于开关电源输出电压高的第四种故障，应当说其故障表现形式与第三种故障表现形式有相似之处。由于开关电源工作在待机状态时，输出电压正常，这就说明，待机控制电路和由NQ821、NQ838组成的电路不存在故障，在稳压电路中，如果待机控制电路和由NQ821、NQ838组成的电路不存在故障，其故障就只能在稳压电路中的取样组件电路了，所以，检修第四种故障时，仅对稳压电路中的取样组件NQ833进行检查就行了。

三、开关电源设计的噪声降低法

开关电源的特征就是产生强电磁噪声，若不加严格控制，将产生极大的干扰。下面介绍的技术有助于降低开关电源噪声，能用于高灵敏度的模拟电路。

1　电路和器件的选择

一个关键点是保持dv/dt和di/dt在较低水平,有许多电路通过减小dv/dt和/或di/dt来减小辐射，这也减轻了对开关管的压力，这些电路包括ZVS(零电压开关)、ZCS(零电流开关)、共振模式.(ZCS的一种)、SEPIC(单端初级电感转换器)、CK(一套磁结构，以其发明者命名)等。

减小开关时间并非一定就能引起效率的提高，因为磁性元件的RF振荡需要强损耗的缓冲，最终可以观察到不断减弱的回程。使用软开关技术，虽然会稍微降低效率，但在节省成 本和滤波/屏蔽所占用空间方面有更大的好处。

2　阻尼

为了保护开关管免受由于寄生参数等因素引起的振荡尖峰电压的冲击常需要阻尼。阻尼器连到有问题的线圈上，这也可以减小发射。

阻尼器有多种类型：从EMC角度看，RC阻尼器通常在EMC上是最好的，但比其他的发热多一些。权衡各方面的利弊，在缓冲器中应谨慎使用感性电阻。

3　磁性元件有关问题及解决方案

特别需注意的是电感和变压器的磁路要闭合。例如，用环形或无缝磁芯，环形铁粉芯适合于存储磁能的场合，若在磁环上开缝，则需一个完全短路环来减小寄生泄漏磁场。

初级开关噪声会通过隔离变压器的线圈匝间电容注入到次级，在次级产生共模噪声，这些噪声电流难以滤除，而且由于流过路径较长，便会产生发射现象。

一种很有效的技术是将次级地用小电容连接到初级电源线上，从而为这些共模电流提供一条返回路径，但要注意安全，千万别超出安全标准标明的总的泄漏地电流，这个电容也有助于次级滤波器更好的工作。

线圈匝间屏蔽(隔离变压器内)可以更有效地抑制次级上感应的初级开关噪声。虽然也曾有过五层以上的屏蔽，但三层屏蔽更常见。靠近初级线圈的屏蔽通常连到一次电源线上，靠近次级线圈的屏蔽经常连到公共输出地(若有的话)，中间屏蔽体一般连到机壳。在样机阶段最好反复实验以找到线圈匝间屏蔽的最好的连接方式。

以上两项技术也能减小输入端上感应的次级开关噪声。适当大小的输出电感可以将次级交流波形变成半正弦波，因此可以显著地减小变压器绕组间噪声(直流纹波).

4　散热器

散热器与集电极或TO247功率器件的漏极之间有50pF的电容，因此可以产生很强的发射。仅仅直接地把散热片连到机壳，这只是把噪声引向大地，很可能不能减小总体发射水平。

较好的做法是：把它们连到一恰当的电路结点——一次整流输出端，但要注意安全要求。具有屏蔽作用的绝缘隔离片可以连接到开关管上，把它们屏蔽内层接至一次整流端，散热片要么悬浮要么连到机壳。

散热片也可以通过电容连到有危险电压的线上，电容的引线和PCB轨线构成的电感可能会与电容 “谐振”，这可对解决某些特殊频率上的问题特别有效。应该在样机上多次试验，最终找到散热片的最佳安装方法。

5　整流器件

用于一次电源上的整流器和二次整流器，因为其反向电流，可以引起大量的噪声，最好使用快速软开关型号的器件。