Buckboost电路讲解

当输入电压高与输出电的时候，用一个buck电路来实现，控制开关管的开通时间就可以说实现了想要的输出电压了。但是Buck电路一定要是输入大于输出的电压，也就是指输入电压变化范围内电压一直要大于输出电压才可以。

如果输出电压比输入电压高的时候，就会用到下面的升压电路了，可以把输入低压升高到想要的电压。升压电压电路也是一样，是要输出电压在整个输入电压变化范围内都要高与输入电压，如果输入电压高与输出的会导致输入与输出直通了。

Buck是要求输入电压大于输出电压，Boost是要求输出电压大于输入电压，如果有一个输出电压在输入电压的变化范围内，也就是说有一部分是输出电压大于输入电压，有一部分是输出电压低于输入电压，还会有等于输入电压的时候，当出现这种现象的时候，我们不能用buck也不能用boost电路，两个电路都有一部分不能实现，当然可以用两个并联去做，当输入电压低的时候用升压，当输入电压高的时候用Buck电路，也可以实现，但是这个控制太难把握了，当输入相等的时候，如果出现一定扰动就很难去控制了，但是我们串联起来用会怎么样了，下面我看下把buck与boost串联起来应用的图。

上面的图能实现升降压的功能，就是先把输入电压降下来然后在去升压，控制方式就是控制两个MOS管同时开通与关断就可以实现了，因为当Q1开通的时候，输出电压与输入的关系是，当占空比的变小输出电压变小，占空比变大的时候输入电压变大，而Q2是开通是升压，对于升压的输入电压就是buck的输出电压了，升压电路的输出电压与输入电压关系就是，从公式中我们看的出当输入电压不变，占空比变大的时候，输出电压变大，当占空比变小的时候，输出电压变小，

与buck电路是一样的单调性，这样我们就可以控制两个开关管同时开与同时关，就能实现升降的功能了。但是我们看图上的元器件比较多，是不是可以减少些，我们知道升压电路的输入可以是一个变化的电压，既然可以是变化的电压，那能不能把C1去除，其实是可以的，因为buck电路里面只有电感足够的大可以不用加C1电容，只是纹波电压大点，但是后面还有L2与C2滤波，所以没有关系。

当去除电容C1的时候，L1与L2就是串联了，所以L1与L2可以合并成一个。变成了下面的电路

我们首先来看下开通的回路是Vin→Q1→L→Q2在回到了电源的负，整个回路与输出没有关系。

当开关管关断的时候的电流回路是L→D2→负载→D1，当D1导通的时候电感的一端被钳位到了输出的地了（忽略了二极管压降）。整个回路与输入是没有关系。

从上面的图上看到啊，当MOS管关断的时候，因为有MOS管Q1，所以不管输入大于输出，都不会有输入电压参与输出的回路，而且当MOS管关断的时候，二极管D1导通了，等于电感被钳位到了地上面，根据上面的图，如果我想要在减少元器件的话，可以让开通的回路与关断的回路不再共地就可以了。

如下图所示，这样只是输出与输入的的正负极反了下，这就实现了与我们的降压电路或是升压电路一样的元器件。只有一个开关管，一个二极管，一个存能电感。

mos管的热阻讲解

电子产品里面半导体器件是非常常见的，半导体器件的应用是会产生热量的，比如说我们的手机芯片在玩游戏的时候发热比较厉害，如果温度高了手机可能会死机等，为了不让手机死机，工程师们就只能解决功耗与扇热的问题，那么功耗与散热的问题就需要关注一个叫热阻的东西。经常查看半导体的规格书的时候，几乎都会有关于热阻的参数，经常看到的是Rja，Rjc，Rjb这三个参数，对于这三个参数很多人都搞不清楚，在实际运用中不知道用那一个参数来计算。

首先我们先来了解几个基本概念。

Ta（Temperature Ambient）环境温度

Tc（Temperature Case ）  外壳温度

Tj（Temperature Junction） 结点温度

Ta 环境温度就是指开关管的周围环境温度，一般规格书里面给出来的都是25℃一个我们的电子产品里面经常会用到的室温环境温度。

Tc 外壳温度就是指半导体器件的封装表面的温度，而对于MOSFET我们经常看到有塑封与铁封的封装，如果是铁封的封装这个TC一般都是指可以靠散热器的一面金属片上的温度，这个温度一般我们都能测试到。

Tj 结点温度是指半导体的内部晶圆的温度。

规格书上的Rja、Rjc、Rjb的概念。

Rja是指半导体晶圆到环境的总热阻，就是结点到环境温度的热阻

Rjc是指半导体晶圆到外壳的的热阻。

Rjb是指半导体晶圆到PCB的总热阻。

知道Rja，Rjc，Rjb的概念后，在实际的应用中就知道怎么去应用了，对于开关电源中的半导体比如二极管，三极管，MOSFET等通过电流就会有损耗产生，有损耗产生就会发热，热量是由晶圆内部向外传导的，晶圆的温度是最高的，所以功率半导体器件经常要去计算最大温度，因为晶圆温度是不能超过最大的结点温度，一般半导体的结点温度在规格书里面会给出来是150℃。那么不同封装的半导体计算时用的不一样，比如To-220封装的MOS管，如果不用散热器的情况，就是晶圆通过外壳向周围的空气散热，所以计算温度的时候就用Rja，计算公式是Ta=Tj-P×Rja，

如果MOS管的总损耗是知道，那就能计算出晶圆的温度是多少，比如Rja 是62℃/W  如果损耗是1.2W 环境温度是65℃，那么MOSFET的结温是多就可以计算出来了，Tj=Ta+P×Rja=65℃+1.2×62℃/W=139.4℃

反过来结温是不能超150℃，如果最大环境温度是65℃，没有加散热器的情况，Rja=62℃/W

MOS管上的最大损耗  P≤（Tj-Ta）/Rja=1.37W, 通过计算最大损耗不能超过1.37W。

如果是加散热器的要分两种情况：

1、加的散热器非常大并且接触足够良好接触热阻非常小可以忽略，Tj=Tc+P×Rjc 那么这个时候的TC就是半导体的外壳表面的温度。

Rjc=0.6℃/W，如果测试外壳温度是25℃，那么最大的功率P=（Tj-Ta）/Rjc= (150-25)/0.6=208W，这个在规格书里面有标注最大功率就是这样计算出来的。

下面我们来看降额曲线图

我们看降额曲线图，外壳温度在25℃以上功率就开始降额了，这个降额曲线图是根据最大结温150℃与Rjc与外壳表面温度Tc的关系，最大功率是208W  Rjc是0.6℃/W  

降额曲线图的公式  P=（Tj-Tc）/Rjc  Ta≥25℃  ，P=Pmax  Tc＜25℃。

2、加了散热器但是散热器是有限的情况，并且接触MOSFET与散热器接触是有热阻的情况，这种情况下  Tj=Ta+P×(Rjc+Rcs+Rsa)  ,这里的Rcs 是指MOS管与散热器接触的热阻，Rsa是散热器对环境温度热阻。而实际用于中我们经常是散热器有限，接触的时候经常是有绝缘片的，所以我们在高温里面测试开关管的温度的时候，经常是要求最高温度在120℃-130℃，因为这里Rjc+Rcs+Rcs＞0.6℃W的原因。如果表面温度高了，里面的结温就会超过150℃。

过流保护的讲解

过流保护对电源来说是一种标配了，可以说所以的电源都会有过流保护功能，过流保护可以分为关断保护与限流保护两种。

关断保护是，当过载后，电路检测到电源过流了，电源芯片停止PWM，过流故障解除后也不会重新恢复正常。

限流型由于其具有电流下垂特性，故障解除后开关电源能自动恢复工作，因此现在应用比较广泛。现在很多芯片有两个检测点，第一检测点检测电流过流后关断当前PWM，当过流恢解除后，PWM恢复正常，当到第二检测点触发后，芯片PWM停止并锁死，必须AC断电才能重启。

限流型电源检测来说，大多时候我们是在MOSFET下串联一个功率电阻，然后用RC滤波后给芯片过流检测点。图1中的R2就是限流电阻，R5与C4组成RC滤波器

R2的电阻在选择的时候需要注意几个事项

1、限流电阻R2的阻值

2、限流电阻的功率选择

3、限流电阻的材质

限流电阻的阻值选择，要根据原边最大峰值电流Ipk与CS脚检测的过流电压来

一般电阻上的最大电压取CS过流保护点电压的

70%，然后根据设定的电压与电流计算出来阻值

我们知道阻值后，根据原边有效值电流可以计算出实际每个周期的功率，根据实际功耗去选取电阻所需要的功率，选取的功率是实际功率的3-4倍

限流电阻选阻值与功率选取好后，就需要选取材质了，限流电阻可以用插件也可以用贴片，用插件电阻时候需要注意不能用有感电阻，这是特别需要注意的地方

这颗电阻选取一个要求精度1%，并且是无感电阻。

如果用了有感电阻会出现什么情况我们来分析下

首先当驱动为高电平的时候，假设G对地有一个12v的电压，当MOS管开通的时候，因为di/dt比较大，有感电阻的电感可能出现上正下负的电压，这个时候GS点电压就小于12V，

当驱动为低电平的时候，G对地是0V电压，MOS管关断，这时候寄生电感出现了上负下正的电压，因为MOS管关断，没有电流流过，那限流电阻的电压是0V，那么S极就出现了一个负压，而G极是0V，那GS间的电压与寄生电感上的电压幅值一样，如果寄生电感大的话，有可能出现二次开通现象。所以选取电阻时需要选取无感电阻。

限流电阻连接一个RC到芯片，这一个RC的作用是用来滤波作用的，现在很多的芯片都会有一个前沿消隐功能，但是前沿消隐的时间不一定足够所以还是有加了RC，我们可以看下面的图，限流电阻上的电压波形有一个很大的震荡，有时候这个震荡的尖峰会超过我们的限流电压，但是这是寄生参数引起的，一般很难控制，加RC滤波后，到B点的波形就没有了这一个震荡，被RC滤除了。RC的是根据截止频率来设计得，一般是开关频率的10-30倍，如果是60kHz的开关频率时，我们会选择1k电阻与100pF电容，大概的截止频率1591kHz。

前沿消隐是芯片的功能

这一个功能就是芯片在发出驱动波形MOS管开通后，一段时间不去检测是否过流，这个时间大概是200-300nS，不同的芯片有所不同。 

随功率的增大，原边的MOS管的电流也会变大，那么我们的限流电阻上的损耗就会增加，当达到一定值后，限流电阻需要选取非常小的电阻值，可能这一电阻值小到PCB上的走线的寄生电阻都会在这一阻值上占一定比例，这时电阻就不好去选取了。这个时候就不再选用限流电阻，而改用的互感器来做限流，互感器本身就是一个磁性器件，通常是1:100的比例，它是有电感量的， 我们前面分析过MOS管串联电阻的时候，电阻不能用有感的，现在互感器本身就是一个电感，那么我们就需要改变接法了，如下图所示。

互感器应用的时候就需要注意了，他的应用是不能与MOS管S极连接，一般都是连接到D极，原因与接了有感电阻是一样的道理。

单级反激PFC变压器的计算

单级反激PFC变压器的设计，单级反激PFC是结合了PFC与反激的两者的功能，

能够实现PFC的功能，也有反激的隔离功能，那么单级反激的变器计算与普通的变压器计算是不一样，普通反激的变压器是DC-DC拓扑，而单级反级的输入是一馒头波，那这样的馒头波电压在最低点的时候电压是为0V的，所以用普通的变压器计算是不行了的，

下面我们来根据PFC的计算方法来看下，

首先输入电压是一个正弦的交流，单级既然有PFC的功能，输入电流也是要跟随输入电压的，

那么变压器里面的平均电流应该也是一个馒头波。

根据在最大输出功率最小输入电压时输入电流最大。

那么输入最大有效值电流Iin就能计算出来，首先是确定好最小输入电压Vin_rms ,然后就是最大输入电压下的PF值。

那么Dmax是在最小峰值电压的占空比，要求占空比可以根据反激里面的反射电压Vor来计算就可以了，

首先的确定好开关管的最大电压VDSS，比如是650V，那么根据管子的应力，

Vin_max+Vor+尖峰电压≤90%VDSS

如输入电压最大值是264V，那么峰值电压差不多就是373V，尖峰电压一般是100V，Vor差不多就是120V，一般Vor不会超过输入最小电压的峰值。

根据反激里面的伏秒平衡可以计算出D

下面要计算圈数

计算圈数前先要确定好磁芯，

我们选择了PQ3225的磁芯。Ae值161

电感峰值电流

Y电容的应用与选取

如上图所示，安规Y电容在我们的隔离电源的应用。

隔离电源在初次级上加Y电容是为了给次级的共模电流提供一个回路到初级，减少共模电流对输出的影响。有时候Y电容串接在大电解电容的正和或者是地之间，这都是可以的。有时候原副边串两个Y电容是为了提供更高的耐压。

Y电容通常有一下4种接法。

a：输出端盖与共模电感形成滤波器，L和N分别对PE加Y电容。CY1、CY2。

b: 储能大电容正负端对大地PE加Y电容.CY3

c: 输出端对大地PE加Y电容 如CY5.

d:变压器原副边跨接，如CY4

上面的几种接法种，对与Y电容的选择是选Y1还是选Y2，电压是多少对于我们很多人都不是很清楚。

首先我们看下图Y电容的一些参数。

上图不同等级的Y电容的的额定电压与脉冲峰值电压是不同的，那我们什么时候用Y1，什么时候用Y2了。

这与我们测试的耐压值又关。

一般原副边的耐压要求是AC3750V，那峰值电压 就是3750*1.414=5303V  

从上面的数据来看只有加强绝缘的Y1安规电容符合要求，那我们只能选择Y1的安规电容跨接在原副边。

而输入对大地PE一般都是AC1875V 峰值电压是2652V

通过上面的表格我们可以选择Y2的安规电容，同理，我们的输出也可以选择Y2的安规。

以上总结：在隔离开关电源中，原副边需要用Y1型的安规电容

其他都只需要用Y2型的安规电容。

关于Y电容的容值选取。

首先我们的知道Y电容的容量是按什么来算的。

Y电容的选取一般是按泄漏电流来计算。

“泄漏电流的限值应用是依据国际电工委员会 (IEC)TC64技术委员会“电流对人体影响”的科研成果—— 摆脱电流阈值和感知电流阈值 。 摆脱电流阈值即是人能自主摆脱带电物体的电流，取概率为0.5％女性的最大自然摆脱的电流5mA；感知电流阈值即是对人体的肌 肉无反应,能防止二次事故的人体的反应(感知)电流为0.5 mA ～ l mA”

一般如无特殊规定，在额定负载、额定工作条件下 ，运行到实际稳定状态时的泄漏电流和在潮湿试验后的泄漏电流

值不能超过

 I类工具：    0.75mA：

 II类 工具 ： 0.25mA：

 III类 工具 ：0.50mA

泄漏电流的测试时L与N并联，对PE加额度的输入电压。

下图是泄漏电流的回路图

我们知道容抗公式Xc=1/2ΠfC

如果我们的输入最高电压时Vin=AC264V 频率60Hz

规定的泄漏电流时I=0.75mA  那么我们的电容c=I/（2*Π*f*vin*1.414）=5.33nF

因为我们的Y电容是有误差范围，

Y电容的误差范围是 ±5%(J), ±10%(K), ±20%(M)

一般我们选取的是 ±10%(K)，刚才我们算出来输入的CY1，CY2，CY3的总和是5.33nF

假设我们选的容值刚好都是正误差，C*1.1=5.33nF 那么C=4.84nF  这个值是最大值，

这个值我们可以认为输入对大地的Y电容不要大于4.7nF（这个值只是个人建议，因为4.7nF在电容中是一个标准值）就可以了。

输入对PE的泄流电流测试回路里面，Y电容的串并联关系是，CY1//CY2//CY3//CY4串CY5