开关电源设计设计

开关电源设计设计

开关电源设计

摘要

随着开关电源在计算机、通信、航空航天、仪器仪表及家用电器等方面的广泛应用, 人们对其需求量日益增长, 并且对电源的效率、体积、重量及可靠性等方面提出了更高的要求。开关电源以其效率高、体积小、重量轻等优势在很多方面逐步取代了效率低、又笨重的线性电源。电力电子技术的发展，特别是大功率器件IGBT和MOSFET的迅速发展，将开关电源的工作频率提高到相当高的水平，使其具有高稳定性和高性价比等特性。开关电源技术的主要用途之一是为信息产业服务。信息技术的发展对电源技术又提出了更高的要求，从而促进了开关电源技术的发展。开关电源的高频变换电路形式很多, 常用的变换电路有推挽、全桥、半桥、单端正激和单端反激等形式。本论文是基于芯片UC3842的小功率高频开关电源系统设计。

关键词开关电源；半桥全桥；高频变压器

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目录

摘要...................................................................................................................... I

第1章绪论 (1)

1.1 课题背景 (1)

1.2 研究的目的及意义 (2)

1.2.1 课题研究的目的 (2)

1.2.2课题研究的意义 (2)

第2章开关电源输入电路设计 (3)

2.1 电压倍压整流技术 (3)

2.1.1 交流输入整流滤波电路原理 (3)

2.1.2 倍压整流技术 (3)

2.2 输入保护器件保护 (4)

2.2.1 浪涌电流的抑制 (4)

2.2.2 热敏电阻技术分析 (5)

2.3 本章小结 (6)

第3章开关电源主电路设计 (7)

3.1 单端反激式变换器电路的工作原理 (7)

3.2 开关晶体管的设计 (8)

3.3 变压器绕组的设计 (10)

3.4 输入整流器的选择 (11)

3.5 输出滤波电容器的选择 (12)

3.6 本章小结 (12)

第4章开关电源控制电路设计 (13)

4.1 芯片简介 (13)

4.1.1 芯片原理 (13)

4.1.2 UC3842内部工作原理简介 (13)

4.2 工作描述 (14)

4.3 UC3842常用的电压反馈电路 (18)

4.4 本章小结 (20)

结论 (21)

致谢 (22)

参考文献 (23)

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第1章绪论

1.1课题背景

随着大规模和超大规模集成电路的快速发展，特别是微处理器和半导体存储器的开发利用，孕育了电子系统的新一代产品。显然，那种体积大而笨重的使用工频变压器的线性调节稳压电源已经过时。取而代之的是小型化、重量轻、效率高的隔离式开关电源[1]。

开关电源技术发展趋势可以归纳以下几点：

1. 小型化、薄型化、轻量化、高频化是开关电源的主要发展方向。

2. 提高可靠性，提高集成度，增加保护功能，拓宽输入电压范围，提高平均无故障时间。

3. 随着频率提高，开关电源的噪声随之增大，降低噪声也是高频开关电源的研究方向。

4. 提高电源装置和系统的电磁兼容性(EMC)。

5. 用计算机软件进行辅助设计与控制，具有高效、高精度、高经济性和高可靠性的优点，可以使开关电源具有最佳电路结构与最佳工作状况。开关电源高频化的实现，与磁性元件和半导体功率器件的发展状况有着密切的关系。

隔离式开关电源的核心是一种高频电源变换电路。它使交流电源高效率地产生一路或多路经调整的稳定直流电压。早在70年代，随着电子技术的不断发展，集成化的开关电源就已被广泛地应用于电子计算机、彩色电视机、卫星通信设备、程控交换机、精密仪表等电子设备。这是由于开关电源能够满足现代电子设备对多种电压和电流的需求。随着半导体技术的高度发展，高反压快速开关晶体管使无工频变压器的开关电源迅速实用化。而半导体集成电路技术的迅速发展又为开关电源控制电路的集成化奠定了基础，适应各类开关电源控制要求的集成开关稳压器应运而生，其功能不断完善，集成化水平也不断提高，外接组件越来越少，使得开关电源的设计、生产和调整工作日益简化，成本也不断下降。目前己形成了各类功能完善的集成开关稳压器系列。近年来高反压MOS大功率管的迅速发展，又将开关电源的工作频率从20kHz提高到150-200kHz，其结果是使整个开关电源的体积更小，重量更轻，效率更高。开关电源的性能价格比达到了前所未有的水平，使它在与线性电源的竞争中具有先导之势。当然开关电源能被工业所接受，首先是它在体积、重量和效率上的优势。在70年代后期，功率在100W以上的开关电源是有竞争力的。到1980年，功率在50W

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以上就具有竞争力了。随着开关电源性能的改善，到80年代后期，电子设备的消耗功率在20W以上，就要考虑使用开关电源了。过去，开关电源在小功率范围内成本较高，但进入90年代后，其成本下降非常显着，当然这包括了功率组件，控制组件和磁性组件成本的大幅度下降。此外，能源成本的提高也是促进开关电源发展的因素之一[2]。

1.2研究的目的及意义

1.2.1课题研究的目的

随着社会经济的发展，人类已经进入工业时代，并正在转入高新技术

产业迅猛发展的时期，电源是向负载提供优质电能的供电设备，是

工业的基础[3]。

本论文的目的就是查阅相关资料，掌握开关电源的内部结构，学习怎样设计小功率开关电源的方法，这以后从事相关事业打下基础，开阔视野，从而提高自身的能力。

1.2.2课题研究的意义

课题研究的意义在于：当代许多高新技术均与电源的电压、电流、频率、相位和波形等基本技术参数的变换和控制相关，电源技术能够实现对这些参数的精确控制和高效率的处理，因此，电源技术不但本身是一种高新技术，而且还是其评它多项高新技术的发展基础。电源技术及其产业的进一步发展必将为大幅度节约电能、降低材料消耗以及提高生产效率提供重要的手段，并为现代生产和现代生活带来为深远的影响[4]。

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- II - 第2章开关电源输入电路设计

2.1电压倍压整流技术

2.1.1交流输入整流滤波电路原理

在前面已经提到，隔离式开关电源是直接对输入的交流电压进行整流，而不需要低频线性隔离变压器。现代的电子设备生产厂家一般都要满足国际市场的需求，所以他们所设计的开关电源必须要适应世界范围的交流输入电压，通常是交流90 -130V和180-260V的范围。如图2-1所示。

图2-1 输入滤波、整流电路原理

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。

2.1.2倍压整流技术

为了实现两种输入电源的转换，要利用倍压整流技术，如图2-2所示。

在图中，两种输入交流电压的转换由开关S1来完成，此外，本电路中的压敏电阻RV和可控硅VS具有浪涌电流抑制、瞬间输入电压保护的功能。

电路工作过程如下：当开关S1闭合时．电路在115V交流输入电压下作用。在交流电的正半周，通过二极管VD1和电容器C1被充电到交流电压的峰值。即115v×1．414≈160v，在交流电的负半周，电容器C2通过二极管VD4也被充电到160v。这样，电路输出的直流电压应该是电容器C1和C2上充电电压之和．即160V十160V＝320V。当开关S1打开时，极管Val—VD4组成了全桥式整流电路，对输入的交流230V进行整流，也同样产生320V的直流电压[5]。

图2-2 倍压整流电路

2.2输入保护器件保护

2.2.1浪涌电流的抑制

隔离式开关电源在加电时，会产生极高的浪涌电流，设计者必须在电源的输入端采取一些限流措施，才能有效地将浪涌电流减小到允许的范围之内。浪涌电流主要是由滤波电容充电引起的，在开关管开始导通的瞬间，电容对交流呈现出很低的阻抗，一般情况下，只是电容的ESR值。如果不采取任何保护措施，浪涌电流可接近几百安培。通常广泛采用的措施有两种，一种方法是：利用电阻——双向可控硅并联网络；另一种方法是：采用负温度系数(NTC)的热敏电阻。用以增加对交流线路的阻抗，把浪捅电流减小到安全值[6]。

电阻—双向可控硅技术：采用此项浪涌电流限制技术时，将电阻与交流输入线相串联。当输入滤波电容充满电后．由于双向可控硅和电阻是并联的，可以把电阻短路，对其进行分流。这种电路结构需要一个触发电路，

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当某些预定的条件满足后，触发电路把双向可控硅触发导通。设计时要认真地选择双向可控硅的参数，并加上足够的散热片，因为在它导通时，要流过全部的输入电流。

2.2.2 热敏电阻技术分析

这种方法是把NTC(负温度系数)的热敏电阻串联在交流输入端或者串联在经过桥式整流后的直流线上。用了RTC 热敏电阻的电阻—温度特性和

图2-3 热敏电阻的温度系数

RTC 热敏电阻的温度系数，用每度百分比(

％／c)表示。当开关电源接通时，热敏电阻的阻值基本上是电阻的标称值。这样，由于阻值较大，它就限制了浪涌电流。当电容开始充电时，充电电流流过热敏电阻，开始对其加热。由于热敏电阻具有负温度系数，随着电阻的加热，其电阻值开始下降，如果热敏电阻选择得合适，在负载电流达到稳定状态时，其阻值应该是最小。这样，就不会影响整个开关电源的效率。

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[7]。

在一般情况下，交流电网上的电压为115v 或230v 左右，但有时也会有高压的尖峰出现。比如电网附近有电感性开关，暴风雨天气时的雷电现

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象，都是产生高尖峰的因素。受严重的雷电影响，电网上的高压尖峰可达5kv 。

另一方面，电感性开关产生的电压尖峰的能量满足下面的公式2-1：

212

W LI （2-1） 公式中．L 是电感器的漏感，I 是通过线圈的电流。

由此可见，虽然电压尖峰持续的时间很短，但是它确有足够的能量使开关电源的输入滤波器、开关晶体管等造成致命的损坏。所以必须要采取措施加以避免。

2.3 本章小结

本章介绍了电压倍压整流技术以及输入器件保护。

- II - 第3章开关电源主电路设计

3.1单端反激式变换器电路的工作原理

单端反激式变换器电路在其输入和输出回路之间加入安全隔离措施。一般情况下，隔离式开关电源都是用高频变压器作为主要隔离器件。在电路中，它是以变压器的形式出现的，但实际上它起的作用是扼流圈，所以应该称它为变压器——扼流圈。所谓单端，就是指的是变压器磁芯仅工作在其磁滞回线的一侧。典型的单端隔离反激式变换器电路结构如图3-1所示。

图3-1隔离单端反激式变换电路及相关波形

从电路的工作状态波形可见，电路的工作过程如下：当晶体管VT1导通时，它在变压器初级电感线圈中储存能量，与变压器次级相连接的二极管VD处于反偏压状态，所以二极管VD截止。在变压器次级回路无电流流过，即没有能量传递给负载。

当晶体管VT1截止时，变压器次级电感线圈中的电压极性反转过来，使得二极管VD导通，给输出电容C充电，同对在负载RL上也有了电流IL。

由于隔离变压器T除了具有初、次级间安全隔离的作用外，它还有变压器和扼流圈的作用，所以在反激式变换器的输出部分一般不需要加电感，但在实际应用中，往往在整流器和滤波电容之间加一个小的电感线圈，用以降低高频开关噪声的峰值[8]。

由于隔离变压器T除了具有初、次级间安全隔离的作用外，它还有变压器和扼流圈的作用，所以在反激式变换器的输出部分一般不需要加电感，但在实际应用中，往往在整流器和滤波电容之间加一个小的电感线圈，用以降低高频开关噪声的峰值，这样的设计便开关电源工作更安全。

3.2开关晶体管的设计

如何选择到性能参数合适的主开关与控制电路直接影响到变换器的性能。

在这里需要清楚的是作为主开关的晶体管、MOSFET、IGBT或晶闸管的性能均耐压的上升而下降，因此在选择耐压时并不是超高越好，而是适可而止[9]。

合理地选择开关管的额定电压直接影响着变换器的性能，通过了解主开关的电压波形就可以比较准确地预计出主开关的电压峰值。对于不同的电路拓扑和不同的控制方式，要求开关管的额定电压将不同。其输入不同的电压条件下开关管的额定电压与电路拓扑和控制方式的关系如下：

1.交流电不带有PFC功能。

桥式变换器：400-500V；

推挽式变换器：800-900V；

单端正/反激式变换器：600-700V；

单端正激式变换器带有有源箝位：600V；

2.交流电带有PFC功能。

桥式变换器：500-600V；

推挽式变换器：900-1000V；

单端正/反激式变换器：800V；

单端正激式变换器带有有源箝位：800V；

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3. 直流48V 电压系统

桥式变换器：80V ；

推挽式变换器：200V ；

单端正/反激式变换器：200V ；

反激式开关电源的开关管额定电流的选择：在交流电220V 电压应用条件下，如果考虑电源电压变化范围在-20%--+20%。选择开关管耐压为600V 时，反激开关电源的最大占空比可以设置在0.4，假设效率为80%，电路工作在电流断续模式，在这种工作状态下，在开关管上每流过1A 电流可以输出30-32W 的输出功率。如果设置最大占空比为0.37左右，则开关管上每流过1A 电流可以输出28-30W 的输出功率[10]。

考虑到开关管的导通电阻对效率的影响，应该选择开关管的额定电流达到实际电流峰值的3-4倍，如在没有PFC 时，电源电压为220*(1±20%)V ，这样设计就没有带PFC 时优化。

在单端反激式变换器电路中。所使用的开关晶体管必须符合两个条件，即在晶体管截止时，要能承受集电极尖峰电压，在晶体管导通时，要能承受集电极的尖峰电流。晶体管截止时所承受的尖峰电压按下面的公式3-1进行计算：

max max

1in CE V V δ=- （3-1） 公式中，Vin 是输入电路整流滤波后的直流电压，δm ax 是最大工作占空比。所谓占空比指的是晶体管导通的时间与晶体管的一个工作周期(导通时间十截止时间)之比。为了限制晶体管的集电极安全电压，工作占空比应保持在相对地低一些，一般要低于50％，在实际设计时，一般取0．4左右，这样它就限制了集电极峰值电压。因此，在单端反激式变换器电路设计中，晶体管的工作电压一般在800V 以上，通常按900v 计算可安全可靠地工作。

按如下粗算考虑：交流输入电压180—260V ，取260V ，260v 乘以

1.414(有效值)，即是整流后的直流电压V*260×1. 4＝354V ，360V 再乘以

2.2得800V ，实际取900V 即可。

第二个设计准则是必须满足晶体管在导遏时的集电极电流的需求，如公式3-2。

L C I I n

= （3-2） 公式中的Il 是变压器初级绕组的峰值电流，而n 是变压器初级与次级间的匝数比。为了导出用变换器输出功率和输入电压表达集电慑峰值工作电流的公式，变压器绕组传递的能量可用下式3-3表示：

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22L out LI P T

η= （3-3） 公式中，η是变换器的效率。

略去推导过程，由输出功率和输入电压表达的晶体管工作电流的公式为3-4：

max 2out C in P I n υδ=

（3-4）

3.3 变压器绕组的设计

由于在单端反激式变换器电路中，变压器初级绕组只在B —H 待佐曲线[磁滞回线)的一个方向上被驱动，因此，在设计时注意不要使其饱和。在这里，我们只是强调一下，所选择的磁芯一定要有足够大的有效体积，通常应用空气隙来扩大其有效体积，传输变压器有效体积v 的计算公式如下3-5：

20max 2max e L I L

V B μμ= （3-5）

Ilamx ：最大负载电流;

L ：变压器次级绕组的电感量；

U0：空气的导磁率。其值为15;

Ue ：所选磁芯的磁性材料的相对导磁率;

Bmax ：磁芯的最大磁通密度。

相对导磁率从应尽可能选得大一些，以避免由于喂制磁充尺寸和线径，以及铜损和铁损引起磁芯温升过高，选择磁芯的形状时，需要综合考虑应用要求、磁芯的成本、变压器的制作成本、工作温度、电磁干扰。

在选择磁芯尺寸时，通常只能作一个大致优估计，最终的产品将根据样机的实际测量数据进行优化设计，几乎每一个磁芯制造厂都会给出选择磁芯尺寸的方法，以方便用户选择，选择磁芯最常用的方法是：图表法和面积乘积法，这章就不作介绍。本文结合具体例子，在经典书籍基础上，提供了更简洁明了的反激变压器设计方法。并对较难理解部分做了详细解释。

设计初始条件：输入电压范围：AC 85-265V

项目特色：低成本、高交叉调整率。实现该特色关键在于反激变压器设计。在开关管开通时，原边电流不断上升，在Ton 结束时至峰值Ip ，这个Ip 在开关断开的瞬间，会被传递到副边。最初传递到副边的电流在副边的分配原则是：大多数会传递到漏感最小的那一路输出。如果这一路没有

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用做开关管PWM 的反馈控制，它的峰值就会很高。调试中通过对该路增加副边小电感来控制开关关断期间副边调整率的变化率，从而实现了较高的交叉调整率。

变压器设计参数：设计前先要确定参数：磁芯，预设频率，最大占空比，输入输出参数，预估效率（用于估算输入平均电流），设计中参数初选如下：

磁芯采用NICERA FEER-28L(详细选择步骤参见)，f ＝90kHz ，Dmax ＝0.45，最小输入电压Vin ＝110V ，输出折合到5V 电流10A ，效率η＝75％。

计算变压器，一般选择最低的交流输入电压，最大的输出功率做为工作点，这个是最苛刻的一个点。

设计步骤：根据法拉第定律，计算最低输入电压，最大负载条件的原边乍数，如公式3-6所示：

S on p ac e

V T N B A =? （3-6） △Bac=kBs (k=0.6～0.8).

在此取k ＝0.6，Vs ＝110V ，ton ＝5μS ，

△Bac ＝0.37mT ，Ae ＝87mm 2。代入得到Np ＝28.1，取28。

根据输出输入电压计算副边乍数，如公式3-7所示：

(1):o S P P V D N N V D

-= （3-7） 在此，Np=28，Vo=6.3V ，D ＝0.45，Vp ＝110V ，

代入得：Ns ＝1.96。考虑实际线路中，＋12V 线圈接于5V 整流管后，也就是Dmax 大概为0.36。副边伏秒值减小，增加了电能传输时间，利于变压器工作。

确定开关开通工作时，直流成分Idc 和交流成分Iac 的大小，Idc 和Iac 的确定。通过调节气隙大小来实现。选定原则：变压器磁通在满足△Bac+△Bdc

3.4 输入整流器的选择

整流器的作用是将电网的输入的交流电转化为直流电，为使整流后直流电平滑，通常输入整流器输出端直接并联滤波电容器，单向整流器滤波电路与波形的关系简单，

当输入电压为220*(1±20%)V ，效率为80%时，I0为0.00625P0，整流器的额定电流应该为0.01875 P 0-0.0625 P 0。

当输入电压为85-265*(1±20%)V ，效率为80%时，I0为0.0139P0，整流器的额定电流应该为0.0417P0-0.0139P0。

对于反激式变换器，在电流断续工作的状态下，流过整流器的电流峰值为输入电流平均值的1.5-2倍，因此在选择输出整流器时，应该以输出电流平均值的3-5倍作为输出整流器的额定电流。

整流器的额定电压应该为最高输入电压的效值的3倍以上，其原因是电网中存在瞬态过电压，通常输入电压220*（1±20%）V或是85-265V应该选择600V以上电压的整流器和二极管，

3.5输出滤波电容器的选择

对于中小输入功率开关电源的工作频率除少数因价格原因的限制而仍采用20-40kHz，大多数均在50kHz以上，DC/DC电源模块大多在300kHz 以上，大功率开关电源的开关频率受主开关的开关速度限制而一般在20-40kHz,尽管开关频率有所不同，但是开关电源的输出整流器滤波电容器的作用基本相同，主要是利用滤波电容器吸收开关频率及高次谐波频率的电流分量，从而滤除其纹波电压的分量。

普通电解电容器作为工频整流滤波是可以完全胜任的，但是随着开关电源的开关频率的不断提高，普通电解电容器的ESR和寄生电感将不能很好的适应高频整流滤波的要求。

可见反激开关电源的输出滤波电容器承受的纹波电流最大，因此，在设计时应该充分考虑到这一问题，通常的解决办法是增加输出滤波电容器的电容并联个数，如果受体积的限制，则应该尽量选择较低的ESR的滤波电容器。所以，从尽可能洒泪输出滤波电容器的纹波电流角度出发选择合适的滤波电容器。

3.6本章小结

本章依据单端反激式变换器电路的工作原理，依次对开关晶体管、变压器绕组、输入整流器、输入滤波电容器进行了设计选择。

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第4章开关电源控制电路设计

4.1芯片简介

4.1.1芯片原理

UC3842芯片是开关电源用电流控制方式的脉宽调制集成电路。与电压控制方式相比在负载响应和线性调整度等方面有很多优越之处。

该电路主要特点有：内含欠电压锁定电路；低起动电流（典型值为

0.12mA）；稳定的内部基准电压源；大电流推挽输出（驱动电流达1A）；工作频率可到500kHz；自动负反馈补偿电路；较强的负载响应特性。4.1.2UC3842 内部工作原理简介

图4-1 示出了UC3842内部框图和引脚图，UC3842采用固定工作频率脉冲宽度可控调制方式，共有8个引脚，各脚功能如下：

1. 脚是误差放大器的输出端，外接阻容元件用于改善误差放大器的增益和频率特性；

2. 脚是反馈电压输入端，此脚电压与误差放大器同相端的2.5V基准电压进行比较，产生误差电压，从而控制脉冲宽度；

3. 脚为电流检测输入端，当检测电压超过1V时缩小脉冲宽度使电源处于间歇工作状态；

4. 脚为定时端，内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数决定；

5. 脚为公共地端,提供芯片工作参考地端；

6. 脚为推挽输出端，上升、下降时间仅为50ns 驱动能力为±1A ，通过一个电阻与外部功率管相连；

7. 脚是直流电源供电端，具有欠、过压锁定功能，芯片功耗为15mW，一路与电源输出端相连，一路与辅助电源相连；

8. 脚为5V基准电压输出端，有50mA 的负载能力，该电压源具有极好的温度稳定性。

芯片供电分为两个阶段：启动阶段、正常工作阶段。启动时，输入电压必须达到16V，电压小于16V时，芯片工作电流小于1mA。

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- II - 图4-1 UC3842 内部原理框图

4.2工作描述

UC3842A具有高性能、固定频率、电流模式控制器，为设计者提供使用最少外部组件的高性能价格比的解决方案。

UC3842A，是专门设汁用于出线和直流—直流变换器应用的高性能、

固定频率、电流模式控制器，为设计者提供使用最少外部组件的高性能价格比的解决方案。代表性的内部结构图如图4-2所示：

- II - 图4-2UC3842内部结构图

振荡器：振荡器频率由定时组件RT和CT选择值决定。电容CT由5.0V 的参考电压通过电阻RT充电，充至约2.8V,再由一个内部的电流宿放电至1.2V。在CT放电期间，振荡器产生一个内部消隐脉冲保持“或非”门的中间输入为高电子，这导致输出为低状态，从而产生丁一个数量可控的输出静区时间。图4-3显示输出静区时间与频率关系曲线．它们都是在给定的CT 值时得到的。注意尽管许多的Rt和Ct值都可以产生相同的振荡器频率，但只有一种组合可以得到在给定频率下的特定输出静区时间。振荡器门限是温度补偿的，放电电流在T=2 5℃叫被微调并确保在±1 0％之内，这些内部电路的优点使振荡器频率及晨大输出占空比的变化最小。正很多噪声敏感应用中，可能希望将变换器频率锁定至外部系统时钟上。为了可靠的锁定，振荡器自振应频率设为比叫钟频率低10％左右。图4-3所示为多单元同步的一种方法。通过修整时钟波形，可以实现准确输出占空比箝位。

图4-3 输出静区时间与频率关系曲线误差放大器：提供一个有可访问反相输入和输出的全补偿误差放大器。此放大器从有90dB的典刮自流电流增益和只有57度相位余量的1.0MHz的增益为1带宽同相输入在内部偏置于2.5V而不经管脚引出。典刑情况下变换揣输出电压通过一个电阻分压器分压，并由反向输入监视。最大输入偏置电流为2.0uA，它将引起输出电压误差，后者等于输入偏置电流和等效输入分压器源电阻的乘积。误差放大器输出(管脚1)用于外部回路补偿。输出电压因两个二极管压降而失调(≈1．4V)并在连接至电流取样比较器的反相输入之前被三分，这将在管脚l处于其最低状态时(V0l)，保证在输出(管脚

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6)不出现驱动脉冲。这发生在电源正在工作并且负载被取消时，或者在软启动过程的开始 。最小误差放大器反馈电阻受限于放大器的拉电流(0.5mA)和到达比较器的1．0V 箝位电子所需的输出电压(V0H)如4-1公式所示：

(min) 3.0(1.0) 1.40.5f V V R mA

+= （4-1） 电流取样比较器和脉宽调制锁存器：UC3842A 作为电流模式控制器工作，输出开关导通山振荡器起始，当峰值电感电流到达误差放大甜输出／补偿(管脚1)建立的门限电平时中止。这样在逐周基础上差信号控制峰值电感电流。所用的电流取样比较器—脉宽调制锁存配置确保在任何给定的振荡器周期内，仅有一个单脉冲出现在输出端。电感电流通过插入一个与输出开关Q1的源极串联的以地为参考的取样电阻Rest 转换成电压。此电压由电流取洋输入(管脚3)监视并与来自误差放大器的输出电平相比较。在正常的工作条件下，峰值电感电流由管脚1上的电压控制，其中公式4-2：

(1) 1.43pin pk s

V V I R -= （4-2） 当电源输出过载或者输出电压取样丢失时，异常的工作条件将出现。在这些条件下，电流取样比较器门限将被内部箝位至1．0V 。因此最大峰值开关电流为公式4-3：

(max) 1.0pk s

V I R = （4-3） 当设计一个大功串开关稳压揣时为了保持RS 的功耗在——个合理的

水平上希望降低内部嵌位电压，使用丁两个外部二极管来补偿内部二极管，以便在温度范田内有固定箝位电压。如果Ipk(max)箝位电压降低过多将导致由于噪声拾取而产生的不误操作。通常正电流波形的前沿可以观察到一个窄尖脉冲，当输出负载较轻时，它可能会引起电源不稳定。这个尖脉冲的产生是由于电源变压器匝间电容和输出整流管恢复时间造成的。在电流取样输入端增加一个RC 滤波器，使它的时间常数接近尖脉冲的持续时间，通常将消除不稳定性。

欠压锁定：采用两个欠压锁定比较器来保证在输出级被驱动之前，集成电路已完全可用。正电源端(Vcc )和参考输出(Vref )各由分离的比较器监视。每个都具有内部的滞后，以防止在通过它们各自的门限时产生错误输出动作。Vcc 比较器上下门限分别为：UCX842A 16V/10V 。Vref 比较器高低门限为3.6V/3.4V 。大滞后和小启动电流使得UCX842A 特别适合干需要有效的自举启动技术的离线变换器应用中。最小工作电压：UCX842A 为11V ，输出这些器件有一个单图腾柱输出级，是专门设计用来自接驱动功率

开关电源设计与制作

《自动化专业综合课程设计2》 课程设计报告 题目：开关电源设计与制作 院（系）：机电与自动化学院 专业班级：自动化0803 学生姓名：程杰 学号：20081184111 指导教师：雷丹 2011年11月14日至2011年12月2日 华中科技大学武昌分校制

目录 1．开关电源简介 (2) 1.1开关电源概述 (2) 1.2开关电源的分类 (3) 1.3开关电源特点 (4) 1.4开关电源的条件 (4) 1.5开关电源发展趋势 (4) 2．课程设计目的 (5) 3．课程设计题目描述和要求 (5) 4．课程设计报告内容 (5) 4.1开关电源基本结构 (5) 4.2系统总体电路框架 (6) 4.3变换电路的选择 (6) 4.4控制方案 (7) 4.5控制器的选择 (8) 4.5.1 C8051F020的内核 (8) 4.5.2片内存储器 (8) 4.5.312位模/数转换器 (9) 4.5.4 单片机初始化程序 (9) 4.6 输出采样电路 (10) 4.6.1 信号调节电路 (10) 4.6.2 信号的采样 (11) 4.6.3 ADC 的工作方式 (11) 4.6.4 ADC的程序 (12) 4.7 显示电路 (13) 4.7.1 显示方案 (13) 4.7.2 显示程序 (14) 5．总结 (16) 参考文献 (17)

1．开关电源简介 1.1开关电源概述 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。它运用功率变换器进行电能变换，经过变换电能，可以满足各种对参数的要求。这些变换包括交流到直流(AC-DC，即整流)，直流到交流(DC-AC，即逆变)，交流到交流(AC-AC，即变压)，直流到直流(DC-DC)。广义地说，利用半导体功率器件作为开关，将一种电源形式转变为另一种电源形式的主电路都叫做开关变换器电路；转变时用自动控制闭环稳定输出并有保护环节则称为开关电源（SwitchingPower Supply)。 将一种直流电压变换成另一种固定的或可调的直流电压的过程称为DC-DC交换完成这一变幻的电路称为DC-DC转换器。根据输入电路与输出电路的关系，DC-DC 转换器可分为非隔离式DC-DC转换器和隔离式DC-DC转换器。降压型DC-DC 开关电源属于非隔离式的。降压型DC-DC转换器主电路图如1： 图1 降压型DC-DC转换器主电路 其中，功率IGBT为开关调整元件，它的导通与关断由控制电路决定；L和C为滤波元件。驱动VT导通时，负载电压Uo=Uin，负载电流Io按指数上升；控制VT关断时，二极管VD可保持输出电流连续，所以通常称为续流二极管。负载电流经二极管VD续流，负载电压Uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小，通常串联L值较大的电感。至一个周期T结束，在驱动VT导通，重复上一周期过程。当电路工作于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等。负载电压的平均值为：

各种开关电源介绍-开关电源设计知识大全

开关电源介绍 一、基础知识： 新型变压器：磁性元件，新型磁材料和新型变压器的开发。如集成磁路，平面型磁心，超薄型变压器；以及新型变压器如压电式，无磁芯印制电路变压器等，使开关电源的尺寸重量都可减少许多。 硬开关的条件下MOSFET和IGBT开关损耗分析： 1)．开通损耗方面：由于MOSFET的输出电容大，器件处于断态时，输入电压加在输出电容上，输出电容储存较大能量。在相继开通时这些能量全部消耗在器件内，开通损耗大。器件的开通损耗和输出电容成正比，和频率成正比和输入电压的平方成正比[12]。而IGBT的输出电容比MOSFET小得多，断态时电容上储存的能量较小，故开通损耗较小。 2)．关断损耗方面：MOSFET属单极型器件，可以通过在施加栅极反偏电压的方法，迅速抽走输入电容上的电荷，加速关断，使MOSFET关断时电流会迅速下降至零，不存在拖尾电流，故关断损耗小[10]；而IGBT由于拖尾电流不可避免，且持续时间长(可达数微秒)，故关断损耗大。 综合以上分析，硬开关条件下MOSFET的开关损耗主要是由开通损耗引起，而IGBT则主要是由关断损耗引起。因此使用MOSFET作为主开关器件的电路，应该工作于ZVS条件下，这样在器件开通前，漏极和源极之间的电压先降为零，输出电容上储存能量很小，可以大大降低MOSFET的开通损耗；而使用IGBT作为主开关器件的电路，应该工作于ZCS条件下，这样在器件关断前，流过器件的电流先降为零，可以大大降低因拖尾电流造成的关断损耗。 软开关：当电流过零时，使器件关断；当电压过零时，使器件开通-实现开关损耗为零。 变流器：把输入的电源，进行电压、电流变换，达到规定的要求后输出给用电设备。 DC-DC：直流变压器。斩波器。 为什么反激开关电源只能适合小功率？200W以下。正激开关电源适合大功率开关电源？ 高效率小体积（高功率密度）一直是DC-DC变换器用户的追求，也是设计的要点。提高功率密度最有效的方式就是提高开关频率，线圈和变压器对高速变化的磁力线感应灵敏度高、特别高效率，衰减特别小，传递效率特别高，而对低频变化的磁力线灵敏度低、衰减大，传递效率差，因此高频下的磁芯体积会大幅度减小，但频率的提高会使开关管的开关损耗加大，对变换器的效率造成影响。如何在高频下减小开关管的开关损耗，是DC-DC变换器是否能实现高效率高功率密度的关键，在这种背景下，高频软开关技术逐渐成为研究的热点，LLC谐振变换器是在串联谐振变换器的基础上增加了一个与负载并联的电感，是目前效率最高的开关电源。

开关电源课程设计报告

现代电源技术课程实践报告 院系：物理与电气工程学院 班级：电气自动化一班 姓名: 李向伟 学号: 111101007 指导老师:苗风东

一、设计要求 （1）输入电压：AC220±10%V （2）输出电压: 12V （3）输出功率:12W （4）开关频率: 80kHz 二、反激稳压电源的工作原理

图2-1 反激稳压电源的电路图 三、 反激电路主电路设计 (1)(1)Np Vdc Ton Vo Tr Nsm -=+ （3-1） 1. 反激变压器主电路工作原理 反激式变换器以其电路结构简单,成本低廉而深受广大开发工程师的喜爱,它特别适合小功率电源以及各种电源适配器.但是反激式变换器的设计难点是变压器的设计,因为输入电压范围宽,特别是在低输入电压,满负载条件下变压器会工作在连续电流模式(CCM),而在高输入电压,轻负载条件下变压器又会工作在不连续电流模式(DCM);另外关于CCM 模式反激变压器设计的论述文章极少,在大多数开关电源技术书籍的论述中, 反激变压器的设计均按完全能量传递方式(DCM

模式)或临界模式来计算,但这样的设计并未真实反映反激变压器的实际工作情况,变压器的工作状态可能不是最佳.因此结合本人的实际调试经验和心得,讲述一下不完全能量传递方式(CCM) 反激变压器的设计. 1）工作过程： S 开通后，VD 处于断态，W1绕组的电流线性增长，电感储能增加； S 关断后，W1绕组的电流被切断，变压器中的磁场能量通过W2绕组和VD 向输出端释放。 反激电路的工作模式： 反激电路的理想化波形 S u S i S i V D t o t o ff t t t t U i O O O O 反激电路原理图

开关电源设计步骤(精)

开关电源设计步骤 步骤1 确定开关电源的基本参数 ① 交流输入电压最小值u min ② 交流输入电压最大值u max ③ 电网频率F l 开关频率f ④ 输出电压V O （V ）：已知 ⑤ 输出功率P O （W ）：已知 ⑥ 电源效率η：一般取80％ ⑦ 损耗分配系数Z ：Z 表示次级损耗与总损耗的比值，Z=0表示全部损耗发生在初级， Z=1表示发生在次级。一般取Z=0.5 步骤2 根据输出要求，选择反馈电路的类型以及反馈电压V FB 步骤3 根据u ，P O 值确定输入滤波电容C IN 、直流输入电压最小值V Imin ① 令整流桥的响应时间tc=3ms ② 根据u ，查处C IN 值 ③ 得到V imin 步骤4 根据u ，确定V OR 、V B ① 根据u 由表查出V OR 、V B 值 ② 由V B 值来选择TVS 步骤5 根据Vimin 和V OR 来确定最大占空比Dmax V OR D m a x = ×100％ V OR +V I m i n －V D S (O N ) ① 设定MOSFET 的导通电压V DS(ON) ② 应在u=umin 时确定Dmax 值，Dmax 随u 升高而减小 步骤6 确定C IN ,V Imin 值

步骤7 确定初级波形的参数 ① 输入电流的平均值I A VG P O I A VG= ηV Imin ② 初级峰值电流I P I A VG I P = (1－0.5K RP )×Dmax ③ 初级脉动电流I R ④ 初级有效值电流I RMS I RMS =I P √D max ×(K RP 2/3－K RP +1) 步骤8 根据电子数据表和所需I P 值 选择TOPSwitch 芯片 ① 考虑电流热效应会使25℃下定义的极限电流降低10％，所选芯片的极限电流最小值 I LIMIT(min)应满足：0.9 I LIMIT(min)≥I P 步骤9和10 计算芯片结温Tj ① 按下式结算： Tj ＝[I 2RMS ×R DS(ON)+1/2×C XT ×(V Imax +V OR ) 2 f ]×R θ＋25℃ 式中C XT 是漏极电路结点的等效电容，即高频变压器初级绕组分布电容 ② 如果Tj ＞100℃，应选功率较大的芯片 步骤11 验算I P IP=0.9I LIMIT(min) ① 输入新的K RP 且从最小值开始迭代，直到K RP =1 ② 检查I P 值是否符合要求 ③ 迭代K RP =1或I P =0.9I LIMIT(min) 步骤12 计算高频变压器初级电感量L P ，L P 单位为μH 106P O Z(1－η)+ η L P = × I 2P ×K RP (1－K RP /2)f η 步骤13 选择变压器所使用的磁芯和骨架，查出以下参数： ① 磁芯有效横截面积Sj （cm 2），即有效磁通面积。 ② 磁芯的有效磁路长度l （cm ） ③ 磁芯在不留间隙时与匝数相关的等效电感AL(μH/匝2) ④ 骨架宽带b （mm ） 步骤14 为初级层数d 和次级绕组匝数Ns 赋值 ① 开始时取d ＝2（在整个迭代中使1≤d ≤2） ② 取Ns=1(100V/115V 交流输入)，或Ns=0.6(220V 或宽范围交流输入) ③ Ns=0.6×(V O +V F1) ④ 在使用公式计算时可能需要迭代 步骤15 计算初级绕组匝数Np 和反馈绕组匝数N F ① 设定输出整流管正向压降V F1 ② 设定反馈电路整流管正向压降V F2 ③ 计算N P

超详细的反激式开关电源电路图讲解

反激式开关电源电路图讲解 一，先分类 开关电源的拓扑结构按照功率大小的分类如下： 10W以内常用RCC(自激振荡)拓扑方式 10W-100W以内常用反激式拓扑(75W以上电源有PF值要求) 100W-300W 正激、双管反激、准谐振 300W-500W 准谐振、双管正激、半桥等 500W-2000W 双管正激、半桥、全桥 2000W以上全桥 二，重点 在开关电源市场中,400W以下的电源大约占了市场的70-80%,而其中反激式电源又占大部分,几乎常见的消费类产品全是反激式电源。 优点：成本低,外围元件少，低耗能，适用于宽电压范围输入,可多组输出. 缺点：输出纹波比较大。(输出加低内阻滤波电容或加LC噪声滤波器可以改善) 今天以最常用的反激开关电源的设计流程及元器件的选择方法为例。给大家讲解如何读懂反激开关电源电路图! 三，画框图 一般来说，总的来分按变压器初测部分和次侧部分来说明。开关电源的电路包括以下几个主要组成部分，如图1

图1，反激开关电源框图 四，原理图 图2是反激式开关电源的原理图，就是在图1框图的基础上，对各个部分进行详细的设计，当然，这些设计都是按照一定步骤进行的。下面会根据这个原理图进行各个部分的设计说明。 图2 典型反激开关电源原理图

五，保险管 图3 保险管 先认识一下电源的安规元件—保险管如图3。 作用：安全防护。在电源出现异常时，为了保护核心器件不受到损坏。 技术参数：额定电压 ,额定电流 ,熔断时间。 分类：快断、慢断、常规 计算公式：其中：Po：输出功率 η效率：(设计的评估值) Vinmin ：最小的输入电压 2：为经验值，在实际应用中，保险管的取值范围是理论值的1.5~3倍。 0.98： PF值 六，NTC和MOV NTC 热敏电阻的位置如图4。 图4 NTC热敏电阻 图4中的RT为NTC，电阻值随温度升高而降低,抑制开机时产生的浪涌电压形成的浪涌电流。

开关电源基础知识简介

1、输出纹波噪声的测量及输出电路的处理 PWM 开关电源的输出的纹波噪声与开产频率有关。其纹波噪声分为两大部分：纹波（包括开关频率的纹波和周期及随机性漂移）和噪声（开关过程中产生）。 周期及随机性漂移 在纹波与噪声的测量过程中，如果不使用正确的测量方法将无法正确地测量出真出的输出纹波噪声。下面是推荐的测量方法： 平行线测量法:输出管脚接平行线后接电容,在电容两端使用20MHz C 为瓷片电容，负载与模块之间的距离在51mm 和76mm(2in.和3in)之间。 在大多数电路中, 2、多路输出的交互调节及其应用 交互调节的优点。图中lo1路负载电流、Vo2为辅助路输出电压。由图可见，20% 100% Io2 在主路负载从20%～100%变化时，辅助路输出电压随 辅助路负载电流的变化曲线中，辅助路输出电压始终在±4%范围之内。即使在最坏的情况，即主路空载、辅助路江载，主路满载、辅助路空载时其输出电压也能保证在标称电压的±10%范围之内。由此，对于输出稳压精度要求不太高的情况下，这种不稳压的辅助输出不仅能够满足供电的条件，而且相对成本低、器件少、可靠性高。建议用户首先考虑不稳压的辅助输出的电源模块。 开关电源基础知识简介

3、容性负载能力与电源输出保护 建议用户对电源模块的阻性负载取大于10%额定负载，这样模块工作比较稳定。 电容作为电源去耦及抗干扰的手段，在现代电子线路中必不可少，本公司的电源模块考虑此因素，都有相当的容性负载能力。但由于考虑到电源的综合保护能力，尤其是输出过载保护， 容性负载能力不可能太大，否则保护特性将变差。因此用户在使用过程中负载电容总量不应 超过最大容性负载能力。 Vo 输出电流保护一般有四种方式： ●恒流式：当到达电流保护点时，输出电流随负载的 进一步的加重，略有增加，输出电压不断下降。 ●回折式：当到达电流保护点时，输出电流随负载的 的加重，输出电压不断下降，同时输出电流也不断下降。 ●恒流-截止式：当到达电流保护点时，首先是恒流式 ●精确自恢复截止式：输出电流到达保护点，电源模块输出被禁止，负载减轻电路自恢复。 在大部分电路中使用恒流式与截止式较多，比较理想的保护方式是精确自恢复截止式，或者恒流-截止式保护。其中恒流式、回折式保护本质上就是自恢复的，但输出短路时的功耗较大， 尤其是恒流式。而截止式、恒流-截止式保护的自恢复特性须加辅助复位电路来完成自恢复，其 输出过载时的功耗可以通过复位电路的周期进行调整，即调整间歇启动的时间间隔。一般电流 保护1.2~2倍标称输出电流。精确自恢复截止式电流保护点设定为标称输出电流1.2倍或1.3倍。 一般输出有过压嵌位保护。 4、负载瞬态响应 当输出的负载迅速发生变化时，输出的电压会出现 上冲或下跌。电源模块经过调整恢复原输出电压。这个 响应过程中有两个重要的指标：过冲电压（ Vo）和恢复 时间（tr）。过冲越小，恢复时间越短，系统响应速度 越快。一般在25%的标称负载阶跃变化，输出电压的 过冲为4%VO，恢复时间为500μS左右。 5、外围推荐电路 1）输出电压的调节： 本公司产品中有TRIM输出管脚的产品，可以通过电阻或电位器对输出电压进行一定范围内的调节。将电位器的中心与TRIM相连，在有+S，-S管脚的模块中，其他两端分别接+S、-S，没有相应主路的输出正负极（+S接Vo1，-S接GND上，调节电位器即可。辅路跟随主路调节。电位器阻值根据输出电压的大小选用5～20K?比较合适。一般微调范围为±10%。

关于开关电源设计时的基本问题解答

关于开关电源设计时的基本问题解答 如何为开关电源电路选择合适的元器件和参数？很多未使用过开关电源设计的工程师会对它产生一定的畏惧心理，比如担心开关电源的干扰问题，PCB layout问题，元器件的参数和类型选择问题等。其实只要了解了，使用开关电源设计还是非常方便的。一个开关电源一般包含有开关电源控制器和输出两部分，有些控制器会将MOSFET集成到芯片中去，这样使用就更简单了，也简化了PCB设计，但是设计的灵活性就减少了一些。 开关控制器基本上就是一个闭环的反馈控制系统，所以一般都会有一个反馈输出电压的采样电路以及反馈环的控制电路。因此这部分的设计在于保证精确的采样电路，还有来控制反馈深度，因为如果反馈环响应过慢的话，对瞬态响应能力是会有很大影响。 输出部分设计包含了输出电容，输出电感以及MOSFET等等，这些器件的选择基本上就是要满足性能和成本的平衡，比如高的开关频率就可以使用小的电感值（意味着小的封装和便宜的成本），但是高的开关频率会增加干扰和对MOSFET的开关损耗，从而效率降低。低的开关频率带来的结果则是相反的。 对于输出电容的ESR和MOSFET的Rds_on参数选择也是非常关键的，小的ESR可以减小输出纹波，但是电容成本会增加，好的电容会贵嘛。开关电源控制器驱动能力也要注意，过多的MOSFET是不能被良好驱动的。 一般来说，开关电源控制器的供应商会提供具体的计算公式和使用方案供工程师借鉴的。如何调试开关电源电路？有一些经验可以共享给大家：（1）电源电路的输出通过低阻值大功率电阻接到板内，这样在不焊电阻的情况下可以先做到电源电路的先调试，避开后面电路的影响。（2）一般来说开关控制器是闭环系统，如果输出恶化的情况超过了闭环可以控制的范围，开关电源就会工作不正常，所以这种情况就需要认真检查反馈和采样电路。特别是如果采用了大ESR值的输出电容，会产生很多的电源纹波，这也会影响开关电源的工作的。

开关电源设计教程—理论基础篇

前工程师讲解：开关电源设计教程—理论基础篇 2015-02-06 09:24 来源：电源网作者：铃铛 很多工程师都能回想起自己初学电源时的情景，从最基础的理论基础开始，大量的查阅资料。经历了迷茫和困惑，用时间一点点的积累。小编将为大家整理一系列有关开关电源设计的教程，几乎包含了开关电源的所有拓扑。这些教程由前工程师编写，根据自身的自学经验为大家量身打造，希望能够帮助大家走出迷茫，尽快迈上正轨。 对于初学者来说，最难的不是学习资料，而是找到并且区别哪些资料是有价值的，并且哪些是有必要的。为了新手能够快速找到学习的路子，快速入门，真的迈进开关电源这个世界，现在将常用的拓扑一个一个写出来，用最简单，通俗的语言，用工程实践检验过的最可靠的理论。 先说说做开关电源需要具备的理论基础，做电源的工程师，分两类，一类是搞研究的，一类是搞工程的。 所谓搞研究的，就是研究各种新的技术、新材料、新工艺、新的拓扑结构等等。这些人需要很高的理论底子，当然必须是高学历，数学、电磁学、电子学、自动控制等等。 还有一种就是我们最常见的电源工程师，就是在公司开发部做项目的电子工程师。本文面对的是第二类的，也就是面对应用阶层的电源设计工程师。 必须加一句，像陶显芳老师赵修科老师这一类的大神级别的大师写的书，新手完全没必要使劲啃的，很费时费力。大可囫囵吞枣看一下，能懂多少是多少。然后在慢慢成长的过程中，回头再看，就会有很大的收获。 我们是做工程的，他们搞理论基础的。大师写的书，一下子完全看懂，不大可能。那些书很多方面写得很详细，有完整的理论推导，包括的也非常全面。但是我还是奉劝新手不要在数学公式里面纠结。 那些书完全可以作为技术手册来使用。做技术都有一个成长的过程，到了一定的程度，那些书就很有用处了。 应用类的工程师需要必须具备的理论基础有：模拟电子技术基础。先说模拟电子技术的学习深度问题。刚毕业，一般都不可能把模电学好，谁要是真的觉得自己刚毕业就很棒，那就有两种可能，要么自己自高自大，不知天高地厚。要么就是跟导师真正实际做过项目，并且勤奋学习理论的人。对于我们做电源的工程师来说，模电必须懂的东西列举一下： 电阻：电阻是各种电子电路里面最基础的原件，电阻在开关电源里面的应用主要有各种控制返回电路的分压网络，然后就是吸收回路里面的功率耗散。我们设计中必须关注的有电阻的封装，功耗，耐压，精度。 三极管：三极管在开关电源中有两类用途：第一，做开关管。开关电源的开关管现在主要有Mos管，三极管，IGBT。第二，信号处理。三极管在开关电源的控制电路里面，用的最多的也就是做个保护电路里面简单的小信号开关，然后就是做线性稳压电源（主电路里面的辅助电源）。 需要懂什么呢，刚开始，知道三极管怎么打开，怎么关闭就好。然后知道什么是线性工作状态，什么是开关状态。书上那些乱七八糟的计算，先放下来，平时基本用不上，用到了，再去查，很快就看懂了。千万不要一头钻进理论里面去，浪费时间，浪费精力，用到的时候，第一参考元器件规格书，第二请教别人，然后再回头看书。 二极管：正向导通，反向截止。知道什么是二极管结电容，二极管的关断时间，反向耐压，正向导通电压，正向持续电流，脉冲电流这些概念就OK了，基本够用了。工作中遇到问题，然后再回头看书。

开关电源设计

& 课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目: 开关电源设计 初始条件： 输入交流电源：单相220V，频率50Hz。 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）? 1、输出两路直流电压：12V，5V。 2、直流最大输出电流1A。 3、完成总电路设计和参数设计。 时间安排： 课程设计时间为两周，将其分为三个阶段。 第一阶段：复习有关知识，阅读课程设计指导书，搞懂原理，并准备收集设计资料，此阶段约占总时间的20%。 第二阶段：根据设计的技术指标要求选择方案，设计计算。 ） 第三阶段：完成设计和文档整理，约占总时间的40%。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日

目录 ） 引言 (1) 1设计意义及要求 (2) 设计意义 (2) 开关电源的组成部分 (2) 开关电源的工作过程 (2) 开关电源的工作方式 (3) 脉宽调制器的基本原理 (3) 2方案设计 (5) ） 设计要求 (5) 方案选择 (5) 整流滤波部分 (6) 降压斩波电路 (7) 脉宽调制电路 (8) MOSFET管的驱动电路 (9) 总电路图 (11) 3主电路参数设定 (12) { 变压器、二极管、MOSFET管选择 (12) 反馈回路的设计 (13) MOSFET的驱动设计 (14) 结束语 (15) 参考文献 (16)

附录一 (17) ]

引言 随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，远程控制交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。 开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。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IGBT和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。 开关电源根据输入输出的性质不同可分为AC/DC和DC/DC两大类。AC/DC称为一次电源，也常称为开关整流器。值得指出的是，AC-DC变换不单是整流的意义，而是整流后又做DC-DC变换。所以说，DC-DC变换器是开关电源的核心。DC/DC称为二次电源，其设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，所以学习设计开关电源有重要的意义。

关于开关电源设计

一种基于TOP227Y 的脉冲开关电源设计 摘要:在研究脉冲开关电源技术的基础上 ,提出一种基于 TOP227Y的脉冲开关电源设计。首先给出脉冲开关电源的 总体结构 ,分析其工作原理 ,对系统中高频变压器、主电路、控制电路进行设计。接着介绍 TOP227Y芯片的工作原理及各个 功能块的主要作用 ,最后设计系统总电路图。 关键词:PWM;TOP227Y;开关电源;高频变压器 Design of Pulse Switch Power Supply Based on TOP227Y Abstract:A pulse switch power supply based on TOP227Yis introduced in the paper ,after analsing its working principle , the whole structure of switch power supply is also designed ,the main design content consists of the high frequency trans former ,the main circuit and the control circuit ,then the working principle and the main action of each function module of TOP227Yare introduced in the paper ,finally the whole circuit of system is designed. Keywords:PWM;TOP227Y;switch power supply;high frequency transformer 脉冲电源是各种电源设备中比较特殊的一种,它的电压或电流波形为脉冲状。其实质上是一种通断的直流电源,其基本工作原理是首先经过慢储能 ,使初级能源具有足够的能量,然后向中间储能和脉冲成形系统电或流入能量 ,能量经化 等复杂过程之后 ,形成脉冲电源。随着开关电源的发展 ,电源的小型化、模块化、智能化越来越受到人们的关注。各种电源控制芯片如雨后春笋纷纷涌现 ,美国电源集成 PI 公司相继推出 TOP系列芯片 ,这些芯片集脉冲信号控制电路和功率开关器件 MOSEFT 于一体 ,具有高集成度、最简外围电路、最佳性能指标等特点,能组成高效率无工频变压器的隔离式开关电源。所以,本文设计基于 TOP227Y芯片控制的开关电源。 一、绪论 1.设计的目的及意义 开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体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。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间。 开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型

开关电源设计与实现

Xx大学机电工程学院 Mechanical ＆Electronic Engineering Department 开关电源技术原理及应用设计报告 说明书 设计题目：开关电源的设计与实现 专业： 学号： 姓名： 指导教师： 设计时间：

开关电源的设计与实现 摘要： 本文通过对日常生活中用到的开关电源，进行了比较详细的描述和说明，也就相关制作问题进行了描述。再根据开关电源的理论、电路分析、及变压器的基础，从电路工作的角度分析了开关电源的工作原理，制作了一种比较简单，工作可靠，且适用于目前生活中常用的开关电源。这个设计的主要特点是稳压开关电源，设计中运用了开关电源中的整流、滤波、变压、过压保护等设计。最后按照电路图焊接元件，当接入220V的交流电时，负载所接的灯泡亮。 关键字：开关电源脉宽调制变压器 Design and Realization of Switching Power Supply Abstract: Based on the switching power supply used in daily life, for a more detailed description and explanation, also making the problem is described. According to the theory of switching power supply, circuit analysis, and the transformer, the-working principle of switching power supply circuit from the angle of the work,making a relatively simple, reliable, and suitable for the switch power supply in life. This design is the main characteristics of switching power supply, use in the design of rectifier, filter, transformer, overvoltage protection design of switch power supply. The final element welding according to the circuit diagram, when the access 220V alternating current, load the light bulb. Key words：switching power supply PWM transformer

开关电源设计设计

开关电源设计设计

开关电源设计 摘要 随着开关电源在计算机、通信、航空航天、仪器仪表及家用电器等方面的广泛应用, 人们对其需求量日益增长, 并且对电源的效率、体积、重量及可靠性等方面提出了更高的要求。开关电源以其效率高、体积小、重量轻等优势在很多方面逐步取代了效率低、又笨重的线性电源。电力电子技术的发展，特别是大功率器件IGBT和MOSFET的迅速发展，将开关电源的工作频率提高到相当高的水平，使其具有高稳定性和高性价比等特性。开关电源技术的主要用途之一是为信息产业服务。信息技术的发展对电源技术又提出了更高的要求，从而促进了开关电源技术的发展。开关电源的高频变换电路形式很多, 常用的变换电路有推挽、全桥、半桥、单端正激和单端反激等形式。本论文是基于芯片UC3842的小功率高频开关电源系统设计。 关键词开关电源；半桥全桥；高频变压器 - II -

目录 摘要...................................................................................................................... I 第1章绪论 (1) 1.1 课题背景 (1) 1.2 研究的目的及意义 (2) 1.2.1 课题研究的目的 (2) 1.2.2课题研究的意义 (2) 第2章开关电源输入电路设计 (3) 2.1 电压倍压整流技术 (3) 2.1.1 交流输入整流滤波电路原理 (3) 2.1.2 倍压整流技术 (3) 2.2 输入保护器件保护 (4) 2.2.1 浪涌电流的抑制 (4) 2.2.2 热敏电阻技术分析 (5) 2.3 本章小结 (6) 第3章开关电源主电路设计 (7) 3.1 单端反激式变换器电路的工作原理 (7) 3.2 开关晶体管的设计 (8) 3.3 变压器绕组的设计 (10) 3.4 输入整流器的选择 (11) 3.5 输出滤波电容器的选择 (12) 3.6 本章小结 (12) 第4章开关电源控制电路设计 (13) 4.1 芯片简介 (13) 4.1.1 芯片原理 (13) 4.1.2 UC3842内部工作原理简介 (13) 4.2 工作描述 (14) 4.3 UC3842常用的电压反馈电路 (18) 4.4 本章小结 (20) 结论 (21) 致谢 (22) 参考文献 (23) - II -

开关电源的系统设计深度解读

开关电源的系统设计深度解读 开关电源的系统设计深度解读 时间：2013-03-05 214次阅读【网友评论0条我要评论】收藏 首先从开关电源的设计及生产工艺开始描述吧，先说说印制板的设计。开关电源工作在高频率，高脉冲状态，属于模拟电路中的一个比较特殊种类。布板时须遵循高频电路布线原则。 1、布局：脉冲电压连线尽可能短，其中输入开关管到变压器连线，输出变压器到整流管连接线。脉冲电流环路尽可能小如输入滤波电容正到变压器到开关管返回电容负。输出部分变压器出端到整流管到输出电感到输出电容返回变压器电路中X电容要尽量接近开关电源输入端，输入线应避免与其他电路平行，应避开。 Y电容应放置在机壳接地端子或FG连接端。共摸电感应与变压器保持一定距离，以避免磁偶合。如不好处理可在共摸电感与变压器间加一屏蔽，以上几项对开关电源的EMC性能影响较大。 输出电容一般可采用两只一只靠近整流管另一只应靠近输出端子，可影响电源输出纹波指标，两只小容量电容并联效果应优于用一只大容量电容。发热器件要和电解电容保持一定距离，以延长整机寿命，电解电容是开关电源寿命的瓶劲，如变压器、功率管、大功率电阻要和电解保持距离，电解之间也须留出散热空间，条件允许可将其放置在进风口。 控制部分要注意：高阻抗弱信号电路连线要尽量短如取样反馈环路，在处理时要尽量避免其受干扰、电流取样信号电路，特别是电流控制型电路，处理不好易出现一些想不到的意外，其中有一些技巧，现以3843电路举例见图（1）图一效果要好于图二，图二在满载时用示波器观测电流波形上明显叠加尖刺，由于干扰限流点比设计值偏低，图一则没有这种现象、还有开关管驱动信号电路，开关管驱动电阻要靠近开关管，可提高开关管工作可靠性，这和功率MOSFET高直流阻抗电压驱动特性有关。

开关电源入门基本知识新手必备

目录 ：整流与滤波 (3) 13 2：并联稳压电路 (20) ：串联稳压电路 (31) 3串联稳压电路31 4：集成稳压电路 (44) 5：BUCK电路 (51) 6：BOOST电路 (65) 7：反激变换器 (75) ：正激变换器 (118) 8118

1：整流与滤波 1.1：直流稳压电源的构成 基本概念 1.2：基本概念 交流电压（电流）：幅值与方向均随时间作周期性变化的交流电压 （电流）。

1：整流与滤波 正弦交流电压（电流）：幅值与方向均随时间作正弦周期性变化的交流 有效值电压（电流）称为正弦交流电压（电流）。我们常说的交流电就是正弦交流电压或电流的简略称呼。 有效值：与交流电压（电流）热等效的直流电压（电流）直称为该交流电压（电流）的有效值。 值交流电压（电流）所达到的最大瞬时值 峰值：交流电压（电流）所达到的最大瞬时值。 频率：交流电压（电流）每秒做周期性变化的次数。 直流电压（电流）：数值大小与方向均不随时间变化的电压（电流）称为直流电压（电流）实际上方向安全可以保证不随时间而 为直流电压（电流），实际上，方向安全可以保证不随时间而 变化,但数值不可能做到一直恒定，因此，对于方向不变、数值 随时间而变的交流电压（电流）可以用一个直流电压（电流） 与一个幅值、方向随时间变化的交流电压（电流）叠加。

平均值：- t R U i o ωsin 22 = 0~π： L =o i π~2π： 2102t td R U I L AV ωωπ π sin 20 2 ) (0∫ =L L R U R U 2245.≈=π2 )(0)(045.0U R I U L AV AV ==

开关电源设计

1 绪论 开关电源(Switching Mode Power Supply，英文缩写为SMPS)又称为开关稳压电源，问世后在很多领域逐步取代了线性稳压电源和晶闸管相控电源。随着全球对能源问题的越来越重视，电子产品的耗能问题将愈来愈突出，如何降低其待机功耗，提高供电效率成为一个急待解决的问题。传统的线性稳压电源虽然电力结构简单、工作可靠，但它存在着效率低(只有40%～50%)、体积大、铜铁消耗量大，工作温度高及调整范围小等缺点。为了提高效率，人们研究出了开关式稳压电源，它的效率可达85%以上，稳压范围宽；除此之外，还具有稳压精度高的特点，是一种较理想的稳压电源。开关电源具有效率高、体积小、重量轻、应用广泛等优点，现已成为稳压电源的主流产品。正因为如此，开关电源被誉为高效、节能型电源，代表着稳压电源的发展方向，并已广泛应用于各种电子设备中[1]。 1.1 开关电源的特点 1.1.1 开关电源的优点 (1) 功耗小，效率高。晶体管V在激励信号的激励下，它交替地工作在导通—截止和截止—导通的开关状态，转换速度很快，频率一般为50kHz左右，在一些技术先进的国家，可以做到几百或者近1000kHz。这使得开关晶体管V的功耗很小，电源的效率可以大幅度地提高，其效率可达到80%。 (2) 体积小，重量轻。采用高频技术，省掉了体积笨重的工频变压器。由于调整管V上的耗散功率大幅度降低后，又省去了较大的散热片。由于这两方面原因，所以开关稳压电源的体积小，重量轻。 (3) 稳压范围宽。从开关稳压电源的输出电压是由激励信号的占空比来调节的，输入信号电压的变化可以通过调频或调宽来进行补偿。这样，在工频电网电压变化较大时，它仍能够保证有较稳定的输出电压。所以开关电源的稳压范围很宽，稳压效果很好。此外，改变占空比的方法有脉宽调制型和频率调制型两种。开关稳压电源不仅具有稳压范围宽的优点，而且实现稳压的方法也较多，设计人员可以根据实际应用的要求，灵活地选用各种类型的开关稳压电源。 (4) 滤波的效率大为提高，使滤波电容的容量和体积大为减少。开关稳压电源的工作频率目前基本上是工作在50kHz，是线性稳压电源的1000倍，这使整流后的滤波效率几乎也提高了1000倍；即使采用半波整流后加电容滤波，效率也提高了500

开关电源设计的一般考虑 经典!!!

第一章开关电源设计的一般考虑 在设计开关电源之前，应当仔细研究要设计的电源技术要求。现以一个通信电源模块的例子来说明设计要考虑的问题。该模块的技术规范如下： 1 电气性能 除非另外说明,所有参数是在输入电压为220V,交流50Hz以及环境温度25℃下测试和规定的. 表1.1 调压范围2 效率 额定电压输出电流限流范围过压范围调压范围1 I(max) 54.9V 28A 110％ 58.8- 52.55- 45.7 ＞87％ Imax 61.2V 52.75V 45.9V 1.1 输入 电压：单相交流额定电压有效值220V±20% 频率：频率范围 45-65Hz 电流：在满载运行时,输入220V,小于8A。在264V时,冲击电流不大于18A 效率：负载由50％－100％为表2.1值 功率因数：大于0.90,负载在50％以上,大于0.95 谐波失真：符合IEC 555-2要求 启动延迟：在接通电源3秒内输出达到它的额定电平 保持时间：输入176V有效值,满载,大于10mS 1.2 输出 电压：在满载时,输出电压设定在表1值的±0.2％ 电流：负载电流从零到最大值(参看表1)，过流保护开始是恒流,当电压降低到一定值得时,电流截止. 稳压特性：负载变化由零变到100％, 输入电压由176V变到264V最坏情况下输出电压变化不超过200mV. 瞬态响应：在没有电池连接到输出端时,负载由10％变化到100％,或由满载变化的10％,恢复时间应当在2mS之内. 最大输出电压偏摆应当小于1V. 静态漏电流：当模块关断时,最大反向泄漏电流小于5mA. 温度系数：模块在整个工作温度范围内≤±0.015％. 温升漂移：在起初30秒内,±0.1％ 输出噪音：输出噪音满足通信电源标准,衡重杂音＜2mV. 1.3 保护 输入：输入端保护保险丝定额为13A. 输出过压：按表 1.1设置过压跳闸电压,输出电压超过这个电平时,将使模块锁定在跳闸状态.通过断开交流输入电源使模块复位. 输出过流：过流特性按表1.1的给定值示于图1.过流时,恒流到60％电压,然后电流电压转折下降.(最后将残留与短路相同的状态) 输出反接：在输入反接时,在外电路设置了一个保险丝烧断(＜32A/ 55V) 过热：内部检测器禁止模块在过热下工作，一旦温度减少到正常值以下,自动复位. 1.4 显示和指示功能 输入监视：输入电网正常显示. 输出监视：输出电压正常显示.(过压情况关断). 限流指示：限流工作状态显示. 负载指示：负载大于低限电流显示. 继电器：输入和输出和输入正常同时正常显示。 输出电流监视：负载从10％到100％,指示精度为±5％. 遥控降低：提供遥控调节窗口. 1.5 系统功能 电压微调：为适应电池温度特性,可对模块的输出电压采取温度补偿. 负载降落：为适应并联均流要求，应能够调节外特性。典型电压降落0.5％,使得负载从零到增加100％,输出电压下降250mV. 遥控关机：可实现遥控关机。 1.6 电气绝缘 下列试验对完成的产品100％试验。 1.在L(网)和N(中线)之间及其它端子试验直流电压为6kV. 2.在所有输出端和L,N及地之间试验直流2.5kV.这检查输出和地之间的绝缘. 3.下列各点分别到所有其它端子试验直流100V： 电压降低(11和12脚) 继电器接点(14,15和16脚) 状态选择-输入,输出和电流限制(3,4,5和6脚)

开关电源设计一些重要知识点

1、什么叫boost电路？ the boost converter,或者叫step-up converter，是一种开关直流升压电路，它可以是输出电压比输入电压高。 基本电路图见图一。 假定那个开关（三极管或者mos管）已经断开了很长时间，所有的元件都处于理想状态，电容电压等于输入电压。 下面要分充电和放电两个部分来说明这个电路 充电过程 在充电过程中，开关闭合（三极管导通），等效电路如图二，开关（三极管）处用导线代替。这时，输入电压流过电感。二极管防止电容对地放电。由于输入是直流电，所以电感上的电流以一定的比率线性增加，这个比率跟电感大小有关。随着电感电流增加，电感里储存了一些能量。 放电过程 如图，这是当开关断开（三极管截止）时的等效电路。当开关断开（三极管截止）时，由于电感的电流保持特性，流经电感的电流不会马上变为0，而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。而原来的电路已断开，于是电感只能通过新电路放电，即电感开始给电容充电，电容两端电压升高，此时电压已经高于输入电压了。升压完毕。

说起来升压过程就是一个电感的能量传递过程。充电时，电感吸收能量，放电时电感放出能量。 如果电容量足够大，那么在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流。如果这个通断的过程不断重复，就可以在电容两端得到高于输入电压的电压。 一些补充 1 AA电压低,反激升压电路制约功率和效率的瓶颈在开关管,整流管,及其他损耗(含电感上). 1.电感不能用磁体太小的(无法存应有的能量),线径太细的(脉冲电流大,会有线损大). 2 整流管大都用肖特基,大家一样,无特色,在输出3.3V时,整流损耗约百分之十. 3 开关管,关键在这儿了,放大量要足够进饱和,导通压降一定要小,是成功的关键.总共才一伏,管子上耗多了就没电出来了,因些管压降应选最大电流时不超过0.2--0.3V,单只做不到就多只并联....... 4 最大电流有多大呢?我们简单点就算1A吧,其实是不止的.由于效率低会超过1.5A,这是平均值,半周供电时为3A,实际电流波形为0至6A.所以咱建议要用两只号称5A实际3A的管子并起来才能勉强对付. 5 现成的芯片都没有集成上述那么大电流的管子,所以咱建议用土电路就够对付洋电路了. 以上是书本上没有直说的知识,但与书本知识可对照印证.