开关电源模块并联供电系统（A题）
（本科组）
参赛队员：刘艳艾澜张晓光
指导老师：王归新
摘要
设计并制作了双路电源并联供电的电路。每路电源采用BUCK变换器将给定的24V输入电源变换为要求的8V输出，并联后提供最大负载电流4A。为了提高系统效率，采用同步BUCK变换器作为单路电源的主电路，并采用单片机数字控制变换器的运行。为了提高双路电源模块的均流/分流精度，系统采用基于单片机数字控制的主从并联均流结构，其中一路电源被控制为稳定度较高的电压源并作为主模块，另一路被控制为电流源作为从模块，系统由主模块确定输出电压，而对从模块的控制确定输出电流的均衡和分流精度。系统输出短路保护采用封锁/重启模式，当输出电流达到或超过设定的保护电流4.5A时，封锁变换器的输出，之后系统自动进行定期重启再运行，直到故障排除为止。为了方便系统调试和测试，设置了PS2键盘和点阵式液晶显示器LCM240128作为人机接口。
实验结果表明，所设计制作的并联电源供电系统的效率达到90%，模块均流/分流误差优于2%，保护动作准确可靠，达到和超过了课题设计要求。
一、方案比较与论证
1.DC/DC降压变换器方案
根据课题将24V直流电源变换器为8V直流电源的要求，应当采用降压式变换电路。可采用的方法较多，如单端正激、单端反激、桥式变换电路等，但以BUCK式变换器最为简单。而在BUCK变换器拓扑中，有经典BUCK式、同步BUCK 式、谐振BUCK式等几种。
经典式Buck变换器电路简单，易于控制，但对主开关管和续流二极管有较高的要求，否则电路的开关损耗和通态损耗比较高。为此，形成了一些改进结构。同步BUCK式变换器将经典式Buck变换器中通态压降较大的续流管用通态压降较小同步整流管取代，提高了电路的运行效率，但相应的要增加同步整流管的驱动控制，电路稍复杂；谐振开关式BUCK变换器采用谐振电路降低开关管的损耗和电压电流应力，但谐振电路相对较复杂，电路的效率提高不多。
鉴于上述原因，考虑到实际制作时的技术条件和难度，本设计采用同步BUCK 式变换器结构如图A-1所示，电路中，主斩波管和续流管均采用通态电阻只有
8mΩ的MOS管构成。
图A-1 同步BUCK式变换器主电路
2.模块间均流控制方案
对于并联供电模块，模块间的均流是关键的问题，涉及到模块的使用寿命和系统的可靠性。多个直流电源模块并联的均流措施主要有下垂特性均流法、主从均流法、自主控制均流法等。
下垂特性均流法是通过模块自身的控制将各模块的输出特性进行改造，使各模块的负载特性趋于一致，这样模块并联后各模块的输出电流也就趋于一致。这种方法实现上不需要模块间的并联控制单元，各模块之间不需要通信连接，是一种真正的独立并联系统，但要将各模块的输出特性校正成一致在技术上有很大的难度，因此实际应用中均流效果不很理想，尤其是当要求模块间以不同的比例进行分流时，这种方法难以完成任务。
自主控制均流法也称最大电流控制法，是在并联模块中随时选取输出电流最大的模块作为主模块，并由主模块的控制单元输出电流信号至并联均流总线，其它模块均为从模块，从模块的控制单元从并联均流总线上获取均流电流信号，并控制自身单元的输出电流与主模块的输出电流趋向一致。这种方法均流效果很好，可以达到很高的均流精度，也不存在系统崩溃问题，但是，系统需要均流总线，各单元都要有均流控制器，尤其是当以不同的比例分流时，分流的精度难以保证。
主从均流法是在所有的模块中选取一个模块作为主模块，而其余的模块均为从模块，主模块控制输出总线上的电压，而从模块则向输出总线上提供电流，通过均流控制模块控制各从模块的输出电流，使它们与主模块的输出电流趋向一致。主从均流法具有较高的均流精度，控制方法简单易行，也可以以不同的比例任意分配各模块的输出电流，但是，由于主模块的确定性，当主模块发生故障时，整个并联供电系统将要崩溃。
为了满足课题均流精度和任意比例分配电流的要求，系统采用主从均流法。至于系统崩溃问题，由于系统只有两路并联模块，可以采取主模块高可靠性的设计方法解决。
3.输出短路保护
常用的输出短路保护有封锁/重启法、截止法。
截止法是让电源的输出特性具有挖土机的截止特性，即当输出电流达到设定的阈限时，降低输出电压保证输出电流不变。这种方法实现复杂，特别是当并联模块分为主从模块时，难以做到截止特性与均流特性的一致，会出现某个模块过流现象。
封锁/重启法是当负载电流超过设定的阈值时，直接封锁电源的输出，之后经过一段延时后，重新启动系统再试，若短路故障依然存在，再次封锁，直到故障消除为止。这种方法具有原理简单、保护迅速、可靠性高等特点，特别是当电源用相对较脆弱的半导体开关电路时，对开关的保护更及时。所以本设计选用封锁/重启法。
4.系统控制方案
系统控制要求包括两路BUCK变换器的控制、均流/分流控制、系统保护等。对于BUCK变换器，采用模拟控制具有较好的精度和控制性能，但如上所述，对于不同的变换器需要采用的不同的控制方法，对于主模块要采取电压控制，而对于从模块要采取电流控制，还要配合均流/分流控制，采用模拟控制难以满足这样一种多样性和灵活性的控制要求，所以，本设计中对于BUCK变换器采用灵活性高的单片机的数字控制。同样，对于均流分流控制要做到灵活分流比例也宜采用数字控制为佳。所以，本设计中一块单片机系统完成系统的全部控制。所选用的单片机应当满足控制速度、精度以及一些附属功能如AD转换、PWM发生、占空比调节等要求，所以选用ATmega128单片机作为主控芯片。
二、理论分析与计算
1.Buck变换器元器件参数的计算
Buck变换器电路工作时波形如图A-2所示，给定的条件为：输入电压V i=24V，输出电压V o=8V，单个模块最大输出电流I omax=2A。
考虑到系统的控制分辨率和效率要求（见2.2），选取的开关频率f s=5kHz，则电路参数计算如下：
图A-2 同步BUCK式变换器电路波形
（1）开关管的选择
当MOS管开通时，流过MOS管的最大平均电流I omax=2A，设计电流波动Δi
为30%，并考虑2倍的余量，则流过MOS管的最大电流为
（1）当MOS管关断时，MOS管承受最大电压为24V，考虑2~2.5倍的余量，即V
=24×(2~2.5)=48~60(V) （2）max
限于实验室条件，实际选用IRF3205，其最大耐压V（BR）DDS=55V略小于设计要求，最大电流I D=75A高于设计要求，但通态电阻为R DS(ON)=8mΩ有利于提高效率。
（2）电感的选取
电感量L的选取原则是确保开关器件电流纹波波动量在设定的范围并且不饱和。开关管开通时，电感上承受电压为V i-V o，开关管关断时，电感上承受电压为V o，因此电感上最大电压为V i-V o，开关周期T s=200us,按输出电压要求估算，占空比不大于50%，为主管开通时间Δt不大于100 us,允许的电流波动量Δi 取30%，则电感量为：
（3）
实际选取L=2.50mH.
（3）电容的选取
系统对输出纹波ΔV o未提出要求，但按常规电源设计要求取ΔV o=200mV,在最大输出电流I o为2A的条件下，电容量为：Buck输出电流，f为PWM的频率，取5kHz
电容量C根据公式（2）来计算：
（4）实际选取4700uF/25V的电解电容。
（4）系统效率的分析
系统主要由Buck变换器、测量和控制电路构成。它们各自都会消耗电能，影响并联供电系统的效率。
I. Buck变换器的损耗P d主要由开关管的开关损耗P SW、开关管通态损耗P T 以及滤波电感上的损耗P i组成，即：
（5）其中，开关损耗为
（6）式中t d-on为开通时间,t d-off为关断时间,IRF3205这两个时间均为115ns。开关管的通态损耗为
（7）式中d为PWM的占空比取0.5；I o为Buck电路的输出电流；R DS为管子通态电阻。电感的损耗通常为3%左右，则变换器主电路的损耗为：
II. 测量和控制电路的损耗P MC主要由单片机系统消耗功率和电流电压检测电路所消耗的功率构成，无法进行理论计算，只能通过实测量，实测结果是P MC=4W 则系统的计算总效率为
（8）
2.控制信号PWM开关周期
本设计采用Mega128单片机作为主控制器，主频f clk为12MHz，内部含有两个16位的定时器，用来产生PWM控制信号经驱动后控制开关管。为达到较好的控制效果，需要保证PWM的分辨率足够大以满足稳压和均流控制的要求。PWM分辨率对系统性能的影响体现在两个方面，即输出电压的稳定性和均流的精确度。Buck电路的输出电压V o、输入电压V i与PWM的占空比d之间存在如下关系：
（9）
则可得输出电压的变化量ΔV o与占空比的变化Δd存在如下关系：
（10）
当系统进行均流调节时，实质是对PWM占空比进行调节，单位占空比的改变导致输出电压单位的改变。单片机的PWM发生器的定时器的长度为2400，则单位占空比的改变导致的输出电压的单位改变量为：
（11）
输出电压单位的改变导致输出电流单位的改变，在最大负载下，单位电流的改变量
（12）
电流控制相对分辨率为
(13) 满足控制对分辨率的要求。对应的开关频率
(14)
3.均流控制设计
主从均流法的原理示意图如A-3所示，在两个或几个DC／DC转换器模块并联的系统中（本课题只有两个），人为地指定其中一个为主模块，其余的各模块跟随主模块分配电流。图中，两个模块的电流反馈信号分别为I omf和I osf，V or为主模块的基准电压，V of为输出反馈电压。
图A-3 主从均流法系统框图
本设计利用单片机来实现数字均流调节。其程序框图如图A-4所示：
图A-4. 系统控制程序结构框图
4.过流保护
保护电流采用封锁重启法，其原理图如A-5所示。图中I1、I2为霍尔电流传感器的输出信号，而实际流过Buck电路的电流为它们的1.45倍，因此过流保护动作的设定值应为（I P为系统过流保护的阈值），调节电位器R1使比较器LM339的反相端电压为I set即可。当负载过电流时，即I1与I2之和大于保护阈值时，比较器输出高电平置位RS触发器的S端，R端与单片机相接，RS触发器的输出一路封锁MOS管，另一路触发单片机的外部中断，单片机产生一个延时，
取1s，并发出声光报警，延时后单片机复位RS触发器，使MOS管恢复正常工作，如果负载电路仍然大于阈值，则再次封锁MOS管，再延时后重启。
图A-5 过流保护封锁电路
三、电路设计
1.PWM脉冲驱动电路图
PWM脉冲驱动电路设计如图A-6所示，图中，采用驱动芯片IR2110及其外围元件构成隔离驱动，共有上下两路驱动，正好为斩波管和续流管的驱动。
图A-6 PWM脉冲驱动电路
2.PWM脉冲分配与死区形成电路设计
如图A-7所示，由单片机发出的PWM信号送入两路比较器先进行脉冲放大和抗干扰处理，然后经过死区形成电路形成约1us的死区，再经过比较器构成的脉冲输出电路送入驱动电路。
图A-7 PWM脉冲分配与死区形成电路
3.信号检测电路设计
系统所要检测的信号有：主模块的输出电压、电流，从模块的输出电流。如图A-8所示，电压和电流检测分别通过电压霍尔、电流霍尔传感器检测，并经过必要的输出转换电路后转换为检测信号。为了提高系统的抗干扰性，检测信号后都经过一个二阶低通滤波器滤除噪声，再送入单片机的AD转换器中。
图A-8 电压电流检测电路
本系统采用Mega128内部的10位ADC，即分辨率为1024，参考电压取内部2.56V，最小可以识别2.5mV的电压变化。电压采样使用电压霍尔传感器VSM025A，其精度为0.7%。电流采样使用电流霍尔传感器CSM025A，其精度为0.5%。选定采样电阻使电压霍尔传感器的输入电压从5V到12V变化时，使送给ADC的电压在1V到2.4V之间变化。选定采样电阻使电流霍尔传感器的输入电流从0.3A到
3.5A变化时，使送给ADC的电压在0.2V到2.4V之间变化。
4.显示与控制键盘设计
本系统采用点阵式液晶显示器LCM240128和PS2键盘作为人机接口。考虑题目要求设定两个模块的输出电流比例，PS2键盘的小键盘区刚好满足此要求，又PS2键盘通过PS2协议与单片机进行通信，接口简单，易于实现，因此采用PS2键盘作为系统输入设备。为了更好的了解输出电压、电流的测量值等系统信息，通过点阵式液晶显示器LCM240128显示。
四、测试结果
1.测试使用的仪器：
表A-1测试使用的仪器设备
2.效率测试
测试方法：系统双模块并联稳定运行，带额定负载，分别从总输入端和总输出端测取输入电压、输入电流、输出电压、输出电流如表A-1所示。
表A-1 效率测试数据
测试结果：计算得系统效率
3.均流测试
测试方法：系统双模块并联稳定运行，将负载从8Ω突变到4Ω，用示波器观测两路电源的输出电流变化的波形，读取动态均流调节时间，用UT805台式万用表分别读取稳态电流值；将负载从4Ω突变到8Ω，用示波器观测两路电源的输出电流变化的波形，读取动态均流调节时间，用UT805台式万用表分别读取稳态电流值。然后，换上可调电阻，调节输出电流分别为1.5A、2.5A，测试均流效果。
测试结果：测试记录如表A-2、A-3、A-4所示。
（1）表A-2 V o=8V, I o=1.0A, I1:I2=1:1分流时的测试数据
（2）表A-3 Vo=8V, Io=1.5A, I1:I2=1:2分流时的测试数据
（3）表A-4 Vo=8V, Io=2.5A, I1:I2=1.5:1分流时的测试数据
4.输出短路保护测试
测试方法：系统双模块并联稳定运行，将负载从8Ω逐渐调小，用示波器观测总输出电流波形和PWM脉冲波形，记录保护动作时刻的数字电流表的数值和示波器捕捉的输出电流值。然后，加大负载电阻，看系统能否重新启动，记录下系统重新启动的时间。
五、结论
作品达到了题目所有基本和扩展的功能和指标的要求。
（1）调整负载电阻至额定输出功率工作状态，供电系统的直流输出电压
=8.0±0.02V。
V
o
（2）额定输出功率工作状态下，供电系统的效率达到。
（3）调整负载电阻，保持输出电压V o=8.0V，使两个模块输出电流之和I o =1.0A 且按I1:I2=1:1模式自动分配电流，每个模块的输出电流的相对误差绝对值小于3.5%。
（4）调整负载电阻，保持输出电压V o=8.0V，使两个模块输出电流之和I o =1.5A 且按I1 :I2=1:2模式自动分配电流，每个模块输出电流的相对误差绝对值小于1.47%。
（5）调整负载电阻，保持输出电压V o =8.0V，使负载电I o在1.5~3.5A
之间变化时，两个模块的输出电流可在（0.5~2.0）范围内按指定的比例自动
分配，每个模块的输出电流相对误差的绝对值小于2%。
（6）调整负载电阻，保持输出电压V o=8.0V，使两个模块输出电流之和I o =4.0A 且按I1:I2=1:1模式自动分配电流，每个模块的输出电流的相对误差的绝对值小于2%。
（7）具有负载短路保护及自动恢复功能，保护阈值电流为 4.5A。
（8）输出电压5V到12V可调。
参考文献
[1] 王兆安，黄俊.电力电子技术（第4版）.北京：机械工业出版社，2000.
[2] 康华光，邹寿彬，秦臻.电子技术基础模拟部分（第五版）.北京：高等教育出版社，2006.
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《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：
全谐振开关电源的原理 设计谐振变换器中的变压器 (design for an LLC resonant converter(transformer )设计全过程! 近段时间LLC谐振变换器备受关注,因为它优于常规的串联谐振变换器和并联谐振变换器:在负载和输入变化较大时,频率变化很小,且全负载范围内切换可实现零电压转换(ZVS), 下面我们就来讨论这种线路结构种的变压器设计. 当然在设计变压器之前还有些其它线路的设计,大概总结如下: a) 定义系统参数, 比如说目标效率. 输入电压范围等 b) 确定谐振网络的最大和最小电压增益 M min=Vro/Vinmax/2=Lm+n^2Llks/Lm=Lm+Llkp/Lm M max= Vin max/Vin min*M min c) 确定变压器圈数比(n=Np /Ns) n=Vin max/{2(Vo+2Vf)}*M min. d) 计算等效负载电阻(Rac) Rac={8n^2/(3.14)^2}*(Vo^2/Po)*Eff e) 设计谐振网络(一般在峰值增益上要有10-15%余量) Cr=1/2*3.14*Q*F0*Rac Lr=1/ (2*3.14*F0)^2*Cr Lp= (k+1)^2/(2k+1)*Lr 注:K值为: Lm/Llkp (激磁电感和初级漏磁电感之间的比)
下面进入主题-----设计变压器: 在设计变压器是应以最坏的情况来考虑,那么此案子是在最低的开关频率发生在最低的输入电压和满负载的情况下. 下面我们来计算原边(Np)最小圈数值.. Np min= n(V0+2Vf)/(2*Fs min* *Ae)-------△B:可以取0.25--0.3T. 然后,选择次级圈数,保证初级圈数大于Np min. Np =n*Ns>Np min 下面我们以一个实例来讨论LLC谐振变换器中的变压器具体设计: 首先根据Ap法算出大概需要的core size ,本例变压器选EER3541(Ae=107mm^2). 接下来再讨论最小的开关频率,在设计LLC谐振变压器时可以根据增益曲线可以从图表上查出,,,然后再按上述的公式来算初,次级的圈数.... 接下来就是和我们普通的变压器设计流程一样.... 下一步是来讨论变压器的构造... 因为LLC 谐振变换器是充分利用变压器的Lp,Lr..故在结构设计中应该留心... 刚有谈到LLC谐振变换器是充分利用变压器的Lp,Lr,则1在设计时需要一个相对较大的Lr值.我们一般可以采用一种可组合线轴.以获得理想的Lr值... 这种结构,线圈数和绕线结构是决定Lr大小的主要因素,而变压器的磁心气隙长度不会影响Lr太多...但,我们可以通过调整气隙长度来轻松控制Lp.. 最后我们来选择谐振电容.... 大家都知道,在选择谐振电容时必须考虑额定电流,因为会有相当数量的电流流经电容... 通过谐振电容器的均方根可表示为: Icr (rms)=√ {(3.14*Io/2√2n)^2 }+ {n(Vo+2*Vf)/4√2FoLm}^2
1开关电源主电路设计 1.1主电路拓扑结构选择 由于本设计的要求为输入电压176-264 V 交流电，输出为24V 直流电,因此中间需要将输入侧的交流电转换为直流电，考虑采用两级电路。前级电路可以选用含电容滤波的单相不可控整流电路对电能进行转换，后级由隔离型全桥Buck 电路构成。总体要求是先将AC176-264V 整流滤波，然后再经过BUCK 电路稳压到24V 。考虑到变换器最大负输出功率为1000W ，因此需采用功率级较高的Buck 电路类型，且必须保证工作在CCM 工作状态下，因此综合考虑，本文采用全桥隔离型Buck 变换器。其主电路拓扑结构如下图所示： 图1-1 主电路拓扑结构 1.2开关电源电路稳态分析 下面将对全桥隔离型BUCK 变换器进行稳态分析，主要是推导前级输出电压g V 与后级输出电压V 之间的关系，为主电路参数的设计提供参考。将前级输出电压g V 代替前级电路，作为后级电路的输入，且后级BUCK 变换器工作在CCM 模式，BUCK 电路中的变压器可以用等效电路代替。 由于全桥隔离型BUCK 变换器中变压器二次侧存在两个引出端，使得后级BUCK 电路的工作频率等同于前级二倍的工作频率，如图1-1所示。在S T 2的工作时间内，总共可分为四种开关阶段，其具体分析过程如下： 1) 当S DT t <<0时，此时1Q 、4Q 和5D 导通，其等效电路图如图1-2所示。
i () t R v i ‘ 图1-2 在S DT t <<0时等效电路 g nv v =s （1-1） v nv v g -L = （1-2） R v i i /-C = （1-3） 2) 当S S T t DT <<时，此时1Q ~4Q 全部关断，6D 和5D 导通，其等效电路图如图1-3 所示。此时前级输出g V 为0，假设磁化电流为0，则流过6D 和5D 电流相等，均为L i 2 1 。。 i () t R i ‘ 图1-3 在S S T t DT <<时等效电路 0=s v （1-4） v v -L = （1-5） R v i i /-C = （1-6） 3) 当S S T D t T ）（ +1<<时，此时2Q 、3Q 和6D 导通，其等效电路图如图1-2所示。
毕业论文（设计） 题目开关电源设计 英文题目switch source design
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
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电脑开关电源维修图解 一颗强劲的CPU可以带着我们在复杂的数码世界里飞速狂奔，一块最酷的显示卡会带着我们在绚丽的3D世界里领略那五光十色的震撼，一块最棒的声卡更能带领我们进入那美妙的音乐殿堂。相对于CPU，显示卡、声卡而言，电源可能是微不足道的，我们对它的了解也不是很多，可是我们必须知道，一个稳定工作的电源，是使我们计算机能够更好工作的前提。 计算机开关电源工作电压较高，通过的电流较大，又工作在有自感电动势的状态下，因此，使用过程中故障率较高。对于电源产生的故障，不少朋友束手无策，其实，只要有一点电子电 路知识，就可以轻松的维修电源。 首先，我们要知道计算机开关电源的工作原理。电源先将高电压交流电（220V）通过全桥二极管（图1、2）整流以后成为高电压的脉冲直流电，再经过电容滤波（图3）以后成为高压直流电。
此时，控制电路控制大功率开关三极管将高压直流电按照一定的高频频率分批送到高频变压器的初级（图4）。接着，把从次级线圈输出的降压后的高频低压交流电通过整流滤波转换为能使电脑工作的低电压强电流的直流电。其中，控制电路是必不可少的部分。它能有效的监控输出端的电压值，并向功率开关三极管发出信号控制电压上下调整的幅度。在计算机开关电源中，由于电源输入部分工作在高电压、大电流的状态下，故障率最高；其次输出直流部分的整流二极管、保护二极管、大功率开关三极管较易损坏；再就是脉宽调制器TL494的4脚电压是保护电路的关键测试点。通过对多台电源的维修，总结出了对付电源常见故障的方法。
一、在断电情况下，“望、闻、问、切” 由于检修电源要接触到220V高压电，人体一旦接触36V以上的电压就有生命危险。因此，在有可能的条件下，尽量先检查一下在断电状态下有无明显的短路、元器件损坏故障。首先，打开电源的外壳，检查保险丝（图5）是否熔断，再观察电源的内部情况，如果发现电源的PCB 板上元件破裂，则应重点检查此元件，一般来讲这是出现故障的主要原因；闻一下电源内部是否有糊味，检查是否有烧焦的元器件；问一下电源损坏的经过，是否对电源进行违规的操作，这一点对于维修任何设备都是必须的。在初步检查以后，还要对电源进行更深入地检测。
开关直流稳压电源设计 摘要 直流稳压电源应用广泛，几乎所有电器，电力或者电子设备都毫不例外的需要稳定的直流电压（电流）供电，它是电子电路工作的“能源”和“动力”。不同的电路对电源的要求是不同的。在很多电子设备和电路中需要一种当电网电压波动或负载发生变化时，输出电压仍能基本保持不点的电源。电子设备中的电源一般由交流电网提供，如何将交流电压（电流）变为直流电压（电流）供电又如何使直流电压（电流）稳定这是电子技术的一个基本问题。解决这个问题的方案很多，归纳起来大致可分为线性电子稳压电源和开关稳压电源两类，他们又各自可以用集成电路或分立元件构成。开关稳压电源具有效率高，输出功率大，输入电压变化范围宽，节约能耗等优点。 一、引言 基本要求 稳压电源。 1.基本要求 ①输出电压UO可调范围：12V～15V； ②最大输出电流IOmax：2A；
③U2从15V变到21V时，电压调整率SU≤2%（IO=2A）； ④IO从0变到2A时，负载调整率SI≤5%（U2=18V）； ⑤输出噪声纹波电压峰-峰值UOPP≤1V（U2=18V,UO=36V,IO=2A）； ⑥DC-DC变换器的效率≥70%（U2=18V,UO=36V,IO=2A）； ⑦具有过流保护功能，动作电流IO（th）=±； 发挥部分 (1)排除短路故障后，自动恢复为正常状态； (2)过热保护； 二、方案设计与论证 开关式直流稳压电源的控制方式可分为调宽式和调频式两种。实际应用中，调宽式应用较多，在目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数为脉宽调制（PWM）型。开关电源的工作原理就是通过改变开关器件的开通时间和工作周期的比值，即占空比来改变输出电压，通常有三种方式：脉冲宽度调制（PWM）、脉冲频率调制（PFM）和混合调制。PWM调制是指开关周期恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。因为周期恒定，滤波电路的设计比较简单，因此本次设计采用PWM调制方式实现电路设计要求。主要框架如图1所示。由变压器降压得到交流电压，再经过整流滤波电路，将交流电变成直流电，然后再经过DC-DC变换，由PWM的驱动电路去控制开关管的导通和截止，从而产生一个稳定的电压源。
开关电源PCB设计流程及布线技巧在任何开关电源设计中，PCB板的物理设计都是最后一个环节，如果设计方法不当，PCB可能会辐射过多的电磁干扰，造成电源工作不稳定，以下针对各个步骤中所需注意的事项进行分析： 一、从原理图到PCB的设计流程 建立元件参数－》输入原理网表-》设计参数设置-》手工布局-》手工布线-》验证设计－》复查-》cam输出。 二、参数设置 相邻导线间距必须能满足电气安全要求，而且为了便于操作和生产，间距也应尽量宽些。最小间距至少要能适合承受的电压，在布线密度较低时，信号线的间距可适当地加大，对高、低电平悬殊的信号线应尽可能地短且加大间距，一般情况下将走线间距设为8mil。焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于1mm，这样可以避免加工时导致焊盘缺损。当与焊盘连接的走线较细时，要将焊盘与走线之间的连接设计成水滴状，这样的好处是焊盘不容易起皮，而是走线与焊盘不易断开。 如图：
三、元器件布局 实践证明，即使电路原理图设计正确，印制电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。例如，如果印制板两条细平行线靠得很近，则会形成信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声；由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，因此，在设计印制电路板的时候，应注意采用正确的方法。每一个开关电源都有四个电流回路： （1）电源开关交流回路 （2）输出整流交流回路 （3）输入信号源电流回路 （4）输出负载电流回路输入回路 通过一个近似直流的电流对输入电容充电，滤波电容主要起到一个宽带储能作用；类似地，输出滤波电容也用来储存来自输出整流器的高频能量，同时消除输出负载回路的直流能量。所以，输入和输出滤波电容的接线端十分重要，输入及输出电流回路应分别只从滤波电容的接线端连接到电源；如果在输入/输出回
《开关电源课程设计》 指导教师：熊春宇 姓名：李丽丽 学号：200701071235 电话：136664664296
LED照明驱动开关电源设计 (李丽丽，大庆师范学院物电学院07级电子信息工程专业)摘要：LED照明驱动设计了恒流输出、空载保护、隔离输出及EMC等功能.系应用于LED 照明驱动的开关电源电路。采用PWM自动调节实现恒流输出，稳压管过压锁定实现空载保护，电磁隔离和光隔离实现隔离输出。经过多次的运行与检测，实践证明该电路恒流输出稳定，发热量低。本设计体积小,微调反馈电路可设置作为为LED驱动常用的350mA或700mA恒流输出。可广泛适用于生活照明，商用照明。 关键词:LED驱动电源;发热低恒流;隔离低成本 Abstract：LED lighting design drive the constant-current output, the output and protection, isolation no-load EMC etc. Function. Is applied to the switch power LED lighting driving circuit. Using PWM automatic adjustment output voltage, the constant-current over-voltage protection tube, electromagnetic no-load realize locking and isolation realize isolation output isolation. After many operation and test, the practice has proved that the constant-current circuits, low heat stable output. This design, small size, fine-tuning feedback circuit can be set as the common 350mA LED drive or 700mA constant-current output. Life can be widely used in commercial lighting, lighting. Key words：Leds driving power；Fever is low；Constant flow；Isolation；Low cost 0概述 0.1选题的目的与意义： 全球能源紧张，提高电器的效率是行之有效的方法。照明用电占据全球21%的总用电量，如果能提高照明用的的效率，可以有效缓解能源紧张。如何提高照明系统的能源利用率，延长照明系统的寿命，并且是绿色无污染的？取代白炽灯，荧光灯，节能灯的第四代照明灯具是什么？业界给出的答案就是LED灯照明。LED照明每W流明数可达到120lm。远高于白炽灯和日光灯，此外LED灯珠寿命可长达十万小时，并且绿色无污染。LED照明具备的这些优点决定了其应用前景是非常广阔的。LED照明应用上的限制在于LED有固定的正向压降，电流也有上限（工作电流是影响LED寿命的主要因素）。大功率白光LED上的正向压降一般为3-4V，不能直接使用市电驱动。因此一个和LED灯珠匹配的高效，环保，长寿命的电源是必须的，这正是这次选题的意义与目的所在。 0.2研究现状 开关电源的技术已经非常成熟，由于LED驱动的降压技术大部分采用开关电源。因此即使是LED驱动电源真正进入研究的时间不算长，却无碍其技术的成熟。LED驱动要求的技术特点是：寿命长，体积小（特别商用照明和家用照明，最好可以内嵌到灯头）。 众所周知，绝大部分开关电源都需要一个输出滤波的电解电容，即使高品质的电解电容，工作在100摄氏度左右，寿命也只有1Wh左右。毫无疑问，电解电容正是LED灯整体寿命的瓶颈。而内嵌式驱动板上的电解电容，由于LED的发热以及驱动板本身的发热，长期在
电力电子技术课程设计报告 题目高频开关稳压电源 专业电气工程及其自动化 班级 学号 学生姓名 指导教师 2016年春季学期 起止时间：2016年6月25日至2016年6月27日
设计任务书11 高频开关稳压电源设计√ 一、设计任务 根据电源参数要求设计一个高频直流开关稳压电源。 二、设计条件与指标 1.电源：电压额定值220±10%，频率：50Hz； 2. 输出:稳压电源功率Po=1000W,电压Uo=50V； 开关频率:100KHz 3.电源输出保持时间td=10ms(电压从280V下降到250V)； 三、设计要求 1.分析题目要求，提出2~3种电路结构，比较并确定主电路 结构和控制方案； 2.设计主电路原理图、触发电路的原理框图，并设置必要的 保护电路； 3.参数计算，选择主电路及保护电路元件参数； 4.利用PSPICE、PSIM或MATLAB等进行电路仿真优化； 5.撰写课程设计报告。 四、参考文献 1.王兆安，《电力电子技术》，机械工业出版社； 2.林渭勋等，《电力电子设备设计和应用手册》； 3.张占松、蔡宣三，《开关电源的原理与设计》，电子工业 出版社。
目录 一、总体设计 (1) 1．主电路的选型（方案设计） (1) 2.控制电路设计 (4) 3.总体实现框架 (4) 二、主要参数及电路设计 (5) 1.主电路参数设计 (5) 2.控制电路参数设计 (7) 3.保护电路的设计以及参数整定 (8) 4.过压和欠压保护 (8) 三、仿真验证（设计测试方案、存在的问题及解决方法） (9) 1、主电路测试 (9) 2、驱动电路测试 (10) 3、保护电路测试 (10) 四、小结 (11) 参考文献 (11)
开关电源 一．开关电源得工作原理 (以LQ-16０0K3电源为例) １、滤波电路 交流输入经滤波电路整形进入全桥整流。滤波电路减小了外部噪声与打印机内部所产生得噪声。滤波器中使用得线圈与电容得作用就是抑制交流电中得毛刺脉冲,使噪声干扰降低到最小从而得到一个较平滑得正弦波.C3、C４电容接于地就是为了防止电源中窜入高脉冲损坏电路. 经全桥整流与电容滤波形成３00多伏得准直流电压。 2.开关电路 开关电路使用环形阻塞转换器式交流输入开关电源电路。具有元件少，变压器小得特点，场效应管Ｑ1既就是开关管又就是振荡管,振荡周期由电阻R11与C13得充放电时间常数所决定。电路得工作过程就是导通饱与→截止→导通饱与，周而复始地进行下去。其工作过程如下： ａ、导通饱与阶段 电源接通,交流220Ｖ经过滤波、整流、平滑输出直流电压３0０V,由启动电阻R10、R31接至振荡管Q1得栅极上，产生栅压Vgs,在Ｑ１得漏极上产生漏极电流Ｉd，从小到大。在变压器T１上线圈Ｔ1５—１2内产生一个力图阻止Id增大得自感电动势，极性为上正下负，同时在Ｔ10—9中感应出一个感应电动势其极性也为上正下负,由于C13两端电压不能突变，因此T10—９线圈中产生得感应电势不能立即充电, 通过R１1、C13加至Q１得栅极，使栅极电位提高,Q1漏极电流更加增大，又通过T1０—9使Q1栅极电位更加提高，从而使漏极电流增
大更快,这种连锁得正反馈使Q1进入饱与状态. b、从饱与到截止阶段 由于Ｑ１导通饱与后，T10—9感应电动势通过Ｒ１1、R19向C13充电，充电方向从T１0-9得1０端经R11、Ｃ13、R1９，于就是C13被充电，电压为右正左负，随着充电得进行,C13右端电位逐渐升高，左端电位随着降低，经过一段时间,当Ｃ１3左端电位低到一定数值时，Q1得栅压开始减小，漏极电流Id也随之减小，由于线圈有抵制电流变化得特性，T1５—1２线圈中就产生一个力图阻止漏极电流减小得自感电动势，它得极性与刚才得相反，就是上负下正，并且在线圈T10—9中感应出一个上负下正得感应电动势,它得负端通过R11、C1３加到Q1得栅极,使栅极电压更负,从而使漏极电流Ｉd更小,这种正反馈得作用,使Ｑ1很快脱离饱与转入截止状态，即所谓截止阶段. Q１关断时，产生一个浪涌电流经线圈T15—12使线圈T１5-１2中产生一个上正下负得感应电动势,并且在线圈Ｔ11—9中也感应出一个上正下负得感应电动势，然而Ｑ3得发射极电压超过了基极电压，而Q3得基极电压就是由IＣ１(ＴL4３１）稳压得,所以Ｑ3导通，便使?Ｑ2也导通，并且短路Ｑ1得栅极,维持接地，保持Q1可靠得截止，直至浪涌电压经地线耗尽为止。 c、从截止到导通饱与阶段 Q1截止后,C１3停止充电,并通过R1１→Ｔ10-9→D2→C1３放电，Ｃ1３两端电位发生了变化，Ｃ13右边电位降低,左边电位相对提高,于就是通过C１3左边连接到Ｑ1栅极得电位也随之提高，当栅极得电位升高到一定数值时，就重新产生漏极电流，如上述由于正反馈得作用使Q1很快从截止状态进入导通饱与阶段. 所以振荡电路从导通饱与—-截止——导通饱与周而复始地循环 3.+３５Ｖ整形电路 包括Ｔ3—5、T４—6、D51、C51、Ｃ５２等。 4、 +35V稳压控制电路 正常工作状态下,稳压控制电路使输出电压稳定在35±６%之间。如果因某种原因引起输出电压高于3５V＋6％,而稳压二级管ＺD51、ZＤ８1～ＺD８5两端电压32、7Ｖ保持不变；或因稳压二级管ZＤ5１、ZＤ81～ZD８5两端电压低于３2、7—2、７5%Ｖ时，流经DZ５1—DZ８5—D81-R57得电流会增大，使得PＣ１得1-2腿上得电流加大并使７—8腿导通,以至于使Q3发射极电位提高导至Q3、Q２导通，使Q1截止；相反若输出低于35V-6％时，ＰC1、Ｑ2截止，Ｑ1处于正常导通状态,输出继续增大,直到恢复3５V±6%。 ５、 +35V过载检测电路
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
开关电源设计
开关直流稳压电源设计 摘要 直流稳压电源应用广泛，几乎所有电器，电力或者电子设备都毫不例外的需要稳定的直流电压（电流）供电，它是电子电路工作的“能源”和“动力”。不同的电路对电源的要求是不同的。在很多电子设备和电路中需要一种当电网电压波动或负载发生变化时，输出电压仍能基本保持不点的电源。电子设备中的电源一般由交流电网提供，如何将交流电压（电流）变为直流电压（电流）供电？又如何使直流电压（电流）稳定？这是电子技术的一个基本问题。解决这个问题的方案很多，归纳起来大致可分为线性电子稳压电源和开关稳压电源两类，他们又各自可以用集成电路或分立元件构成。开关稳压电源具有效率高，输出功率大，输入电压变化范围宽，节约能耗等优点。 一、引言 1.1基本要求 稳压电源。 1.基本要求 ①输出电压UO可调范围：12V～15V； ②最大输出电流IOmax：2A； ③U2从15V变到21V时，电压调整率SU≤2%（IO=2A）； ④IO从0变到2A时，负载调整率SI≤5%（U2=18V）； ⑤输出噪声纹波电压峰-峰值UOPP≤1V（U2=18V,UO=36V,IO=2A）； ⑥DC-DC变换器的效率≥70%（U2=18V,UO=36V,IO=2A）； ⑦具有过流保护功能，动作电流IO（th）=2.5±0.2A； 1.2发挥部分 (1)排除短路故障后，自动恢复为正常状态； (2)过热保护； 二、方案设计与论证 开关式直流稳压电源的控制方式可分为调宽式和调频式两种。实际应用中，调宽式应用较多，在目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数为脉宽调制（PWM）型。开关电源的工作原理就是通过改变开关器件的开通时间和工作周期的比值，即占空比来改变输出电压，通常有三种方式：脉冲宽度调制（PWM）、脉冲频率调制（PFM）和混合调制。PWM调制是指开关周期恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。因为周期恒定，滤波电路的设计比较简单，因此本次设计采用PWM调制方式实现电路设计要求。主要框架如图1所示。由变压器降压得到交流电压，再经过整流滤波电路，将交流电变成直流电，然后再经过DC-DC变换，由PWM的驱动电路去控制开关管的导通和截止，从而产生一个稳定的电压源。
率较大的开关电源一般使用半桥或者全桥变换器拓扑。 2.2.设计原理图，制作PCB印制板 原理图设计时应考虑整体的元件布局，使阅读者一目了然。在PCB印制板设计的过程中要严格按照国家的安全标准进行设计，同时需要重点考虑的噪声干扰包括：EM I 干扰、功率开关管产生的高频噪声。 PCB板的设计过程中应考虑到地线、高压线的电流密度，功率开关管的高频线与其它走线之间的距离，一般不小于3mm，元件的PCB封装与实际生产元件封装一致，以便于生产。元件的放置符合美观、实用的标准；元件与元件之间应紧凑，以提高开关电源的功率密度，降低生产成本（特殊元件除外）。 2.3.变压器的设计 变压器是整个开关电源的核心器件，所以变压器的设计及验证是非常重要的环节。 2.3.1.磁芯和骨架的选择 当我们的电路拓扑选定后，就要确定电路的工作频率和变压器磁芯的尺寸大小，确保在变压器体积最小的情况先获得最大的输出功率。 首先我们确定需要的引脚数，变压器的输出、输入，辅助绕组的引脚来确定骨架的引脚数，输出有单路和多路，变压器一般采用夹绕的方法以增加线圈的耦合度。 其次选择磁芯材料是主要参考材料铁损（单位一般为毫瓦/立方厘米）随频率和峰值磁通密度变化的曲线。大多数变压器的磁芯的材料为铁氧体，因为它有很高的电阻率，所以铁氧体的涡流损耗很低。 2.3.2.根据变压器计算公式计算变压器的初级线圈匝数 变压器初级匝数计算公式： N P =V in（min） ×T on（max） /（ΔB×A e ） N P ：变压器初级线圈的匝数。 V in（min） ：输入直流电压的最小值（V）。 T on（max） ：功率开关管导通时间的最大值（S）。 A e ：磁芯面积（m22）。 ΔB：由磁芯本身材料决定。一般取1600G，因为当震荡频率大于50KHz的时候， 高损耗材料会产生过量的磁芯损耗，这就使可选择的B max 值变小，因此经过对比选择增量ΔB的值为1600G(1G=10-4-4T)。
开关电源原理 一、开关电源的电路组成： 开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM F3、FDG1组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值 降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，F1、F2、F3会烧毁保护后级电路。 ②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。 ③整流滤波电路：交流电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5 容量变小，输出的交流纹波将增大。
时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象，在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增 大，Q1导通使Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级电路。 三、功率变换电路： 1、MOS管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET（MOS管），是利用半导 体表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态，所以输入电阻可以大大提高，最高可达105欧姆，MOS管是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。 2、常见的原理图： 3、工作原理： R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器，和开关MOS管并接，使开关管电压应力减少，EMI减少，不发生二次击穿。在开关管Q1关断时，变压器的原边线圈易产生尖峰电压和尖峰电流，这些元件组合一起，能很好地吸收尖峰电压和电流。从R3测得的电流峰值信号参与当前工作周波的占空比控制，因此是当前工作周波的电流限制。当R5上的电压达到1V时，UC3842停止工作，开关管Q1立即关断。 R1和Q1中的结电容C GS、C GD一起组成RC网络，电容的充放电直接影响着开关管的开关速度。R1过小，易引起振荡，电磁干扰也会很大；R1过大，会降低开关管的开关速度。Z1通常将MOS管的GS电压限制在18V以下，从而保护了MOS管。 Q1的栅极受控电压为锯形波，当其占空比越大时，Q1导通时间越长，变压器所储存的能量
& 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。
Word文档可进行编辑 开关电源的原理和发展趋势 第一节高频开关电源电路原理 高频开关电源由以下几个部分组成： 一、主电路 从交流电网输入、直流输出得全过程,包括： 1、输入滤波器：其作用是将电网存在得杂波过滤,同时也阻碍本机产生得杂波反馈到公共电网. 2、整流与滤波：将电网交流电源直截了当整流为较平滑得直流电,以供下一级变换. 3、逆变：将整流后得直流电变为高
频交流电,这是高频开关电源得核心部分,频率越高,体积、重量与输出功率之比越小. 4、输出整流与滤波：依照负载需要,提供稳定可靠得直流电源. 二、操纵电路 一方面从输出端取样,经与设定标准进行比较,然后去操纵逆变器,改变其频率或脉宽,达到输出稳定,另一方面,依照测试电路提供得数据,经爱护电路鉴不,提供操纵电路对整机进行各种爱护措施. 三、检测电路 除了提供爱护电路中正在运行中各种参数外,还提供各种显示仪表数据. 四、辅助电源 提供所有单一电路得不同要求电源. 第二节开关操纵稳压原理
开关k以一定得时刻间隔重复地接通和断开,在开关k接通时,输入电源e 通过开关k和滤波电路提供给负载rl,在整个开关接通期间,电源e向负载提供能量；当开关k断开时,输入电源e便中断了能量得提供.M可见,输入电源向负载提供能量是断续得,为使负载能得到连续得能量提供,开关稳压电源必须要有一套储能装置,在开关接通时将一部份能量储存起来,在开关断开时,向负载释放.图中,由电感l、电容c2和二极管d组成得电路,就具有这种功能.电感l用以储存能量,在开关断开时,储存在电感l中得能量通过二极管d释放给负载,使负载得到连续而稳定得能量,因二极管d使负载电流连续不断,因此称为续流二极管.在ab间得电压平均值eab可用下式表示： eab=ton/t*e 式中ton为开关每次接通得时刻,t为开关通断得工作周期（即开关接通时刻ton和
开关电源的制作流程 开关电源（Switch Mode Power Supply，SMPS）具有高效率、低功率、体积小、重量轻等显著优点，代表了稳压电源的发展方向，现已成为稳压电源的主流产品。开关电源的设计与制作要求设计者具有丰富的实践经验，既要完成设计制作，又要懂得调试、测试与分析等。本文章介绍开关电源组成及制作、调试所需的基本步骤和方法。 第一节开关电源的电路组成 开关电源一般是指输入与输出隔离的电源变换器，包括AC/DC电源变换器和DC/DC电源变换器，也称为AC/DC开关电源和DC/DC开关电源。非隔离式DC/DC变换器也属于开关电源，通常称之为开关稳压器。 1、AC/DC开关电源的组成 AC/DC开关电源的典型结构如图1-1-1所示。电源由输入电磁干扰（EMI）滤波器、输入整流/滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流/滤波电路和输出电压反馈电路组成。 图1-1-1 AC/DC开关电源的典型结构 其中输入整流/滤波电路、功率变换电路、输出整流/滤波电路和PWM控制器电路是主要电路，其他为辅助电路。有些开关电源中还有防雷击电路、输入过压/欠压保护电路、输出过压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等其他辅助电路。 2. DC/DC开关电源的组成 DC/DC开关电源的组成相对AC/DC开关电源要简单一点，其典型结构如图1-1-2所示。电源由输入滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流/滤波电路和输出电压反馈电路组成。当然，有些DC/DC开关电源也会包含其他辅助电路。 图1-1-2 DC/DC开关电源的典型结构
第二节开关电源的制作流程 开关电源的设计与制作要从主电路开始，其中功率变换电路是开关电源的核心。功率变换电路的结构也称开关电源拓扑结构，该结构有多种类型。拓扑结构也决定了与之配套的PWM控制器和输出整流/滤波电路。下面介绍开关电源设计与制作一般流程。 1.解定电路结构(DC/DC变换器的结构) 无论是AC/DC开关电源还是DC/DC开关电源，其核心都是DC/DC变换器。因此，开关电源的电路结构就是指DC/DC变换器的结构。开关电源中常用的DC/DC变换器拓扑结构如下: (1)降压式变换器，亦称降压式稳压器。 (2)升压式变换器，亦称升压式稳压器。 (3)反激式变换器。 (4)正激式变换器。 (5)半桥式变换器。 (6)全桥式变换器。 (7)推挽式变换器。 降压式变换器和升压式变换器主要用于输入、输出不需要隔离的DC/DC变换器中；反激式变换器主要用于输入、输出需要隔离的小功率AC/DC或DC/DC变换器中；正激式变换器主要用于输入/输出需要隔离的较大功率AC/DC或DC/DC变换器中；半桥式变换器和全桥式变换器主要用于输入/输出需要隔离的大功率AC/DC或DC/DC变换器中，其中全桥式变换器能够提供比半桥式变换器更大的输出功率；推挽式变换器主要用于输入/输出需要隔离的较低输入电压的DC/DC或DC/AC变换器中。 顾名思义，降压式变换器的输出电压低于输入电压，升压式变换器的输出电压高于输入电压。在反激式、正激式、半桥式、全桥式和推挽式等具有隔离变压器的DC/DC变换器中，可以通过调节高频变压器的一、二次匝数比，很方便地实现电源的降压、升压和极性变换。此类变换器既可以是升压型，也可以是降压型号，还可以是极性变换型。在设计开关电源时，首先要根据输入电压、输出电压、输出功率的大小及是否需要电气隔离，选择合适的电路结构。 2.选择控制电路(PWM) 开关电源是通过控制功率晶体管或功率场效应管的导通与关断时间来实现电压变换的，其控制方式主要有脉冲宽度调制、脉冲频率调制和混合调制三种。脉冲宽度调制方式，简称脉宽度调制，缩写为PWM；脉冲频率调制方式，简称脉频调制，缩写PFM；混合调制方式，是指脉冲宽度与开关频率均不固定，彼此都能改变的方式。 PWM方式，具有固定的开关频率，通过改变脉冲宽度来调节占空比，因此开关周期也是固定的，这就为设计滤波电路提供了方便，所以应用最为普通。目前，集成开关电源大多采用此方式。为便于开关电源的设计，众多厂家将PWM控制器设计成集成电路，以便用户选择。开关电源中常用的PWM控制器电路如下: (1)自激振荡型PWM控制电路。 (2)TL494电压型PWM控制电路。 (3)SG3525电压型PWM控制电路。 (4)UC3842电流型PWM控制电路。 (5)TOPSwitch-II系列的PWM控制电路。 (6)TinySwitch系列的PWM控制电路。 3.确定辅助电路