1
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：
1rD2rD3rD4rD1D3D2D4D5D6D1:n1i0C()git5()Dit()itLC()vt()oitR()Svt1Q2Q3Q4Q:n前级整流后级BUCK电路
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gV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gV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ST2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SDTt<<0时，此时1Q、4Q和5D导通，其等效电路图如图1-2所示。
2 5D1:n1i5()Dit()itLC()vt()oitR()Svt:ngv()TvtML1i‘
图1-2 在SDTt<<0时等效电路
gnvv=s （1-1）
vnvvg-L= （1-2）
Rvii/-C= （1-3）
2) 当SSTtDT<
5D6D1:n1i5()Dit()itLC()vt()oitR()Svt:n()TvtML1i‘
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 额定电压 输出电流 限流范围 过压范围 调压范围1 调压范围2 效 率 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)
AC/DC开关电源的设计
一． 技术要求
1.1 AC/DC开关电源
1． 输出电压： 直流，纹波电压（峰峰值）小于额定电压的0.5%
2． 输入电压： AC三相380V±10％
3． 输入电压频率： 50±5HZ
4． 负载短时过载倍数： 200％
5． 瞬态特性： 较好
6． 技术指标要求： 输出直流电压(V)10~12~14
输出电流（A）140
1.2 设计条件
1） 电路形式 全桥 全波整流
2） 工作频率 20KHZ
3） 逆变器电路最高，最低电压 DC 592～450V
4） 输出电压 maxoV=14VDC min10oVVDC 输出电流
150A
5） 开关管最大导通时间 maxoT＝22.5us
6） 开关管导通压降 1U=3V 7） 整流二极管导通压降 2U＝1V
8） 变压器允许温升 25C
9） 电原理图
二、主电路原理与设计
2.1主电路工作原理
380V市电经不控整流后变成了脉动的直流电，经直流滤波电路后变成平稳的直流供给逆变电路，逆变桥在驱动信号的作用下根据正弦脉宽调制原理将直流电变成一定电压一定频率的交流电，再经过隔离变压器来实现电压的匹配，经过整流来得到直流更好的直流电，经直流滤波隔离后供给负载。采用SPWM调制方式，通过电压负反馈调节输出电压，使输出电压稳定在一定的范围内。
2.2主电路结构
AC/DCDC滤波DC/AC隔离变压AC/DCDC滤波负载 低压电源控制保护UVWT1T2T3T4L1L2主电路原理简图
如图所示
主电路主奥包括以下几个部分：
《开关电源设计9.0》整合《PFC电源计算软件》和《电源环路设计》为一体方便电源工程师计算使用。本软件包括PFC，环路设计，常规电感，变压器3个模块，30多个计算页面，80多条计算公式，基本函盖了开关电源的所有内容。
MAX5003隔离电源设计软件(Maxim)
利用MAX5003隔离电源设计软件设计、仿真隔离电源
SwitcherCAD (Linear)
SwitcherCAD 是一款高性能 Spice III 仿真器、电路图捕获和波形观测器，并为简化开关稳压器的仿真提供了改进和模型。我们对 Spice 所做的改进使得开关稳压器的仿真速度极快，较之标准的 Spice 仿真器有了大幅度的提高，从而令用户只需区区几分钟便可完成大多数开关稳压器的波形观测。这里可下载的内容包括用于 80% 的凌特开关稳压器的 Spice 和 Macro Model，200 多种运算放大器模型以及电阻器、晶体管和 MOSFET 模型。
变压器设计大师 3.0
变压器是常用的一种器件，本软件可以帮助您快速的计算出变压器的各项参数。同时还附带大量的资料以便您在设计变压器时查询。
与同类软件相比具有许多优点：
1、支持初级绕组多种输入电压。
2、支持次级绕组多绕组、多种电压输出。
3、支持多种整流方式输出。
4、软件计算线圈匝数时自动加入负载压降、整流压降等。
5、附带大量常用数据资料，方便用户查询。
PI电源设计软件V6.0
Power Integrations公司(PI)6.0版本PI Expert Suite设计软件，面向开关电源设计。采用这项基于个人电脑的软件包，凡是使用PI公司集成电路的反激式转换器、正激式转换器、降压转换器和降压-升压转换器都可以自动地进行设计，大量地缩短设计时间，并加快将产品推入市场的步伐。
功率因数计算分析软件
可以对变压器的功率因数进行计算及参考分析用电质量
(IR)电子镇流器设计软件（BDA 4.0）
