高效率开关电源设计实例.pdf

一种多路输出的高效率开关电源设计李文豪;杜培德;尹华【摘要】With the development trend of the electronic system based on diversiifed functions, and the more compact structure, it is necessary that the switch mode power supply achieve multi-channel output to meet the employment under the required volume. According to this analysis, our paper gives a introduction about the working principle and the design method of the non-isolated DC/DC converter includes multi-channel based on TPS40055PWP controller and LMZ14203 power modules both from TI, focusing on the technical dififculties and the corresponding solutions in the development process. Finally a demo board was designed based on the topology. Both simulation and test results showed that the circuit met design speciifcations.%伴随着电子系统功能多元化、结构小型化的发展趋势，要求开关电源在满足体积的条件下，能够实现多路输出以满足系统使用要求。

基于单管正激式的高效率开关电源的设计高效率开关电源是一种能够将输入电源有效地转换为所需输出电源的电力转换装置。

在实际应用中，高效率开关电源已经取代了传统的线性电源，更广泛地应用于各个领域。

一种常见的高效率开关电源设计是基于单管正激式的设计。

该设计方案具有简单、成本低廉、效率高等特点。

该设计方案的核心元件是一只功率MOS管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）。

该MOS管作为开关，能够根据控制信号开启或关闭，从而实现电源的稳定输出。

MOS管的导通损耗较小，能够在高频率下工作，因此能够提高电源的转换效率。

设计方案的第一步是根据需要确定输入电源的范围和输出电源的需求。

通过采集输入电源的直流电压，可以确定MOS管的工作区间，从而选择合适的MOS管。

接下来，设计师需要根据输出电源的需求确定转换电路。

转换电路的核心是开关频率发生器，用于控制MOS管的开关频率。

开关频率的选择需要考虑到输出电源的负载特性和所需的转换效率。

通常情况下，开关频率越高，转换效率越高，但开关损耗也会增加。

在设计过程中，还需要考虑到输出电源的稳定性和电源滤波的问题。

稳压器是非常重要的一个模块，用于确保输出电压的稳定性。

电源滤波是为了减少开关频率带来的干扰和噪音，提高输出电源的纯净度。

最后，设计师需要进行电路模拟和实验验证。

通过电路模拟软件，可以模拟不同工作条件下的电源转换效率和稳定性。

随后，可以通过实验验证电路的性能，并对其进行调整和优化。

总结起来，基于单管正激式的高效率开关电源设计是一项复杂但非常有挑战性的任务。

设计师需要充分了解输入电源和输出电源的需求，合理选择核心元件和电路拓扑，进行模拟和实验验证，最终实现高效率的电源转换。

这种设计方案在各个领域中都有着广泛的应用前景。

开关电源原理与设计pdf
开关电源原理与设计 pdf，是一本介绍开关电源基本原理和设计
技术的电子书。

开关电源是一种高效、稳定、可靠的电源，广泛应用
于各种电子设备和系统中。

本书从理论和实践两个方面深入介绍了开
关电源的设计和应用。

本书首先介绍了电源基本原理，包括直流电源、交流电源、稳压
电源和调节电源等。

然后详细介绍了开关电源的原理和结构，包括开
关电源的工作原理、PWM调制原理、开关管驱动电路、控制电路和输出滤波电路等，为读者了解开关电源提供了全面深入的基础知识。

本书还介绍了开关电源设计的关键技术，包括电源开关管的选型、电感和电容的设计、输出滤波电路的设计、保护电路的设计等。

通过
实例分析和仿真实验，深入研究了各种开关电源的应用，如DC-DC变
换器、AC-DC变换器和DC-AC逆变器等，具有极高的实用价值和指导意义。

在本书的编写过程中，作者精心设计了许多实例，为读者提供了
大量的实战经验。

此外，作者还提供了许多实用工具和软件，如开关
电源计算器和仿真软件等，方便读者进行实验和研究。

本书涵盖了开关电源的各个方面，从基础理论到具体设计都进行
了全面介绍，可供电子技术工程师、电力工程师、研究人员和学生参
考使用。

本书的阅读水平较高，需要读者具备一定的电子基础知识和
实践能力。

但是，无论是初学者还是专业人士，都能从中获取到丰富和有益的知识，为电子设备和系统的开发和设计提供有力的支持。

开关电源技术与设计pdf开关电源技术与设计一直是电子工程师需要掌握的核心技术之一。

在电源电子学中，开关电源是一种将直流电变成所需电压的电路，广泛应用于计算机、通信、工业控制、家用电器等领域。

本文将对开关电源技术与设计进行简要介绍。

一、开关电源技术简介开关电源技术是利用开关管的导通和截止来改变电路的导通状态，通过变换电路元器件的电容、电感和电阻等特性来实现所需电流与电压变化的电路技术。

开关电源技术的最大特点是具有高效率、小体积、高可靠性和灵活性等优势。

二、开关电源设计要点1.开关管的选择：开关管是开关电源设计的核心元器件，选择适合的开关管能够使开关电源的效率和可靠性得到保证。

同时需要充分考虑开关管的耐压、导通电阻和开关速度等因素。

2.输出滤波电路：开关电源输出会产生噪声和干扰信号，需要通过输出滤波电路来减小这些干扰。

常见的输出滤波电路包括低通滤波器和Pi 型滤波器。

3.稳压控制电路：开关电源需要稳定的电压输出，需要通过稳压控制电路来实现。

常见的稳压控制电路包括线性稳压器和开关稳压器。

4.过流过压保护电路：在电路工作过程中，可能会出现过流或过压现象，需要具备相应的保护电路来避免由此带来的危险。

常见的过流过压保护电路包括电流保护器和限流电路。

5.开关电源的散热设计：由于开关电源功率密度较高，会产生大量的热量，需要通过散热设计来保证电路正常运行。

常见的散热设计包括散热器的选择和散热片的设计。

三、开关电源常见故障及排除方法1.输出电压不稳定：可以检查稳压控制电路是否正常，输出滤波电路是否失效。

2.开关管损坏：检查开关管的选型是否合适，开关管的驱动电路是否正常。

3.电路启动不正常：可以检查开关管是否导通，控制电路是否启动。

四、开关电源的未来发展趋势随着新能源、智能家居、工业自动化等领域的不断拓展，开关电源将会以更高效、更小型、更智能的形式得到广泛应用。

在新材料、新工艺的技术驱动下，开关电源的未来发展趋势将会更加多样化和创新化。

如何设计高效率开关电源开关电源中广泛用于我们的生活中，高效率的开关电源越来越受市场的青睐。

如何提高电源效率，成了电源设计时的重大课题。

本文将为你解读NTC 热敏电阻的使用方法，以及通过减小NTC 自身损耗提升电源效率的方法。

下图是一个较为完整的开关电源框架图：包括EMI 电路，输入，输出整流电路，PFC 电路，PWM 驱动电路,保护电路，变压器转换等。

想要提高开关电源的效率，首先需要了解开关电源在工作中存在哪些地方的损耗。

开关电源的损耗主要有输入整流器损耗，开关管损耗和缓冲电路损耗，控制，检测驱动和保护电路损耗，变压器和电感损耗，滤波电容器的损耗，多级电源变换的损耗，不合理控制方式的损耗，线路损耗等。

如何使用用继电器减小热敏电阻(NTC)损耗：在AC-DC 的开关电源设计中，工程师常常会在到AC 输入端加个热敏电阻（NTC ）来降低电源启动时浪涌电流冲击给电源带来的损害。

事实上热敏电阻在电源正常工作后电流持续流过会给电源带来一定的损耗。

比如使用一个25℃时为10Ω的NTC 热敏电阻，假设滤波电容的等效串联电阻为1Ω，那么浪涌电流的大小将相应的降到十分之一左右，可见NTC 的阻值越大限制浪涌电流的效果越好。

但是NTC 得阻值越大相对应的给电源带来的损耗也就越高。

如下图所示电路：LN上图所示的是一个输出100W 的AC-DC 电源前端电路的一部分，假设Z1使用一个25℃时为10Ω的NTC,在刚接通电源时，NTC 电阻将会有2W 左右的功率损耗：I 平均=P 总/V 有效值=100w/200V=0.45AP损耗=I平2*R=0.45A*0.45A*10=2W随后随着电流流过NTC热敏电阻，温度逐步升高，使用负温度系数的电阻在温度达到85℃的时候，电阻将会降到2Ω左右，在热敏电阻上长期损耗将会在0.4W左右。

假设100W 开关电源效率为80%，那么热敏电阻上损耗的占比将会是[0.4W/(100W/0.8)]*100%=0.32%。

高效率数控开关稳压电源的设计一、任务设计并制作如图1所示的高效率开关稳压电源。

图1 电源框图二、要求在电阻负载条件下，使电源满足下述要求：1．基本要求（1）输出电压U O可调范围：5V～20V，最大输出电流I O：10A(5V时，最大功率输出50W，12V 时，最大输出功率60W)；（2）电压调整率S U≤5%；U IN从15V变到21V时，U O =20V，I O =2A时测量，输出电压波动范围≤5%；（3）负载调整率S I≤5%（U IN =18V）；设定输出电压为12V，改变负载10欧到2欧，输出电压波动范围≤5%（U IN =18V）；（4）输出噪声纹波电压峰‐峰值U OPP≤1V（U IN =18V, U O =20V, I O =2A）；（5）AC‐DC 变换器的效率≥70%（U IN =18V, U O =20V, I O =3A）；2．发挥部分（1）进一步提高电压调整率，使S U≤2%（I O =2A，12V）；（2）进一步提高负载调整率，使S I≤2%（U IN =18V）；（3）进一步提高AC-DC变换器效率，使≥90%（U IN =18V，U O =20V，I O =3A）；（4）具有过流、过压保护功能，动作电流I O（th）=2.5±0.2A（V o=20V），排除过流故障后，电源能自动恢复为正常状态；动作电压21V，保护后发出警示信号，并可通过按键恢复输出。

（5）能对输出电压进行键盘设定和步进调整，步进值1V，同时具有输出电压、电流的测量和数字显示功能。

三、说明（1）AC‐DC 变换器不允许使用成品模块，不得使用专用开关电源控制芯片，建议使用MCU(AD)+PWM(PID)。

（2）U IN可通过直流稳压电源改变U1来调整。

AC-DC变换器（含控制电路）只能由U IN端口供电，不得另加辅助电源。

（3）本题中的输出噪声纹波电压是指输出电压中的所有非直流成分，要求用带宽不小于20MHz 示波器（AC 耦合、扫描速度20ms/div）测量U OPP。

摘要开关电源是应用于广泛领域的一种电力电子装置。

它具有电能转换效率高、体积小、重量轻、控制精度高和快速性好等优点，在小功率范围内基本取代了线性电源，并迅速想大功率范围推进，在很大程度上取代了晶闸管相控整流电源。

可以说，开关电源技术是目前中小功率直流电能变换装置的主流技术。

本文首先描述了开关电源的发展，对目前出现的几种典型的开关电源技术作了归纳总结和分析比较，在此基础上指出了开关电源技术的发展状况和开关电源产品的发展趋势。

并且对开关电源的发展史、应用范围、主电路的选择、控制方法作了简要的介绍。

在设计中主要采用了脉宽调制（PWM）、全桥整流、自锁保护等技术，应用了控制芯片UC3842做为PWM控制芯片，对变压器次级线圈采用堆叠式绕法，改进光耦反馈电路的选择，使电路能达到所需基本要求同时，力求稳定、高效。

关键字：开关电源，拓扑结构，变压器，正激式AbstractThe switch power supply is a kind of electric power electronics which applies in the extensive realm to be used.It has an electric power conversion's efficiency high, the physical volume is small, the weight is light, the control accuracy is high with fast etc. advantage, within the scope of small power replaced line power supply, and in high-power scope propulsion quickly, to a large extent,it replaced the thyristor phase - controlled rectifying power supply.We can say, the switch power supply technique is the essential technique which wins small electric power transformation of the power direct current to equip currently.This text described the development of switch power supply first, to a few kinds which appear currently typical model of the switch power supply technique made to induce summary and analysis comparison, pointing out the development trend of the technical development condition of the switch power supply and switch power supply product on this foundation.And introduce the switch power supply’s phylogeny,application, main electric circuit of power supply and controled a method. The design adopted PWM, the whole bridgeses commutated, lock protection etc. technique, applied control the chip UC3842 to be used as PWM control chip, the transformer adoprt adopt pile circle, improve the choice of the electric circuit, make the electric circuit be able to attain need basic request in the meantime, try hard for stability, efficiently.Key words：Switch power supply，topology，transform，Forward目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................................................................ I I 目录 .. (III)1 绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 开关电源的发展历史 (1)1.2.1 国外发展历史 (1)1.2.2 国内发展状况 (2)1.3 目前需要克服的困难 (2)1.4 开关电源的发展趋势 (3)1.5 本文的设计要求 (4)2 开关电源的工作原理 (6)2.1 开关电源的基本构成 (6)2.2 开关电源常用的拓扑结构分析 (6)2.2.1 降压型 (6)2.2.2 升压型 (7)2.2.3 升降压型 (8)2.2.4 反激式 (9)2.2.5 正激式 (11)2.2.6 推挽式 (12)2.3 拓扑结构的确定 (13)3. 基于UC3842的开关电源的设计与实现 (14)3.1 开关电源电路的设计 (14)3.1.1 开关电源电路的总体简介 (14)3.1.2 基于UC3842的基本结构 (14)3.1.3 各部分功能简介 (14)3.2 UC3842芯片简介 (15)3.2.1 UC3842的特点 (15)3.2.2内部结构和引脚图 (16)3.2.3 引脚功能 (16)3.2.4 芯片工作原理 (17)3.3 各部分回路设计 (18)3.3.1 主回路的设计 (18)3.3.2 控制保护回路的设计 (21)3.3.3 反馈电路的设计 (23)3.4 外围主要器件的选取 (23)4. 开关电源变压器的设计 (28)4.1 与变压器相关的一些基本概念 (28)4.2 变压器用料介绍 (30)4.3 高频变压器的设计 (32)4.4 变压器的绕制方法 (35)结论 (38)致谢 (39)参考文献 (40)附录总原理图 (41)1 绪论1.1 引言电子技术的高速发展，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 90 年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电力检测设备电源、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。

江苏科技大学本科毕业设计（论文）学院电气与信息工程学院专业电子信息工程学生姓名李和琦班级学号0945531122指导教师丁伟二零一三年六月江苏科技大学本科毕业论文18W高效率反激开关电源的设计Design of 18W Efficient Flyback Switching Power Supply摘要任何电子设备都离不开可靠的电源，而对于采用电网电源的家用电子设备，其直流电源必须具有适应电网电压变化和负载变化的特性。

为此而发展的的直流稳压电源成为电子设备电路中的一个非常重要的组成部分。

开关电源是利用现代电力电子技术，以高频变压器代替工频变压器，采用脉宽调制技术的交流-直流的稳压电源，它具有管耗小，效率高，稳压范围宽及体积小，重量轻等特点，并广泛应用于工业自动化控制，军工设备，科研设备，LED照明，工控设备，通讯设备，电力设备，仪器设备，医疗设备，半导体制冷等领域。

本文主要内容如下：1.了解开关电源的基本结构，阅读开关电源相关文献，确定毕业设计所要做的内容；2.对开关电源的基本工作原理进行分析，对电源的buck工作模式，boost工作模式，buck-boost工作模式以及flybuck工作模式进行分析比较，最终选择适用于反激开关电源的flybuck工作模式；3.查阅资料学习了设计开关电源的基本方法，以及在设计过程中所需要掌握的原理，设计出一款输出功率为18W，输出电压与电流分别为12V，1.5A，文波小于150mV的高效率反激式开关电源；4.对设计出的实物进行波形分析。

测试其在工作过程中buck电容的电压电流变化，RCD回路上的电压吸收情况，MOS管在高压和断续时的Vds和Vgs电压，空载时的Vcc和Vds电压以及Sense电阻上的电压，对实物的基本特性进行测试。

关键词：直流稳压电源，开关电源，脉宽调制，反激式，高效率AbstractAny electronic devi ce can’t do without reliable power, As for the use of grid power home electronics equipment, The DC power supply must have to adapt to changes in grid voltage and load characteristics. To this end the development of the DC power supply circuit in electronic devices become a very important part.Switching power supply is the use of modern power electronics，High frequency transformers instead of frequency transformers, Using pulse width modulation DC - DC power supply，It has consumed a small tube, high efficiency, wide voltage range and small size, light weight, And is widely used in industrial automation, military equipment, scientific equipment, LED lighting, industrial control equipment, communications equipment, electrical equipment, apparatus equipment, medical equipment, semiconductor refrigeration and other fields.The graduation design process, mainly for the following:1. Understand the basic structure of the switch power supply, switch power supply related literature, to determine the content of the graduation design to do;2. Analyze the basic working principle of switch power supply, the power of the buck mode, boost the work mode, buck - boost work models and flybuck work carries on the analysis comparison, the final choice is suitable for the flyback switching power supply of flybuck working mode;3. To learn the basic methods of design of switch power supply, and the need to master the principle in the design process, and designed A power output of 18 w, output voltage and current respectively for 12 V, 1.5 A, less than 150 mV Wen Bo the flyback type switch power supply with high efficiency;4. The waveform analysis was carried out on the design of physical objects. Test the buck in the working process of the capacitor voltage current changes, RCD circuit voltage absorption.Keywords:Dc regulated power supply, Switching power supply, Pulse width modulation, the flyback type, High efficiency目录第一章绪论 (1)1.1 研究背景与发展状况 (1)1.2 开关电源相关介绍 (2)1.3 本章小结 (3)第二章开关电源的工作原理介绍 (4)2.1 基本拓扑结构 (4)2.1.1 Buck降压变换器 (4)2.1.2 Boost升压变换器 (6)2.1.3 Buck－Boost降压或升压变换器 (7)2.2 Flyback模式 (9)2.2.1 Buck-Boost拓扑Flyback (9)2.2.2 工作原理 (9)2.2.3 主要关系推导 (12)2.3本章小结 (13)第三章开关电源基本结构及元器件介绍 (14)3.1 开关电源基本结构 (14)3.2 开关电源主要器件 (15)3.2.1 TL431 (15)3.2.2 通嘉LD7531 (16)3.2.3 光耦 (16)3.2.4 安规电容 (17)3.3 本章小结 (17)第四章反激式开关电源的参数计算 (18)4.1课题介绍 (18)4.2 原理图和一般工作过程 (18)4.3 确定DC电压范围和输入整流滤波电容 (19)4.3.1 确定DC电压范围 (19)4.3.2 确定整流滤波电容 (20)4.4 反激式变压器的设计 (20)4.5 确定次级整流二极管 (24)4.6 确定输出电容 (24)4.7 RCD缓冲器的参数设计 (24)4.8 反馈回路的参数设计 (27)4.9 Sense电阻大小的确定 (28)4.10 安规电容的参数确定 (28)4.11提高效率的方法 (29)4.12 本章小结 (30)第五章反激式开关电源的产品测试 (31)5.1 基本测试 (31)5.2 波形分析 (31)5.3 本章小结 (36)结论 (37)致谢 (38)参考文献 (39)第一章绪论1.1 研究背景与发展状况电源按工作状态一般可分为线性电源，开关电源。

高效率开关电源设计实例以下设计实例中，包括了各种技巧来提高开关电源的总体效率。

有源钳位和元损吸收电路的设计主要依托阅历来完成的，所以不在这里引见。

采用新技术时必需小心，由于很多是有专利的，能够需求直接付专利费给专利持有人，或在购置每一片控制IC芯片时，支付附加费用。

在将这些电源引入消费前，请留意这个效果。

10W同步整流Buck变换器运用此设计实例是PWM设计实例1的再设计，它包括了如何设计同步整流器(板载的10W降压Buck变换器)。

在设计同步整流开关电源时，必需细心选择控制IC。

为了效率最高和体积最小，普通同步控制器在系统功用上各有所长，使得控制器只是在供应商提到的运用场所中功用较好。

很多运转功用的巧妙之处不能确定，除非仔细读过数据手册。

例如，每当作者试图设计一个同步整流变换器，并试图运用现成买来的IC芯片时，3／4设计会被丢弃。

这是由于买来的芯片功用或任务形式往往无法改动。

更不用说，当发现现成方案不能满足需求时，是令人懊丧的(见图20的电路图)。

设计目的输入电压范围： DC+10～+14V输入电压： DC+5.0V额外输入电流： 2.0A过电流限制： 3.0A输入纹波电压： +30mV(峰峰值)输入调整：±1％最大任务温度： +40℃〝黑箱〞预估值输入功率： +5.0V*2A=10.0W(最大)输入功率： Pout/估量效率=10.0W／0.90=11.1W功率开关损耗 (11.1W-10W) * 0．5=0.5W续流二极管损耗： (1l.lW-10W)*0.5=0.5W输入平均电流低输入电压时 11.1W／10V=1.1lA高输入电压时： 11.1W／14V=0．8A估量峰值电流： 1．4Iout(rated)=1．4×2．0A=2．8A设计任务频率为300kHz。

电感设计(参见正激式滤波扼流圈的设计)最恶劣的任务状况是在高输入电压时。

式中Vin(max)——能够的最大输入电压。