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软开关电源原理图
在软开关电源的原理图中，主要包含了以下几个组成部分：输入滤波电路、整流电路、开关电源控制电路、功率变换电路和输出滤波电路。
输入滤波电路用于滤除输入电源中的高频噪声和尖峰干扰，保证后续电路能够获得稳定的输入电压。
整流电路将交流输入电源转换为直流电压，并通过电容进行平滑滤波，使电源输出电压更稳定。
开关电源控制电路负责控制开关器件的开关时间和开关频率，以实现电源的高效率转换。
其中包括主控芯片和驱动电路。
主控芯片负责监测输出电压，根据反馈信息控制开关器件的开关时间，并通过PWM信号控制驱动电路，实现开关器件的开关操作。
功率变换电路是用于将输入电源的电能转换为输出电源所带负载需要的电能。
具体包括变压器、电感和开关器件等。
变压器用于提高或降低电压级别，电感用于储能和滤波。
开关器件则负责将输入电源按一定的频率开关，实现能量的转移和变换。
输出滤波电路用于进一步滤除输出电压中的高频脉动，并保证输出电源提供给负载的电压稳定性。
总之，软开关电源通过合理的电路设计和控制方式，提高了电源的效率和稳定性，适用于各种场合的电源供应需求。
开关电源适配器设计方案开关电源适配器是一种将交流电转换成稳定的直流电的电子装置。
它广泛应用于各种电子设备中，如计算机、手机、电视等。
在设计开关电源适配器时，需要考虑其安全性、可靠性、效率和成本等因素。
下面是一个1200字以上的开关电源适配器设计方案。
设计需求：1.输入电压范围：85V-265VAC2.输出电压：12VDC3.输出电流：最大2A4.效率要求：高于85%5.安全标准：符合国际安全标准设计方案：一、输入部分设计：1.输入滤波电路：使用电源滤波电容器和电源滤波电感进行输入电压的滤波，以降低输入电源的噪声和干扰。
2.输入过压保护：使用过压保护电路，当输入电压超过设定范围时，断开输入电路，以保护电路安全。
3.输入过流保护：使用过流保护电路，当输入电流超过设定范围时，自动切断输入电路，以防止过载。
二、开关电源部分设计：1.双向开关电路：采用双向开关电路，可以实现输入和输出的电流、电压的正反向控制，以充分利用电能。
2.开关频率：选择合适的开关频率，以保证转换效率高、电磁干扰小。
3.开关控制IC：选择高性能的开关控制IC，具有过流、过压、短路等保护功能，并具有较高的工作效率和可靠性。
三、输出部分设计：1.输出稳压电路：使用稳压电路，保证输出电压稳定在12VDC，以满足设备对电压的要求。
2.输出过载保护：使用过载保护电路，当输出电流超过设定范围时，自动切断输出电路，保护设备安全。
3.输出短路保护：使用短路保护电路，当输出端短路时，自动切断输出电路，以防止设备损坏。
四、辅助电路和保护电路设计：1.温度保护：加装温度传感器，在温度超过设定范围时，自动切断电源，以确保电路安全。
2.过流保护：在输出端加装过流保护电路，当输出电流超过最大额定值时，自动切断输出电路，以保护电路和设备安全。
3.过压保护：在输出端加装过压保护电路，当输出电压超过设定范围时，自动切断输出电路，以防止设备损坏。
4.短路保护：在输出端加装短路保护电路，当输出端短路时，自动切断输出电路，以保护电路和设备安全。
基于软开关技术的开关电源设计简介开关电源是一种用于电子设备中的高效能源转换系统，它将输入的电力转换成符合负载要求的电力，稳定可靠，广泛应用于各种电子设备中。
软开关技术是一种改进传统硬开关技术的技术，它通过在开关管上加入合适的电容和电感元件来实现输出电压的平滑转换，并保证当电流不为零时开关管处于关断状态，从而减少能量损耗和EMI噪声。
本文将介绍基于软开关技术的开关电源设计方法和注意事项。
软开关电源设计原理软开关电源的基本结构框图如下：+Vcc --+|R1|+--__|--+---o Vout| D1 | |+-----+ C1| Q1|__b__||+-----+| |Primary o | | o Secondary+----------o o------------------o Ground其中，Q1为MOSFET开关管，D1为防反二极管，C1为输出电容，R1和L1为软开关电路中的元件，它们分别用于控制Q1的开关时间和输出电压的波形。
Q1开关时的过程可以分为四个主要状态：1.Q1关断，D1导通，电感L1储存电荷；2.Q1关断，D1截止，C1输出，电感L1储存能量；3.Q1导通，D1截止，输出变化缓慢，电感L1提供电流；4.Q1导通，D1截止，输出达到稳态，C1和L1共同提供平稳输出电压。
这样，软开关电路减少了传统开关电路中硬开关时的能量损耗和EMI噪声。
软开关电源设计方法选择开关管选择适合特定应用的MOSFET是软开关电源设计中至关重要的一步。
常见的选型指标有：1.额定电压和电流；2.开关速度；3.典型导通电阻；4.封装类型和体积；5.成本和可获取性。
计算电路参数硬开关电源的变压器绕组匝数、电感电容和电阻值通常是固定参数，而软开关电源中它们的选择和计算则更加复杂。
主要的计算参数有：1.输入电压范围和输出电压要求；2.输出电流范围和负载特性；3.开关频率和占空比；4.转换效率和损耗功率；5.输出电容和电感元件参数。
3 开关电源主回路的设计3.1 开关电源整流滤波电路的设计3.1.1 输入端整流滤波电路的设计该部分电路主要的功能是整流和滤波，当电网的交流电送入整流桥再经过滤 波以后，就会输出直流电。
其电路图如下图3-1所示。
0AC FU1.输入保护电路：开关电源的输入保护电路能够在十分复杂的环境下快速对电源电路和负载进行有效的保护。
当产生高压经电网进入电源时，加熔断器FU 是为了防止过电流的产生，由FU 以及压敏电阻组成输入端的保护环节。
在电源开关管启动开关管导通的瞬间，这时会产生一个极高的浪涌电流，虽然作用时间短，但是电流峰值却很大。
有些开关电源功率比较大，能够在导通的瞬间产生非常大的电流，这种电流被叫做浪涌电流。
这时可以考虑输入端加一个熔断器FU 以后，再并联一个压敏电阻，该电阻特性优势比较明显：反应迅速、没有续流、通过电流量大、残压水平相对低，起过压保护的作用，跟熔断器FU 一起构成了开关电源输入端的保护电路。
2.电磁干扰滤波器EMI ：开关电源噪声的产生一般分为两类，一个是开关电源内部形成的电磁干扰噪声，还有一个外界电磁场干扰通过辐射进入开关电源 错误!未找到引用源。
有种双向滤波器，其通过使用电感跟电容构成的低通滤波器，就是我们平常所用的EMI 滤波器，一般加在电源输入端防止电磁干扰。
C 1和C 4是取值在0.01-1uF 的高频旁路电容，通常选薄膜电容，作用是抑制差模噪声。
共模滤波由电容C 2跟C 3、电感L 1跟L 2组成。
电容通常选用自谐振频率较高的陶瓷电容，它的取值范围一般在2200-6800uF ，作用是抑制共模噪声错误!未找到引用源。
因为电路中还存在漏电流，所以0.1uF 是该电路中电容的上限值。
L 1和L 2是共模抑流圈，为了减少高频电流的信号旁路，电感L 1和L 2应具有小的分布电容，磁芯的选用应该与频率相一致，并且可以适当增加电感量，可以相应地改善低频衰减特性。
3.输入整流电路：输入整流电路的作用是将来自电网的直流电变成交流电，这里我们采用整流桥，由四个硅整流二极管连成整流电路，也可以选用塑料的成品硅整流桥，体积小、性能优良、整流效率高、稳定性好等优点。
题目：高频软开关逆变式充电器摘要随着电力电子技术的发展，用电设备对电源的要求不断提高，开关电源正逐步向着高效率、大功率密度、高可靠性、低电磁抗干扰、无噪声、维修方便等方向发展。
瞬时同步整流技术由于实现简单，响应速度快和具有自然限流等优点而得到广泛地应用。
本文在分析DC-DC技术发展的基础之上，用Buck电路，运用MAX767系列芯片研究一条简洁的途径实现DC-DC直流变换，即应用同步整流技术控制方法，来实现变换器高效工作。
该变换器主电路结构简单可靠，可以实现输入：DC 4.5～5.5V，输出DC 5V/3.3A的设计。
分析其系统工作原理的过程，为该变换方法和应用提供了理论基础，通过同步整流技术的方法和应用MOSFET管的设计，较理想的实现了DC-DC变换器的设计要求。
最后，运用这些设计成功的设计出DC-DC直流变换器。
本文主要介绍Buck电路和MAX767系列DC设计，工作原理和主要参数的设计，并对系统的外特性和稳定性作了分析。
关键词：DC-DC直流变换; 同步整流技术; MOSFET管AbstractWith the development of the electronic technology, the higher requirement of Power Supply are raised including high efficiency, high power density, low EMI, and rapid dynamic response. A hysterics-band instantaneous current control PWM Technique is popularly used because of its simplicity of implementation, fast current control response, and inherent peak current limiting capability.The design of the foundation of upper，with buck circuit，handle max767 series chip look into a slip of compact avenue realize dc-dc direct current transform，namely application synchronous rectification technical control means，came realize convector highly active wrought of the text at analyses dc-dc technological development. be one's turn convector trunk feeder structure simplicity credibility，could realize import：DC 4.5～5.5v，output dc 5V / 3.3ABoth that of analyses his system principle of operation course，for be one's turn transform method and application supply know clearly rationale，through the medium of synchronous rectification technical means and application MOSFET table design，compare ideal realize know clearly dc-dc convector' design requirement.At the last，handle these be designed for wrought 'thought out dc-dc dc converter to.The design，combine versus systemic external characteristic and stability did know clearly analyses of the both text mostly introduce buck circuit and max767 series DC design，principle of operation and major parameter.keyword：dc-dc direct current transform synchronous rectification technology mosfet tube。
开关电源设计步骤
1.需求分析（100字）
在设计开关电源之前，首先需要明确设计的目标和需求。
这包括输出电压、输出电流、输入电压范围、效率要求、输出电流稳定性等。
根据不同的需求，确定开关电源的拓扑和参数。
2.电路设计（300字）
在进行电路设计之前，需要选择开关电源的拓扑结构。
常见的拓扑结构有Buck、Boost、Buck-Boost、Sepic等。
根据需求和所选拓扑结构，设计主要电路模块包括开关管、滤波电感、修正电容、输出滤波电容等。
3.电路实现（300字）
根据电路设计确定的电路参数，在电路板上布线，连接各个器件和元件。
布线时需考虑到电路的稳定性和抗干扰能力。
注意分离高压和低压区域，减少互相干扰。
4.性能评估（200字）
完成电路实现后，需要进行性能评估，检验设计是否满足预期需求。
主要评估指标包括输出电压稳定性、负载调整能力、效率、开关频率、静态功耗、温度等。
通过测试数据和实际情况进行比较，查找问题和优化空间。
5.优化（200字）
根据性能评估的结果和问题分析，进行电路的优化。
优化可以包括改进布线、更换元器件、调整控制策略等。
目的是提高电路的性能，使其更加稳定、高效和可靠。
总结：
开关电源设计步骤包括需求分析、电路设计、电路实现、性能评估和优化。
通过明确需求，选择合适的拓扑结构，并根据电路设计参数进行电路实现，然后进行性能评估和优化。
这些步骤相互关联，需要不断地调整和优化，以得到满足需求的高性能开关电源设计。
充电电源设计方案充电电源设计方案在现代社会中，充电电源已经成为我们生活中必不可少的设备。
设计一个高效可靠的充电电源，对于满足人们不同需求和提高使用体验至关重要。
下面是一个充电电源设计方案：一、需求分析1.1 功能需求：支持同时充电多个设备，如手机、平板电脑、移动电源等。
1.2 安全性需求：确保充电过程稳定可靠，避免电压过高或过低造成设备损坏。
1.3 充电速度需求：提供快速充电功能，缩短充电时间。
1.4 便携性需求：体积小巧、重量轻，方便携带。
二、设计方案2.1 充电输出端口：设计多个USB接口，使得可以同时为多个设备充电。
可以根据需求选择不同的USB接口类型，如USB-A、USB-C等。
2.2 输出电流控制：为了满足不同设备的充电需求，设计多档输出电流控制，用户可以根据设备需要进行选择。
同时，引入智能识别技术，根据设备的电池特性和充电需求，动态调整输出电流。
2.3 充电保护机制：引入过压保护、过流保护、过温保护等保护机制，确保充电过程中设备和充电电源的安全。
同时，在设计上可以采用工艺和材料，提高充电电源的散热性能，减轻内部温度上升。
2.4 快速充电功能：采用快速充电协议，如QC（快充）协议、PD（功率交换）协议等，提供更高的输出电压和电流，缩短充电时间。
2.5 便携性设计：采用轻量化材料，精简电路设计，减小充电电源体积和重量。
在外壳设计上，考虑人体工学原理，使得握持操作更加舒适。
2.6 充电电源管理软件：通过设计充电电源管理软件，可以提供更多的充电信息和控制功能。
用户可以通过手机App或者电脑软件，实时查看充电状态、查询充电记录，并进行充电控制。
三、可行性分析充电电源设计方案中引入了多个技术和机制，可以满足不同的需求。
通过实验和优化设计，可以保证充电电源的稳定性和可靠性。
同时，凭借现有的技术手段和市场竞争，可以实现设计方案中的各项功能需求。
四、结论综上所述，通过合理设计和实施方案中的各项技术，可以达到一个高效可靠的充电电源。
高压电源设计
高压电源设计主要包括以下几个方面：
1. 材料选择：高压电源需要使用耐高压的材料，如高压绝缘材料、高压电容器、高压开关等。
2. 电源拓扑结构选择：常见的高压电源拓扑结构有带变压器的升压电路、倍压电路和正玄波变换电路等，根据具体需求选择合适的电源拓扑结构。
3. 控制模式选择：根据具体应用选择合适的控制模式，如恒定电流、恒定电压等。
4. 输出功率和电压范围选择：根据要驱动的负载特性和工作环境选择适当的输出功率和电压范围。
5. 过压、过流、短路等保护设计：为了保证电源和负载的安全，设计高压电源时需要考虑过压、过流、短路等情况下的保护措施。
6. PCB设计和布线：高压电源的设计需要注意良好的PCB 布局和布线，减少电磁干扰和高压漏露的可能性。
7. 散热设计：高压电源的散热设计也是一个关键因素，可以采用散热片、风扇等方式来提高散热效果。
8. 符合标准和安全认证：根据实际应用需求，确保高压电源设计符合相关标准和安全认证要求，确保产品的安全性和可靠性。
以上是高压电源设计的一些基本要点，具体的设计要素还需根据实际应用需求和具体的电源规格来确定。
可以参考相关的电源设计手册、技术资料和专利技术来进行设计。
大功率高频软开关电化学电源的设计移相全桥软开关谐振参数1引言在电化学行业中，由于其加工对象的特殊性，一般要求电源能够提供低电压、大电流的输出，而且功率要求也很大。
目前主流的电化学电源，主要是相控电源，因其使用工频变压器且开关器件晶闸管为硬开关，所以相控电源体大笨重，效率低，噪音高，动态性能差。
与传统相控电源相比，高频开关电源具有高效节能，重量轻，体积小，动态性能好等显著的优点，这些优点都是建立在其较高的工作频率之上的。
但是在硬开关条件下，开关损耗与开关频率成正比，这阻碍了高频开关电源效率的提高及其进一步高频化。
软开关技术的出现缓解了这一矛盾，但传统的ZVS 移相全桥变换器中开关管的软开关实现范围有限，难以应用于负载变化较大的场合[1]。
本文中所设计的高频开关电化学电源，额定输出功率为30kW，电压0~15V、电流0~2000A 连续可调。
该设计采用了ZVS技术，且通过系统的方法对谐振参数进行了精确计算，并在实验中逐步优化。
因此该电源显著拓宽了功率开关管的ZVS实现范围，而且效率高，工作稳定，各项指标都满足了设计要求。
2主电路拓扑的设计全桥变换器中，高压开关管两端的暂态尖峰电压被其体二极管箝位于输入电压，耐压要求较低，宜于获得大功率输出[2]。
因此，本设计选择全桥式电路作为基本拓扑，开关管选用绝缘栅双极型晶体管（insulated gate bipolar transistor，IGBT）。
高频开关电源的众多优势，归根结底是由其高频化衍生而来的。
但是，功率开关管的开关损耗制约了高频开关电源工作频率的进一步提高，因此软开关技术应运而生。
目前应用较为普遍的软开关技术是零电压开关（zero voltage switch，ZVS）技术，该技术中超前桥臂和滞后桥臂均实现ZVS。
相比于零电压零电流（zero voltage and zero current switch, ZVZCS）技术和零电流（zero current switch，ZCS）技术，ZVS移相全桥逆变器结构简单，控制、驱动电路易于设计和调试，且ZVS移相全桥逆变器可以直接利用变压器漏感作为谐振电感[3]。
基于软开关技术的高压电源研究与实现软开关技术是一种电力电子技术，它能够实现电源开关过程中的无损耗切换，降低开关过程中的电压和电流的瞬时变化，从而提高电源的效率和可靠性。
在高压电源领域，软开关技术的应用也日益受到关注和重视。
高压电源是一种产生较高电压输出的电源设备，广泛应用于工业领域、医疗设备、科研实验等场合。
传统的高压电源存在着开关过程中能量损耗大、噪音和电磁干扰大等问题。
而基于软开关技术的高压电源则能够有效地解决这些问题。
软开关技术的核心是在开关过程中实现电压和电流的零电压和零电流切换。
这种切换方式不仅能够降低开关过程中的能量损耗，还能减少电磁干扰和噪音。
通过采用适当的开关管和控制电路，可以实现软开关的高压电源。
在软开关技术的研究和实现过程中，需要考虑多个因素。
首先是选择适合的开关管和控制电路，以实现软开关的效果。
开关管的选择要综合考虑其导通损耗、开关损耗、电压和电流承受能力等因素。
控制电路的设计要保证开关管的合适开关时间和序列，以实现软开关过程中的零电压和零电流切换。
其次是实现软开关技术的电源拓扑结构设计。
常见的高压电源拓扑结构有LLC谐振式、LLC谐振反激式、变压器耦合式等。
在设计过程中，需要考虑电源的输出功率、效率、稳定性和成本等因素，选择适合的拓扑结构来实现软开关的高压电源。
最后是对软开关技术的控制策略研究。
控制策略是实现软开关过程中关键的一环，可以通过合理的控制策略来提高电源的效率和稳定性。
常见的控制策略有固定频率控制、变频控制、自适应控制等。
在研究和实现过程中，需要根据电源的需求和特点选择合适的控制策略。
综上所述，基于软开关技术的高压电源研究与实现在提高电源效率和可靠性方面具有重要意义。
通过选择合适的开关管和控制电路、设计适合的拓扑结构和研究合理的控制策略，可以实现高效、稳定和可靠的高压电源，满足不同领域对高压电源的需求。
高压软开关充电电源硬件设计高压软开关充电电源硬件设计摘要电源对于所有用电设备是必不可少的开关电源取消了传统电源采用的笨重的工频变压器使得电源的体积大大缩小电源中的电力电子器件工作在开关状态使整机效率很高由于它具有体积小重量轻和效率高的优点因而发展非常迅速应用范围日益扩大本文简要介绍了开关电源的基本结构工作原理以及其发展状况和技术的发展趋势并对开关电源的分类和优缺点进行了阐述本文还介绍了减小开关电源体积和开关损耗的技术软开关技术在前面知识的基础上本论文利用谐振开关技术设计了一台给高压脉冲电容充电的高压软开关电源在谐振开关技术中最适合给脉冲电容充电的电路是串联谐振开关电路输出近似为恒流源或称等台阶充电突出的优点是充电效率高且电路本身具有短路保护能力整个装置利用DSP实现电路的控制PWM信号形成及电路的保护由于采用了全数字的控制充电的稳定度很高装置的开关频率是20kHz属于高频因此使得每次开关所充的电量较小这大大提高了充电的精度关键词开关电源软开关充电High-pressured Soft Switch Charge Power Source Hardware DesignAbstractThe power supply is essential to all equipment which uses electricity The switching power supply has cancelled the conversion depressor that traditional power sources adopt causing the volume of the power sourceto reduce greatly In power supply electronic device works in soft switch condition so the entire efficiency to be very high Because the volume is small the weight is light and the efficiency high thus it develops extremely rapidly the application of the soft switching power supply expands day by dayThis article briefly introduced the switching power supply basic structure the principle of work as well as its development condition and the technical development tendency In addition started from opposite directions folio turns off the power source the classification and the virtues and defects has carried in detail This article also introduced a new technical soft switch technology which the switching power supply volume and the switch loss can be avoidedIn front knowledge foundation present paper use resonance-switch technical design one too for high-pressured pulse electric capacity charge high-pressure soft switching power supply The pulse electric capacity charge in the resonant switch technology the electric circuit is the series resonance switch in circuits Outputs is approximate for the permanent current source or calls " the stair charge The prominent merit is the charge efficiency is high also has inherently short-circuits the protection ability Entire realizes the electric circuit control the PWM signal using DSP forms and the electric circuit protection Because it has used entire digital control the charge stability is very high The installment turn-on frequency is 20 kHz belonging to high frequency therefore each time the switch flushes the electric quantity is small and this increased the charge precision greatlyKeywords Switching power supply Soft switch Charge 不要删除行尾的分节符此行不会被打印目录摘要IAbstract II第1章绪论 111 开关电源的发展状况 112开关电源的技术发展趋势 313本论文的研究目的 4第2章开关电源原理 521 开关电源基本工作原理 522 开关电源的分类 623 关电源优缺点7com 开关电源的优点7com 开关电源的缺点824 软开关技术简介9com 硬开关与软开关9com 软开关的分类 1025 本章小结12第3章高压软开关充电电源硬件设计1331 主电路设计13com 主要技术指标 13com 主电路选型13com 电路的工作原理及方式13com 主电路的各项参数1932 控制及触发电路的设计 22com 电压电流检测 22com IGBT的驱动22com DSP的选择24com PWM波的形成2733 电路的理想波形2834 本章小结29结论30致谢31参考文献32附录外文翻译33千万不要删除行尾的分节符此行不会被打印在目录上点右键更新域然后更新整个目录打印前不要忘记上面Abstract这一行后加一空行绪论开关电源的发展状况开关电源属于电力电子技术他运用功率变换器进行电能变换经过变换电能他可以满足各种用电要求开关电源是美国NASA用于宇宙火箭搭载电源目的而开发的与线性电源相比开关电源具有体积小重量轻效率高的特点被广泛用于电视机计算机自动控制装置产业机械通信装置等各个领域特别是随着半导体技术的进步和信息产业的发展开关电源的需求量不断扩大随着现代半导体技术的发展尤其是高性能的全控器件的产生开关电源迎来了一个生机勃勃的春天1．发展史1955年美国的科学家罗耶首先研制成功了利用磁芯的饱和来进行自激振荡的晶体管直流变换器此后利用这一技术的各种形式的晶体管直流变换器不断地研制和涌现出来从而取代了早期采用的旋转式或机械振子式的寿命短可靠性差转换效率低的换流设备由于变换器中的功率开关管工作在开关状态所以由此而制成的开关电源输出的组数多极性可变效率高体积小重量轻在当时被广泛地应用于航天及军事电子设备上由于那时的微电子技术十分落后不能制作出耐压高速度快功率大的晶体管所以这个时期的直流变换器只能采用低电压输入并且转换的速度也不能太高60年代末由于微电子技术的快速发展高反压的晶体管出现了从此以后直流变换器就可以直接由市电经整流滤波后输入不再需要有降压变压器了从而极大地扩大了开关电源的应用范围并在此基础上诞生了无工频降压变压器开关电源省掉了工频降压变压器使开关电源的体积和重量大为减小开关稳压电源才真正做到效率高体积小重量轻70年代以后与该技术有关的高频高反压的大功率晶体管场效应管高频电容肖特基二极管高频磁芯材料等元器件也不断地被研制和生产出来使这一技术得到了飞速的发展并且被广泛地应用于计算机通信航天彩色电视等领域中从而使无工频变压器开关电源成为各种电源中的佼佼者[1]2．目前正在克服的困难随着半导体技术和微电子技术的高速发展集成度高功能强的大规模集成电路的不断出现使得电子设备的体积在不断地缩小重量在不断地减轻所以从事这方面的研究和生产的人们对电源中的开关变压器还感到不是十分理想他们正致力于研制出效率更高体积和重量更小的开关变压器或通过别的途径来取代它使之能满足电子仪器和设备微小型化的要求这就是从事开关电源研究的科技人员目前正在克服的第一个困难开关电源的效率是与开关管的变换速度成正比的并且由于采用了开关变压器以后才能使之由一组输入得到极性大小各不相同的多组输出要进一步提高其效率就必须提高其工作频率但是当频率提高以后对整个电路中的元器件又有了新的要求例如高频电容开关管开关变压器储能电感快速整流二极管等都会出现新的问题进一步研制出适应高频工作的有关电路元器件是从事开关电源研制的科技人员要解决的第二个问题线性电源中的功率调整管具有稳压和电子滤波的双重作用因而串联线性电源不产生开关干扰且输出波纹电压小但是开关电源中的开关管是工作在开关状态所以就会产生尖峰干扰和谐振干扰这些干扰就会污染市电电网影响邻近的电子仪器和设备的正常工作随着开关电源电路和抑制干扰措施的不断增加和完善它的这一缺点得到了进一步的克服可以达到不妨碍一般电子仪器和设备正常工作的程度但在一些精密电子仪器中由于这一缺点却使开关电源不能得到应用所以克服这一缺点进一步提高开关电源的使用范围是从事开关电源研制人员要解决的第三个问题目前在开关电源方面急需解决的最后一个问题是开关管的二次击穿问题要解决这一问题首先要将其产生的原因分析清楚而目前人们对此还没有完全掌握还只能从热点的角度进行解释所以这方面还需人们去做大量的研究和探索工作3国内发展概况我国的晶体管直流变换器及开关电源研制工作开始于60年代初到60年代中进入了实用阶段 70年代初开始研制无工频降压变压器开关电源1974年研制成功了工作频率为10 kHz输出电压为5V 的无工频降压变压器开关电源近10多年来我国的许多研究所工厂和高等院校已研制和生产出了多种型号的工作频率为20 kHz 左右输出功率在1000W以下的无工频降压变压器开关电源并应用于计算机通信电视等方面取得了较好的效果工作频率为100～200kHz 的高频开关电源于80年代初就已开始试制 90年代初试制成功目前正在走向实用和再进一步提高工作频率阶段许多年来虽然我国在这方面投入了大量的人力和物力做出了巨大的努力并取得了可喜的成就但是目前我国的开关电源技术与世界上先进的国家相比仍有较大的差距此外近几年来我国虽然把无工频变压器开关电源的工作频率从数十kHz 提高到数百kHz把输出功率由数十W 提高到数百W 甚至数千W 但是由于我国半导体技术与工艺跟不上时代的发展导致我们自己生产出的无工频变压器开关电源中的开关管大部分采用的仍是进口的晶体管所以我国的开关电源事业要发展要赶超世界先进水平最根本和最关键的问题是如何提高和改进我国的半导体器件技术和制作工艺[2]12开关电源的技术发展趋势1小型化由于电源小型花的关键是高频化因此国外目前都在致力于同步开发新型元器件特别是改善二次整流的损耗变压器电容器小型化同时采用SMT技术在电路板两面布置元器件以确保开关电源的轻小薄2高效率开关电源高频化使传统的PWM开关硬开关功耗加大效率降低噪声也提高了达不到高频高效的预期效益因此实现零电压导通零电压关断的软开关技术将成为开关电源产品未来的主流采用软开关技术可使效率达到85～88VICOR开关电源公司设计制造了多种ECZ软开关DCDC变换器其最大输出功率有800W600W300WWcm80～90Nemic-Lambda公司日前推出一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列开关频率为200～300kHz27Wcm用同步整流器即用MOSFER代替肖特基二极管是整个电路效率提高到903高可靠开关电源使用的元器件比连续工作电源多数十倍因此降低了可靠性追求寿命的延长要从设计方面着手而不是从使用方面着想美国一公司通过降低节温减少器件的电应力降低运行电流等措施使其DCDC开关电源系列产品的可靠性大大提高产品的MTBF高达100万时以上4模块化可以用模块电源组成分布式电源系统可以设计成N1冗余电源系统从而提高可靠性可以做成插入式实现热交换从而在运行中出现鼓掌时能高速更换模块插件多台模块并联可实现大功率电源系统此外还可以在电源系统建成后根据发展需要不断扩充容量5低噪声开关电源的又一缺点是噪声大单纯追求高频化噪声也随之增大采用部分谐振转换回路技术在原理上既可以高频化又可以低噪声但谐振转换技术也有其难点如果很难准确的控制开关频率谐振时增大了器件负荷场效应管的寄生电容易引起短路损耗元件热应力转向开关管等问题难以解决日本把变压器设计成一二次分离阻燃密封自身具备对付噪声功能的共模无噪声隔离变压器既节省了噪声滤波器又减少了噪声6抗电磁干扰EMI 当开关电源在高频下工作时其噪声通过电源线产生对其他电子设备的干扰世界各国已经有了抗EMI的规范或标准7电源系统的管理和控制应用微处理器或微机集中控制与管理可以及时反映开关电源环境的各种变化中央处理单元实现智能控制可自动诊断故障减少维护工作量确保正常运行8计算机辅助设计CAD 利用计算机对开关电源进行CAD设计和模拟试验十分有效是最为快速经济的设计方法9产品更新加快目前的开关电源产品要求输入电压通用适用世界各国电网电压规范出电压规范扩大如计算机和工作站需要增加33V这一电压输入端功率因数进一步提高并具有安全过压保护等方面的功能[3]13本论文的研究目的本论文是结合当前开关电源的发展趋势以及今后将从事电源设计与制造工作的需要而完成的通过完成本论文作者希望完成以下目的1．在系统学习开关电源原理的基础上自己独立设计一台充电电源了解开关电源的主要设计过程及其相关方法2．在整个过程中不断学习消化掌握各种类型开关电源的主要特点和性能重点掌握减小开关损耗的方法软开关技术3．在设计过程中掌握开关电源的整体系统结构主电路触发电路检测电路输入输出电路保护电路和整体的控制电路4．通过对开关电源的理论学习和实践经验了解电源的应用前景和发展趋势从而明确自己今后努力的方向争取在电源的设计和制造等工作中加以应用开关电源原理开关电源基本工作原理开关K 以一定的频率重复的接通或断开在开关K 接通时输入电源通过开关K 和滤波电路向负载提供能量当开关K断开时输入电源便中断了能量的供给开关电源的示意图如图2-1所示为了使负载能够得到连续的能量开关电源就必须有一套储能装置以便在开关K 接通时将一部分能量储存起来当开关K 断开后再将储存的能量提供给负载图2-1中的电感L电容C和二级管D 组成的电路就具有这样的功能当开关K 接通时电感L 用以储存能量开关K 断开时储存在电感L中的能量通过二级管D 释放给负载从而使负载得到连续而又稳定的能量当电子开关K按一定的频率开关时导通时间越长输出电压越高导通时间越短输出电压越低通常开关电源就是这样在开关频率一定的情况下通过调整开关时间的长短控制输出电压的高低目前也有的开关电源采用开关时间长短恒定通过改变开关频率来改变输出电压的高低图2-1 开关电源示意图开关电源的形式有很多种其中尤其以脉冲宽度调制型PWM最为盛行现在就以此种形式的开关电源介绍以下开关电源的工作原理采用PWM技术的开关电源原理机构如图2-2所示从电网将能量传递给负载的回路称为主回路其余称为控制回路工频电网交流电压经过输入整流滤波电路得到高波纹未调直流电压在经功率转换电路变换成符合要求的矩形波脉动电压最后经过整流滤波电路将其平滑成连续的低波纹直流电压图2-2 PWM方式开关电源框图控制回路在提供高压开关T管基极驱动脉冲的同时需要完成输出电压稳压的控制而且还必须能对电源或负载提供保护它通常由检测比较放大电路电压-脉冲宽度转换电路VW电路时钟震荡电路以及自用电压源等基本电路构成对于PWM方式而言将频率固定的震荡源称为时钟震荡器这种电源利用检测电路反映输出电压值通过和给定参考电压比较并产生误差信号在经过VW电路调制脉冲宽度调节输出电压例如由于某种原因负载电流减小或电网电压上升使高频变压器副边输出电压的平均值增大电源输出电压也将随之提高反馈检测电路将提高了输出电压和基准电压进行比较并产生负积极性的误差电压VW电路根据该误差电压及时减小输出脉宽这样使输出电压平均值减小接近原来的数值从而实现稳压的作用开关电源的分类在电子技术和应用飞速发展的今天对电子仪器和设备的要求是在性能上更加安全可靠在功能上不断增加在使用上自动化程度要越来越高在体积上日趋小型化这使采用具有众多优点的开关电源就显得更加重要所以开关电源在计算机通信航天彩电等方面都得到了越来越广泛的应用发挥了巨大的作用这大大促进了开关电源的发展从事这方面研究和生产的人员也在不断地增加开关电源的品种和类型也越来越多常见的开关电源的分类方法有下列几种1按激励方式划分分为他激式和自激式他激式开关电源电路中专设激励信号振荡器自激式开关功率管兼作振荡管该形式的开关电源电路结构简单元器件少可以做成低成本的开关电源2按调制方式划分分为脉宽调制型频率调整型和混合调整型脉宽调制型保持振荡频率保持不变通过调节脉冲宽度来改变输出电压的大小频率调整型保持占空比保持不变脉冲宽度保持不变通过改变振荡频率来改变输出电压大小混合调整型是脉冲宽度和振荡频率均可进行调节的开关电源3．按开关管电流的工作方式划分分开关型和谐振型开关型用开关晶体管把直流变成高频标准方波其电路形式类似于他激式谐振型用开关晶体管与LC 谐振回路将直流变成标准正弦波其电路形式类似于自激式开关电源4．按开关晶体管的类型划分分为晶体管型和可控硅型晶体管型采用晶体管包括场效应管作为开关功率管可控硅型采用可控硅作为开关功率管这种电路的特点是直接输入交流电压不需要一次整流部分5．按储能电感与负载的连接方式划分分串联型和并联型串联型储能电感串联在输入与输出电压之间并联型储能电感并联在输入与输出电压之间6．按晶体管的连接方法划分分为单端式推挽式半桥式和全桥式单端式仅使用一个晶体管作为电路中的开关管这种电路的特点是价格低电路结构简单但输出功率不能提高推挽式使用两个功率开关管将其连接成推挽功率放大器的形式这种电路的特点是可以工作在电源电压较低的场合一般逆变器多采用这种形式的电路但它的缺点是开关变压器的初级必须具有中心抽头半桥式使用两个功率开关管将其连接成半桥形式它的特点是适应于输入电压较高的场合全桥式使用四个功率开关管将其连接成全桥的形式它的特点是输出功率较大7．按电路结构划分分为散件式和集成电路式散件式整个开关电源电路都是采用分立式元器件组成的这种电路的缺点是电路结构较为复杂集成电路式整个开关电源电路或电路的一部分是由集成电路组成的这种集成电路通常被称为厚膜电路有的厚膜集成电路中包括功率开关管有的则不包括这种形式的电源的特点是电路结构简单调试方便可靠性高这种电路被广泛地应用于彩色电视中以上五花八门的开关电源品种都是站在不同的角度以开关电源不同的特点命名和划分的不论是激励方法输出直流电压的调节手段储能电感的连接方法功率开关管的器件种类以及串并联结构还是其他的电路形式它们最后总可以归结为串联型和并联型开关电源这两大类[4]开关电源优缺点开关电源的优点1．功耗小效率高开关电源结构原理方框图中的晶体管在激励信号的驱动下其工作状态处于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上千kHz晶体管V饱和导通时虽然电流较大但管压降很小截止断开时虽然管压降很大但通过的电流几乎为零这就使得开关晶体管V 在其整个工作过程中的功耗很小电源的效率可以大幅度地提高2．体积小重量轻没有了笨重的工频降压变压器由于调整管上的耗散功率大幅度地降低因而省去了体积和重量都较大的散热片由于这两方面的原因故开关电源的体积小重量轻3．稳压范围宽开关电源的输出电压是通过激励信号的占空比来调节的输入电压的波动变化可以通过改变占空比的方式来进行补偿这样在输入电压变化或波动较大时它仍能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较好此外改变占空比的方法有脉宽调制型频率调制型和混合调制型三种这样开关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较灵活设计人员可以根据实际应用的需要和要求灵活选用各种形式的稳压方法4．滤波效率高不需要较大容量的滤波电容开关电源的工作频率目前基本上是工作在50kHz 左右是线性电源的1000倍这使整流后的滤波效率几乎也提高了1000倍就是采用半波整流后加电容滤波效率也提高了500倍在相同波纹输出电压的要求下采用开关电源时滤波电容的容量只是线性电源中滤波电容容量的1500～11000滤波电容容量减小以后整个电源的体积和重量也相应地有所减小5．电路形式灵活多样例如有自激式和他激式有调宽型和调频型有单端式和双端式有开关元件为晶体管式和开关元件为可控硅式等等设计者可以发挥各种类型电路的特长设计出能满足各种不同应用场合的开关电源开关电源的缺点开关电源最为突出的缺点就是开关干扰较为严重开关电源中的开关功率管是工作在开关状态下它产生的交流电压和电流会通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐振干扰这些干扰如果不采取一定的措施进行抑制消除屏蔽和隔离就会严重地影响整机的正常工作此外由于开关电源中没有了工频降压变压器的隔离振荡器所产生的高频干扰如果不加以消除就会串入工频电网使附近的其他电子仪器设备和家用电器受到严重的干扰目前由于国内微电子技术阻容器件生产技术以及磁性材料技术与一些技术先进的国家还有一定的差距因此开关电源的造价不能进一步降低也影响到可靠性的进一步提高所以在我国的电子仪器以及机电一体化仪器中开关电源还不能得到普及使用特别是无工频变压器开关电源中的高压电容高反压大功率开关管开关变压器的磁性材料等元件我国还处于研究和开发阶段一些先进的国家虽然有了一定的发展但是在实际应用中还存在一些问题不能令人十分满意这就暴露出了开关电源的又一个缺点那就是电路结构复杂故障率高维修麻烦成本高对此如果设计者和制造者不予以充分重视则会直接影响开关稳压电源的推广应用软开关技术简介硬开关与软开关。
