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常见几种开关电源工作原理及电路图图二开关电源基本电路框图开关式稳压电源的基本电路框图如图二所示。
交流电压经整流电路及滤波电路整流滤波后，变成含有一定脉动成份的直流电压，该电压进人高频变换器被转换成所需电压值的方波，最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。
控制电路为一脉冲宽度调制器，它主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成。
这部分电路目前已集成化，制成了各种开关电源用集成电路。
控制电路用来调整高频开关元件的开关时间比例，以达到稳定输出电压的目的。
２．单端反激式开关电源单端反激式开关电源的典型电路如图三所示。
电路中所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。
所谓的反激，是指当开关管VT1 导通时，高频变压器Ｔ初级绕组的感应电压为上正下负，整流二极管VD1处于截止状态，在初级绕组中储存能量。
当开关管VT1截止时，变压器Ｔ初级绕组中存储的能量，通过次级绕组及VD1 整流和电容Ｃ滤波后向负载输出。
单端反激式开关电源是一种成本最低的电源电路，输出功率为20－100Ｗ，可以同时输出不同的电压，且有较好的电压调整率。
唯一的缺点是输出的纹波电压较大，外特性差，适用于相对固定的负载。
单端反激式开关电源使用的开关管VT1 承受的最大反向电压是电路工作电压值的两倍，工作频率在20－200kHz之间。
３．单端正激式开关电源单端正激式开关电源的典型电路如图四所示。
这种电路在形式上与单端反激式电路相似，但工作情形不同。
当开关管VT1导通时，VD2也导通，这时电网向负载传送能量，滤波电感Ｌ储存能量；当开关管VT1截止时，电感Ｌ通过续流二极管VD3 继续向负载释放能量。
在电路中还设有钳位线圈与二极管VD2，它可以将开关管VT1的最高电压限制在两倍电源电压之间。
为满足磁芯复位条件，即磁通建立和复位时间应相等，所以电路中脉冲的占空比不能大于５０％。
由于这种电路在开关管VT1导通时，通过变压器向负载传送能量，所以输出功率范围大，可输出50－200 Ｗ的功率。
一文读懂开关电源（DC/DC）的原理介绍DC/DC电源指的是直流转直流的电路，有升压降压两种电路，按理来说，LDO也是DCDC电源，但行业内只认为以开关形式实现的电源为DC/DC电源。
一、DC/DC基本拓扑一个功率变换器，当输入、负载和控制均为固定值时的工作状态，在开关电源中，被称为稳态。
稳态下，功率变换器中的电感满足电感电压伏秒平衡定律：对于已工作在稳态的DC/DC功率变换器，有源开关导通时加在功率电感上的正向伏秒一定等于有源开关截至时加在该电感上的反向伏秒。
1、BUCK降压型当PWM驱动高电平使得NMOS管S1导通，忽略MOS管的导通压降，电感电流呈线性上升，此时电感正向伏秒为：VxTon=（Vin-V o）xTon当PWM驱动低电平使得NMOS管S1截至时，电感电流不能突变，经过续流二极管形成回路（忽略二极管压降），给输出负载供电，此时电感电流下降，此时电感反向伏秒为：VxToff=V ox（Ts-Ton）根据电感电压伏秒平衡定律可得：（Vin-V o）xTon=V ox（Ts-Ton）即V o=DxVin （D为占空比）2、BOOST升压型和BUCK电路类似的分析方法，当MOS管导通时，电感的正向伏秒为：VinxTon；当MOS管截至时，电感的反向伏秒为：（V o- Vin）x（Ts-Ton）根据电感电压伏秒平衡定律可得：VinxTon=（V o- Vin）x（Ts-Ton）即V o=Vin/（1-D）3、同步整流技术由于二极管导通时至少存在0.3V的压降，因此续流二极管D 所消耗的功率将会称为DC/DC电源主要功耗，从而严重限制了效率的提高。
为解决该问题，以导通电阻极小的MOS管取代续流二极管。
然后通过控制器同时控制开关管和同步整流管，要保证两个MOS管不能同时导通，负责将会发生短路。
二、DC/DC电源调制方式DC/DC电源属于斩波类型，即按照一定的调制方式，不断地导通和关断高速开关，通过控制开关通断的占空比，可以实现直流电源电平的转换。
本文开关电源工作原理是电子发烧友网开关电源工程师全力整理的原理分析，以丰富的开关电源案例分析，介绍单端正激式开关电源，自激式开关电源，推挽式开关电源、降压式开关电源、升压式开关电源和反转式开关电源。
随着全球对能源问题的重视，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路结构简单、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，人们研制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、不使用电源变压器等特点，是一种较理想的稳压电源。
正因为如此，开关式稳压电源已广泛应用于各种电子设备中，本文对各类开关电源的工作原理作一阐述。
一、开关式稳压电源的基本工作原理开关式稳压电源接控制方式分为调宽式和调频式两种，在实际的应用中，调宽式使用得较多，在目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数也为脉宽调制型。
因此下面就主要介绍调宽式开关稳压电源。
调宽式开关稳压电源的基本原理可参见下图。
对于单极性矩形脉冲来说，其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其直流平均电压值就越高。
直流平均电压Ｕ。
可由公式计算，即Uo=Um×T1/T式中Um为矩形脉冲最大电压值；T为矩形脉冲周期；T1为矩形脉冲宽度。
从上式可以看出，当Um 与T 不变时，直流平均电压Uo 将与脉冲宽度T1 成正比。
这样，只要我们设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄，就可以达到稳定电压的目的。
二、开关式稳压电源的原理电路1、基本电路图二开关电源基本电路框图开关式稳压电源的基本电路框图如图二所示。
交流电压经整流电路及滤波电路整流滤波后，变成含有一定脉动成份的直流电压，该电压进人高频变换器被转换成所需电压值的方波，最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。
LED显示屏5V 40A专用开关电源设计1 参数:输入电源：220V输出电源：5V 40A2开关电源的组成开关电源大致由输入电路、变换器、控制电路、输出电路四个主体组成。
如果细致划分，它包括：输入滤波、输入整流、开关电路、采样、基准电源、比较放大、震荡器、V/F 转换、基极驱动、输出整流、输出滤波电路等。
实际的开关电源还要有保护电路、功率因数校正电路、同步整流驱动电路及其它一些辅助电路等。
图1是开关电源原理框图：图1 开关电源原理框图2.1 输入电路包括线性滤波电路、浪涌电流抑制电路、整流电路三部分。
作用：把输入电网交流电源转化为符合要求的开关电源直流输入电源。
典型电路如图2所示：图2 输入电路该电路包含滤波电路、浪涌电流抑制电路及全波整流电路。
输入电路各电容C11、C12、C13 用于滤波，滤除高频噪声；电抗器L11 用于浪涌抑制；电容C14、C15、C18 用于去耦。
输入220VAC 电压经过全波整流，产生变换器所需要的直流电压，及提供控制电路必须的工作电源。
J21 为短路线，TH 为过流电阻，当发生过流时，器件熔断。
2.2 功率电路基本原理市电220V的交流电经输入电路整流滤波后，已变为直流电（带脉动），从该直流电到输出之间的电路可简单等效为一个单管隔离降压变换器。
如图3所示：图3 功率电路基本原理为防止变压器T磁饱及快速恢复，原边使用了简单的R1C1释放电路。
副边VD1 整流，VD2 续流，C2去耦，L、C4滤波，R3C3、R4为辅助泄放通路。
当然实际电路比这个要复杂的多，复杂的原因主要是因为加入了保护电路、反馈电路、控制电路等。
下面具体讲述实际应用的电路。
2.3 变压器及控制部分供电电路变压器周边电路以及给控制电路供电的电路如图4所示：图4 变压器及控制部分供电电路本电路中的变压器T11就是图3中的变压器T，其中1-3绕组为原边主绕组（即图3中的N1绕组），6-7绕组为副边输出绕组（即图3中的N2绕组），4-5绕组为原边辅助绕组，主要给控制电路提供电源。
17种新型彩电开关电源集成电路资料1、KA3S0680RFB KA3S0880RFBKA3S0680RFB KA3S0880RFB是日本FAIRCHILD公司生产的开关电源电路，内置功率MOSFET 和控制电路，其内部设有过流、过压、过热保护电路，低压限制电路、高压感应电路等。
具有工作频率宽、效率高、工作稳定等特点，KA3S0680RFB 与KA3S0880RFB的内部电路基本相同，只是输出功率不同（KA3S0680RFB功率为150W；KA3S0880RFB功率为190W）。
它被应用在海信DP2999、海尔高美高等新型彩电中。
KA3S0680RFB KA3S0880RFB引脚功能与维修数据见表1所示。
引脚符号功能海信DP2999 海尔高美高对地电压（V）对地电阻（KΩ）对地电压（V）对地电阻（KΩ）红笔测罴笔测开机待机红笔测罴笔测①DRA IN 内置功率开关管漏极300 5.7 500 270 280 3.8 ∞②GND 接地0 0 0 0000③Vcc 电源20 5 500 16 15 3.3 ∞④FB 反馈 1.8 8 200 200 0.2 5.7 200⑤SYNC 同步输入7.17.5 31 6.3 3.8 5.4 302、A5Q1265RFA5Q1265RF是日本FAIRCHILD公司生产的FPS型开关电源控制电路，内置具有耐压强650V 的电流检测型场效应功率管和控制电路，并设有过流、过压、过热保护电路（当芯片表面温度超过150℃时，自动切断输出；当供电端③脚的电压高于24V或低于11V时，芯片停止工作）。
它被应用在海尔UOC芯片新型彩电中。
引脚功能与维修数据见表2所示引脚符号功能海尔UOC对地电压（V）对地电阻（KΩ）红笔测罴笔测①DRA IN 内部场效应管漏极270 3.7 +∞②GND 内部场效应管源极（接地）0 0 0③Vcc 电源输入端16 3.3 +∞④FB 反馈输入（通常接耦合器） 1 5.6 200⑤SYNC 同步输入 6.3 5.3 313、KA7630KA7630是具有复位信号输出功能和三路电压输出的稳压器，其内部设有限流保护电路和过热保护电路；最大输入电压20V。
开关电源工作原理及电路图本文开关电源工作原理是电子发烧友网开关电源工程师全力整理的原理分析，以丰富的开关电源案例分析，介绍单端正激式开关电源，自激式开关电源，推挽式开关电源、降压式开关电源、升压式开关电源和反转式开关电源。
随着全球对能源问题的重视，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路结构简单、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，人们研制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、不使用电源变压器等特点，是一种较理想的稳压电源。
正因为如此，开关式稳压电源已广泛应用于各种电子设备中，本文对各类开关电源的工作原理作一阐述。
一、开关式稳压电源的基本工作原理开关式稳压电源接控制方式分为调宽式和调频式两种，在实际的应用中，调宽式使用得较多，在目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数也为脉宽调制型。
因此下面就主要介绍调宽式开关稳压电源。
调宽式开关稳压电源的基本原理可参见下图。
对于单极性矩形脉冲来说，其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其直流平均电压值就越高。
直流平均电压Ｕ。
可由公式计算，即Uo=Um×T1/T式中Um为矩形脉冲最大电压值；T为矩形脉冲周期；T1为矩形脉冲宽度。
从上式可以看出，当Um 与T 不变时，直流平均电压Uo 将与脉冲宽度T1 成正比。
这样，只要我们设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄，就可以达到稳定电压的目的。
二、开关式稳压电源的原理电路1、基本电路图二开关电源基本电路框图开关式稳压电源的基本电路框图如图二所示。
交流电压经整流电路及滤波电路整流滤波后，变成含有一定脉动成份的直流电压，该电压进人高频变换器被转换成所需电压值的方波，最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。
安规电容是指用于这样的场合，即电容器失效后，不会导致电击，不危及人身安全.安规电容安全等级应用中允许的峰值脉冲电压过电压等级（IEC664）X1 >2.5kV ≤4.0kVⅢX2 ≤2.5kVⅡX3 ≤1.2kV I安规电容安全等级绝缘类型额定电压范围Y1 双重绝缘或加强绝缘≥ 250VY2 基本绝缘或附加绝缘≥150V ≤250VY3 基本绝缘或附加绝缘≥150V ≤250VY4 基本绝缘或附加绝缘 <150V不同品种的电容器，最高使用频率不同。
小型云母电容器在250MHZ以内；圆片型瓷介电容器为300MHZ；圆管型瓷介电容器为200MHZ；圆盘型瓷介可达3000MHZ；小型纸介电容器为80MHZ；中型纸介电容器只有8MHZ。
对于Y1电容来说，额定电压250V ac，但是峰值电压能耐到8KVdc。
名称：聚酯（涤纶）电容（CL）符号：电容量：40p--4u额定电压：63--630V主要特点：小体积，大容量，耐热耐湿，稳定性差应用：对稳定性和损耗要求不高的低频电路名称：聚苯乙烯电容（CB）符号：电容量：10p--1u额定电压：100V--30KV主要特点：稳定，低损耗，体积较大应用：对稳定性和损耗要求较高的电路名称：聚丙烯电容（CBB）符号：电容量：1000p--10u额定电压：63--2000V主要特点：性能与聚苯相似但体积小，稳定性略差应用：代替大部分聚苯或云母电容，用于要求较高的电路名称：云母电容（CY）符号：电容量：10p—0.1u额定电压：100V--7kV主要特点：高稳定性，高可靠性，温度系数小应用：高频振荡，脉冲等要求较高的电路名称：高频瓷介电容（CC）符号：电容量：1--6800p额定电压：63--500V主要特点：高频损耗小，稳定性好应用：高频电路名称：低频瓷介电容（CT）符号：电容量：10p—4.7u额定电压：50V--100V主要特点：体积小，价廉，损耗大，稳定性差应用：要求不高的低频电路名称：玻璃釉电容（CI）符号：电容量：10p—0.1u额定电压：63--400V主要特点：稳定性较好，损耗小，耐高温（200度）应用：脉冲、耦合、旁路等电路名称：铝电解电容符号：电容量：0.47--10000u额定电压：6.3--450V主要特点：体积小，容量大，损耗大，漏电大应用：电源滤波，低频耦合，去耦，旁路等名称：但电解电容（CA）铌电解电容（CN）符号：电容量：0.1--1000u额定电压：6.3--125V主要特点：损耗、漏电小于铝电解电容应用：在要求高的电路中代替铝电解电容名称：空气介质可变电容器符号：可变电容量：100--1500p主要特点：损耗小，效率高；可根据要求制成直线式、直线波长式、直线频率式及对数式等应用：电子仪器，广播电视设备等名称：薄膜介质可变电容器符号：可变电容量：15--550p主要特点：体积小，重量轻；损耗比空气介质的大应用：通讯，广播接收机等名称：薄膜介质微调电容器符号：可变电容量：1--29p主要特点：损耗较大，体积小应用：收录机，电子仪器等电路作电路补偿名称：陶瓷介质微调电容器符号：可变电容量：0.3--22p主要特点：损耗较小，体积较小应用：精密调谐的高频振荡回路独石电容的特点：电容量大、体积小、可靠性高、电容量稳定，耐高温耐湿性好等。
多路输出电源对于电源应用者来讲，一般都希望其所选择的新巨电源产品为“傻瓜型”的，即所选择的电源电压只要负载不超过电源最大值，无论系统的各路负载特性如何变化，而各路电源电压依然精确无误。
仅就这一点来讲，目前绝大多数的多路输出电源是不尽人意的。
为了更进一步说明多路输出电源的特性，首先从图1所示多路输出开关电源框图讲起。
从图1可以看到，真正形成闭环控制的只有主电路Vp，其它Vaux1、Vaux2等辅电路都处在失控之中。
从控制理论可知，只有Vp无论输入、输出如何变动(包括电压变动，负载变动等)，在闭环的反馈控制作用下都能保证相当高的精度(一般优于0.5%)，也就是说Vp在很大程度上只取决于基准电压和采样比例。
对Vaux1，Vaux2而言，其精度主要依赖以下几个方面：1)T1主变器的匝比，这里主要取决于Np1：Np2或Np1：Np32)辅助电路的负载情况。
3)主电路的负载情况注：如果以上3点设定后，输入电压的变动对辅电路的影响已经很有限了。
图1在以上3点中，作为一个具体的开关电源变换器，主变压器匝比已经设定，所以影响辅助电路输出电压精度最大的因素为主电路和辅电路的负载情况。
在开关电源产品中，有专门的技术指标说明和规范电源的这一特性，即就是交叉负载调整率。
为了更好地讲述这一问题，先将交叉负载调整率的测量和计算方法讲述如下。
电源变换器多路输出交叉负载调整率测量与计算步骤1)测试仪表及设备连接。
2)调节被测电源变换器的输入电压为标称值，合上开关S1、S2…Sn，调节被测电源变换器各路输出电流为额定值，测量第j路的输出电压Uj，用同样的方法测量其它各路输出电压。
3)调节第j路以外的各路输出负载电流为最小值，测量第j路的输出电压ULj。
4)按式(1)计算第j路的交叉负载调整率SIL。
SIL=×100%(1)式中：ΔUj为当其它各路负载电流为最小值时，Uj与该路输出电压ULj之差的绝对值；Uj为各路输出电流为额定值时，第j路的输出电压。
开关电源的设计与制作[摘要]：本文主要介绍一种简易型单管自激式开关电源的工作原理、特点和应用范围、并结合实际按给定参数进行设计。
通过对开关电源的原理和Protel应用的介绍，给出了开关电源的使用方法。
主要涉及电源、变压器、滤波器以及整流电路的介绍。
[关键词] 开关电源、PROTEL 99 SE、整流电路、原理设计Switching power supply design and production[Abstract]: This paper presents a Simple single-tube self-excited switching power supply of the working principles, characteristics and applications, combined with the actual design of the given parameters. Switching power supply through the application of the principle and the introduction Protel given switching power supply is used. Mainly related to power supply, transformer, filter and rectifier circuit introduction.[Key words] switching power supply, PROTEL 99 SE, rectifier circuits, principles of design目录第1章绪论 (3)1.1.课题的背景 (3)1.2开关电源的发展概述 (4)第二章开关电源工作原理 (5)2.1 开关电源基本结构 (5)2.2单管自激式变换器开关电源的工作原理 (5)2.2.1整流电路的工作原理分析 (6)2.2.2变压器的工作原理分析 (10)2.2.3 滤波器的工作原理分析 (19)2.3 主要性能参数 (21)第三章利用Multisim8仿真系统对电路进行仿真 (22)第四章 PCB板的设计 (24)4.1印制电路板设计一般步骤 (24)设计感言 (27)致谢 (28)第一章绪论1.1.课题的背景在电子线路的相关应用中，电源是其必不可少的部分，电源系统质量的优劣和性能的可靠性直接决定着整个电子设备的质量。
学位论文200W开关电源设计——基于双管正激变换器摘要开关电源是一种由占空比控制的开关电路构成的电能变换装置，用于交流－直流或直流—直流电能变换，通常称其为开关电源。
其功率从零点几瓦到数十千瓦，广泛用于生活、生产、科研、军事等各个领域。
开关电源的核心为电力电子开关电路，根据负载对电源提出的输出稳压或稳流特性的要求，利用反馈控制电路，采用占空比控制方法，对开关电路进行控制。
本设计的交流输入电压范围是85V～265V，输出电压24V，输出功率200W。
该设计能够同时实现输入欠压保护、输出过压保护、功率因数校正等功能。
本设计主要采用单片开关电源芯片L6562D，NCP1015和NCP1217，线性光耦合器PC817A及可调式精密并联稳压器TL431等专用芯片以及其它的分立元件相配合，使设计出的开关电源具有稳压输出功能。
主要用到的开关电源电路拓扑有BUCK电路，BOOST电路和正激电路。
关键词：开关电源，功率因数校正，电路拓扑ABSTRACTThe switching power supply is a power conversion device for AC-DC or DC-DC conversion,which is consist of switching circuits controled by duty cycle.Its power varies from a few tenths of watts to tens of kilos watts,and it is widely used in life,production,scientific research, military and other fields.The core of the switching power supply is power electronic circuit.According to the request of steay output voltage or flow characteristics of power from the load,it can use feedback control circuit with duty cycle control method to control the switching circuit. The AC input voltage of this design ranges from 85V to 265V and the output voltage is 24V,the output power 200W.The design can simultaneously realize functions of input under-voltage protection, output overvoltage protection and power factor correction. The design mainly adopts dedicated chips ,such as single switching power supply chip L6562D, the NCP1015 and NCP1217A, a linear optocoupler PC817 and adustable precision shunt regulator control TL431 ,which is matched with other discrete components to make the switching power supply with voltage regulator output function. The main switching power supply circuit topology are Buck Circuit, the Boost Circuit and a Forward Circuit.Key words：the switching power supply,power factor correction,circuit topology目录第1章开关电源简介 (1)1.1 开关电源的发展简史 (1)1.2 开关电源的发展趋势和前景展望 (1)1.3 本文的主要工作 (2)1.3.1 基本要求 (3)1.3.2 发挥部分 (3)第2章开关电源的分类和基本工作原理 (4)2.1 开关电源的分类 (4)2.2 开关电源的基本工作原理 (4)2.3 PFC原理 (5)2.4 双管正激式变换器工作原理 (6)第3章交流输入部分电路的设计与实现 (8)3.1 原理图设计 (8)3.2 元件参数与选择 (8)3.2.1 压敏电阻 (8)3.2.2 安规电容 (8)3.2.3 泄放电路 (9)3.2.4 共模扼流圈 (9)3.2.5 整流桥和滤波电容 (9)第4章基于L6562D的连续型APFC电路设计与实现 (10)4.1 L6562D功能特点及其工作方式 (10)4.2 设计要求 (10)4.3 工作原理 (10)4.3.1 概述 (10)4.3.2 FOT峰值电流模式分析 (11)4.3.3 FOT峰值电流模式的输入电流畸变 (12)4.3.4 输入电流尖峰畸变的补偿电路 (12)4.4 原理图设计 (14)4.5 参数设计 (14)4.5.1 升压电感的设计 (14)4.5.2 确定电流取样电阻 (17)第5章基于NCP1217A双管正激变换器电路的设计与实现 (19)5.1 NCP1217A功能特点 (19)5.2 设计要求 (19)5.3 原理图设计 (19)5.4 参数设计 (21)5.4.1 变压器和输出电感的设计 (21)5.4.2 确定次级侧的整流二极管 (22)5.4.3 确定输出电容器 (23)5.4.4 脉冲驱动电路的设计 (23)5.4.5 稳压反馈电路设计 (24)第6章基于NCP1015的辅助电源设计与实现 (25)6.1 NCP1015功能特点 (25)6.2 设计要求 (25)6.3 原理图设计 (25)6.4 工作原理 (25)第7章测试报告 (26)7.1 概述 (26)7.1.1 输出电压精度 (26)7.1.2 线性调整率 (26)7.1.3 负载调整率 (27)7.1.4 工作效率 (28)7.1.5 PF值 (30)7.1.6 纹波 (31)7.2 毕设完成指数 (33)7.2.1 基本要求 (33)7.2.2 发挥部分 (33)第8章调试总结 (34)8.1.1 基于NCP1654的PFC调试 (34)8.1.2 基于NCP1217A的双管正激调试 (34)8.1.3 基于L6562D的APFC电路的调试 (34)8.1.4 联调 (35)8.1.5 心得体会 (35)参考文献 (37)附录A 原理图 (38)A.1 APFC设计部分 (38)A.2 双管正激部分 (39)A.3 交流输入部分 (40)A.4 NCP1217A设计部分 (40)A.5 辅助电源设计部分 (40)附录B 器件清单 (41)B.1 交流输入部分参数 (41)B.2 辅助电源设计部分参数 (41)B.3 NCP1217A设计部分参数 (41)B.4 APFC设计部分参数 (42)B.5 双管正激设计部分参数 (42)附录C APFC电路PCB (44)附录D 双管正激电路PCB (45)第1章开关电源简介1.1 开关电源的发展简史开关电源是相对线性电源说的。
一个新的200kHz-200W环保型开关电源一个新的200kHz/200W环保型开关电源1引言当今，对额定功率200W以上的高频实用型开关电源在进行环保性能评估方面都或多或少地存在一些麻烦。
它们要么EMI噪声较大，要么输入电流谐波超标或者在一定的功率封装密度下温度特性不好，可靠性差等等。
要解决这些问题，一个途径是找寻新的性能更先进的变换器拓扑，另一途径就是选择新工艺，新器件以尽可能满足环保性能评估的要求。
近年来国外某些知名半导体公司花了不少力气进行器件技术的改造并研发出一系列有针对性的性能优越的新器件。
例如前身为Siemens的Infineon公司近年陆续地推出专用于解决高频开关电源上述问题的一揽子器件。
它们包括耐高压600V，低导通电阻（Rdson）的CoolMOS管（高频运用时温升极低，适用作Boost开关），大电流低耐压且小Rdson 的OptiMOS管（特适用于Buck变换器），PFC PWM双合一ICTDA16888（可节省空间和元件），耐高压（600V）SiC肖特基二极管（特适用于作Boost二极管）等等。
这些器件都有专门特性，如果在开关电源设计中使用得当，就会事半功倍地解决问题，而且成本也得到控制。
作为范例，本文拟向读者介绍利用上述器件综合制成的一个工作频率为200kHz，功率为200W的符合环保要求的实用型开关电源。
它采用第二代的CoolMOSC2作为PFC和PWM的功率开关，采用SiC肖特基二极管作为PFC二极管，OptiMOS作为同步整流开关，PFC和PWM的控制由同一块ICTDA16888实现。
该电源具有宽的输入电压范围(90V～275V)，80％以上的AC/DC变换效率。
输出电压有两组:＋5V/20A和＋12V/8.3A，带有输出过载保护和输出短路保护。
所有功率器件均无须加散热片，也不要求接最小的输出负载。
2电路方块图图1示出整体电源的工作框图。
它是由PFC和PWM两部分组成。
第一部分是一个用于功率因数校正（PFC）的AC／DC变换器，第二部分是由两个功率开关管组成的正激式脉冲宽度调制（PWM）的DC／DC变换器。
PFC级是一个Boost升压变换器，它的作用是在其输出端提供一个380Vd.c.而同时在输入端保持输入电流为正弦波以获得功率因数近似等于1。
PFC级另一个特点是可以让电源工作在宽电压输入范围（90V～275V）而无须再加入使整流电路重新配置的电压范围开关。
所用的功率器件是两个并联运用的CoolMOS型SPB11N60C2以及一个SiC肖特基二极管SDB06S60（6A／600V）。
双管正激式变换器通过耦合变压器T1实施与电网的隔离。
在变压器初级，功率器件是两个CoolMOSSPB11N60C2和两个EMCON二极管SDD04E60（4A／600V）。
次级有两组输出（5Vd.c.和12Vd.c.），但它们的整流原理有所不同。
12V输出使用的是传统肖特基二极管整流电路，而5V输出则使用低压MOSFETSSPB80N03S2L03作同步整流来实现。
PFC和PWM两部分的功能控制均由一单片集成电路TDA16888来完成。
3结构／散热片设计本电源优点之一是体积小。
它由两块大小不一的双面PCB板组成。
较大的一块（18cm×15cm）为主板，装有各类功率器件和无源元件，并尽量采用占地小的SMD元件。
器件没有使用任何散热片，热量的散发是靠PCB板上的主铜皮将热能传递至下面的一块金属平板实现的。
较小的一块（6cm×3cm）为控制板，装有控制电路，并垂直地插入到主板上。
4部件功能描述4．1电源主板电源主板原理，包括以下几个部分：（1）AC输入／EMI滤波器SMPS的输入电压是90V～275V（50Hz／60Hz），保险丝用以在电路发生故障时，防止电源进一步损坏。
输入EMI滤波器（C86，L1，L4，C24，C25，C26,C2）用以抑制由两功率开关转换时所产生的高频噪声。
压敏电阻R30用以抗御来源于电网的高压浪涌。
输入电源整流器（D1D4）采用常规的硅二极管。
（2）PFC变换器这是一个具有连续电感电流流过全负载的Boost升压变换器拓扑。
开关频率为200kHz。
输出电压近似为380Vd.c.。
PFC的核心部分是Boost电感器L2，开关管Q1A／Q1B，boost二极管D5和大电解电容C3。
为了减少寄生电容，L2是利用单根铜线在一个环形铁粉芯上绕制一层而成。
并联管Q1A／Q1B是用CoolMOS新工艺做的SPB11N60C2，它们具有高的开关速度和极低的通态电阻，这一优点在90V低输入时，因电路处在大电流和高占空比运行，所以就显得特别重要。
双管并联的目的仅仅是为了扩大散热面积以便使PCB板上的热分布比较均衡。
Boost二极管D5是一个600VSiC肖特基二极管，因它没有电荷贮存而具有非常好的开关特性（没有反向恢复而且没有温度对开关特性的干扰）。
D82为传统的硅二极管，用于从最初的整流电压向电解电容充电，以避免SiC二极管D5在开机瞬间承受过高的浪涌电流。
电解电容C3用于贮存能量以降低二次谐波的电压纹波，同时它还必须承受开关频率的电流。
电容C3A专用于旁路高频谐波电流。
图1200WSMPS方块图图2200WSMPS主板电原理图图3变压器结构（3）PWM变换器（双管正激式）PWM变换器是一个双管正激式变换器拓扑。
其运行频率也为200kHz。
在初级一侧的主要部分是Q2A／Q2B和D22／D27。
当正激晶体管Q2A ／Q2B同时导通时，能量通过变压器传递至输出端。
Q2A／Q2B选择具有高开关速度的CoolMOSSPB11N60C2。
D22／D27则选EMCON样板二极管。
在Q2A／Q2B截止期间，D22／D27是用来钳位变压器磁通复零期间由变压器漏感所生成的反馈尖峰电压。
变压器T1由电解电容C3上的直流电压供电并使输出与输入隔离，使用EPCOS出品的RM组合磁芯RM14／N87（见图3），其初级绕组用绞合线Litz，次级用薄铜带绕制。
为了减少漏电感，初、次级可采用交错法（Interleaved）绕制。
次级是12V通道的D20／D21，L3A，L6和C36／C37以及5V通道的Q19／Q21，L3B，L5和C15，C28。
其中D20／D21是45V标准的肖基特二极管，它们在两个时序内各起作用：D20在Q2A/Q2B导通时作为整流二极管，D21则在Q2A/Q2B晶体管截止时作为负载电流的续流通道。
（4）同步整流在5V通道中使用了由三个低压30V／80A的OptiMOSSPB80N03S2L 03做成的同步整流器。
其控制信号由次级产生。
两个OptiMOSQ19和Q19A是并联的，它们共同提供“低态”PWM的续流电流通道。
而OptiMOSQ21则作为串联整流之用。
在变压器初级复位瞬间，PWM 脉冲输出消失，同步整流器Q19／Q19A通过Q18的体二极管续流导通。
当初级转变为导通时，Q18的栅极（早先处于负偏）受到次级绕组电压经电阻R97的驱动，Q18导通使Q19／Q19A截止。
而Q21则在R96，L3A和L3B的联动作用下变为导通，开始新一轮的同步整流周期。
4．2控制电路200WSMPS的控制板电路，它是由混合双ICTDA16888及其周边元件组成。
（1）混合双ICTDA16888TDA16888是Infineon公司近年研制的新产品，它提供对带PFC的SMPS 的全控制。
利用内部同步运行的PFC和PWM功能，使它适应世界范围的电压输入并适用于两级离线变换器。
其PFC功能可满足IEC100032关于交流输入电流谐波限量的规定。
它的外围元件较少，因而能减小整个电源的造价。
TDA16888具有确定的PFC特性如下：——双环路控制（对平均电流和输出电压双敏感）；——作为辅助电源的附加运用方式；——快速软开关推拉式栅极驱动（1A）；——前沿脉冲宽度调制；——峰值电流限定；——过压保护。
其确定的PWM特性为：——改进型电流模式控制；——快速软开关推拉式栅极驱动（1A）；——软启动安排；——后沿脉冲宽度调制；——为防止变压器饱和，最大占空比限定在50％。
（2）PFC 控制TDA16888应用平均电流控制方式来提供有源功率因数校正。
其PFC部分的“心脏”就是一个模拟乘法器。
它为电流误差放大器OP2产生一个可规划的电流基准信号，这个信号是由已整流的输入电源电压与输出电压误差放大器的输出相乘而得到的，因此这个电流基准信号既具有输入电压的形状（双半正弦波）同时又含控制输出电压幅值的作用。
通过后续的OP2以及脉冲宽度调制器和驱动器，PFC的交流输入电流就会变成近似正弦波，功率因数接近于1。
而PFC的输出电压也稳定在380V。
在图4电路中，电压误差放大器（具有电压敏感和补偿作用）的外部电路由R13、R14、R16、C5和C6组成。
电阻R4（R4A，R4B）用于监测实际的已整流输入电压。
R5、R7、R8、C7和C8是属于电流误差放大器的元件，电感电流可通过在主板上的R6的压降而受到监测。
R3、R26可决定PFC的电流限值（近似6.5A）。
R11、R12确定了过压的阈值。
图4200WSMPS控制板电原理图图（3）PWM控制TDA16888提供一个改进型电流模式控制，它带来了有效的斜率补偿以及加强了对电压尖峰的抑制。
变换器初级开关电流可通过在主板的R15上的电压降经R32，C21低通滤波后，传送至PWMCS（11）脚中，经内部放大后将和PWMin（14）脚上的输出电压控制环反馈信号XS一起双双输入至内部PWM比较器C8中作比较，由它们共同决定实际占空比。
C14提供PWM部分的软启动。
输出电压控制环的元件R20，R19，IC2等都安放在主板变换器的次级一侧。
其反馈信号的传递是通过一个低值的光耦合器IC3来完成。
（4）栅极驱动电路考虑到运行频率很高，我们采用小信号双极型晶体管（Q6,Q7,Q10,Q11）和MOSFETs(Q8,Q9,Q12,Q13)组成的分立式高速、大电流驱动级去驱动PFC部分的功率管（Q1A,Q1B）以及PWM级的低端功率管（Q2A）。
