高频开关电源的设计)

38V/100A可直接并联大功率AC/DC变换器引言随着电力电子技术的发展，电源技术被广泛应用于计算机、工业仪器仪表、军事、航天等领域，涉及到国民经济各行各业。

特别是近年来，随着IGBT的广泛应用，开关电源向更大功率方向发展。

研制各种各样的大功率，高性能的开关电源成为趋势。

某电源系统要求输入电压为AC220V，输出电压为DC38V，输出电流为100A，输出电压低纹波，功率因数>0.9，必要时多台电源可以直接并联使用，并联时的负载不均衡度<5％。

设计采用了AC/DC/AC/DC变换方案。

一次整流后的直流电压，经过有源功率因数校正环节以提高系统的功率因数，再经半桥变换电路逆变后，由高频变压器隔离降压，最后整流输出直流电压。

系统的主要环节有DC/DC电路、功率因数校正电路、PWM控制电路、均流电路和保护电路等。

1 有源功率因数校正环节由于系统的功率因数要求0.9以上，采用二极管整流是不能满足要求的，所以，加入了有源功率因数校正环节。

采用UC3854A/B控制芯片来组成功率因数电路。

UC3854A/B是Unitrode 公司一种新的高功率因数校正器集成控制电路芯片，是在UC3854基础上的改进。

其特点是：采用平均电流控制，功率因数接近1，高带宽，限制电网电流失真≤3％[1]。

图1是由UC3854A/B 控制的有源功率因数校正电路。

该电路由两部分组成。

UC3854A/B及外围元器件构成控制部分，实现对网侧输入电流和输出电压的控制。

功率部分由L2，C5，V等元器件构成Boost升压电路。

开关管V选择西门康公司的SKM75GB123D模块，其工作频率选在35kHz。

升压电感L2为2mH/20A。

C5采用四个450V/470μF的电解电容并联。

因为，设计的PFC电路主要是用在大功率DC/DC电路中，所以，在负载轻的时候不进行功率因数校正，当负载较大时功率因数校正电路自动投入使用。

此部分控制由图1中的比较器部分来实现。

一个比较好的解决方案是：以轻巧的高频变压器取代笨重的工频变压器，采用脉冲调制技术的直流--直流变换器型稳压电源，即我们马上就要讲到的开关电源。

开关电源具有管耗小、效率高、稳压范围宽及体积小、重量轻等优点，目前已在各种电子仪器和设备、航空和宇宙飞行器、发射机、电子计算机、通讯设备和电视机、录放像机等中得到了广泛应用。

开关电源按变换方式可分为以下四大类：1、AC/DC 开关电源2、DC/DC 开关电源3、DC/AC 逆变器4、AC/AC 变频器目前只将前面两类称为开关电源，将后面两类分别称为逆变器和变频器。

开关电源按应用方式可分为以下三大类：1、外置电源与设备分开放置的电源模块或电源系统，如：---通信用一次电源模块和系统---电力操作电源模块和系统---手机电池充电器---笔记本电脑的Adapter---各类手提设备、便携设备的电池充电器等等2、内置电源放在设备内部的电源模块或电源系统，如：---计算机内部的SilverBox和VRM---家电(如：普通电视机、等离子电视机、液晶电视机)内部的供电电源---工业控制设备内部的电源---仪器中使用的电源---通信设备内部的电源模块和系统---复印机、传真机、打印机等的内部电源等等3、板上电源放在设备内单板上的电源模块，如：---标准砖类电源(全砖、半砖、1/4砖、1/8砖)---非隔离POL(Point of Load 负载点)变换器---VRM(V oltage regulator module电压调节模块)和VRD(V oltage regulator down)---小功率SMD电源---SIP和DIP电源等等开发一个开关电源产品所需要的基本技能：1、认识组成开关电源的所有元器件2、掌握各种元器件的电气性能和电路符号3、会自己制作各种磁芯元件4、会正确装配电源中的各个部分5、了解电源各项指标的意义并掌握如何测试的方法6、会使用仪器对装配后的电源进行正确的调试，优化和折中7、会对获得的实验结果进行分析，并进行总结8、会从不同渠道不断地学习电源知识并能够和别人交流开发一个开关电源产品所需要的专业理论知识：1、有源PFC的拓扑分析，控制与设计2、DC/DC功率变换器的拓扑与稳态分析3、开关电源的功率级参数设计4、开关电源的控制与动态分析5、开关电源的小信号分析与设计6、开关电源的大信号分析与设计7、开关电源的EMI分析与设计8、开关电源的热分析与设计9、开关电源的容差分析与设计10、开关电源的各种保护技术11、开关电源的同步整流技术12、开关电源的模块均流控制技术有些技术很成熟了，只要查表或者使用现成电路或专用芯片就可以做好。

一、工作原理我们先熟悉一款开关电源的工作原理，该电源可输出5V电压，如图1所示。

1. 抗干扰电路在电网输入端首先设置一个NTC5D-9负温度系数热敏电阻，作用是保护后面的整流桥，刚开机时热敏电阻处于冷态，阻值比较大，可以限制输入电流，正常工作时，电阻比较小。

这样对开机时的浪涌电流起到有效的缓冲作用。

电容CY1、CY2、CY3、CY4用以滤除从工频电网上进入开关稳压电源和从开关稳压电源进入工频电网的不对称杂散信号，电容CX1、CX2用以滤除从工频电网上进入开关稳压电源和从开关稳压电源进入工频电网的对称杂散信号，用电感L1抑制从工频电网上进入开关稳压电源和从开关稳压电源进入工频电网的频率相同、相位相反的杂散干扰电流信号。

采用高频特性好的瓷片电容和铁芯电感，实现开关稳压电源电路中的高频辐射不污染工频电网和工频电网上的杂散电磁波不会窜入开关稳压电源电路中而干扰和影响其工作，对高频分量或工频的谐波分量具有急剧阻止通过功能，而对于几百赫兹以下的低频分量近似一条短路线。

图1 开关电源的工作原理图2. 整流滤波电路在电路中D1、D2、D3、D4组成全桥整流电路，把输入的交流电压进行全波整流，然后用C1进行滤波，最后变成直流输出供电电压，为后级的功率变换器供电，整流滤波后的电压约为300V。

3. UC3842供电与振荡300V的脉动直流电压，此电压经R12降压后给C4充电，供电UC3842的7脚，当C4的电压达到UC3842的启动电压门槛值时，UC3842开始工作并提供驱动脉冲，由6脚输出推动开关管工作。

一旦开关管工作，反馈绕组的能量经过D6整流，C4滤波，又供电到UC3842的7脚，这时可以不需要R12的启动了。

C9、R11接UC3842的定时端，和内部电路构成振荡电路，振荡的工作频率计算为：f=1.8/（Rt*Ct）代入数据可计算工作频率：f=68.18K4. 稳压电路该电路主要由精密稳压源T L 4 3 1 和线性光耦P C 8 1 7 组成，假设输出电压↑→经过R 1 6 、R 1 9 、R20、RES3的取样电压↑→TL431的1脚电压↑，当该脚电压大于TL431的基准电压2.5V时，TL431的2、3脚导通，→通过光电耦合到UC3842的2脚，于是UC3842的6脚驱动脉冲的占空比↓→开关变压器T1绕组上的能量↓→输出电压↓，达到稳压作用；反之，假设输出电压下降，则稳压过程与上相反。

开关电源工作原理与设计1. 概述开关电源是一种将电能从一种形式转换成另一种形式的电源装置。

它通过开关器件（如晶体管、MOSFET等）来精确控制电路的通断，从而实现对电能的高效调节和转换。

本文将详细介绍开关电源的工作原理和设计。

2. 开关电源工作原理2.1 输入电路开关电源的输入电路通常包括输入滤波电路、整流电路和功率因数校正电路。

-输入滤波电路用于去除输入电源中的高频噪声和杂散信号。

- 整流电路将交流输入转换为直流信号，常见的整流方式有单相整流桥和三相整流桥。

- 功率因数校正电路主要用于改善电源对电网的功率因数，提高电能的利用率。

2.2 PFC控制电路功率因数校正（PFC）是开关电源中的一个重要环节，通过控制输入电流和输入电压之间的相位关系，提高整体效率和功率因数。

常见的PFC控制技术有边界模式控制和谐振模式控制。

2.3 DC-DC变换器DC-DC变换器是开关电源的核心部分，它将输入的直流电压转换为需要的输出电压。

常见的DC-DC变换器包括降压、升压、降压升压和反激式变换器。

2.4 控制电路开关电源中的控制电路主要负责检测输出电压和输出电流，并通过反馈回路对开关器件的导通和断开进行精确控制。

常见的控制技术有电压模式控制和电流模式控制。

3. 开关电源的设计要点3.1 选型与设计在开关电源的设计过程中，需要根据实际需求选择合适的开关器件、电容和电感等元件，并进行适当的参数计算和仿真分析，以保证整体性能和稳定性。

3.2 效率和功率因数开关电源的效率和功率因数是评估其性能的重要指标。

通过合理的拓扑结构设计、优化控制算法和合适的滤波电路，可以提高开关电源的效率和功率因数。

3.3 温度管理由于开关电源中包含许多功率器件，温度管理是开关电源设计中需要重点考虑的问题。

合理的散热设计和温度保护措施可以提高开关电源的可靠性和寿命。

3.4 EMI/EMC设计开关电源可能会产生电磁干扰和接收外部干扰，因此应进行合适的EMI/EMC设计，包括滤波、屏蔽和接地等，以满足相关标准和要求。

高频开关电源模块配置原则一、选择合适的开关频率高频开关电源模块的工作频率通常在几十kHz到几百kHz之间。

选择合适的开关频率有助于提高电源的转换效率和减小体积。

一般来说，较高的开关频率可以减小电感和电容元件的尺寸，但也会增加开关器件和散热器的损耗。

因此，在选择开关频率时需要综合考虑功率需求、尺寸限制和成本等因素。

二、合理选择开关器件开关器件是高频开关电源模块的核心组成部分，直接影响电源的性能和可靠性。

常见的开关器件有MOSFET和IGBT。

MOSFET具有开关速度快、损耗小的优点，适用于功率较低的应用；而IGBT具有承受高电压和高电流的能力，适用于功率较高的应用。

在选择开关器件时，需要考虑功率需求、开关速度和导通损耗等因素，以及器件价格和可靠性等因素。

三、合理设计电感和电容元件电感和电容元件在高频开关电源模块中起到滤波和能量存储的作用。

在设计电感时，需要考虑电感值、电流和磁芯材料等因素，以及工作频率和效率等要求。

在设计电容时，需要考虑电容值、工作电压和损耗等因素，以及输出纹波和稳压要求。

合理选择和设计电感和电容元件可以提高电源的稳定性和转换效率。

四、合理设计反馈回路反馈回路在高频开关电源模块中起到稳定输出电压和限制电流的作用。

常见的反馈回路有电压反馈和电流限制回路。

在设计反馈回路时，需要考虑输出电压和电流的精度要求，以及响应速度和稳定性等因素。

合理设计反馈回路可以提高电源的稳定性和可靠性。

五、合理布局和散热设计高频开关电源模块的布局和散热设计对于电源的稳定性和可靠性至关重要。

合理布局可以减小电源模块的干扰和噪声，提高系统的抗干扰能力。

合理散热设计可以降低开关器件的温度，延长器件的寿命。

在布局和散热设计时，需要考虑电源模块的尺寸限制、散热器的选择和安装等因素，以及散热效果和成本等要求。

高频开关电源模块的配置原则包括选择合适的开关频率、合理选择开关器件、合理设计电感和电容元件、合理设计反馈回路，以及合理布局和散热设计。

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电子电源，通过使用开关器件（如晶体管或MOSFET）以高效地转换输入电源的电压至所需的电压输出。

相比传统的线性电源，开关电源具有更高的效率和更小的体积。

本文将基于单管正激式的高效率开关电源进行设计。

首先，我们需要选择适合的开关器件。

常用的开关管有MOSFET和BJT。

在本设计中，我们选择使用MOSFET。

MOSFET具有较低的导通电阻和较高的开关速度，能够提供更高的效率。

接下来，我们需要设计正激式电源的基本电路。

正激式电源通常由脉宽调制（PWM）控制器、功率开关、功率变压器和输出滤波器等组成。

PWM控制器用于控制功率开关的开关信号，调整输出电压和电流。

常见的PWM控制器有TL494、SG3525等。

选择合适的PWM控制器并根据设计要求进行参数设置。

功率开关是用来控制输入电源与输出负载之间的连接和断开。

在本设计中，我们采用MOSFET作为功率开关，使用PWM控制器的输出信号来控制MOSFET的导通和截止。

功率变压器用于变换输入电压至所需的输出电压。

根据设计参数和要求，选择合适的功率变压器，并计算出合适的变比。

输出滤波器用于滤除开关频率的高频噪声，并平滑输出电压。

常见的输出滤波器包括电容滤波器和电感滤波器。

根据设计要求选择合适的滤波器并进行参数计算。

在设计过程中，需要对电源的输入电压范围、输出电压和电流进行仔细的选择和计算。

同时，需要考虑电源的功率损耗和效率。

通过合理的设计和选择，可以实现高效率的开关电源。

最后，为了确保设计的可靠性和安全性，需要进行电路的模拟和实际验证。

通过使用仿真软件进行模拟和调试，可以预测和解决潜在的问题。

同时，进行实物电路的组装和测试，验证设计的性能和参数是否满足要求。

综上所述，基于单管正激式的高效率开关电源的设计需要选择适合的开关器件、设计基本电路和参数，并进行模拟和实际验证。

通过合理的设计和选择，可以实现高效率、稳定和可靠的开关电源。

最详细的开关电源反馈回路设计一、开关电源的基本概念开关电源，简单来说，就是一种通过开关元件来控制能量转换的电源。

它不像传统的线性电源那么笨重，能效高，体积小，深受大家喜爱。

开关电源的核心就是那些高频开关信号，通过快速开关，能把输入的直流电转换成稳定的输出电压。

1.1 开关电源的工作原理说到工作原理，真的是“门槛低，深度高”。

我们先来看输入电压，经过整流、滤波，变成直流电。

然后，开关元件会以特定频率开关。

这个频率一般在几十千赫兹到几百千赫兹之间。

高频率的好处是能使变压器体积缩小，同时减小电感和电容的体积。

最终，通过整流和滤波，就得到了我们需要的稳定输出电压。

1.2 反馈回路的重要性接下来，得提一下反馈回路。

没有反馈，开关电源就像无头苍蝇，根本无法稳定输出电压。

反馈回路负责实时监测输出电压，确保输出与设定值一致。

反馈信号通过调节开关元件的导通时间来调整输出。

这样一来，开关电源就能适应不同的负载变化，保持稳定，真的是妙不可言。

二、反馈回路的设计要点反馈回路设计，就像做菜，火候掌握得好，味道自然出众。

咱们可以从几个方面来聊聊。

2.1 选择反馈类型首先，得决定用什么样的反馈类型。

可以是电压反馈，也可以是电流反馈。

电压反馈比较常见，它能更好地保持输出电压的稳定性。

而电流反馈则适用于对过载保护有要求的场合。

不同的场合选择不同的反馈类型，才是“量体裁衣”。

2.2 确定控制策略控制策略也是设计中的重中之重。

常见的有脉宽调制（PWM）和脉频调制（PFM）。

PWM适合需要高效率的场合，而PFM则在负载较轻时表现出色。

选择合适的控制策略，能让电源在不同条件下都能表现如鱼得水。

2.3 稳定性分析稳定性分析可以说是设计反馈回路的“必修课”。

要确保系统在负载变化或输入电压波动时，输出电压能快速恢复。

常用的方法包括Bode图分析和根轨迹法。

这些分析能帮助我们识别潜在的问题，确保反馈回路的稳定性，真是一项不可忽视的工作。

三、元器件的选择设计反馈回路，离不开元器件的选择。