电力电子技术在开关电源中的应用

开关电源技术题目一种新型开关电源的设计与应用指导教师王志娟学生香标学号 5专业自动化教学单位学院机电工程系（盖章）2013年 11月 6日目录摘要---------------------------------------------------------------------------------------------3引言---------------------------------------------------------------------------------------------3第一章开关电源概述-----------------------------------------------------------------------31.1 开关电源发展历史与应用力---------------------------------------------------31.2 开关电源所用的术语------------------------------------------------------------4第二章输入电路-----------------------------------------------------------------------------52.1 输入保护器件---------------------------------------------------------------------52.2 输入阳间电压保护---------------------------------------------------------------52.3 输入整流滤波电路原理---------------------------------------------------------6第三章隔离单端反激式变换器电路------------------------------------------------------73.1 单端反激式变换器电路中的开关晶体管------------------------------------73.2 单端反激式变换器电路中的变压器绕组------------------------------------8第四章UC3842的原理及技术参数---------------------------------------------------------84.1 UC3842的原理和概述------------------------------------------------------------84.2 UC3842的技术参数--------------------------------------------------------------10第五章12V/5A单端反激开关电源原理--------------------------------------------------115.1 12V/5A电路原理图--------------------------------------------------------------115.2 12V/5A电源PCB板-------------------------------------------------------------125.3 12V/5A电路原理分析-----------------------------------------------------------125. 3. 1 系统原理---------------------------------------------------------------------125. 3. 2 启动电路---------------------------------------------------------------------125. 3. 3 15V/5A电路的短路过流、过压、欠压保护-------------------------135. 3. 4 反馈电路---------------------------------------------------------------------135. 3. 5 输出整流滤波电路---------------------------------------------------------14总结----------------------------------------------------------------------------------------------15参考文献----------------------------------------------------------------------------------------15摘要本文介绍一种以UC3842作为控制核心，根据UC3842的应用特点，设计了一种基于该电流型PWM控制芯片、实现输出电压可调的开关稳压电源电路。

利用PS223设计的ATX开关电源技术开关电源以安全、可靠为第一原则，高性能大功率ATX电源设计中应用电源管理监控芯片实现防浪涌软启动以及防过压、欠压、过热、过流、短路、过温等保护功能。

开关电源SPS(Switching Power Supply)利用现代电力电子技术，以小型、节能、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备。

1 ATX电源概述与电源管理监控保护功能Intel制定的大功率(350～900 W)ATX电源规范版本是ATXl2V 2．2，+12 V采用双路输出，其中一路+12 V(A)专为CPU供电，而另一路+12 V(B)则为其他设备供电，输出到主板的接头为24针脚，以输出两组+12 V。

高性能开关电源设计为主动式功率因素校正PFC(Power Factor Correction)，采用诸如Champion公司出品的CM6800G整合型PFC／PWM控制器，为电源提供PFC及PWM功率级电路整合控制，使用诸如PS223等电源管理监控芯片提供过压、过流、过功率、低电压和短路等多重保护。

温度是影响电源设备可靠性的最重要因素，根据有关资料分析表明，过热会导致功率器件造成损坏，需要设置过热保护电路。

保护设计中的短路保护(SCP)、过载保护(OPP)是ATXl2V强制标准，在短路和各路总负载过载时触发以保护电源；过电流保护(OCP)防止电源某路输出过载；过温保护(OTP)防止电源内部过热；过压／欠压保护(OVP／UVP)用于当输出电压超过／低于标准值20～25％时触发，电源若有异常便会立刻切断输出，各路电压全部没有输出。

在接通电源的瞬间，风扇动一下就停，电源即处于保护状态。

图l为开关电源转换流程方框图，开关电源转换流程为交流输入→EMI滤波电路→整流电路→功率因子修正电路→功率级一次侧(高压侧)开关电路转换成脉流→主要变压器→功率级二次侧(低压侧)整流电路→电压调整电路(DC-DC转换电路)→滤波电路→电源管理监控→输出。

摘要随着电力电子技术的发展，开关电源的应用越来越广泛。

反激式开关电源以其设计简单，体积小巧等优势，广泛应用于小功率场合。

开关电源以其小型、轻量与高效率的特点，被广泛地应用于各种电气设备与系统中，其性能的优劣直接关系到整个系统功能的实现。

开关稳压电源有多种类型，其中单端反激式开关电源由于具有线路简单，所需要的元器件少，能够提供多路隔离输出等优点而广泛应用于小功率电源领域。

传统的反激式开关电源一般由PWM控制芯片(如UC3842)与功率开关管(频率较高时一般使用MOSFET)组成，PWM芯片控制环路设计复杂，容易造成系统工作不稳定，功率开关管有时需要外加驱动电路。

高效率与小型化在一定程度上是互相限制的，因为实现高效率会要求电路有相当的复杂度，大量的器件对小型化十分不利。

在开关电源设计初期，采用的都是分立元件，集成度很低，大部分电路只能在PCB版上实现，极大的限制了小型化实现的可能。

而且大量器件暴露在外，也影响了系统的稳定性。

采用近年来，为了实现更高的效率与更小的体积，开关电源的工作频率有了很大的提高。

高工作频率能够减小外围电感与电容的大小，从而减少系统的体积。

另外，反激变压器的设计也是一个难点，其往往导致电源设计周期延长。

随着PI公司生产的以TOPSwitch为代表的新一代单片开关电源的问世，以上诸多问题都得到了很好的解决。

应用TOPSwitch-HX设计开关电源，不仅器件更少，结构更简单，发热量更少，工作更可靠，采用该系列芯片已成为一种高效的反激式开关电源设计方案。

关键词：TOPSwitch-HX 反激式变换器高频变压器开关电源.AbstractWith the development of power electronics, switching power supply used more and more widely. Flyback switching power supply with its simple design, small size and other strengths, is widely used in low power situations. Switching power supply with its small, light weight and high efficiency characteristics, is widely used in various electrical equipment and systems, the merits of their performance is directly related to the realization of the whole system functions. There are many types of switching power supply, including single-ended flyback switching power supply With simple circuit, the fewer components needed, can provide multiple advantages, such isolated output is widely used in low-power power supply field.Conventional flyback switching power supply generally PWM control chip (such as the UC3842) and power switch (usually used at high frequency MOSFET) formed, PWM control loop design of complex chips, likely to cause system instability, and sometimes the power switch need external drive circuit. High efficiency and miniaturization each other to some extent limited because of high efficiency will require a considerable circuit complexity, a large number of devices on a very small negative. Early in the switching power supply design using discrete components are integrated very low, most of the circuit can only be realized in the PCB version, greatly limiting the possibility to achieve miniaturization. And a large number of devices exposed and affected the system's stability. Used in recent years, in order to achieve higher efficiency and smaller size, switching power supply operating frequency has been greatly improved. High operating frequency can reduce the size of the external inductor and capacitors,Thereby reducing system size.In addition, the design of the flyback transformer and a difficult, which often leads to power supply design cycles. With the PI produced by TOPSwitch represented the advent of new generation single-chip switching power supply, over a number of problems have been well resolved. Application of TOPSwitch-HX design switching power supply, not only fewer devices, the structure is more simpleLess heat, more reliable, use the chips has become a highly efficient switching power supply design.Keywords :TOPSwitch-HX Flyback converter highf requency transformer switching power supply目录第一章绪论 (1)一、反击式开关电源的背景 (1)二、反击式开关电源现状与发展趋势 (2)三、本课题选题意义及所做工作 (2)第二章反击式开关电源简介 (3)一、开关电源的分类 (3)二、反击式开关电源的原理 (4)第三章高效反激式开关电源系统设计 (5)一、提高效率的方法 (5)二、高效反激式开关电源的系统设计原理图 (6)三、各个子电路的分析设计 (7)第四章反激式开关电源元件选择及其参数 (8)一、Topswitch-HX 系列元件简介 (8)二、提高开关电源效率元件选取方法 (10)三、主要参数的计算 (11)第五章设计总结与展望 (13)参考文献 (14)致谢 (15)附录 (16)第一章绪论一、反激式开关电源的背景开关电源的前身是线性稳压电源。

摘要电力电子技术的发展使得开关电源的应用领域越来越广。

相比于传统的线性电源，开关电源有着体积小、功耗低、成本少、可靠性高等诸多的优势，因此在各类电子设备中得到了普遍的应用。

作为在我国能源结构中一直占据最重要位置的煤矿产业，其井下电源也由最初的线性电源逐渐被开关电源所取代。

而白光LED技术的发展也使得井下灯具中LED的使用率越来越高。

本文介绍比较了常见的开关电源的拓扑结构特点和控制反馈方式，结合LED 电气特性以及驱动方法，选用反激式电路，设计了一款基于高性能电流型PWM 控制器UC3842的单端反激式开关电源。

该电源以恒压型输出的方式驱动大功率白光LED完成井下的照明工作。

本设计将总体电路进行了模块化设计。

包含了前级EMI电路、整流电路、输入过压保护电路、钳位电路、UC3842芯片外围电路、反激变换器电路、反馈回路等等。

通过对各个模块电路的理论分析，确定了各组成模块中各个器件的器件型号以及参数数据。

最后通过saber仿真软件进行了仿真，得到了电路的工作性能参数。

关键字：开关电源，白光LED，反激式电路，UC3842，saberABSTRACTWith the development of power electronic technology switching power supply applications more pare with traditional linear power supply,switching power supply has a small size,low power consumption,low cost,high reliability advantage,that has been widely used in various types of electronic equipment.As China's energy structure occupies the most important position in the coal mining industry,the underground power from the initial linear power supply was gradually replaced by a switching power supply.The development of white LED technology also makes underground lamps LED usage is increasing.This article describes the comparison of the common characteristics of the switching power supply topology and control feedback manner,combined with LED electrical characteristics and driving methods,selection of Flyback circuits,based on high-performance current-designed UC3842PWM controller of single-end Flyback switching power supply.The power supply with constant voltage output to drive high power white LED complete lighting of the underground work.The overall circuit design modular analysis.It includes pre-EMI circuit,a rectifying circuit,input overvoltage protection circuit,a clamp circuit,UC3842chip peripheral circuits, flyback circuit,the feedback loop,and so on.Theoretical analysis of circuit through the various modules,each composition is determined the device type of the device and the parameters in the module data.Finally,Saber simulation software simulation, circuit performance parameters are received.KEY WORDS:switching power,white light LED,Flyback supply,UC3842,Saber目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1本设计研究背景 (1)1.2国内外研究现状 (1)1.3本设计主要工作内容 (3)1.4论文组织结构 (3)第2章开关电源原理与LED特性 (4)2.1开关电源基本结构 (4)2.2开关电源拓扑结构 (5)2.2.1降压型（buck）开关电源 (5)2.2.2升压型（Boost）开关电源 (6)2.2.3升降压型（buck-boost）开关电源 (7)2.2.4正激式（Forward）开关电源 (7)2.2.5反激式（Flyback）开关电源 (9)2.3开关电源控制模式 (10)2.3.1电压型PWM (10)2.3.2电流型PWM (12)2.4LED特性 (13)2.4.1LED电气特性 (13)2.4.2LED驱动电路 (14)第3章开关电源电路模块设计 (15)3.1EMI滤波电路设计 (16)3.1.1EMI滤波基本原理 (16)3.1.2EMI电路参数计算 (18)3.2整流滤波电路设计 (19)3.2.1整流电路设计 (19)3.2.2滤波电容的计算 (20)3.3RCD缓冲电路设计 (20)3.4UC3842控制电路设计 (21)3.4.1UC3842芯片介绍 (21)3.4.2UC3842控制电路设计 (22)3.5输入过压保护电路设计 (24)3.6输出滤波电路设计 (26)3.7输出电压电流反馈电路设计 (27)3.7.1反馈电路原理介绍 (28)3.7.2反馈电路相关参数设计 (29)第4章功率变换电路设计 (30)4.1功率开关管的选择 (30)4.2高频变压器设计 (30)4.2.1磁芯的选择 (31)4.2.2最大占空比MAX D 的确定 (32)4.3.3初次级匝数比S P N /N 及匝数的确定 (32)4.3.4初次级侧绕组电感电流参数的确定 (32)4.3.5初次级绕组线径的选择 (33)4.3.6初级侧电感值的确定 (34)第5章仿真电路分析与设计总结 (35)5.1仿真电路设计 (35)5.2仿真结果分析 (35)5.3本次设计总结 (37)附录 (38)附录1：矿用低功耗DC/DC 开关电源电路图 (38)第1章绪论1.1本设计研究背景电源部分是电子设备的“心脏”，其性能的优良关系到电子设备能否正常工作[1]。

设计题目：12V5A直流开关电源姓名：专业：班级：学号：系部：同组人：指导教师：年月日摘要本文介绍一种以UC3842作为控制核心，根据UC3842的应用特点，设计了一种基于该电流型PWM控制芯片、实现输出电压可调的开关稳压电源电路。

开关电源是利用现代电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）和MOSFET构成。

开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。

开关电源比普通的线性电源效率高，开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。

关键词：UC3842、开关电源、PWM引言开关电源是运用现代电力电子技术,控制开关开启和关闭的时候,这个比率的输出电压稳定的电源,电源一般由脉宽调制控制集成电路和场效应晶体管。

开关电源、线性电源,并与成本的功率输出的增加,但这两种不同的发展速度。

在某一线性功率成本的输出功率的观点,但高于开关电源,它被称为成本反转点。

随着电力电子技术的发展和创新、开关电源技术在不断的创新,这一成本更低的输出功率对于移动、开关电源提供了广阔的发展空间第一章开关电源概述1.1 开关电源发展历史与应用力开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和功率开关器件（如MOS-FET）等构成。

简单的说：就是开关型直流稳压电源。

开关电源把直流电源或交流电源通过它可以获得一个稳定的直流电压源。

它具有效率高，输出电压稳定，交流纹波小，体积小和重量轻的许多优点。

获得广泛使用。

高频开关电源的发展方向是高频开关电源、小型化、使开关电源到更广阔的应用领域,尤其是在高技术领域的应用,促进高新技术产品的小型化、光。

另一个开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源和保护环境,具有重要的意义。

噪音和纹波：附加在直流输出信号上的交流电压和高频尖峰信号的峰值。

开关电源工作原理解析
开关电源，通过控制电路使得电子开关器件不停地导通、关断，电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而使得输出电压可调，并自动稳压。

那么开关电源工作原理是什么呢?
一、开关电源工作原理- -简介
开关电源主要是利用现代电力电子技术，通过控制电子开关器件的导通和关断的时间比率，来维持输出电压的稳定。

一般由PWM(脉冲宽度调制)控制IC 和MOSFET 构成，具有体积小、重量轻，功率小、效率高的特点。

目前已广泛应用于军工设备、工业自动化控制、医疗设备、数码产品等各个领域。

二、开关电源工作原理- -结构
开关电源主要由主电路、控制电路、检测电路和辅助电源四大部分构成。

各部分的作用如下：
主电路又可分为冲击电流限幅部分、输入滤波部分、整流与滤波部分、逆变部分、输出整流与滤波部分。

其中，冲击电流限幅部分负责限制电源接通瞬间输入侧的冲击电流;输入滤波器部分负责过滤杂波;整流与滤波部分负责将
电网交流电源整流为直流电;逆变部分负责将整流形成的直流电转变为高频交流电;输出整流与滤波部分负责提供稳定可靠的直流电源。

控制部分负责控制逆变器使输出稳定，并为电路提供各种保护措施。

检测电路负责提供运行中的各种参数和数据。

辅助电源用于实现电源的软件(远程)启动，为电路的正常运行供电。

了解过开关电源的结构之后，接下来就让我们来看一下开关电源的工作原理究竟是什么样子的～～
三、开关电源工作原理。

浅谈电力电子技术及其应用摘要：电力电子技术是20世纪后期诞生并发展起来的一门新技术，它不断地创新发展、应用实践，在短短的几十年，电力电子技术已经成为除计算机技术之外的又一未来科学技术支柱。

文章主要介绍电力电子技术的基础器件和控制电路及其广泛的应用。

关键词：电力电子技术电力电子器件控制电路应用电力电子技术是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。

从概念上可以看得出电力电子技术就是通过电力电子器件实现对电能的变换以达到我们可以控制和使用电能的目的。

所以它应该主要包括两个部分即电力电子器件技术和电力变换控制技术。

1 电力电子器件电力电子器件是指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。

随着技术的发展和成熟，以半导体为材料的电力半导体器件取代了电真空器件成为了电力电子器件的绝对主力。

其按照被控制信号的控制程度可以分成不可控型、半控型和全控型。

1.1不可控型——电力二极管不能用控制信号控制其通断的电力电子器件，不需要驱动电路，只有两个端子，就是我们通常所说的电力二极管，其导通或关断是由它所在电路承受的电压或电流决定的。

电力二极管是由一个PN结（P为阳极，N为阴极）和两端引线以及封装组成的。

电力二极管具有正向导通反向截止的特性即给二极管外加正向电压并达到一定数值后二极管导通，其压降在1V 左右，相当于短路状态，当外加电压撤销或者反向时，二极管内部电流十分的微小，压降很大，相当于断路。

1.2 半控型——晶闸管晶闸管又称可控硅，是由两个PN结和散热器组成，有三个端子分别为A阳极，K阴极，G门极。

当晶闸管外加正向电压且门极有触发电流时，晶闸管导通，即使撤销门极触发电流，晶闸管依然维持导通状态，只有当外加电压反向或者其他手段使晶闸管电流为零时它才关断，所以被称为半控型电力电子器件。

随着全控型器件的出现，半控型晶闸管逐渐被代替，但是由于半控型晶闸管能承受很高的电压和电流容量，所以在大容量的场合它依然有着重要的地位。