20kHz高压开关电源的设计

开关电源设计指南开关电源是将电能转换为特定电压或电流输出的电子设备，广泛应用于各种电子设备中。

本篇文章将为读者提供一份开关电源设计指南，帮助读者了解开关电源的基本原理以及设计过程中的关键要点。

一、开关电源的基本原理开关电源的基本原理是通过开关管的开关动作，实现电能的高效转换。

开关电源由输入端、开关管、变压器、输出滤波电路等组成。

输入端将交流电转换为直流电，经过开关管的开关动作，通过变压器进行电能转换，最终通过输出滤波电路得到稳定的输出电压或电流。

其中，开关管的开关频率决定了开关电源的工作方式，常见的有固定频率PWM调制和变频调制。

二、开关电源设计的关键要点1. 输入电压范围：根据实际应用需求确定开关电源的输入电压范围。

通常情况下，开关电源的输入电压范围为AC 100V-240V。

2. 输出电压和电流：根据实际应用需求确定开关电源的输出电压和电流。

输出电压可以通过变压器的变比来调整，输出电流则通过开关管的控制实现。

3. 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。

高效率可以减少能量损耗，提高系统的整体效能；高功率因数可以减少对电网的污染。

4. 过压保护和过流保护：在开关电源设计中，应考虑过压和过流等异常情况的保护措施，以确保系统的安全运行。

5. EMI滤波：开关电源在工作时会产生电磁干扰，为了避免对其他设备造成干扰，需要在设计中加入EMI滤波电路。

6. 温度管理：开关电源在工作时会产生一定的热量，为了确保系统的稳定运行，需要考虑散热设计和温度管理措施。

三、开关电源设计的步骤1. 确定输入输出参数：根据实际应用需求确定开关电源的输入输出电压和电流参数。

2. 选择开关管和变压器：根据确定的输入输出参数，选择合适的开关管和变压器。

3. 设计控制电路：设计开关电源的控制电路，包括开关管的驱动电路和PWM调制电路。

4. 设计滤波电路：根据需要设计输出滤波电路和EMI滤波电路。

5. 设计保护电路：设计过压保护和过流保护电路，确保系统的安全运行。

一种高压开关电源的设计汪 超(湖南工程学院,湖南湘潭,411101)摘要：针对精密电子设备中所要求的高电压、低电流的小功率电源系统，设计制作了一种高压开关电源。

并对高压电源的响应特性进行了测试。

制作出的电源系统具有体积小、稳定性好、响应速度快等特点。

关键词：高压电源；PWM脉冲调制；开关电路中图分类号：TN86 文献标识码：ADesign of a High-V oltage Switching Power SupplyWANG Chao(Hunan Institute of Engineering, Xiangtan, 411101, China)Abstract: In order to satisfying the requirement of precision electronic systems for power supply systems, a high-voltage switching power supply was designed and fabricated. Its response performance was analyzed. The power supply has advantage of small volume, high reliability and fast response speed.Key words: High-voltage power supply；PWM；Switching power circuit1 引言在复印设备、医学仪器等精密电子系统中，广泛使用高电压、低电流的小功率电源[1]。

同时要求电源系统具有重量轻、响应速度快、稳定性好、可靠性高等特点。

为了上述满足精密电子系统的要求，设计制作了一种新型高压开关电源。

该电源具有稳定性好、响应速度快等优点，能广泛应用于复印设备、医学仪器等精密电子系统中。

2 电路原理系统原理框图如图1所示。

如何一步一步设计开关电源？开关电源设计调试步骤全过程针对开关电源很多人觉得很难，其实不然。

设计一款开关电源并不难，难就难在做精，等你真正入门了，积累一定的经验，再采用分立的结构进行设计就简单多了。

万事开头难，笔者在这就抛砖引玉，慢慢讲解如何一步一步设计开关电源。

开关电源设计的第一步就是看规格，具体的很多人都有接触过，也可以提出来供大家参考，我帮忙分析。

在这里只带大家设计一款宽范围输入的，12V2A的常规隔离开关电源。

1、首先确定功率根据具体要求来选择相应的拓扑结构；这样的一个开关电源多选择反激式(flyback)基本上可以满足要求。

在这里我会更多的选择是经验公式来计算，有需要分析的，可以拿出来再讨论。

2、选择相应的PWMIC和MOS来进行初步的电路原理图设计当我们确定用flyback拓扑进行设计以后，我们需要选择相应的PWMIC和MOS来进行初步的电路原理图设计(sch)。

无论是选择采用分立式的还是集成的都可以自己考虑。

对里面的计算我还会进行分解。

分立式：PWMIC与MOS是分开的，这种优点是功率可以自由搭配，缺点是设计和调试的周期会变长（仅从设计角度来说）；集成式：就是将PWMIC与MOS集成在一个封装里，省去设计者很多的计算和调试分步，适合于刚入门或快速开发的环境。

3、做原理图确定所选择的芯片以后，开始做原理图(sch)，在这里我选用STVIPer53DIP(集成了MOS)进行设计。

设计前最好都先看一下相应的datasheet，确认一下简单的参数。

无论是选用PI的集成，或384x或OBLD等分立的都需要参考一下datasheet。

一般datasheet里都会附有简单的电路原理图，这些原理图是我们的设计依据。

4、确定相应的参数当我们将原理图完成以后，需要确定相应的参数才能进入下一步PCBLayout。

当然不同的公司不同的流程，我们需要遵守相应的流程，养成一个良好的设计习惯，这一步可能会有初步评估，原理图确认，等等，签核完毕后就可以进行计算了。

开关电源设计（精通型）一、开关电源基本原理及分类1. 基本原理开关电源的工作原理是通过控制开关器件的导通与关断，实现电能的高效转换。

它主要由输入整流滤波电路、开关变压器、输出整流滤波电路和控制电路组成。

在开关电源中，开关器件将输入的交流电压转换为高频脉冲电压，通过开关变压器实现电压的升降，经过输出整流滤波电路，得到稳定的直流电压。

2. 分类（1）PWM（脉冲宽度调制）型开关电源：通过调节脉冲宽度来控制输出电压，具有高效、高精度等特点。

（2）PFM（脉冲频率调制）型开关电源：通过调节脉冲频率来控制输出电压，适用于负载变化较大的场合。

二、开关电源关键技术与设计要点1. 高频变压器设计（1）选用合适的磁芯材料，保证变压器在高频工作时的磁通密度不超过饱和磁通密度。

（2）合理设计变压器的绕组匝数比，以满足输出电压和电流的要求。

（3）考虑变压器损耗，包括铜损、铁损和杂散损耗，确保变压器具有较高的效率。

2. 开关器件的选择与应用（1）开关频率：根据开关电源的设计要求，选择合适的开关频率。

（2）电压和电流等级：确保开关器件能承受最大电压和电流。

（3）功率损耗：选择低损耗的开关器件，提高开关电源的效率。

（4）驱动方式：根据开关器件的特点，选择合适的驱动电路。

3. 控制电路设计（1）稳定性：确保控制电路在各种工况下都能稳定工作。

（2）精度：提高控制电路的采样精度，降低输出电压的波动。

（3）保护功能：设置过压、过流、短路等保护功能，提高开关电源的可靠性。

三、开关电源设计实例分析1. 确定设计指标输入电压：AC 85265V输出电压：DC 24V输出电流：4.17A效率：≥90%2. 高频变压器设计选用EE型磁芯，计算磁芯尺寸、绕组匝数和线径。

3. 开关器件选择根据设计指标，选择一款适合的MOSFET作为开关器件。

4. 控制电路设计采用UC3842作为控制芯片，设计控制电路，实现开关电源的稳压输出。

5. 实验验证搭建实验平台，对设计的开关电源进行测试，验证其性能指标是否符合要求。

一种大功率可调开关电源的设计方案早晨的阳光透过窗帘洒在书桌上，一杯热咖啡散发着诱人的香气。

我坐在电脑前，开始构思这个大功率可调开关电源的设计方案。

这个方案可是我积累了十年经验的心血结晶，让我来一步步分解这个想法吧。

电源设计得满足高效率、高稳定性和可调性这三个核心需求。

想象一下，这个电源就像一位全能的厨师，不管你给它什么“食材”，它都能快速、高效地“烹饪”出你想要的“菜肴”。

那么，我们从哪里开始呢？一、拓扑结构选择电源的拓扑结构就像是建筑的基础框架，选择合适的拓扑结构，电源的性能才能得到保障。

考虑到大功率和可调性，我决定采用全桥LLC谐振变换器。

这种拓扑结构具有开关频率固定、效率高、输出电压可调等优点，就像是电源界的“瑞士军刀”，功能全面，可靠性强。

二、主电路设计主电路是电源的心脏，它负责将输入的电能转化为输出的电能。

在这个设计中，我选择了高性能的MOSFET和IGBT作为开关器件，它们就像是电源的“发动机”，提供强劲的动力。

同时，为了提高效率和减小开关损耗，我还采用了软开关技术，让开关过程更加平滑，就像是给发动机加了“润滑剂”。

三、控制策略控制策略就像是电源的“大脑”，它决定了电源的工作方式和性能。

在这个方案中，我采用了PID控制算法，它可以根据输出电压和电流的变化，自动调整开关器件的导通和关断时间，确保输出电压的稳定性和可调性。

PID控制算法就像是电源的“自动驾驶系统”，让电源在复杂环境下也能稳定运行。

四、保护措施电源的安全性能是至关重要的，就像汽车的安全气囊一样，关键时刻能救命。

在这个设计中，我增加了过压保护、过流保护、短路保护等多种保护措施，确保电源在各种异常情况下都能迅速做出响应，保护电路不受损害。

五、散热设计大功率电源在运行过程中会产生大量的热量，就像高性能的跑车在高速行驶时会产生热量一样。

为了防止电源过热，我采用了散热器加风扇的散热方式，确保电源在长时间运行过程中，温度始终保持在合理范围内。

脉冲变压器升压高压脉冲电源的设计首先确定输入电压和输出电压。

根据实际需求和应用场景，确定输入电压和输出电压的范围。

输入电压可以是低电压稳定的直流或交流电源，输出电压则是需要升压的高电压脉冲。

其次考虑功率和效率。

功率是指电源能够输出的电流和电压的乘积，而效率则是输出功率与输入功率之间的比值。

通过合理的设计和选型，可以提高脉冲变压器的功率和效率，以满足实际需求。

接下来需要考虑保护措施。

高压脉冲电源在使用过程中需要特别注意安全问题。

设计中应该考虑过流、过压、短路等故障保护电路，并采取防护措施防止对人和设备造成伤害。

在设计脉冲变压器时，可以采用以下步骤：1.确定输入电压和输出电压范围，根据实际需求选取合适的变压器。

2.选择合适的电源转换器。

根据输入电压和输出电压的差异，选择合适的电源转换器，如DC-DC转换器或AC-DC转换器。

3.计算变压比。

根据输入电压和输出电压的范围，计算变压比。

变压器的变比可以通过变压器的线圈匝数比例来实现。

4.设计变压器。

根据变压比和功率需求，设计变压器的线圈匝数和磁芯尺寸。

5.调整参数。

根据实际测量和测试结果，调整变压器的参数以达到预期的输出电压。

6.添加保护电路。

设计过流、过压、短路等故障保护电路，保证电源的安全可靠性。

7.进行实验和测试。

在设计完成后，进行实验和测试，验证设计的性能和稳定性。

8.进行优化。

根据实验和测试结果，调整设计参数，进一步优化脉冲变压器的性能。

总之，设计脉冲变压器升压高压脉冲电源需要充分考虑输入电压、输出电压、功率、效率、保护等因素，并根据实际需求进行合理的选型和设计。

通过合理的设计和优化，可以得到满足需求的高压脉冲电源。

电磁组智能车恒磁式20KHZ信号源设计导图现在我们借助电磁组用的20KHZ的信号发生器看看能学到些什么。

信号发生器分三个部分组成，20K信号发生器、功率输出部分（功率输出可以采用多种方式，我们在这里只讨论用分立元件组成的H桥）、恒流源部分。

20K信号的发生有多种方式，可以使用单片机也可以使用555还可以使用其他的振荡电路（教材上有详细的介绍）。

下面我们主要讨论一下H桥和恒流控制。

这是一个H桥功率输出+恒流电路，现在我们把它拆分成两部分来看。

首先是H桥的主体如下图所示。

这是上臂由PNP三极管和下臂由NPN三极管构成的H桥。

其原理是在三极管工作在关闭和饱和两种状态的基础下，当控制Q1和Q4导通并且另外两只三极管截至的情况下电流会从负载（RL）的左侧流向右侧（红线方向）；同理当Q2和Q3导通Q1和Q4截至的时候电流会从负载的右侧流向左侧（绿线方向）。

让NPN三极管工作在饱和的状态（当开关使）只要使其基极电流足够大就可以了（不可太大会烧坏管子的），当Vbe大于导通电压时集电极和发射极导通。

一般NPN三极管当开关使的电路如下图所示。

与NPN三极管不同的是PNP三极管的Vbe为负压时（电流从发射极流向基极）发射极和集电极导通。

一般PNP三极管当开关使的电路如下图所示。

通过观察这两个开关电路可以发现NPN三极管开关电路的负载比三极管更靠近电源正极，而PNP三极管开关电路的负载比三极管更靠近地。

为什么要这么做呢，如果放反了会怎么样呢，以NPN三极管为例。

我们都知道NPN三极管正常工作时发射极电位是小于基极电位的，所以上图电路中的三极管是工作在放大状态下的。

这个电路的好处在于基极电流很小（输入阻抗很大），基极电流近似等于（基极电压-导通电压）/负载电阻/β。

在共集放大电路（在学习共集放大电路的时候不妨也顺便看看共基放大电路）和推挽电路中会看到它的身影。

这个电路稍微改造一下就变成了一个最简单的（之一吧）恒流源。

流过负载电阻RL的电流近似恒定为（Vref-导通电压）/Rfb。

大功率开关电源设计1. 引言大功率开关电源是一种能够稳定输出高功率电能的电源系统。

它在工业、通信、医疗等领域得到广泛应用。

本文将介绍大功率开关电源的设计原理、关键性能指标和具体设计步骤。

2. 设计原理大功率开关电源的设计原理基于切换电路的工作方式。

开关电源通过快速开关电路的状态，控制输入电压在输出端之间的传递。

这种工作方式能够实现高效能的电能转换和稳定的输出。

3. 关键性能指标大功率开关电源的性能主要体现在以下几个关键指标上：3.1 输出功率输出功率指的是开关电源可以稳定输出的最大功率。

设计大功率开关电源时，需要根据具体应用需求确定所需的输出功率。

3.2 效率效率是指输入功率与输出功率之间的比值。

大功率开关电源的设计需考虑如何提高电能的转化效率，以达到节能的目的。

3.3 稳定性稳定性是指开关电源在不同输入电压、负载变化等工况下输出电压的波动程度。

大功率开关电源应具备良好的稳定性，以确保输出电压的可靠性和稳定性。

3.4 输出电压纹波输出电压纹波是指输出电压在工作周期内的变化量。

较小的输出电压纹波意味着电源输出更加稳定，能够满足特定应用的要求。

3.5 开关频率开关频率是指开关电源进行切换的速率。

高频开关电源具有更高的效率和较小的元件体积，但也带来了更大的电磁干扰和更高的开关成本。

4. 设计步骤设计大功率开关电源的步骤如下：4.1 确定输出功率和电压根据实际应用需求，确定所需的输出功率和电压。

4.2 选择变换器拓扑结构根据设计要求和特定应用，选择合适的变换器拓扑结构，如Boost、Buck、Buck-Boost等。

4.3 计算元件参数根据选定的拓扑结构和设计要求，计算出所需的元件参数，包括电感、电容、开关管等。

4.4 电路仿真与验证使用相关电路仿真软件对设计的电路进行验证和优化，确保其满足设计要求和性能指标。

4.5 PCB布局和布线将设计好的电路布局在PCB上，并进行合理的布线，避免信号干扰和功率损耗。

20kHz 电源使用说明
注意事项:接线时请注意正负极
1、电流测试方法： 把万用表调到200mA 电流档（注意万用表使用方法），直接串入跑道中就好。

上图中左侧蓝色电位器用来调节电流（逆时针转电流变大，顺时针转电流变小）。

2、频率调节方法：
上图中右侧两个蓝色电位器可以用来调节频率，占空比可调（发货前已经调到20kHz ，如果测试传感器时需要，可以做部分调整）。

测量输出频率时，将示波器接到上图左侧上面绿色输出口即可。

注意：测输出频率波形时，需要串入阻值10k 以上电阻；接入跑道时不需要接电阻，两个输出口直接连跑道即可（若想看电流，可串入一个万用表）。

电源正极 信号输出 电流调节
电源负极
频率调节 加散热片
使用前，请先预热10几分钟。

（原因：C2233三极管有温飘，由于跑道的电阻值很小，压降也很小，三极管必然会发热，Vce会随着温度的变化而变化，放大倍数略有变化，Ic会随着温度的升高而变大，当温度升到一定程度时，趋于稳定，Ic也就会稳定）建议使用时加上散热片。

还有，最重要的是使用的12V电源功率要够，建议使用学校提供的直流稳压电源（大箱子的那种）。

切忌：不要使用开关电源，他的结构导致他本身会对电磁信号产生干扰，这样就不可能测到漂亮的波形。

最后祝您使用顺利，比赛取得好成绩！
还有疑问，请联系！
O(∩_∩)O~。

1开关电源主电路设计1.1主电路拓扑结构选择由于本设计的要求为输入电压176-264V交流电，输出为24V直流电，因此中间需要将输入侧的交流电转换为直流电，考虑采用两级电路。

前级电路可以选用含电容滤波的单相不可控整流电路对电能进行转换，后级由隔离型全桥Buck电路构成。

总体要求是先将AC176-264V整流滤波，然后再经过BUCK电路稳压到24V。

考虑到变换器最大负输出功率为1000W，因此需采用功率级较高的Buck电路类型，且必须保证工作在CCM工作状态下，因此综合考虑,本文采用全桥隔离型Buck变换器。

其主电路拓扑结构如下图所示：下面将对全桥隔离型BUCK变换器进行稳态分析，主要是推导前级输出电压V与后级输g 出电压V之间的关系，为主电路参数的设计提供参考。

将前级输出电压V代替前级电路，作g 为后级电路的输入，且后级BUCK变换器工作在CCM模式，BUCK电路中的变压器可以用等效电路代替。

由于全桥隔离型BUCK变换器中变压器二次侧存在两个引出端，使得后级BUCK电路的工作频率等同于前级二倍的工作频率，如图1-1所示。

在2T的工作时间内，总共可分为四种S 开关阶段，其具体分析过程如下：1）当0<t<DT时，此时Q、Q和D导通，其等效电路图如图1-2所示。

S145/?1-1) 1-2) 1-3)3) du.•川L i (t )m 严+仃(t )c 二二v (t )R图1-3在DT<t<T 时等效电路SSv=0sv=-v Li=i -v /R C当TS <t<a+D )TS 时，此时Q2、1-4) 1-5)1-6)Q 和D 导通，其等效电路图如图1-2所示。

36图1-2在0<t<DT 时等效电路Sv=nvs gv=nv -vL gi=i -v /RC2)当DT<t<T 时，此时Q ~Q 全部关断，D 和D 导通，其等效电路图如图1-3SS 1465所示。

高频开关电源主要磁性元件的设计引言在电力直流系统中，由于普遍采用高频模块，对于高频模块的设计是功率越来越大，而体积却是越来越小，这就对其设计提出了一个关键的问题，那就是如何解决磁性元件的损耗及发热问题。

高频开关电源中大量使用各种各样的磁性元件，如输入／输出共模电感，功率变压器，饱和电感以及各种差模电感。

各种磁性元器件对磁性材料的要求各不相同，如差模电感希望μ值适中，但线性度好，不易饱和；共模电感则希望μ值要高，频带宽；功率变压器则希望μ值要适中，温度稳定好，剩磁小，损耗低等。

在非晶材料出现以前，共模电感主要采用高μ值(6K～10K)Mn-Zn合金，差模电感多采用铁粉芯或开气隙铁氧体材料，变压器则采用铁氧体材料等。

这些材料应用技术成熟，种类也很丰富，并有各种各样的产品形状供选择。

随着非晶材料的出现和技术不断成熟，在开关电源设计中，非晶材料表现出许多其它材料无法比拟的优点。

几种常用磁性材料基本性能比较如表1。

1 主变压器的设计对于高频开关电源的主要发热元件，主变压器的设计尤其重要，其尺寸的大小和材料的选择更是重要。

1)主变压器的磁芯必须具备以下几个特点(1)低损耗；(2)高的饱和磁感应强度且温度系数小；(3)宽工作温度范围；(4)μ值随B值变化小；(5)与所选用功率器件开关速度相应的频响。

早前高频变压器一般选用铁氧体磁芯，下面对VITROPERM500F铁基超微晶磁芯与德国西门子公司生产的N67系列铁氧体磁芯的性能进行较，见图1。

从以上图表可以看出两者有以下区别：(1)相同工作频率(200kHz以下)，非晶材料损耗明显低于铁氧体，工作频率越低，工作B值越高，非晶材料优势越明显。

但在250kHz以上频段，铁氧体损耗要明显低于非晶材料。

(2)非晶材料损耗随温度变化量大大低于铁氧体，降低了变压器热设计的难度。

(3)非晶材料导磁率随温度变化量大大低于铁氧体，降低了变压器设计的难度，提高了电源运行的稳定性和可靠性。

高压大功率脉冲电源的设计第一篇：高压大功率脉冲电源的设计1．绪论1.1论文的研究背景电源设备用以实现电能变换和功率传递，是一种技术含量高、知识面宽、更新换代快的产品。

现今已广泛应用到工业、能源、交通、运输、信息、航空、航天、航运、国防、教育、文化等领域。

在信息时代，上述各行各业都在迅猛地发展，发展的同时又对电源产业提出了更多更高的要求。

显然，电源技术的发展将带动相关技术的发展，而相关技术的发展反过来又推动了电源产业的发展。

当前在电源产业，占主导地位的产品有各种线性稳压电源、通讯用的AC／Dc开关电源、DC／DC开关电源、交流变频调速电源、电解电镀电源、高频逆变式整流焊接电源、中频感应加热电源、电力操作电源、正弦波逆变电源、大功率高频高压直流稳压电源、绿色照明电源、化学电源、UPS、可靠高效低污染的光伏逆变电源、风光互补型电源等。

而与电源相关的技术有高频变换技术、功率转换技术、数字化控制技术、全谐振高频软开关变换技术、同步整流技术、高度智能化技术、电磁兼容技术、功率因数校正技术、保护技术、并联均流控制技术、脉宽调制技术、变频调速技术、智能监测技术、智能化充电技术、微机控制技术、集成化技术、网络技术、各种形式的驱动技术和先进的工艺技术。

1.2脉冲电源的特点及发展动态脉冲电源是各种电源设备中比较特殊的一种，顾名思义，它的电压或电流波形为脉冲状。

按脉冲电源的输出特性分类，有高频、低频、单向、双向、高压、低压等不同的分类，具体选择怎样的输出电压、输出电流和开关频率，根据具体的应用场合而定。

按脉冲波形分，有矩形波、三角波、梯形波、锯齿波等多种形式，如图1．1所示。

图1．1各种脉冲波形由于矩形波具有较好的可控性和易操作性，所以这种波形的应用居多。

究其本质，脉冲电源实质上是一种通断的直流电源，它的基本工作原理是：首先经过慢储能，使初级能源具有足够的能量，然后向中间储能和脉冲成形系统放电(或流入能量)，能量经过储存、压缩、形成脉冲或转化等复杂过程之后，形成了脉冲电源。