开关型直流稳压电源
浅谈高性能开关型直流稳压电源
浅谈高性能开关型直流稳压电源摘要:高性能开关型直流稳压电源是根据移相控制全桥DC／DC 变换器中的小信号模型,依据系统频域特性研究了电源性能,按技术指标研制出来的一台样机,经过反复的实验,结果表明了高性能开关型直流稳压电源的实用性。
本文主要着手于高性能开关型直流稳压电源的性能探究。
关键词:高性能开关型直流稳压电源探究随着电力电子技术的不断发展,高性能开关型直流稳压电源将在电力系统得到广泛的应用,开关型直流电流的主要优点变现在:工作稳性、可靠性好、重量轻、效率高以及功耗小等,其发展趋势相对于其他开关型电流更具竞争力。
开关型直流电流应用于粒子加速器电源等领域。
经过全方位的分析及全盘考虑。
相关技术研究人员采用移相控制桥DC／DC变换小信号模型设计了高性能开关型直流稳压电源。
1 动态小信号模型探析动态小信号模型的选取具有多样性,选取不同的模型运用得到的设计结果各不一样。
开关电源本质上是一个非线性的控制对象,采用解析的方法指导建模只能近似建立其在稳态时的小信号扰动模型,而用这种模型来解释大范围的扰动时所获得的结论并不完全准确。
其基本得益于开关电源一般工作在稳态。
依据小信号扰动模型设计出的高性能开关型直流稳压电源,配合辅助电路的使用,完全能使开关电源的性能满足要求。
2 直流稳压电源性能指标的确定2.1 稳定性指标要求据有关数据及实践结果表明,不同的系统应该具有不同程度的鲁棒性,同时暂态特性也相对较好。
然而对于直流稳定电源来说,其要求系统的增益余量大于或等于40dB,相位余量大于或等于30dB。
2.2 瞬态响应指标开关电源在受干扰状态下,其输出量会受到影响导致相应的抖动,最后渐渐地恢复到稳定值。
通常我们以过冲幅度和动态恢复的时间长短来测评动态特性。
穿越频率越高,动态恢复所需的时间越短;过冲幅度与相位余量亦存在紧密的相关性。
2.3 电源精度探析电压精度具有严格的要求,其设计范围为不大于1‰,纹波不大于1‰。
然而纹波中分为高频和低频两部分,开关频率造成高频部分的产生,依靠输出滤波器来抑制;电网波动引入了低频部分,低频部分主要依靠系统负反馈来加以克服。
线性电源和开关电源
一、水声设备电源电源分为交流电源和直流电源，就水声设备而言，主要应用为直流稳压电源。
直流电源可分为线性稳压电源和开关稳压电源。
线性稳压电源就是它的功率器件调整管工作在线性区，靠调整管之间的电压降来稳定输出。
与线性稳压电源不同的一类稳电源就是开关型直流稳压电源，它的电路型式主要有单端反激式，单端正激式、半桥式、推挽式和全桥式。
它和线性电源的根本区别在于它变压器不工作在工频而是工作在几十千赫兹到几兆赫兹，功率管工作在饱或及截止区即开关状态。
线性电源和开关电源的区别：1、工作方式不同（1）线性电源的调整管工作在放大状态，因而发热量大，效率低（不高于50%），需要加体积庞大的散热片，而且还需要同样也是大体积的工频变压器，当要制作多组电压输出时变压器会更庞大。
（2）开关电源的调整管工作在饱和和截至状态，因而发热量小，效率高（75％以上）而且省掉了大体积的变压器。
但开关电源输出的直流上面会叠加较大的纹波，另外开关管工作时会产生很大的尖峰脉冲干扰，也需要在电路中串连磁珠加以改善。
2、内部结构不同（1）开关电源利用变占空比或变频的方法实现不同的电压，实现较为复杂，最大的优点是高效率，缺点是纹波和开关噪声较大，适用于对纹波和噪声要求不高的场合。
（2）线性电源没有开关动作，属于连续模拟控制，内部结构相对简单，芯片面积也较小，成本较低，优点是成本低，纹波噪声小，最大的缺点是效率低。
它们各有有缺点在应用上互补共存。
3、适用要求不一样效率和安装体积有要求的地方用开关电源为佳，对于电磁干扰和电源纯净性有要求的地方多选用线性电源。
稳压电路对整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定直流电压。
二、直流电源主要参数1、源电压效应输入电压的变化引起输出量变化的效应，改变量是源电压，被测量是输出电压的稳态值。
%100max ⨯∆=oNU U U S其中 S U — 源电压效应系数（电压调整率），这个值越小越好，是衡量稳压电源性能的一个重要指标。
直流开关稳压电源设计
直流开关稳压电源设计一、设计背景及意义随着电子技术的飞速发展，各类电子设备对电源的需求日益增长。
直流开关稳压电源以其高效、稳定、体积小、重量轻等优点，在通信、计算机、家用电器等领域得到了广泛应用。
设计一款性能优越、可靠性高的直流开关稳压电源，对于提高电子设备的整体性能具有重要意义。
二、设计目标1. 输出电压范围：12V±1V；2. 输出电流：2A；3. 转换效率：≥85%；4. 工作温度范围：25℃~+85℃；5. 具有过压、过流、短路保护功能；6. 体积小，便于安装。
三、设计方案1. 电路拓扑选择本设计采用开关电源的主流拓扑——反激式变换器。
反激式变换器具有电路简单、体积小、效率高等优点，适用于中小功率电源设计。
2. 主控芯片选型选用ST公司的STM32F103系列微控制器作为主控芯片，该芯片具有高性能、低功耗、丰富的外设资源等特点，能够满足开关电源的设计需求。
3. 功率开关管选型功率开关管是开关电源的核心元件，本设计选用N沟道MOSFET作为功率开关管。
根据设计指标，选用IRF530N型号MOSFET，其导通电阻低，可降低开关损耗，提高转换效率。
4. 输出整流滤波电路设计输出整流滤波电路采用肖特基二极管和LC滤波电路。
肖特基二极管具有正向压降低、开关速度快的特点，适用于开关电源整流。
LC滤波电路能有效抑制输出电压纹波，提高输出电压稳定性。
5. 保护电路设计为实现过压、过流、短路保护功能，设计如下保护电路：（1）过压保护：在输出端设置一个电压比较器，当输出电压超过设定值时，触发保护动作，切断功率开关管的驱动信号。
（2）过流保护：在功率开关管源极串联一个取样电阻，实时监测电流值。
当电流超过设定值时，触发保护动作，切断功率开关管的驱动信号。
（3）短路保护：在输出端设置一个电流比较器，当输出电流超过设定值时，触发保护动作，切断功率开关管的驱动信号。
四、实验验证与优化1. 搭建实验平台，对设计的直流开关稳压电源进行测试，观察输出电压、电流、效率等参数是否符合设计要求。
开关电源34063
MC34063构成的DC/DC开关稳压电源1.开关型直流稳压电源简介1.1线性稳压电源和开关稳压电源的比较线性稳压电源：结构简单，调节方便，输出电压稳定性强，纹波电压小。
缺点是调整管工作在甲类状态，因而功耗大，效率低（20％～49％）；需加散热器，因而设备体积大，笨重，成本高。
开关稳压电源：调整管工作在开关状态，大大减小了器件的功耗，提高了电源的工作效率，开关型稳压电源的效率可达70％～95％。
体积小，重量轻。
适于固定的大负载电流、输出电压小范围调节的场合。
1.2串联（降压）开关型稳压电路换能电路的基本原理图及其等效电路串联开关型稳压电源的结构框图串联开关型稳压电路的简化电路串联开关型稳压电路，通过对三极管斩波控制完成稳压输出。
由于能量到达负载为输入电压的断续形态，故输出电压低于输入电压为降压型开关电路。
1.3并联（升压）开关型稳压电路换能电路的基本原理图及其等效电路并联开关型稳压电路的简化电路并联开关型稳压电路，同样通过对三极管斩波控制完成稳压输出。
能量到达负载也为断续形态，但为输入电压与电感电压和的断续形态，故输出电压可高于输入电压为升压型开关电路。
2. MC34063 DC/DC变换器控制电路简介：MC34063是一单片双极型线性集成电路，专用于直流-直流变换器控制部分。
片内包含有温度补偿带隙基准源、一个占空比周期控制振荡器、驱动器和大电流输出开关，能输出1.5A的开关电流。
它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器、降压式变换器和电源反向器。
特点：*能在3.0-40V的输入电压下工作*短路电流限制*低静态电流*输出开关电流可达1.5A（无外接三极管）*输出电压可调*工作振荡频率范围为100HZ到100KHZ*可构成升压、降压或反向电源变换器3.MC34063引脚图及原理框图4.MC34063 电路原理振荡器通过恒流源对外接在CT 管脚(3 脚)上的定时电容不断地充电和放电以产生振荡波形。
直流稳压电源10.4
Байду номын сангаас
D
CO
UO –
RL
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模拟电子技术基础
T + UI –
+
e
uE
iL + uL – iC
IO +
+
C T
D
CO
UO –
RL
来自反馈控制电路 控制脉冲的特点 周期T恒定 周期 恒定
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模拟电子技术基础
T + UI – 2. 工作原理
+
e
uE
iL + uL – iC
IO +
+
C T
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模拟电子技术基础
3. 输出电压 O 输出电压U 占空比
uE
UI UO
O
Ton
Toff
t
iL
UO/ RL
输出直流电压
O
t
UO
UOmin UOmax
O
t 下页 返回
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模拟电子技术基础
4. 反馈控制的降压型开关稳压电源方框图 T + R UI
脉宽调制器 采样电路
L D C
+ UO RL
–
–
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模拟电子技术基础
降压型开关稳压电路的工作原理 1. 降压型开关稳压电路 T + UI –
+ e
uE
iL + uL – iC
IO +
+
C T
D
CO
UO –
RL
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《开关型稳压电源》PPT课件
i1
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uin
uo
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i2
图 5 - 2 单相桥式整流电路输入电压和电流的波形
第5章 开关型稳压电源
功率因数较低的开关电源存在许多问题， 主要有： (1) 谐波电流污染电网， 干扰其他用电设备， 造 成测量仪表产生较大的误差， 还会使电动机产生较大 的噪声。 (2) 在输入功率一定的条件下， 输入电流有效值 较大， 因此必须增大输入熔断器、 断路器和电源线的 规格。 (3) 特别应当指出， 通信用开关型电源通常都采 用三相五线制供电， 三相基波电流可分别由下列各式 表示：
第5章 开关型稳压电源
5.1.2 目前， 通信和其他电子设备采用的稳压电源主要
有线性稳压电源、 相控型稳压电源和开关型稳压电路。 线性稳压电源中， 调整元件串联在负载回路中，
其作用就像一只可变电阻， 输入电压或负载变化时， 串联调整元件的压降改变， 从而使输出电压稳定不变。 当输入电压过高时， 串联调整管的功耗很大， 因此效 率很低。 当输入电压波动范围为±20 %时， 5 V稳压 器 的 典 型 效 率 只 有 35% ， 输 入 电 压 波 动 范 围 小 于 ±16%时， 典型效率也只能达到50%。
第5章 开关型稳压电源
由此可知， 三相电流的三次谐波分量是同相位的， 同理， 三相电流的六次、 九次等谐波分量也是同相位 的。 由于三相电流都流过中线， 当功率因数为1时， 流过中线的电流为零； 当功率因数很低时， 中线内的 电流很大。 由于中线无过流保护装置， 所以， 中线有 可能因过热而着火。
IR为电网电流有效值； I1为基波电流有效值； VL为电网电压有效值； cosφ为基波电流与基波电压的位移因数。
第5章 开关型稳压电源
直流稳压电源使用手册
SPD3303D/S series
SPD3303C series
5 1
6
4.3”16M真彩
TFT液晶屏
电源开关 通道输出端 通道开关按钮
4 2 3
功能控制按键
旋钮和方向键
SPD3000可输入频率50Hz/60Hz，电压为100V、120、220、230的4种交流电 源，您可以根据实际需求通过后面板的“电源电压拨码开关选择”选择不同的输入 电源。
当前设置的是220V接入 电压
一：独立模式
二：串联模式
三：并联模式
注：独立模式，CH1与CH2均与地隔离 独立模式， CH3额定值为2.5V、3.3V、5V，3A，独立于CH1/CH2
Constant Current（CC）恒流源模式下（独立或跟踪模式），输出电 流为设定值，并通过前面板控制。前面板指示灯亮红色（CC），电流维持 在设定值，此时电压值低于设定值，而当输出电流低于设定值时，返回恒压 模式。
线性电源有很多指标，但可以从逻辑上划分为三 类：准确度和分辨率、稳定性和交流特性。我们 将分别介绍属于这三类的重要指标。 准确度和分辨率 设置准确度 设置分辨率 回读准确度 回读分辨率
电压和电流设置(有时称为极限或设置值)分别有与之相关的分辨率和准确 度指标。这些设置的分辨率决定了输出可调的最小增量，准确度描述了输出 值符合国际标准的程度。应当分别考虑设置和回读指标。回读准确度好并不 一定就意味着设置准确度好。
设定精度
决定了设定值和标准值的接近程度
表示为 设定值% + 偏移量
设定分辨率
最小的设定值
表示为 mV or mA
回读精度
决定了内部仪表测量值和标准值的接近程度 表示为 设定值% &量的最小值 决定了内部仪表的精度（SPD3000系列电源相当于4位1/2万用表的精度） 表示为 mV or mA
开关型稳压电源介绍
开关型稳压电源介绍1、开关型稳压电源的组成开关型稳压电源（简称开关电源）的基本电路一般由线性滤波器、整流滤波器、功率变换器和稳压控制电路组成。
开关电源构成框图如下图所示。
▲开关电源构成框图线性滤波器又称电磁干扰（ＥＭＩ）滤波器、噪声滤波器（ＰＮＦ）、电源滤波器等，它是２０世纪８０年代问世的一种新型器件，防止电网中的干扰脉冲进入整流滤波电路，同时也阻碍本机产生的噪声反馈到公共电网，输出直流高压加到功率变换器进行功率变换，向负载输出符合要求的直流电压。
开关电源控制器一般包括取样、比较放大、基准源和控制调整电路等，当某种原因使输出电压不稳定时，通过开关电源控制器自动调整功率变换器中的功率开关器件的通断时间比或频率，达到自动调节输出电压的目的，使输出电压保持稳定。
功率变换器亦称ＤＣ／ＤＣ变换器，是将直流电压变换成另一种直流电压的变换电路。
通常各种电子、通信设备需要的电源电压不同，利用ＤＣ／ＤＣ变换器，就可以把整流器输出的直流电压变换成电子、通信设备所需要的直流电压。
2、开关电源特点与线性稳压电源相比，开关电源有以下特点：（1）效率高、功耗小开关电源的功率开关管（调整管）工作在开关状态，因此功率开关管的功耗极小，效率在８０％以上。
（2）稳压范围宽线性稳压电源在交流输入电压低于１６０Ｖ时，输出电压就不稳定，而输入交流电压偏高时则效率降低。
而开关电源交流输入电压在１３０～２６０Ｖ范围变化时都能达到很好的稳压效果。
现在三端、多端单片开关电源在８５～２６５Ｖ范围内均能正常工作。
（3）稳定性和可靠性高功耗小使得电子、通信设备内的温升也低，减小了周围元器件的高温损坏率，使设备的热稳定性和可靠性大大提高。
（4）体积小、重量轻开关电源可将电网交流电压直接输入整流，再通过高频变压器获得各种不同的交流电压，省去了笨重的变压器，使电源的重量减轻很多。
开关电源的功率密度（输出功率Ｐ与体积Ｖ之比，单位为Ｗ／ｃｍ３）很大，可达０．３７Ｗ／ｃｍ３，而相控型稳压电源的功率密度只能达到０．０４３Ｗ／ｃｍ３。
第10章 直流稳压电源 (2)
(3)、输出特性(外特性): UL
1.4U2
电容滤波 纯电阻负载
0.9U2
0
IL
输出波形随负载电阻RL或C的变化而改变,U0和 纹波也随之改变。 如:RL愈小(I0越大),U0下降多,纹波增大。
IC 2 I2 CO IO
+ + U – I1 R Ci UI _
W78XX I3 3
+ UO _
（5）恒流源电路
1 + UI _ 2 + UXX _
W78XX Ci 3
R
IQ
IL
RL
U I L I Q R
IL与负载电阻无关，当器件选定后，UXX为一定 值，因此IL为恒流输出。
10.4 开关型稳压电源
整流电路为电 容充电
D2 u2
t1
t
充电结束
没有电容时的 输出波形
u0
t
a
u1
u1
u2
D4
D1 D3
C
S RL u0
b
RL接入（且RLC较大）时
D2 u2
忽略整流电路内阻 电容通过RL放电， 在整流电路电压小 于电容电压时，二 极管截止，整流电 路不为电容充电， u0会逐渐下降。
t
u0
t
a
u1
u1
• 内部有过热保护 • 内部有过流保护 • 调整管设有安全工作区保护
输出电压额定值有: 5V、6V、 9V、12V 、 15V、 18V、 24V等 。
4. 三端固定输出集成稳压器的应用 (1) 输出为固定电压的电路 输出为固定正电压时的接法如图所示。 1 2 W7805 输入与输 + + 3 出之间的 0.1~0.33F Ui Ci CO UO 电压差取 1F 3～5V！ _ _ 用来抵消输入端接线 较长时的电感效应， 防止产生自激振荡。 为了瞬时增减负载电流 时不致引起输出电压 有较大的波动。即用来 改善负载的瞬态响应。
开关直流稳压电源设计
开关直流稳压电源设计设计原理：关键参数：开关直流稳压电源的关键参数包括输出电压精度、输出电流、纹波电压和负载调节率等。
输出电压精度表示开关直流稳压电源输出的电压与设定值之间的偏差。
输出电流表示电源能够提供的最大负载电流。
纹波电压表示输出电压的波动情况，是由开关器件的开关操作引起的。
负载调节率表示在负载变化时，输出电压的变化程度。
主要组成部分：一个典型的开关直流稳压电源由以下几个主要组成部分构成：1.输入端：输入端通常有一个交流电源或者一个整流电路，将交流电转换为直流电。
在输入端还可能包含一些滤波电容和短路保护电路。
2.开关电路：开关电路由各种开关器件组成，包括晶体管、场效应管和硅控整流元件等。
开关周期性地打开和关闭，调节输入电压的占空比，从而调节输出电压。
在开关电路中，还可能包含一些保护电路，如过流保护和过压保护等。
3.控制电路：控制电路是开关直流稳压电源中的重要组成部分。
它根据输出电压与设定值之间的偏差，生成控制信号，控制开关器件的开关操作。
控制电路通常由一个误差放大器、一个比较器和一个参考电压源组成。
4.输出端：输出端是开关直流稳压电源输出电压的终点。
它通常由一个输出电感、一个输出滤波电容和一个负载组成。
输出电感和输出电容起到滤波作用，减小输出电压的纹波。
负载则是电源供电的目标设备。
5.反馈回路：反馈回路起到监测输出电压并调整开关操作的作用。
它通常由一个反馈电阻和一个反馈电压比较器组成。
反馈电阻将输出电压分压为反馈电压，反馈电压比较器将反馈电压与设定值进行比较，生成控制信号。
总结：开关直流稳压电源是一种常用的电源设计，用于提供稳定的直流电压输出。
它通过开关器件的开关操作调节输入电压，并通过反馈机制保持输出电压稳定。
设计开关直流稳压电源需要考虑关键参数，包括输出电压精度、输出电流、纹波电压和负载调节率等。
主要的组成部分包括输入端、开关电路、控制电路、输出端和反馈回路。
开关直流稳压电源的设计涉及到多个领域的知识，包括电源电路、电子器件和控制理论等。
直流稳压电源类型分析
体管电参数相同情况下在保持电流放大倍数相等 的情况下 ， 互 补连接的组合调整管的集射极压降减少了 ， 因而电源的效率得 到提高 ； ② 偏置法 ： 一般共集电极组合管集射间的压降一定程
度 上 取决 偏 置 电流 。采 用偏 置 连接 法 当输 出电流 一 定 时可 以有 效 的提高电源效率 ； ③ 开关稳压器作前置予调节 ： 在输入 一 输
关 ｔ 诃 直流稳 压 电源 ；线性 电源 ； 开 关 电源
中图分类号 ： Ｔ Ｍ ４ ４
文献标讽码 ： Ａ Байду номын сангаас
文章编号 ： １ ６ ７ １ —７ ５ ９ ７（ ２ ０ １ ３ ）０ ３ １ — １ ３ ４ ～ ０ １
的 日趋 成 熟 ， 直 流 开 关 电源 和交 流 开关 电源 已成 为 主 导市 场 。 电力 电子 技 术是 利用 电力 电子 技术 对 电能 进行 控 制 和转换 的学
出电压差 比较大 ， 输出电流也 比较大的场合 ， 采用开关稳压器 作串联式稳压器的前置予调节也是提高 电源效率的有效办法。
开关予 调节 还 可 以设 置在 电源变压 器 的原边 。
２） 集成线性稳压器发展 ： 早期市 场集成稳压器的厂家很 多， 产量大 、 应用广泛。主要有半导体单 片式集成稳压器和混
Ｔ
阳
直流稳压 电源 类型分析
揭 峰
（ 江西渝州科技职业学院 ， 江西新余 ３ ３ ８ ０ ０ ０ ）
擅
主 流。
耍
直流稳压 电源 是指 电子设 备用 的直 流稳压 器一 类。稳压 的 方式可 归纳 为三大 类 ： 线 性 电源 、 铁磁 谐振 电源
开关电源。而第一代线性电源和第三代新型开关电源使用的则最为广泛 ， 尤其是新型开关电源是现代直流稳压电源的
开关电源类型
1.2 用高频变压器的开关电源结构概述
图5 高频变压器开关电源基本功能框 图 电路
这类电源的共同特点是具有高 频变压器、直流稳压是从变压 器次级绕组的高频脉冲电压整 流滤波而来。变压器原副方是 隔离的，或是部分隔离的，而 输入电压是直接从交流市电整 流得到的高压直流。
传输功 率 20～ 100W
50～ 200W 100～ 500Ｗ 100～ 5000W
(b) b）外接PNP管扩流式
图14 CW34063的Buck—Boost converter
4单端反激式开关电源 单端反激式开关电源
4.1 工作原理分析
（一）在开关VT导通期间： 在开关VT导通期间： VT导通期间 U iP (t on ) = in t on + I P min = I P max LP （二）在开关VT截止期间 在开关 截止期间
2.1 Buck converter
（一）在开关VT导通期间 在开关VT导通期间 VT U −U 0 i L1 = in t + I L min L U −U 0 I L max = in t on + I L min L 在开关VT VT截止期间 （二）在开关VT截止期间
iL 2 =
−U0 (t − t on ) + I L max L
I P min
TS 1 = U in t on [ − ] 2 2 RL n t off 2 LP
3 单端功率输出的直流变换器
（二）升压式电路 3.1 CW34063的工作原理
图11 CW34063的原理框图 8.3.2 CW34063的应用电路 (一)降压式电路
（a） （b） a） 直接升压式 b）外接NPN管扩流式 图13 CW34063的Boost converter
直流稳压电源的设计
一、直流稳压电源现代电子设备使用的电源大致有线性稳压电源和开关稳压电源两大类。
所谓线性稳压电源是指起电压调整功能的器件始终在线性放大区的支流稳压电源。
将220V、50Hz的工频电压经过线性变压器降压以后，经过整流、滤波和稳压，输出一个直流电压。
开关稳压电源简称开关电源（Switching Power Supply）,它是指起电压调整作用的期间始终以开关方式工作的一种直流稳压电源。
下面我们对两种稳压电源进行分析。
线性稳压电源原理图如图2-1所示：工频电压器整流滤波电路基准放大器取样由50Hz工频变压器，整流器，滤波器，串联调整稳压器组成。
开关稳压电源其输入，输出隔离的开关电源原理框图：直流输出交流输入EMI滤波器整流滤波变换电路高频变压器整流滤波控制驱动采样比较放大开关电源原理框图50HZ 单相交流220V 电压或三相交流220V/380V 电压经EMI 防电磁干扰电源滤波器，直接整流滤波，然后将滤波后的直流电压经变换为数十或数百千赫的高频方波和准方波电压，通过高频变压器并降压（或升压）后，再经高频整流，滤波电路，最后输出直流电压。
通过采样，比较，放大或控制，驱动电路，控制变换器中功率开关管的占空比，便得到稳定的输出电压。
两类电源的选择:线性稳压源的优点是：电源稳定度及负载稳定度较高；输出纹波电压小；瞬态响应速度快；线路结构简单，便于维修；没有开关干扰。
缺点是：功耗大、效率低，其效率一般只有35~60%；体积大、质量重、不能微小型化；必须有较大容量的滤波电容。
其中，交换效率低下是线性稳压电源的重要缺点，造成了资源的严重浪费。
在这种背景下，开关稳压电源应运而生。
任何电子设备均需直流电源来供给电路工作，特别是采用电网供电的电子产品，为了适应电网电压波动和电路的工作状态变化，更需要具备适应这种变化的直流稳压电源。
但开关稳压电源的主要缺点是电路比较复杂。
输出纹波电压较高，瞬态响应差，并且存在较为严重的开关干扰。
开关式稳压电源的工作原理
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。
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
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。
பைடு நூலகம்
以上介绍了脉冲宽度调制式开关稳压电源 的基本工作原理和各种电路类型，在实际应用 中，会有各种各样的实际控制电路，但无论怎 样，也都是在这些基础上发展出来的。
4、自激式开关稳压电源
自激式开关稳压电源的典型电路如图五所示。这是一种利用间 歇振荡电路组成的开关电源，也是目前广泛使用的基本电源之一。
当接入电源后在R1给开关管VT1提供启动电流，使VT1开始导通，其集电极电流Ic在 L1中线性增长，在L2 中感应出使VT1 基极为正，发射极为负的正反馈电压，使VT1 很快 饱和。与此同时，感应电压给C1充电，随着C1充电电压的增高，VT1基极电位逐渐变低， 致使VT1退出饱和区，Ic 开始减小，在L2 中感应出使VT1 基极为负、发射极为正的电压， 使VT1 迅速截止，这时二极管VD1导通，高频变压器Ｔ初级绕组中的储能释放给负载。在 VT1截止时，L2中没有感应电压，直流供电输人电压又经R1给C1反向充电，逐渐提高 VT1基极电位，使其重新导通，再次翻转达到饱和状态，电路就这样重复振荡下去。这里 就像单端反激式开关电源那样，由变压器Ｔ的次级绕组向负载输出所需要的电压。 自激式开关电源中的开关管起着开关及振荡的双重作用，也省去了控制电路。电路中 由于负载位于变压器的次级且工作在反激状态，具有输人和输出相互隔离的优点。这种电 路不仅适用于大功率电源，亦适用于小功率电源。
开关型直流稳压电路
开关型直流稳压电路稳压电源属于线性稳压电路，电路中的调整管工作在放大区。
而开关型稳压电路的调整管工作在开关状态，一般以(10～100)kHz的调制频率快速地工作于饱和区和截止区。
当管子截止时，尽管电压较高，而电流为零；当管子饱和时，尽管电流较大，而管压降很小。
通常只要考虑管子的高频开关损耗。
因此，管子功耗小，其效率很高(80％～90％以上)。
串联型开关电源：电路由开关调整管(T)、续流滤波环节D和L-C2、掌握环节(A、R1-R2、VREF)三个部分组成。
续流滤波环节的作用是将调整管输出的开关脉冲电压波形加以平滑，变成平稳的直流输出电压。
由于这个电压是不稳定的，因而必需通过输出取样，反馈掌握调整管的饱和与截止时间，使输出电压自动进行调整。
设比较放大器输出电压VF＜0。
在三角波信号电压VS＞VF期间，比较器输出负电位，VB=-Vom。
反之，在VS＜VF期间，VB=+Vom，由此可得VB为矩形脉冲。
当VF变动时，VB波形的脉宽ton和占空比q(=ton/T)随着转变。
当VB=+Vom时，调整管T饱和导通，iL=iE，并在L中储能。
T的放射极电位为VE=VI-VCES≈VI,而当VB=-Vom时，调整管T截止，iE=0。
此时，电感L释放储能，其反电势使二极管D导通，iL=iD，所以负载上连续有电流通过，续流二极管D的名称由此而得。
此时，T的放射极电位VE=-VD≈0。
若忽视L中的直流电阻，则输出直流电压Vo即为VE的平均重量。
，q为放射极脉冲占空比。
当VI肯定时，Vo与占空比q成正比。
当滤波器的参数L和C不是足够大时，输出电压将消失肯定的纹波，其基波频率与三角波的频率相同。
稳压过程如下：当输出直流电压Vo下降时，取样电压FVo随着减小，所以｜VF｜减小。
由图(a)可见，此时调整管T的导通时间ton增加，所以VB波形的占空比q增大，这使Vo增大，由此可弥补Vo的减小。
而当Vo因某种缘由增大时，反馈掌握的结果将使VB波形的占空比q减小，从而使Vo下降，以弥补Vo的增大。
开关电源基础知识介绍
开关电源基础知识介绍开关电源基础知识介绍现在电器化中常用的稳压电源有两大类：线性稳压电源和形状型稳压电源。
线性稳压电源亦称串联调整式稳压电源。
它的优点是成本较低、稳压性能好、输出纹波小，它的缺点是工作效率较低，在中小功率应用场合用得较多。
形状型稳压电源是指开关电源中的调整管工作在截止区和饱和区。
它的工作状态就象普通机械开关一样，当调整管截止时相当开关断开，而调整管饱和导通时相当于开关接通。
这种起着开关作用的三极管我们就把它称为开关管，用开关管来稳定输出电源，我们就把它称为开关型稳压电源。
开关型稳压电源具有体积小、抗干扰能力强、损耗小、效率高、具有保护能力等优点。
计算机及其外部设备中，如计算机、打印机和显示器等都使用开关型稳压电源。
开关电源就其与负载联接的形式不同，可分为并联型和串联型两种。
并联型开关电源与串联型开关电源工作原理基本相同，电压调整范围也差不多。
它们主要区别在于：并联型开关电源，其电压输出端与电网间有开关变压器进行电路上的隔离，因此，机板上除与开关变压器初级相连的部分电路外，其余均不与市电相连，因此并联型号开关电源安全性好，容易与外界接口；而串联型号开关电源由于没有隔离变压器，整机的“地“有可能与电网火线相连，致使整机安全性差，不利于与外界接口。
并联型开关电源电路复杂，对开关管要求高，而串联型开关电源电路相对简单得多，成本也低。
开关电源就其开关管的被激励方式的不同，可分为自激式和他激式两种。
自激式开关电源由开关管、启动电路、反馈电路、稳压电路等组成，这种方式电路简单，稳压精度不高。
他激式开关电源中的开关管的工作状态是通过脉宽调制组件来完成的，这种方式虽然电路复杂，但具有稳压精度高、负载能力强等许多优点，现在电器设备中大多使用它源程序式开关电源。
在他激式开关电源中又可分为电压驱动型和电流驱动型两种。
电压驱动型是指通过电压驱动型脉宽调制组件驱动晶体开关管工作。
电流驱动型芯片有TL494、MC494等，在计算机电源中多使用电压驱动型脉宽调制组件。
TF-1型开关电源论文
TF-1型开关电源研究摘要:本文叙述了tf-1型开关电源的设计思想;有关电路工作特点和设计过程;并对开关电源的发展前途作了必要的阐述。
关键词:tf-1开关电源稳压滤波逆变随着电子产业的飞速发展,电子电讯设备对滞留稳压电源的要求越来越高,传统的使用工频变压器的线性调节稳压电源由于体积大、效率低、抗干扰能力差,正逐步被淘汰。
取而代之的是开关型直流稳压电源。
开关型稳压电源是一种高性能的直流稳压电源。
由于其功率调整工作在高频开关状态,使得整机的效率高、抗干扰能力强。
随着大规模集成电路的快速发展,开关电源体积越来越小、价格越来越低,因此,用开关稳压电源是大势所趋。
1 设计思想开关电源的基本原理是,电网电压整流、滤波后,转换成直流电输入高频变换电路。
高频变换电路则把输入的直流电转变为高频脉冲电压,该脉冲电压经整流、滤波后变为所需的直流电压。
通过改变脉冲电压的宽度,来稳定输出电压。
在进行了广泛的市场调研和查阅了大量资料的基础上,结合一些企业的实际情况,形成了研制这种高性能开关电源的总体思路:1.1 由于开关电源工作在高频开关状态,具有极强的抗干扰能力。
为了防止开关电源本身对电网产生射频干扰(rfi),应在开关电源的输入电路中加入lc滤波器。
整个开关电源的外壳要采用铝合金罩,进行电磁屏蔽,以便有效地抑制开关电源对外产生的辐射干扰。
1.2 高频变换电路采用它激式工作方式。
在它激式工作方式中,高频脉冲电压为脉冲方波,整流、滤波以后的纹波电压很小。
1.3 采用必要的保护措施。
为了防止由于负载发生故障而开关电源,因此,应设计过载、短路保护,提高整机的工作可靠性。
2 实施方案及具体设计过程根据以上构思,我们设计出了tf-1型开关稳压电源。
其工作原理框图如图1所示。
tf-1型开关电源的工作过程为:电网电压经工频变压器隔离和降压后,由开关电源的交流输入端输入,经射频干扰(rfi)滤波器滤波后输入整流滤波电路,变为含有一定脉动电压的直流电压,然后进入高频逆变电路。
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电子课程设计
开关型直流稳压电源
摘要
【摘要】本次设计的主要目的是实现一个开关电源，开关电源在日常生活中应用非常广泛，比如电视机、电脑、冰箱以及其他常用的电子产品都需要开关电源，如今是数字化时代，用单片机实现电子产品十分方便，所以在这次设计中使用了单片机实现。
在这次设计文档中，详细阐述了开关电源与线性电源的比较，方案论证，总体结构设计，并附以相关电路图表示，最后生成相关了PCB电路图。
【关键词】线性，半导体，开关，储能，转换，控制，滤波，分压
一、开关电源方案设计
开关电源是指调整管工作在开关方式，即导通和截止状态的稳压电源，缩写为SPS（Switching Power Supply）。
开关电源的核心部分是一个直流变换器。
利用直流变换器可以把一种直流电压变成极性、数值不同的多种直流电压。
图2.1所示电路的工作过程为：假设基准电压为5v，由于电网波动导致输入电压减小，那么输出电压也将会减少，此时，所采样的电压将减小，假设为4.9v，误差为0.1v，经过比较放大后，脉冲调制电路根据这个误差，提高占空比使输出电压增大，同理，当由于电网波动导致输出电压增大时，脉冲调制电路降低占空比使输出电压减小，以此来控制输出电压的稳定。
图2.1开关电源原理框图
方案1
方案1：单片机通过数模转换输出一个电压，用作电源的基准电压，电源可以通过键盘预置输出电压，单片机不加入反馈控制，电源仍要使用专门的PWM 控制芯片，工作过程为：当通过键盘预置电压时，单片机通过D/A芯片输出一个电压作为控制芯片的基准电压，这个基准电压可以使得控制芯片按照预置电压值，来输出控制脉冲，以输出期望输出电压。
方案2
方案2：在方案1的基础上，单片机扩展模数转换器，不断的检测电源的输出电压，根据电源输出电压与设定值的差值，调整后，通过D/A芯片输出一个基准电压，控制专门的PWM控制芯片，间接的控制电源工作。
方案3
方案3：单片机扩展A/D转换器，不断检测输出端的电压，并根据电源输出电压与键盘控制，输出一个PWM脉冲，直接控制电源的工作。
综上所述，本设计选择第三种控制方案，单片机使用STC12C5A60S2，其内部自带10位AD转换器，方便使用，简化了电路。
二、电路设计
本设计的硬件电路分几个模块，分别是：单片机基本电路、LCD1602显示电路、二极管整流电桥、7805稳压电路、开关管电路。
1、
单片机及其外围电路
2、
LCD1602液晶显示电路
3、
二极管电桥
4、
7805稳压电路
5、
开关管电路
三、元件参数的计算与选择
1、储能电感
使用储能电感目的在于，在功率开关管截止时，为负载存储能量，电气上的作用是把开关方波脉冲积分成直流电压。
本次设计储能电感的磁体要求为工作频率为100千赫兹，直流电阻小于0.3欧姆，饱和电流大于2A。
min
4.1)max (min Iout Ton Vout Vin L -= 式中Ton 为估计最大输入电压下，开关管导通时间，根据设计前辈们的经验，估计为开关周期的30%是比较合适的。
代入数据求得uH L 8.76min =，取uH L 100=
2、功率开关管的选择
输入电压为13v 左右，则开关管耐压应大于输入电压两倍，根据数据手册，选择的晶体管型号为D882，耐压值40V ，集电极电流3A ，功率10W 。
3、滤波电容的选择
电容的滤波原理是：利用电容在整流二极管导通期间储存能量、在截止期间释放能量的作用，使输出电压变得比较平滑。
滤波电容决定输出电压的纹波，电源通电后，电容器充电，电压值迅速上升到最大值，由于电感电流仍小于输出电流，电容向负载放电，电压下降，产生纹波，在一个脉冲周期中，电容所释放的电量为T Io *，设纹波电压峰峰值为p Vp -∆，则有
C T Io p Vp /*=-∆⇒T Io
P Vp C *-∆≥ （10）式 任务要求为,1,100A Io mv p Vp =≤-∆脉冲频率为25千赫兹，即周期为us 40
uf A
v C 4104011.06=⨯*=⇒-，取电容量为470uf 的铝电解电容。
4、续流二极管的选择
开关截止时，续流二极管导通，电感的磁能转换为电能，二极管起到续流的作用，二极管正向额定电流须大于负载电流，其耐压值必须大于输入电压，同时为了使二极管的截止到导通的转换时间尽量的短，选择超快恢复二极管，根据本次设计的要求，选择电流大于,5.1A 耐压大于30v 的肖特基二极管。
四、程序设计
五、。