电气自动化+PWM型开关电源电路设计
电气自动化专业 PWM型开关电源电路设计
1 引言当今社会，时代在进步，人们的生活水平不断提高，越来越离不开电力电子产品电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，当然任何电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。
1.1 什么是开关电源电子电源是对公用电网或某种电能进行变换和控制，并向各种用电负载提供优质电能的供电设备。
它可分为线性电源和开关电源两种。
应用大功率半导体器件，在一个电路中运行于“开关状态”，按一定规律控制开关，对电能进行处理变换而构成的电源，被称为“开关电源”。
在实际应用中同时具备三个条件的电源可称之为开关电源，这三个条件就是:开关(电路中的电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态)、高频(电路中的电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频)和直流(电源输出是直流而不是交流)。
广义地说，凡用半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变成另一形态的主电路都叫做开关变换电路;转变时用自动控制闭环稳定输出并有保护环节的则称开关电源。
1.2 开关电源基本工作原理开关电源以半导体开关器件的启闭为基本原理，即通过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）或者脉冲频率调制方式（PFM）控制IC和外部电路构成。
开关电源有PWM调制、FWM调制和混合调制，这里选用PWM调制。
PWM型开关电源的换能电路是将输入的直流电压转换成脉冲电压，再将脉冲电压转换成直流电压输出。
图1-1 PWM型开关电源原理框图2 EMI滤波滤波的方法有很多，此处采用在电源的输入端加入线路滤波器的方法图2-1 EMI滤波电路EMI滤波电路一方面滤除从交流电源线上引入的外部电磁干扰，另一方面还能避免本身设备向外部发出噪声干扰，以免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。
开关电源原理设计及实例基本PWM变换器主电路拓扑
3.1 概述
一些拓扑更适用于DC/DC变换器，此时也称为直流斩波电路。直流斩 波是将恒定的直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，一般指直接将 一种直流电变为另一直流电，不包括直流—交流—直流变换。电路选择时还 要看是大功率还是小功率，高压输出还是低压输出，有些在相同功率输出下 使用较少器件和可靠性之间有较好的折中。较小的输入/输出纹波和噪声也是 拓扑经常考虑的因素。另外，有些拓扑自身缺陷，需要附加复杂且难以定量 分析的电路才能工作。因此，要恰当选择拓扑，熟悉各种不同拓扑的优缺点 及使用范围是非常重要的。错误的选择会使电源设计一开始就注定失败。表 3-1给出了不同拓扑结构的性能特点，在设计时综合考虑其中的参数，选择 最优方案。本章将介绍几种早期的基本拓扑，Buck、Boost、Buck-Boost、 Cuk等并讨论其工作原理、典型波形、优缺点以及应用场合。
5～500 5～500 50～1000 50～1000 50～1000
输入输出隔离
无 无 无 有 有 有 有 有
典型效率（%）
70 80 80 78 80 75 75 73
相对成 本 1.0 1.0 1.0
1.4 1.2 2.0 2.2 2.5
3.2 Buck变换器
3.2.1电路结构及工作原理
Buck变换器又称为降压变换器、串联开关稳压电源、三端开关型降压稳 压器。由图3-1可知，Buck变换器主要包括：开关元件VT，二极管D1， 电感L1，电容C1和反馈环路。而一般的反馈环路由四部分组成：采样 网络，误差放大器，脉宽调制器(PWM)和驱动电路。
T
T
8C0
(3-22)
所以，一般情况下我们可以忽略电容C0 产生的纹波电压，那么电压纹波Vpp 近似为
Vpp Vpp _ R0 iL1 R0
PWM开关电源原理设计
摘要一般电子设备中的开关电源都是固定电压输出的，本文提出了一种数字可调式开关电源的控制方法：多模模糊控制，这种控制方法参数选择较PID更为简单，算法编程也比较容易，而且能够适应开关电源纹波大，线性性发生变化等硬件特性，实现快速精确稳定的电压输出。
结合PWM开关电源的原理对D类功放的工作原理进行了分析，提出了在D类功放基础上构建PWM正负可调开关电源的方法，并在成品D类功放器件基础上，成功地实现了经济实用的开关电源。
很多电子设备的开发研制过程中，都需要各种各样的实验与测试用通用稳压电源。
这一类电源要求有较宽的调节范围、一定的输出功率以及完善的保护功能。
以往的实验与测试用电源，为了实现输出的宽范围调节，大多使用基于模拟串、并联电路的稳压方式，其效率低下已是人们的共识。
PWM脉宽调制开关电源的出现，大大提高了电源的效率，可是，现在的PWM开关电源的运用，大多局限在成品电器设备的固定电压的输出模式，其电压可调范围十分有限，而开关电源在通用电源的宽范围可调应用上并不普遍，特别是在对称的正负范围输出的可调应用上，即使有这样的产品其价格也相对较高。
结合PWM开关电源的原理对D类功放的工作原理进行了分析，认为利用D类功放可以在较为经济的条件下，方便地实现宽范围可调的PWM开关电源。
关键词：D类功放；PWM开关电源；反馈；稳压1、D类功率放大器的工作原理如图1所示，D类音频功率放大器由两部分构成。
第一部分是输入比较和PWM信号形成电路，该电路中的三角波发生器产生固定频率和幅度的三角波信号作为脉宽调制的比较标准，通过比较器和输入的音频信号进行比较后输出PWM信号，该信号的脉宽是随着音频信号幅度的变化而成正比例地变化。
放大器中的三角波、音频正弦信号产生的PWM 波形及关系如图2所示。
第二部分是H桥脉宽功率放大电路和输出大功率滤波电路，如图3所示。
第一部分电路得到的PWM信号经过整形放大，驱动H桥中与高压大功率电源相连的的4只大功率CMOS开关管轮流导通，控制末级电源向负载提供的电流，从而获得大功率的PWM信号，该信号再经过负载前的LC滤波器，利用电感电容的充放电效应在负载上获得大功率的音频信号。
开关电源PWM控制电路芯片的设计
开关电源PWM控制电路芯片的设计开关电源是现代电子设备中常见的电源类型，它具有高效、稳定的特点，因此在各种电子设备中被广泛应用。
而PWM（脉宽调制）控制技术则是开关电源中常用的一种控制方式，它通过调节开关管的导通时间来实现电源输出电压的稳定调节。
本文将介绍开关电源PWM控制电路芯片的设计原理和步骤。
在开关电源PWM控制电路芯片的设计中，首先需要确定所需的电源输出电压范围和稳定性要求。
根据这些要求，选择合适的功率开关管和电感元件，并根据输出电流和电源电压计算出所需的功率开关管电流和电感元件电感值。
接下来，设计PWM控制电路的核心部分——控制芯片。
常用的PWM控制芯片有TL494、UC3842等。
这些芯片具有丰富的功能和良好的稳定性，可满足大多数开关电源的控制需求。
选择合适的芯片后，需要根据电源输出电压范围和稳定性要求，调整芯片内部的参考电压和反馈电压，以实现所需的输出电压。
同时，根据电源输出电流和开关频率，设置芯片内部的电流限制和频率调节参数，以保证电源的稳定性和可靠性。
在设计完成后，需要进行电路的仿真和调试。
利用仿真软件，可以对电路进行各种参数的调节和优化，以达到更好的性能。
在进行实际调试时，需要对电路的各个部分进行逐步测试，包括输入滤波电路、PWM控制电路和输出滤波电路。
通过测量输出电压和电流的稳定性和纹波性，以及开关管和电感元件的工作状态，来评估电路的性能和稳定性。
最后，根据实际应用需求，选择合适的保护电路和反馈控制电路，以提高电路的可靠性和安全性。
常见的保护电路包括过流保护、过压保护和短路保护等，而反馈控制电路可以实现电源的恒压或恒流输出，以适应不同的负载需求。
综上所述，开关电源PWM控制电路芯片的设计需要根据电源输出要求选择合适的元件和芯片，进行仿真和调试，以实现稳定、高效的电源输出。
通过设计合理的保护电路和反馈控制电路，可以提高电路的可靠性和安全性。
这些设计原则和步骤对于开关电源PWM控制电路芯片的设计具有重要的指导意义。
基于单片机的PWM型开关稳压电源设计
基于单片机 的 Ｐ ＷＭ 型开 关稳 压电源设 计
文／ 燕 哲
开 关 电 源 是 利 用 现 代 电 力 电 子技 术 ，控 制开 关管 开通 和 关断 的 时 间 比 率 ， 维 持 稳 定 输 出 电 压 的一种 电源。开 关稳 压 电源 具有 体 积 小、 重量 轻 、效 率 高、对 电 网 电压 及 频 率 的 变 化 适 应 性 强 、 输 出电压 保持 时 间长 、有 利 于计 算机信 息 保护 等优 点 ，因 而广泛 应 用 于以 电子 计算机 为主导 的各 种 终 端 设 备 、 通 信 设 备 ，是 当 今 电子信 息 产业 飞速发 展 不可 缺 少 的 一 种 电 源 本 丈 介 绍 的 是 基 于
单 片机 的 Ｐ Ｖ ＇ ￣ Ｉ 型 开 关稳 压 电源，
＋ ＿ ｔ － Ｕ 卜 － 、 一
图１ ：整 体 结 构 框 图
项 目是本人 在教 学中的 实际案 例，
经本 人验 证 后 ，实现 效果 较好 。
该项 目结构较为简单， 稳 定率高， 实用性强，能够应 用在较 多场合 。
开 关 电源 应 具 备 整 流 电路 、 滤 波 电 路 和 稳 压 电
路。Ｐ Ｗ Ｍ 稳 压 电源 是 利 用 脉 冲 宽 度 调 制 的 方
法 来 控 制 开 关 元 件 的接 通 时 间 与 管 断 时 间 从 而 实 现 稳 压 输 出 。该 项 目采 用 单 片 机 来 作 为 控 制
常见的 Ｐ ＷＭ 型 Ｄ Ｃ． ＤＣ 变 换 器 主 要 有 降 压型 （ Ｂ ｕ ｃ ｋ ）、 升 压 型 （ Ｂｏ ｏ ｓ ｔ ） 、 降 压 升 压型 （ Ｂｕ ｃ ｋ — Ｂ ｏ ｏ ｓ ｔ ）和 升 压 一 降压型 （ Ｃｕ ｋ ）。
pwm控制电路设计
PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）是一种常用的电子控制技术，通过改变信号的脉冲宽度来控制电路的输出功率。
下面是PWM控制电路的设计步骤：
1. 确定控制信号的频率：PWM信号的频率决定了控制电路的响应速度和输出精度。
一般情况下，PWM信号的频率在几十kHz到几百kHz之间。
2. 确定控制信号的占空比：占空比是指PWM信号中高电平的时间占整个周期的比例。
占空比决定了输出电路的平均功率。
一般情况下，占空比在0%到100%之间。
3. 选择PWM控制器：PWM控制器是用来生成PWM信号的电路。
常见的PWM控制器有555定时器、微控制器等。
根据具体的应用需求选择合适的PWM控制器。
4. 设计PWM输出电路：根据PWM控制器的输出信号，设计相应的输出电路。
输出电路可以是MOSFET、三极管等，用来控制负载的通断。
5. 调试和优化：完成PWM控制电路的设计后，进行调试和优化。
通过观察输出波形和测量输出功率，调整控制信号的
频率和占空比，以达到期望的控制效果。
需要注意的是，PWM控制电路设计需要根据具体的应用需求进行调整和优化。
以上是一个基本的设计流程，具体的设计细节还需要根据具体情况进行进一步研究和实践。
PWM控制电路设计
PWM控制电路设计PWM（脉宽调制）是一种用于控制模拟信号的数字技术，广泛应用于电力电子和通信领域。
PWM控制电路的设计是一个非常重要的任务，下面将介绍PWM控制电路的设计过程，并给出一个具体的设计示例。
1.确定输入和输出信号要求：首先需要明确输入信号的特性和输出信号的要求。
输入信号通常是一个参考信号，输出信号则是根据输入信号和其中一种控制逻辑产生的脉冲信号。
2.选择PWM控制器：根据输入和输出信号的要求，选择一个合适的PWM控制器。
常见的PWM控制器有555定时器、MCU（单片机）和专用的PWM控制芯片等。
3.设计稳压电源：PWM控制电路通常需要一个稳压电源，以提供所需的电压和电流。
稳压电源的设计需要考虑输入电压范围、输出电压和电流等参数。
4.设计驱动电路：PWM控制电路通常需要一个驱动电路，将PWM控制器的输出信号转换为所需的电压和电流。
根据输出信号的要求，可以选择合适的放大器、开关电源或MOSFET等组成驱动电路。
5.设计滤波电路：PWM控制电路产生的输出信号是一个脉冲信号，通常需要通过滤波电路将其转换为模拟信号。
滤波电路可以选择RC滤波器、LC滤波器或者低通滤波器等。
6.进行仿真和调试：在设计完成后，需要进行仿真和调试，验证PWM控制电路的性能和稳定性。
可以使用电路仿真软件，如SPICE，对PWM控制电路进行仿真，并根据仿真结果进行调整和优化。
下面是一个具体的PWM控制电路设计示例：假设要设计一个PWM控制电路，输入是一个0-5V的参考电压，输出是一个0-10V的脉冲信号，脉冲宽度从0%到100%可调。
1.确定输入和输出信号要求：输入是一个0-5V的参考电压，输出是一个0-10V的脉冲信号。
2.选择PWM控制器：选择一个适合的MCU作为PWM控制器，可以使用带有PWM模块的单片机。
3.设计稳压电源：选择一个合适的稳压芯片，将输入电压转换为所需的电压。
这里选择一个5V的稳压电源。
4.设计驱动电路：使用放大器将PWM控制器的输出信号放大到0-10V。
PWM控制电路设计
PWM控制电路设计PWM（脉宽调制）控制电路是一种常用的电子控制技术，通过对信号的脉宽进行调制，可以实现对电路的精确控制。
1.确定PWM信号的频率和幅值：根据所控制的设备的要求，确定PWM信号的频率和幅值。
一般来说，频率高，信号变化快，对控制的精度要求高，幅值越大表示相对更大的控制范围。
2.选择比较器：比较器是PWM控制电路的核心元件之一，它将输入信号与参考电压进行比较，生成脉冲宽度与输入信号成比例的PWM输出信号。
可以根据要求选择合适的比较器。
3.设计参考电压电路：参考电压电路的作用是提供一个可调的参考电压给比较器使用。
一般可以使用电位器和运算放大器等元件来实现。
通过调节电位器的阻值来改变参考电压的大小，从而改变PWM输出信号的幅值。
4.设计滤波电路：PWM输出信号一般是一个脉冲信号，需要通过滤波电路将其转换为连续的模拟信号。
滤波电路可以选择RC滤波器或者LC滤波器等。
5.选取开关元件：PWM控制电路中的开关元件一般使用MOSFET或者IGBT等。
开关元件的选取要根据所控制设备的功率和电流大小来确定，并根据其特性曲线进行设计。
6.确定保护电路：PWM控制电路一般需要设置过流保护、过压保护等等保护电路，以确保电路和所控制设备的安全。
7.进行模拟和数字电路的设计：PWM控制电路可以直接使用模拟电路进行设计，也可以使用数字电路进行设计。
模拟电路一般使用运放、可调电阻等元件，而数字电路可以使用单片机等。
8.进行仿真和测试：设计完成后，可以进行电路的仿真和测试，检查电路的性能和可靠性。
总之，PWM控制电路设计是一个复杂而又关键的设计过程，需要根据具体的控制要求选择适合的元件和技术，并进行充分的模拟和测试，以确保电路的稳定性和可靠性。
应用PWM技术的开关式直流电源设计
应用PWM技术的开关式直流电源设计摘要：采用新型半导体IGBT，采用高频变压器，并采用PWM脉宽调制技术设计的高频开关电源具有体积小，转换效率高，动态响应好，输出电压稳定等优点。
关键词：开关电源，高频变压器，电感，IGBT，SG3525一. 技术要求1.1 AC/DC开关电源1．输出电压：直流，纹波电压（峰峰值）小于额定电压的0.5%2．输入电压：AC三相380V±10％3．输入电压频率： 50±5HZ4．负载短时过载倍数： 200％5．瞬态特性：较好6．技术指标要求：输出直流电压：23~25~27V输出电流：40A1.2 设计条件1）电路形式全桥全波整流2）工作频率25KHZ3）逆变器电路最高，最低电压DC591～440V4） 输出电压 max 27o V VDC = min 23o V VDC = 输出电流 40A5） 开关管最大导通时间 m a x 18o T s μ= 6） 开关管导通压降 1U ∆=3V 7） 整流二极管导通压降 2U ∆＝1V 8） 变压器允许温升 50C ︒二、主电路原理与设计2.1主电路工作原理该整流电路是把交流电源直接经过二极管整流电路和电容C 滤波后得到直流电压，再由逆变器逆变成高频交流方波脉冲电压，经高频变压器隔离并变换成适当的交流电压，再经过整流和滤波变成所需要的直流输出电压。
当交流输入电压、负载等变化时，直流输出电压也会发生变化。
这时可以调节逆变器输出的方波脉冲电压的宽度，使直流输出电压保持稳定。
2.2主电路结构该电源最大输出功率为40×27＝1080W ，属于功率较大的开关电源，因此选取全桥型主电路；输出电压最高为27V ，采用全波整流电路。
采用硬开关电路。
主电路原理如图1所示。
fU V W图1 主电路原理图 主电路主要包括以下几个部分： 1）不控整流部分：主要采用三相二极管不控整流，该电路结构简单，可靠性高。
2）DC 滤波部分：采用无源滤波电路来使电路中的有害谐波减少，提高供电的可靠性。
基于PWM技术的开关电源的设计
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊基于PWM技术队开关电源的设计摘要：开关电源摒弃与工频变压器，电源在电力电子器件在关闭状态下工作，传统的开关电源，整体效率是非常高的。
由于其体积小，重量轻，效率高，因而发展十分迅速增长的应用范围。
本文是电流开关电源设计的发展趋势完成后，建立一个反激式转换器主电路设计输入整流/滤波部分，控制器，输出整流滤波电路，反馈网络，启动和电源集成电路和保护电路，然后结合这些部分来完成系统的设计。
低成本，高精度的电路设计。
UC3844是一种高性能的固定频率电流模式控制器。
集成电路的特征在于振荡器，温度补偿的参考，高增益误差放大器，电流检测比较器，和高电流图腾柱输出，它非常适合用于驱动功率MOSFET。
这个开关电源可用于AV85-240V输入电子产品。
这个特殊的开关电源可以提供25-150W的功率输出，它可以在办公室小型分组交换机（PBX）等产品中使用。
关键词：开关电源；PWM；反激变换器┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊PWM switching power supply design technology basedAbstract：The switching power supply has cancelled the conversion depressor that traditional power sources adopt. In power supply, electronic device works in soft switch condition, so the entire efficiency to be very high. Because the volume is small, the weight is light and the efficiency high thus it develops extremely rapidly, the application of the soft switching power supply expands day by day. This paper is a combination of current trends switching power supply design is completed,the paper is mainly built using fly-back converter main circuit.The design consists of six parts:input rectifier /filter section, controller, output rectifier and filter circuit, feedback network,start-up and integrated power supply circuit and protection circuit, then these parts together to complete the system design The circuit design of low cost and high accuracy.UC3844 is a high performance fixed frequency current mode controller, The IC features, with the oscillator, temperature compensated reference, high gain error amplifier, current comparator and high current sampling totem pole output, is ideal for driving power MOSFET devices. This switching power supply can be used for AV85 ~ 240V input of electronic products. This particular switching power supply can provide 25 ~ 150W output power, can be used in the office of small packet switches (PBX) and other products.Key Word：Switch Power Supply；PWM；Fly-back converter┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊目录第1章绪论 (1)1.1 开关电源的发展状况 (1)1.2 我国开关电源历程 (2)1.3 开关电源的技术发展趋势 (3)1.4 本文研究的目的 (5)第2章开关电源原理分析 (6)2.1 开关电源基本工作原理 (6)2.2 开关电源的分类 (6)2.3 开关电源的优缺点 (8)2.3.1 开关电源的优点 (8)2.3.2 开关电源的缺点 (8)2.4 PWM开关电源的基本原理 (9)第3章方案选择与经济性分析 (11)3.1 电容充电器的种类介绍 (11)3.2 反激变换器工作原理 (12)3.2.1 DCM模式下的反激变换器原理与基本关系 (14)3.2.2 CCM模式下的基本原理与基本关系 (17)3.3 其他各种隔离式变换器的工作原理与比较 (19)3.3.1 正激电路 (19)3.3.2 推挽电路 (20)3.3.3 半桥电路 (21)第4章电源系统设计 (24)4.1 技术指标及主要参数计算 (24)4.2 输入整流器/滤波器部分的设计 (27)4.2.1 EMI 滤波器 (27)4.2.2 浪涌抑制部分 (27)4.2.3 单相桥式整流电路和电容滤波电路 (28)4.3 控制器 (31)4.4 反馈网络 (35)4.5 启动和集成供电电路的设计 (36)4.6 保护电路 (37)结论 (39)致谢 (40)参考文献 (41)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第1章绪论1.1开关电源的发展状况开关电源电力电子技术属于他的使用功率变换器通过电源转换电能的转换,他能满足各种电源的要求。
PWM开关电源的设计
《PWM开关电源设计》学生姓名：薛磊学号：专业班级：工程3班指导教师：杨帆2013 年12月1 日目前，开关电源以具有小型、轻量和高效的特点而被广泛应用于以电子计算机为主的各种终端设备和通信设备中，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。
与之相应，在微电子技术发展的带动下DSP芯片的发展日新月异，功能日益强大，性价比不断上升，开发手段不断改进，其处理速度比CPU 倍，因此基于DSP芯片的开关电源拥有着广阔的前景，可用于先进的机载电源中，也是开关电源今后的发展趋势。
同时DSP 芯片的高速处理能力和丰富的外围设备，非常适合于实时数字信号处理, 为开关电源采用全数字控制提供了可行性方案。
设计了一种基于TMS320LF2407 DSP 芯片的开关电源，重点介绍TMS320LF2407 在开关电源控制电路中的功能与实现。
一、PWM型开关电源原理PWM型开关电源结构框图如下图1所示，开关电源电路是由开关管（调整管)、变换器、取样电路、比较放大电路、基准电源和激励器组成的控制环路及保护电路组成，市电信号经过输入滤波和整流滤波后实现AC/DC转换将电网交流电直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换；再经过逆变器后实现DC/AC 转换，将整流后的直流电变为交流电，这是PWM型开关电源实现PWM控制的核心部分，其频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。
最后再通过输出整流与滤波，根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。
图1 PWM型开关电源的结构框图图2 开关电源控制原理图二、PWM控制原理开关电源控制原理图如图2所示。
图中，开关K以一定的时间间隔重复地接通和断开，在开关K接通时，输入电源E可通过开关K和滤波电路提供给负载RL为负载提供能量；为使负载能得到连续的能量，开关稳电源必须要有一套储能装置，在开关接通时将一部份能量储存起来，在开关断开时向负载释放[1]。
图3 中，由电感L和电容C2和二极管D组成的电路就具有这种功能。
PWM小功率多路输出开关电源的设计
摘要开关电源的高频化电源技术发展的创新技术，高频化带来的效益是使开关电源装置空前地小型化，并使开关电源进入更广泛的领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。
另外开关电源的发展与应用在节约资源及保护环境方面都具有深远的意义。
为此本论文以反激式高频开关电源为设计方向而展开，对高频变压器的认知及所注意的问题，其中包括磁芯损耗、绕组损耗、温升以及磁芯要求。
高频单端反激式变压器是本文的中心内容，其核心参数设计许多，具体内容正文中有详细介绍。
其次是控制电路的设计，首先我们要对PWM集成控制器原理的有所了解，在此基础上保护两种控制模式分别是电压模式和电路模式。
同时采用UC3842开关电源集成控制器，它是一种高性能的固定频率电流型集成控制器，能很好地应用在隔离式单端开关电源的设计，其最大优点是外接元件少，外电路装配简单等。
开关电源的质量指标应该是以安全性、可靠性为第一原则，所以，在同一开关电源电路中，设计多种保护电路的相互关联和应注意的问题也要引起足够的重视。
通过相关文献及实现数据的带入进行验证，最终确定出此设计方案是可行的，设计达到最初的效果。
关键词：单端反激式变压器；PWM集成控制器；UC3842集成控制器；多路输出。
PWM small power multi-output switching power supplyAbstractSwitch power source high frequency power supply technology development of innovative technologies, the benefits is to make high frequency switching power supply device with an unprecedented miniaturization, and causes the switching power supply to enter the more widely, especially in the high-tech fields of application, promote the high-tech products of miniaturization, light. In addition the power switch in the development and application in saving resource and protect environment has profound significance.In this paper, the flyback switch power supply for the design direction and spread out, the high frequency transformer of cognitive and attention problems, including the core loss and winding loss, temperature rise, and core requirements. High frequency single end flyback transformer is the central content of the article, the core of many specific parameter design, detailed in the content of the text. Followed by the design of the control circuit, first of all we have to understand the principle of PWM integrated controller, based on the protection of two kinds of control modes are the voltage mode and circuit model. While the use of UC3842 switching power supply integrated controller, it is a kind of high performance fixed frequency current-mode integrated controller, can be well applied in isolation type single end switching power supply design, its biggest advantage is less external components, simple external circuit assembly. Switching power supply quality indicators should be based on safety, reliability as the first principle, so, in the same switch power supply circuit, protection circuit design a variety of interrelated and should pay attention to the problem should cause enough attention.Through the literature and data to verify, eventually determine the design scheme is feasible, the effect of initial design to achieve.Key words: single end flyback transformer; PWM controller; UC3842controller; Multiple output。
PWM控制全桥软开关电源1
2010届本科毕业设计PWM控制全桥软开关电源设计院（系）名称物理与电子信息学院专业名称电气工程及其自动化学生姓名张磊学号060544129指导教师马红梅硕士完成时间2010年5月15日PWM控制全桥软开关电源设计张磊物理与电子信息学院电气工程及自动化学号：060544129指导教师：马红梅摘要：本论文设计了一种基于PWM控制全桥软开关电源。
设计了高频变压器、控制电路、交流EMI滤波器、输出保护电路等。
本设计得到了一款输出为48V/20A的PWM 控制全桥软开关电源。
该电源具有频率高、效率高、功率密度高、可靠性高等优点。
关键词：全桥变换器；零电压开关；PWM控制PWM Control Full-bridge Soft Switching Power SupplyZhang leiElectronic Information Science and Technology No: 060544129Tutor: Ma Hong-meiAbstract: In this thesis, based on PWM control, a full-bridge soft switching power supply was designed. And it designed a high-frequency transformer, control circuit, AC EMI filter and output protection circuit. This design has been a PWM control output 48V/20A of full-bridge soft switching power supply. The power supply has a high frequency, high efficiency, high power density, high reliability,etc.Key words: Full-Bridge Converter; ZVS; PWM Control目录摘要 (1)2 PWM控制全桥软开关电源系统 (3)2.1 PWM控制全桥软开关电源工作原理 (3)2.2 方案论证 (4)2.2.1 PWM控制全桥软开关电源实现的三种方式 (4)2.3 PWM控制全桥软开关电源单元电路设计 (4)2.3.1 主电路设计 (4)2.3.2 高频变压器的设计 (7)2.3.3 控制电路设计 (9)2.3.4 交流EMI滤波及前级整流滤波电路设计 (14)2.3.5 输出保护电路设计 (16)3 系统调试 (16)3.1 变压器的调试 (16)3.2 测试记录 (16)3.2.1 纹波电压测试 (16)3.2.2 过电压保护(OVP)测试 (16)3.2.3 短路保护测试 (17)3.2.4 过电流保护(OCP)测试 (17)3.2.5 过功率保护(OPP)测试 (17)3.2.6 安全(Safety)规格测试 (17)3.2.7 异常测试 (18)3.2.8 电磁兼容(Electromagnetic Compliance)测试 (18)3.2.9 可靠性(Reliability)测试 (18)4 结束语 (18)参考文献 (18)1 引言电源在一个典型系统中担当着非常重要的角色。
一种基于PWM软开关模式的开关电源设计方案
一种基于PWM软开关模式的开关电源设计方案移相全桥变换器可以大大削减功率管的开关、应力和尖刺干扰，降低
损耗，提高开关频率。
如何以UC3875为核心，设计一款基于软开关模式的?请见下文详解。
主分析
这款软开关电源采纳了全桥变换器结构，用法作为开关管来用法，参数为1000V/24A.采纳移相ZVZCSPWM控制，即超前臂开关管实现ZVS、滞后臂开关管实现ZCS.电路结构简图1,VT1~VT4是全桥变换器的四只MOSFET开关管，VD1、VD2分离是超前臂开关管VT1、VT2的反并超快复原，C1、C2分离是为了实现VTl、VT2的ZVS设置的高频，VD3、VD4是反向电流阻断二极管，用来实现滞后臂VT3、VT4的ZCS,Llk为漏感，Cb为阻断电容，T为主变压器，副边由VD5~VD8构成的高频整流电路以及Lf、C3、C4等件组成。
图1 1.2kw软开关直流电源电路结构简图
其基本工作原理如下：
当开关管VT1、VT4或VT2、VT3同时导通时，电路工作状况与全桥变换器的硬开关工作模式状况一样，主变压器原边向负载提供能量。
通过移相控制，在关断VT1时并不马上关断VT4,而是按照输出反馈信号打算移相角，经过一定时光后再关断VT4,在关断VT1之前，因为VT1导通，其并联电容C1上电压等于VT1的导通压降，抱负情况下其值为零，当关断VT1时刻，C1开头充电，因为电容电压不能突变，因此，VT1即是零电压关断。
因为变压器漏感L1k以及副边整流滤波的作用，VT1关断后，原边电流不能突变，继续给Cb充电，同时C2也通过原边放电，当C2电压降到零后，VD2自然导通，这时开通VT2,则VT2即是零电压开通。
第1页共5页。
用PWM直流-直流控制器简化开关电源设计
用PWM直流/直流控制器简化开关电源设计尽管PWM 直流/直流开关电源转换器的结构很简单，但要用它做出实用的电源，还需要增加各种功能，如起动偏压、软起动、开关驱动、稳压、短路保护、过压保护、过热保护等。
今天，一只小型直流/直流PWM 控制器IC 就可以实现上述的绝大多数功能。
但是，在电信和其它高电压应用（即，输入电压大于15V）中经常存在直流/直流转换器的起动问题。
控制器的运行需要一个偏置电压，以产生栅极驱动脉冲和其它所需信号。
但在起动时，唯一可用的只有输入电压，如果输入电压大于15V，一般情况下不能用作偏置和栅极驱动电压。
因此，需要将输入电压降至15V 以下，才能使电源起动。
一旦电压正常运行，就可以用输出电压或者变压器、电感绕组中的电压，为IC 提供偏置供电。
但是，大多数直流/直流控制器自身不带起动电路，电源设计人员要自己增加独立的起动电路和偏置电压（这样，高输入电压可以直接送至控制器的VIN管脚，它是内部线性稳压器的输入。
该稳压器产生一个约8V 的VCC 电压，用于为控制器提供起动电源。
线性稳压器的VCC 电压可以在外部从VCC 脚得到，这样做有几个原因。
一个原因是VCC 管脚是线性稳压器中外接输出电容的连接点，电容用于保持干净的VCC 电源。
另一个原因是VCC 可以作为电路中其它低压IC 的电源，如运放、逻辑器件和栅极驱动器等。
VCC管脚也可以用于降低控制器的内部功耗，提高电源效率。
LM50xx 控制器可以不定期地运行在输入电压和内部产生的VCC电压下（如总之，美国国家半导体有内置起动稳压器的高电压PWM 控制器能使设计者获得很多好处，如降低电路复杂性、减小方案尺寸、降低元件成本和设计时间，并且增加电路的可靠性。
tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。
仅供参阅！。
开关电源电压型控制工作原理图及和电流型PWM控制电路设计
开关电源电压型控制工作原理图及和电流型PWM控制电路设计 引言 随着科学技术的迅猛发展，电器设备日新月异，趋向小型化、低功耗、高效率，使开关电源需求日益增大，对电源的要求越来越高。
开关电源采用功率半导体器件作为开关，通过PWM控制开关的占空比来调整输出电压。
根据定频控制方式分为电压型和电流型PWM控制，由于电压型PWM控制方式具有结构简单、易于实现等优点被广泛应用。
图1所示是电压控制型开关电源的原理图，其中虚框部分是控制芯片内部结构。
图1 电压控制模式开关电源工作原理图 从图中可以看出，控制芯片有一个采用PWM调制法的电压闭环反馈，将电压误差放大器放大后的直流信号与恒定频率的三角斜波进行比较。
根据脉宽度冲调制原理，得到需要的一定占空比脉冲宽度，推动开关功率管的开与关，经变压器耦合后得到恒定的输出电压。
控制芯片的核心电路是PWM比较器，脉冲宽度调制信号就是由PWM比较器产生。
芯片的控制速度、效率、功耗很大程度上都是由PWM比较器决定。
文中设计并实现了一种新型高性能的开关电源电压型PWM比较器，具有较低输入失调电压、转换速率快、较低功耗和波形更陡。
图2是电压型PWM比较器工作波形，输入三角波接在比较器的反向输入端，误差放大器的输出信号送至比较器同相输入端，经放大后输出PWM信号。
图2 PWM工作波形图 PWM比较器电路设计 设计的PWM比较器电路原理图如图3所示。
集成电路对比较器的性能要求是从响应速度、输入失调电压、功耗和面积几个方面来考虑的。
图3 PWM比较器电路图 电路中VC为控制信号，是比较器的同相输入端; VOS为振荡器产生的锯齿波信号，是比较器的反相输入端;Vb作为电路中的偏置信号，提供差分对管的偏置和有源负载;最后经过反相器输出脉冲宽度调制信号V0。
图3中三个电容是为计算延迟时间画出的等效电容。
该电路用两个尺寸完全一致的具有低驱动电流能力的PMOS管作为差分输入管，它们分别控制两个NMOS管M9和M10，当VC电压值较低时，M10的栅电压较高，M9则处于临界导通状态，所以V0输出高电平。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1 引言当今社会，时代在进步，人们的生活水平不断提高，越来越离不开电力电子产品电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，当然任何电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。
1.1 什么是开关电源电子电源是对公用电网或某种电能进行变换和控制，并向各种用电负载提供优质电能的供电设备。
它可分为线性电源和开关电源两种。
应用大功率半导体器件，在一个电路中运行于“开关状态”，按一定规律控制开关，对电能进行处理变换而构成的电源，被称为“开关电源”。
在实际应用中同时具备三个条件的电源可称之为开关电源，这三个条件就是:开关(电路中的电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态)、高频(电路中的电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频)和直流(电源输出是直流而不是交流)。
广义地说，凡用半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变成另一形态的主电路都叫做开关变换电路;转变时用自动控制闭环稳定输出并有保护环节的则称开关电源。
1.2 开关电源基本工作原理开关电源以半导体开关器件的启闭为基本原理，即通过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）或者脉冲频率调制方式（PFM）控制IC和外部电路构成。
开关电源有PWM调制、FWM调制和混合调制，这里选用PWM调制。
PWM型开关电源的换能电路是将输入的直流电压转换成脉冲电压，再将脉冲电压转换成直流电压输出。
图1-1 PWM型开关电源原理框图2 EMI滤波滤波的方法有很多，此处采用在电源的输入端加入线路滤波器的方法图2-1 EMI滤波电路EMI滤波电路一方面滤除从交流电源线上引入的外部电磁干扰，另一方面还能避免本身设备向外部发出噪声干扰，以免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。
此外，其对串模、共模干扰都起到抑制作用。
因为额定电流为10A，所以图2中的电感值选为0.2mH。
3 AC/DC图3-1 AC/DC转换电路运用不可控整流电路将220V的交流电转换为直流电，其等效直流电压约为198V，然后输入到主电路中进行DC-DC变换。
4 开关电源主电路DC-DC 变换器有多种拓扑结构，根据设计要求，此处选用BUCK 变换器。
图4-1 Buck 型开关电源主电路在一个开关周期中，首先，在控制电路作用下，Q 导通，x 点高电位，二极管因受反向偏压而截止，电流由电池流经Q 、电感L 到电容C 和负载。
电感电流持续上升，电感储能在增加，能量由电池传送到电感并存储在电感中；第二阶段，控制电路使Q 截止，切断电池和电感元件的连接，于是电感产生感生电动势使电流维持原来的流向，迫使x 点电位降至比地电位还低一个二极管的正向导通压降，二极管D 导通，为电感电流提供通路，电流由电感L 流向电容C 和负载，电感电流随时间下降，能量由电感流向负载。
经电感L 、电容C 滤波，在负载R L 上可得到脉动很小的直流电压V o 。
4.1 Buck 型开关电源稳态分析设功率管的开关频率为fs ，则开关工作周期为Ts ＝1/fs ，一周期内，功率管导通的时间为on T ，关断的时间为off T ，令占空比为d ，定义如下： sonT d T(1) 当系统工作在稳态时，占空比是恒定的，用D 表示。
为简化分析，作如下假定：1、电路图中开关元件均为理想元件，即导通时压降为零，截止时漏电流为零；2、电感、电容是理想元件。
电感工作在线性区且未饱和，寄生电阻为零。
电容的等效串联电阻也为零；3、输出电压中的纹波分量与输出电压相比，可以忽略。
设电力MOSFET 管的导通占空比为D1，二极管的导通占空比为D2。
如果新的周期在电感电流尚未降至零时开始，则系统工作在CCM ，工作波形见图下，此模式下有D1+D2=1。
（a ）CCM 模式 (b)DCM 模式图4-2 Buck 型开关电源的工作波形当电力MOSFET 管导通时，电感电流线性上升，可以算得上升斜率m1为L VoVin m -=1 (2) 设该段时间内电感电流上升的增量为rise L L I ,∆,则s oin t o in T D LV V d L V V I 1rise L,⎰-=-=∆ (3) 当MOS 管截止时，电感电流线性下降的斜率m2为LV m o=2 (4) 设在电力MOSFET 管截止时段内，电感电流线性下降的电流变化量为fail L I ,∆，则⎰-==∆ssT T D s ot o fail L T D L V d L V I 1)1(1, (5) 稳态时，两电流变化量相等，令式(3)、(5)右边相等，可得in 1o V D V •= (6)得出结论：输出电压V o 随主开关管的占空比D1而变化。
系统稳态时的电压增益为：56.0198110===in o V V M (7) 4.2临界电感L C当电感值L 较小，负载电阻值R L 较大，或开关周期Ts 较大时，会出现电感电流已经下降至零，而下一开关周期却尚未开始的情形。
于是，当新的周期到来时，电感电流将从零开始线性增加。
系统工作在DCM ，此时D1+D2<1。
由图5(b)中电感电流上升阶段与下降阶段的电流变化量绝对值相等的特点，即S o s o T D LVT D L V V 21in =- (8) 得到DCM 下输出电压与输入电压之间的基本关系式为in o V D D D V 211+=(9)由于D1+D2<1，所以在DCM 下，开关电源的电压增益高于CCM 下的电压增益。
对比图5中（a ）、（b ），根据△I L 与Io 相对值关系可划分两种工作状态，并且在两种状态间存在一个临界状态点，即在电感电流下降到零的时刻，新的周期恰好开始。
三个状态的特点分别为：CCM 状态：o 21I I L <∆ (10)临界状态：o 21I I L =∆ (11)DCM 状态：o 21I I L >∆ (12)由式(2.5)和式(2.11)，可得在临界状态有o Lo s I R VT D V ==2o 2L (13) 上式中R L 是负载电阻值。
满足式(2.13)的电感值称为临界电感，以L C 表示，则s22f 212LS L C R D T R D L ==(14) 经过简单变形，易得计算临界电感值常用的表达式)1(f 211s2D P V L O OC -•= (15)式中——O O O I V P =是开关电源的输出功率。
将设计要求中的参数代入上式可得H L C μ4.48)56.01(500001100110212=-••=于是选择最接近的电感值50uH L =。
4.3纹波电压与最小滤波电容值由于电容的充放电，输出电压会有纹波分量。
当电感电流大于输出电流时，电容被充电；当电感电流小于输出电流时，电容对负载放电。
一个开关周期内，电容元件存储的电荷变化量Q ∆为2221S L T I Q •∆•=∆ (16) 将V C Q ∆=∆代入上式，再结合式（2.5），得纹波电压计算式21O 8)1(V V s LCf D -=∆ (17)给定纹波电压为3%，根据式(17)可估算出为满足纹波指标所需要的最小电容值为11003.050000104.488)56.01(11026⨯=⨯⨯⨯⨯-⨯=∆-C V计算得：C=15.2uF 。
为了留有裕量，电容选择C=20 uF 。
5 PWM发生电路设计基于脉宽调制控制的开关电源系统，功率开关的动作受一个频率固定、且脉宽随负载及输入电压值而变动的脉冲波所控制。
即开关管导通的频率固定，而每次的导通时间Ton受负载和输入电压的控制。
开关电源通过调节占空比d达到维持输出电压的基本稳定。
采用PWM控制方式的开关电源，其控制电路又分两种：电压模式控制和电流模式控制。
电压控制模式仅利用输出电压作为反馈控制信号，系统中只存在一个电压反馈环路；电流控制技术指同时采用电流和负载电压作为控制信号，其中电感电流或负载电流反馈构成内环控制，而负载电压反馈构成外环控制，实现双闭环控制。
此处采用电流控制技术。
图5-1 PWM集成控制原理示意图5.1 UC3825芯片介绍美国TI公司设计的UC3825系列芯片是专门用于PWM控制的，其具有外围电路设计简单，功能强大等特点，所以此处选用UC3825进行PWM控制。
UC3825芯片为16脚长方形集成块，管脚功能见表5-1。
其内部电路主要由高频振荡器、PWM比较器、限流比较器、过流比较器、基准电压源、故障锁存器、软启动电路、欠压锁定、PWM锁存器、输出驱动器等组成。
其工作频率可达1MH Z,可用作电压或电流型PWM控制器。
表5-1 UC3825管脚功能表管脚功能1 INV（误差放大器反向输入端）2 NI（误差放大器同相输入端）3 E/A OUT（误差放大器输出端）4 CLK/LEB(时钟/上升沿封锁)5 Rt（定时器振荡电阻）电压相连，作为误差放大器的参考输入，管脚1输入主电路的电压反馈，同时误差放大器的输出也是开放给用户的。
误差放大器输出的幅值受到软启动电路的控制，当芯片检测到电路故障时，软启动电路工作，降低误差放大器的输出，因此限制了触发脉冲，即关断主电路的开关管，保护主电路不受损坏，直到故障消失形成所谓的“打嗝”状态，管脚7是斜坡信号输入端，可以将电流反馈信号引入，形成电流内环反馈。
管脚5、6可接振荡电阻和电容，根据电路频率的需要调节阻值和容值。
也可通过管脚4外加频率使芯片与外部频率同步。
管脚11、14为触发脉冲输出口，采用电流图腾输出，使得芯片可以直接驱动功率不大的开关管。
5.2 UC3825芯片外围电路设计5.2.1 振荡频率的设计UC3825A/B型芯片可以通过管脚5和6自行设定的振荡频率，也可以工作在外加频率同步方式下，在此电源中，采用第二种方式：外部通过一个555定时器产生频率方波，然后通过管脚5和6使芯片的频率和555定时器的频率同步。
555定时器的外围电路以及和UC3825的接口电路如图所示。
图5-2 555定时器外围电路振荡频率由下式计算：3)21(7.01T 1f C R R ⨯+⨯== (18) 本设计中f=50KH Z ,根据上式选择合适的电阻和电容，即能达到要求。
5.2.2 尖峰电流消隐（LEB ）电路在电流源PWM 控制中，需解决电流反馈信号的噪音问题。
通常情况下，反馈信号都是由串联电阻分压检测或者是由电流传感器检测，这些方法在轻负载的情况下，存在严重的问题:当开关管导通时，在反馈信号的前沿将产生一个高脉冲噪音信号，这并不是我们所需要的反馈信号。