单片开关电源的发展及其应用
开关电源小论文
1.开关电源研究的背景及意义现实生活中常用的电源,可以分为发出电能的电源和变换电能的电源两大类。
我们把输人和输出都是电能的电源称之为变换电能的电源。
开关电源就是属于变换电能的电源,此种电源就是电路中的电力电子器件工作在开关状态的电源。
开关电源的前身是线性稳压电源。
在我们生活中,大多数电子装置、电气控制设备的工作电源是直流电源。
在开关电源出现之前,这些装置的工作电源都采用线性稳压电源。
在20世纪50年代,美国宇航局以小型化、重量轻为目标,为搭载火箭而开发了开关电源。
在半个多世纪的电力电子技术发展历程中,开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐渐取代传统技术制造的相控稳压电源,并广泛应用于电子整机设备中。
在现代社会,电子信息设备与人们的生活、工作的关系越来越密切,而所有的电子设备都离不开电源。
高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。
电源技术的精髓是电能变换,即利用电能变换技术,将市电或电池等一次电源变换成适用于各种用电对象的二次电源。
开关电源技术属于电力电子技术,它运用功率变换器进行电能变换。
经过变换的电能,可以满足各种用电需求。
由于其高效节能可带来巨大经济效益,因而引起社会各方面的重视而得到迅速推广。
2.国内外研究现状及发展趋势开关电源真正的发展是从70年代开始的,在此期间系统的电力电子理论的确立。
电力电子理论为开关电源的发展提供了一个良好而必需的基础。
但在产品应用的初期,存在开关频率低(20kHz以下)、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。
因此开关电源主要的发展方向,是针对上述缺点不断加以改善。
大功率场效应管(MOSFET)及绝缘栅晶体管(IGBT)等器材的出现为高频和大功率变换器提供了极有利的条件。
新的器件和新的拓扑理论的出现使得开关电源技术日趋可靠、成熟、经济、适用。
开关电源目前的发展,主要朝着更高的功能密度和变换效率及更好的动态特性;更好的环保性能;智能化与高可靠性;更广泛的应用等方向发展。
开关电源国内外研发状况及发展方向
国内外开关电源的研发现状自20 世纪50 年代,美国宇航局以小型化重量轻为目标而为搭载火箭开发首个开关电源以来,在半个多世纪的发展中,开关电源逐步取代了传统技术制造的相控稳压电源,并广泛应用于电子整机设备中。
随着集成电路的发展,开关电源逐渐向集成化方向发展,趋于小型化和模块化。
近20 年来,集成开关电源沿两个方向发展。
第一个方向是对开关电源的控制电路实现集成化。
1977 年国外首先研制成脉宽调制(PWM控制器集成电路,美国Motorola公司、Silicon General 公司、Unitrode公司等相继推出一系列PWM芯片。
近些年来,国外研制出开关频率达1MHZ 的高速PWMPFM芯片。
第二个方向是实现中、小功率开关电源单片集成化。
1994 年,美国电源集成公司(Power Integrations) 在世界上率先研制成功三端隔离式PW 風单片开关电源,其属于AC/DC电源变换器。
之后相继推出TOPSwitch、TOPSwitch-II 、TOPSwitch-Fx 、TOPSwitch-GX、PeakSwitch 、LinkSwitch 等系列产品。
意-法半导体公司最近也开发出VIPer100、VIPer100A、VIPer100B 等中、小功率单片电源系列产品,并得到广泛应用[1] 。
目前,单片开关电源已形成了几十个系列、数百种产品。
单片开关电源自问世以来便显示出强大的生命力,其作为一项颇具发展前景和影响力的新产品,引起了国内外电源界的普遍关注。
单片开关电源具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等特点,现己成为开发中小功率开关电源、精密开关电源及开关电源模块的优选集成电路。
与国外开关电源技术相比,国内从 1 977年才开始进入初步发展期,起步较晚、技术相对落后。
目前国内DC/DC模块电源市场主要被国外品牌所占据,它们覆盖了大功率模块电源的大部分以及中小功率模块电源一半的市场。
但是,随着国内技术的进步和生产规模的扩大,进口中小功率模块电源正在快速被国产DC/DC产品所代替。
开关电源及发展现状
开关电源及发展现状一、开关电源的基本原理和发展概述在现代电子设备中,开关电源广泛应用于各种领域,如计算机、通信、工业控制等。
开关电源可以将交流电转换为直流电,并通过高频开关器件(如功率MOSFET、IGBT)进行高效率的电能转换,同时使用电感元件对电流进行滤波,使输出具有较低的波动和噪声。
随着电子技术的快速发展,开关电源在以下几个方面得到了显著的改进和发展:1. 尺寸和重量的减小:通过改进电路设计和采用高效的器件和材料,现代开关电源相对于传统的线性电源来说,体积和重量更小。
因此,在移动电子设备和便携式设备中得到广泛应用。
2. 高效率和能量节约:开关电源的输出效率较高,通常可以达到90%以上,更加有效地利用电能。
这不仅有助于减少能源消耗,降低发热量,同时也减小了对环境的影响。
3. 可调性和稳定性:现代开关电源通常具有可调的输出电压和电流,以适应不同设备的需求。
同时,通过采用反馈控制技术和高精度的电压/电流传感器,可以实现较高的输出稳定性和精度。
4. 数字化和智能化:随着微处理器和数字信号处理技术的广泛应用,开关电源实现了数字化控制和智能化管理。
这使得对电源状态、过载保护、故障诊断等进行实时监测和管理成为可能。
二、开关电源发展的现状目前,开关电源领域的发展主要集中在以下几个方面:1. 高频功率器件的改进:高频开关器件的性能和可靠性对于开关电源的效率和稳定性至关重要。
近年来,功率MOSFET和IGBT等器件的性能不断提高,使得开关电源可以实现更高的开关频率和更高的输出功率。
2. 多电平拓扑的应用:传统的开关电源通常采用单级拓扑结构,但这种结构在高功率和高频率应用中存在一定的限制。
近年来,基于多电平(Multi-level)拓扑的开关电源得到了广泛研究和应用,例如三电平、多电平变频和混合拓扑结构,能够提高电能转换效率和减小电磁干扰。
3. 新型材料和元件的应用:随着功率电子技术的发展,新型材料和元件的应用进一步推动了开关电源的发展。
开关电源工作详细原理讲解
开关电源工作详细原理讲解
开关电源是一种将输入电源转换为需要的输出电源的电子装置。
它主要由变压器、整流电路、滤波电路、功率开关器件、控制电路等组成。
以下是开关电源的工作原理的详细讲解。
1. 变压器:开关电源采用高频工作,输入的交流电压经过变压器降压,得到适合的工作电压。
2. 整流电路:变压器输出的交流电压经过整流电路,将其变为直流电压。
常用的整流电路包括单相半波整流电路、单相全波整流电路和三相全波整流电路。
3. 滤波电路:直流电压经过整流后还带有较大的纹波,需要通过滤波电路进行滤波,减小纹波。
常见的滤波电路有电容滤波电路和电感滤波电路。
4. 功率开关器件:开关电源使用功率开关器件(如MOSFET
或IGBT)来控制电流的开关状态。
通过控制开关的导通和关
断时间,可以调整输出电压和电流。
5. 控制电路:控制电路是开关电源的核心部分,它根据输出电压的反馈信号,实时调整功率开关器件的开关状态,确保输出电压稳定。
6. 反馈回路:开关电源会通过反馈回路感知输出电压情况,并将这一信息传递给控制电路。
当输出电压偏离设定值时,控制电路将校正功率开关器件的开关状态,维持输出电压的稳定性。
综上所述,开关电源通过变压器对输入电源进行降压,然后经过整流、滤波、功率开关器件和控制电路的协同作用,将输入的交流电源转换为稳定的直流输出电源。
控制电路通过反馈回路不断调整功率开关器件的开关状态,以维持输出电压的稳定性。
开关电源具有高效率、小体积、重量轻等优点,广泛应用于各种电子设备中。
DC-DC变换器设计毕业设计
绪论一.开关电源概述开关电源(Switch Mode Paver Supply,即SMPS)被誉为高效节能型电源,它代表着稳压电源的主流产品。
半个世纪以来,开关电源大致经历了四个阶段。
早期的开关电源全部有分立元件构成,不仅开关频率低,效率高,而且电路复杂,不宜调试。
在20世纪70年代研制出的脉宽调制器集成电路,仅对开关电源中的控制电路实现了集成化;80年代问世的单片开关稳压器,从本质上讲仍DC/DC电源变换器。
随着各种类型单片开关电源集成电路的问世,AC/DC电源变换器的集成化才变为现实。
稳压电源是各种电子的动力源,被人称为电路的心脏,所有用电设备,包括电子仪器仪表,家用电器。
等对供电电压都有一定的要求。
至于精密的电子仪器,对供电电压的要求更为严格。
所谓的DC——DC直流稳压是指电压或电流的变化小到可允许的程度,并不是绝对的不变。
目前,随着单片开关电源集成电源的应用,开关电源正朝着短、小、轻、薄的方向发展。
单片开关电源自20世纪90年代中期问世以来便显示出来强大的生命力,它作为一项颇具发展和影响力的新产品,引起了国内外电源界的普遍重视。
尤其是最近两年来,国外一些著名的芯片厂家又竞相推出了一大批单片开关电源集成电路,更为新型开关电源的推广及奠定了良好的基础。
单片开关电源具有集成度高、高性价化、最简外围电路,最佳性能等指标,现已成为开发中小功率开关电源、精密开关电源及电源模块的优选集成电路。
二. 开关电源的技术追求1.小型化、薄型化、轻量化、高频化——开关电源的体积、重量主要是由储能元件(磁性元件和电容)决定的,因此开关电源的小型化实质上就是尽可能减小储能元件的体积。
在一定范围内,开关频率的提高,不仅能有效地减小电容、电感和变压器的尺寸,而且还能抑制干扰,改善系统的动态性能。
因此高频化是开关电源的主要发展方向。
2.高可能性——开关电源使用的元器件比连续工作电源少数十倍,因此提高了可靠性。
从寿命角度出发,电解电容、光电偶合器及排风扇等器件的寿命决定着电源的寿命。
开关电源top224芯片
绪论开关电源(Switched Mode Power Supply,SMPS)是一种由占空比控制的开关电路构成的电能变换装置,用于交流—直流或直流—直流电能的变换。
其功率从零点几瓦到数十千瓦,被广泛用于生活、生产、科研、军事等各个领域。
比如:小到彩色电视机、DVD播放机等家用电器、大到飞机、卫星、导弹、舰船中,都大量采用了开关电源。
开关电源的核心为电力电子开关电路,根据负载对电源提出的输出稳压或稳流特性的要求,利用反馈控制电路,采用占空比控制方法,对开关电路进行控制。
脉宽调制(PWM)技术的发展,导致了PWM开关电源问世(PWM开关电源的特点是用20KHz的载波进行脉冲宽度调制,电源的效率可达65%~70%),大幅度节约了能源,引起了人们的广泛关注,在电源技术发展史上被誉为20KHz革命。
高频化使开关电源装置空前的小型化,并使其进入更广泛的领域,特别是推动了高新技术产品的小型化、轻便化,在节约资源及保护环境方面具有深远的意义。
随着电子技术的高速发展,电子设备的应用领域越来越广,与人们的工作、生活的关系日益密切。
但是,任何电子设备都离不开可靠的电源,它们对电源的要求也越来越高。
并且,随着集成芯片尺寸的不断减小,处理速度越来越高,需要更加小型化、轻量化的电源(磁性元件和电容的体积、重量应随之减小);未来的绿色电源要求开关电源的效率更高,性能更好,可靠性更高等。
这一切将促进开关电源的不断发展和进步。
开关电源体积小、效率高,被誉为高效节能电源,现已成为稳压电源的主导产品。
当今开关电源正向着集成化、智能化的方向发展。
高度集成、功能强大的开关型稳压电源代表着开关电源发展的主流方向。
本论文主要围绕当前流行的集成开关电源芯片进行小功率开关型稳压电源特性的研究。
本文采用TOP224Y研制了一款单片开关电源,论文给出了外围电路各部分的详细设计方法,并进行了参数计算,通过实测结果分析,验证了理论的可行性。
具有较强的适用性。
开关电源芯片HT2263、2269的基本运用(1)
设备,电子产品,照明产品等等,目前在中国市 场上做得最多的是照明产品,包括节能灯(CFL, 灯具(RLF),交通信号灯和出口指示灯。 目前全球计有七个国家参与美国环保署推动 的能源之星计划,分别为美国、加拿大、日本、 台湾、澳洲、新西兰、欧盟。
对于小型开关电源的标准如下:
Foxit PDF Document
二、 开关电源的概念 开关电源就是用通过电路控制开关管进行 高速的导通与截止.将直流电转换为高频率的交 流电提供给变压器进行变压,从而产生所需要的 一组或多组电压的电源。 1、开关电源主要有以下特点: (1).体积小、重量轻:由于没有工频变压器, 所以体积和重量只有线性电源的20~30%。 (2).功耗小、效率高:功率晶体管工作在开关 状态,所以晶体管上的功耗小,转 化效率高, 一般为60~70%,而线性电电源只有30~40%。
五、我们公司的AC-DC产品
产品型号 SP3706 SP3842 SP3843 SP7500 TL494 VIPER22A HT202 HT203 HT2262 HT2263 HT2268 HT2269 功能 PWM PWM PWM PWM PWM PWM+MOSFET PWM+三级管 PWM+三级管 PWM PWM PWM PWM Vin(AC) 85-264V 85-264V 85-264V 85-264V 85-264V 85-264V 85-264V 85-264V 85-264V 85-264V 85-264V 85-264V Vdd 4.8-5.3V 10-30V 10-30V 7-40V 7-40V 9-38V 4.8-9V 4.8-10V 11-30V 11-30V 12-23V 12-23V 启动电流 70uA 0.5mA 0.5mA 1mA 2.4mA 2.4mA 3uA 3uA 6.5uA 6.5uA 输出最大电 振荡频率 流/功率 10W 1A 1A 200mA 200mA 20W 5W 18W 30W 30W 100W 100W Adaptive 500KHz 500KHz 300KHz 300KHz 60KHz 66KHz 66KHz 65KHz 65KHz 65KHz 65KHz 封装 SOIC-8 SOIC-8 DIP8 SOIC-8 DIP8 SOIC-16 DIP-16 SOIC-16 DIP-16 DIP-8 DIP-8 DIP-8 SOT23-6 SOT23-6 SOIC-8 DIP8 SOIC-8 DIP8 备注
ti 开关电源的原理和设计手册
开关电源指的是利用开关管进行开关控制的电源,相较于传统的线性电源,开关电源具有体积小、效率高、可靠性强等优点,因此得到了广泛的应用。
开关电源的原理和设计手册是开发和应用工程师们必备的基础知识,本文将围绕开关电源的原理和设计手册展开详细的介绍。
一、开关电源的工作原理1. 开关电源的基本结构开关电源一般由整流器、滤波器、开关管、变压器、控制电路、稳压电路等部分组成。
其中开关管作为关键部件,通过不断地打开和关闭来控制电压的变化,从而实现电源的输出。
2. 开关电源的工作原理开关电源的工作原理是通过开关管控制输入电压的断断续续,将高压直流电转换成低压直流电,再通过稳压电路保证输出电压的稳定性。
在开关管导通时,电压源充电,并将能量储存在电感中;在开关管关断时,电感释放能量,输出电压使负载得到供电。
二、开关电源的设计手册1. 开关电源设计的基本流程(1)确定设计需求和规格要求在设计开关电源之前,需要明确所需的电压、电流、功率等参数,以及工作环境、安全标准等规格要求。
(2)选择合适的开关元件和辅助元件根据设计需求,选择合适的开关管、变压器、电感、电容等元件,保证电源的性能和可靠性。
(3)设计控制电路和稳压电路通过合理的控制电路和稳压电路设计,实现对输入电压的精确控制和输出电压的稳定性。
(4)进行系统仿真和调试利用仿真软件对设计的开关电源进行系统仿真,验证电源的性能和稳定性,并在实际电路中进行调试和优化。
2. 开关电源的设计要点(1)电源的高效率高效率是开关电源设计的重要目标,可通过合理选择元件和优化电路结构来提高电源的效率。
(2)电源的稳定性稳定的输出电压是电源设计的关键,需要通过稳压电路和反馈控制来保证电源输出的稳定性。
(3)电源的过流、过压、过温保护为了保护电源和负载安全,需要在设计中考虑过流、过压、过温保护功能,避免出现意外故障和损坏。
(4)电源的EMI设计开关电源在工作时会产生电磁干扰,需要在设计中考虑电源的EMI设计,减小对周围电路的干扰。
开关电源的应用以及发展过程
开关电源的应用以及发展过程开关电源是20世纪60年代电源历史上的一次革命,安装于各种家用电器、工业设备以及军用电子装置中,同时作为赋能装置应用于各个领域。
下面列举开关电源应用领域的一些例子。
一、金属焊接与切割电源世界生产的钢材约50%需要焊接加工成构件,才能使用,没生产1万t钢,就需要相应生产20~25台焊机以满足加工需求。
高频开关整流焊接电源在体积、质量、节能以及焊接性能等方面是传统焊接电源无法比拟的,已取代传统焊接电源,广泛用于焊接行业。
二、表面处理工程用于电镀行业的整流电源,其特点是低电压、大电流。
高频逆变开关整流电镀电源与二极管的硅整流电源、晶闸管整流电源电源相比,除了体积小、质量轻、效率高之外,还有可控性好、稳压稳流精度高、易于并联、易于实现计算机监控、故障检修安全控制,而且镀层品质大大提高。
直流电镀与脉冲电镀相结合,可获得无裂缝、耐腐蚀能力和耐磨能力强,均匀的镀层表面。
用于工业设备和武器装备、舰船维修的电弧热喷涂工艺,应用于高频开关电源电弧俄日热源,对解决涂层结构致密、低孔隙率、高强度、耐磨、放热腐蚀具有广泛的应用前景。
用于塑料表面处理,采用工作电压10~13KV,开关频率10~36KHZ 的高压开关电源以及电晕方法使用塑料表面改性,提高印刷性和粘接性,用此法同时还可去除油污、水汽和尘垢。
开关电源用于电容器铝箔表面处理,可提高电容器的比容量以及抗电强度等。
三、在环境保护中的应用脉冲电晕加氨脱硫是一种很有前景的烟气净化技术,对解决世界性三大环保问题之一的酸雨,高压开关电源有其用武之地。
高频开关电源在脉冲放电废水处理中也得到广泛应用,利用强脉冲放电所产生的等离子体具有高密度储存能量和高膨胀效应,能形成强烈的热能。
膨胀压力热能、光能、声能和辐射能,进而在水中产生各种游离基。
这些的活性游离基可以破坏工业废水中的有害物质。
脉冲电场杀菌消毒应用开关电源,可以克服热处理、防腐剂等杀菌的局限性以及给食品引入新的污染,强脉冲放电,特别是高压脉冲放电产生的强烈冲击波以及紫外线、强电流、臭氧等综合效应,灭菌效果和能量利用率更高。
电流控制模式单片开关电源的设计浅析
电流控制模式单片开关电源的设计浅析摘要:伴随现代社会经济持续的进步发展,我国现阶段已经逐渐成为世界领域范围各种产品重要的一个消费国。
国内经济发展进程当中,信息产业得以迅猛化发展,为我国整个电源产业实现蓬勃发展而提供较强推力支持。
集成电路对电流方面需求量随之增加,标准化、模块化、薄型化等电路的拓扑结构专项体系得以被构建起来,促使电源负载总体输出能力明显得到有效提升。
依托电流控制这种模式之下,积极落实单片的开关电源综合系统方面设计工作,能够为我国的电源技术及其生产技术等科学优化、改进等提供必要的一定技术支持。
鉴于此,本文主要探讨电流控制模式之下单片开关电源的总体设计,旨在为业内相关人士提供参考。
关键词:电流控制;模式;单片;开关电源;设计前言:电源属于电子工业整个行业领域当中重要的一类基础产品。
可以说,开关电源和稳压电源相互间的联系比较紧密。
开关电源总体发展趋势主要是为满足于市场对当前电源性能持续提高方面要求,当前DC-DC模块类型电源已经开始向着更宽的输入范围、优良动态特性、低噪音、低压的大电流、高功率及高密度、高效率等方向快速发展着,标准化、模块化、薄型化、积木组合方式下的电路拓扑类型结构应用的更为广泛。
新型转换和封装技术之下,电源总体功率密度已超过188W/in³,效率达到90%以上。
集成电路实际所需的电流在持续增加,电源对负载输出总体能力提出更高要求。
因而,对电流控制模式之下单片开关电源的总体设计开展综合分析,有着一定的现实意义和价值。
1、简述开关电源开关电源通常被称之为是高效节能类型的电源,代表稳压电源一个重要发展方向,当前已成为我国稳压电源当中一种主流产品。
在一定程度上,开关电源依照着不同类型能够予以分类:结合实现功能情况下,通常可被划分成AC-DC及DC-DC这两类。
针对DC-DC变换装置,当前已经基本实现了总体的模块化,设计技术和生产工艺相对都比较标准、成熟,得到了广大用户普遍认可,但是,针对AC-DC总体模块化方面,因它自身所具备特性,致使它实现模块化整个进程当中,往往会遇到复杂性的技术工艺相关制造问题;针对控制模式上,以电流模式及电压模式为主。
开关电源:单管自激,反激,推挽,半桥,全桥
3 脚为误差放大器 A1、A2 输出端。集成电路内部用于控制 PWM 比较器的同相输入, 当 A1、A2 任一输出电压升高时,控制 PWM 比较器的输出脉宽减小。同时,该输出端还引 出端外,以便与 2、15 脚间接入 RC 频率校正电路和直流负反馈电路,稳定误差放大器的增 益以及防止其高频自激。3 脚电压反比于输出脉宽,也可利用该端功能实现高电平保护。 4 脚为死区时间控制端。当外加 1V 以下的电压时,死区时间与外加电压成正比。如果 电压超过 1V,内部比较器将关断触发器的输出脉冲,起到保护作用。 5 脚为锯齿波振荡器外接定时电容端。 6 脚为锯齿波振荡器外接定时电阻端。 7 脚为共地端。 8、11 脚为两路驱动放大器 NPN 管的集电极开路输出端。当通过外接负载电阻引出输 出脉冲时,为两路时序不同的倒相输出,脉冲极性为负极性,适合驱动 P 型双极型开关管 或 P 沟道 MOS FET 管。此时两管发射极接共地。 9、10 脚为两路驱动放大器的发射极开路输出端,也是对应的脉冲参考地端。 12 脚为 Vcc、输入端。供电范围适应 8~40V。 13 脚为输出模式控制端。 外接 5V 高电平时为双端图腾柱式输出, 用以驱动各种推挽开 关电路。接地时为两路同相位驱动脉冲输出,8、11 脚和 9、10 脚可直接并联。双端输出时 最大驱动电流为 2×200mA,并联运用时最大驱动电流为 400mA。 14 脚为内部基准电压精密稳压电路端。输出 5V±0.25V 的基准电压,最大负载电流为 10mA。用于误差检出基准电压和控制模式的控制电压。 15 脚为内部 2#误差放大器的反向输入端 IN2-。 16 脚为内部 2#误差放大器的同向输入端 IN2+。 RT 取值范围 1.8~500kΩ,CT 取值范围 4700pF~10μF,最高振荡频率 fOSC≤300KHz。 TL494 在工作时, 通过 5、 6 脚分别接定时元件 CT 和 RT。 经相应的门电路去控制 TL494 内部的两个驱动三极管交替导通和截止,通过 8 脚和 11 脚向外输出相位相差 180°的脉宽调 制控制脉冲。工作波形如图 3-3 所示。TL494 若将 13 脚与 14 脚相连.可形成推挽式工作; 若将 13 脚与 7 脚相连.可形成单端输出方式。为增大输出可将 2 个三极管并联[7]。
开关电源的工作原理及技术趋势
2021.11科技论坛开关电源的工作原理及技术趋势赵利华(四川长虹电子控股集团有限公司,四川绵阳,621000)摘要:在家用电器、电子设备的应用实践中,电源是不可缺少的部分,而且其性能的优劣会对家用电器、电子设备的技术指标以及使用安全性造成显著的影响,所以明确电源的具体价值和要求,对电源利用做分析与讨论有突出的现实意义。
关键词:开关电源;工作原理;技术趋势Working principle and technical trend of switching power supplyZhao Lihua(Sichuan Changhong Electronic Holding Group Co.,LTD.,Mianyang Sichuan,621000) Abstract:In the application practice of household appliances and electronic equipment,the power supply is an indispensable part,and its performance will have a significant impact on the technical indicators and use safety of household appliances and electronic equipment,so the specific power supply is clear Values and requirements,analysis and discussion of power utilization have outstanding practical significance.Keywords:switching power supply;working principle;technology trend1开关电源要明确开关电源的工作原理和技术趋势,必须要对开关电源有清楚的认知。
开关电源技术发展综述
开关电源技术发展综述引言开关电源技术作为一种高效、稳定的电源供应方案,在现代电子设备中得到广泛应用。
本文将全面、详细、完整地探讨开关电源技术的发展历程、现状和未来趋势。
开关电源的基本原理开关电源是通过周期性开关和断开来实现电源输出的一种电源供应方式。
其基本原理是利用开关管的导通和截止,控制输入电源与负载之间的有效连接和断开。
开关电源的发展历程1.第一代开关电源:早期的开关电源技术主要采用线性稳压方式,效率低下,体积庞大。
2.第二代开关电源:20世纪70年代,随着微电子技术的进步,开关电源逐渐发展为直流-直流转换器(DC-DC Converter),提高了效率和功率密度。
3.第三代开关电源:21世纪初,高频开关电源得到快速发展,采用谐振技术、软开关等新技术,进一步提高了效率和可靠性。
4.当前开关电源技术:当前,开关电源技术已广泛应用于电子设备、通信设备、工业控制等领域,并在功率密度、效率和可靠性方面实现了显著的进步。
开关电源技术的应用领域1.电子设备:开关电源广泛应用于计算机、手机、平板电脑等消费电子产品的电源模块中,提供稳定、高效的电源供应。
2.通信设备:移动通信基站、通信交换设备等通信设备对电源稳定性和效率要求高,开关电源成为首选。
3.工业控制:工业设备对电源的要求较高,开关电源可以提供稳定的电源输出,并具有较强的抗干扰能力。
4.其他领域:医疗设备、航空航天、车载设备等领域也都广泛应用了开关电源技术。
开关电源技术的优势和挑战优势1.高效率:开关电源相比线性稳压方式,具有更高的能量转换效率,减少能源浪费。
2.小体积:开关电源可以实现更小的体积和重量,有利于提高设备的便携性和集成度。
3.稳定性好:开关电源能够提供稳定的输出电压和电流,对电源波动和负载变化具有较强的适应性。
4.可靠性高:现代开关电源技术采用先进的保护电路和故障检测机制,提高了系统的可靠性和稳定性。
挑战1.电磁干扰:开关电源在切换过程中产生较大的电磁干扰,需要采取措施进行抑制,以免影响设备的正常工作。
开关电源入门必读开关电源工作原理超详细解析
开关电源入门必读开关电源工作原理超详细解析开关电源是电源技术中常见的一种类型,它的工作原理相对较复杂。
本文将详细解析开关电源的工作原理,帮助读者快速入门。
开关电源的基本工作原理是将交流电源转换为高频脉冲电源,再经过变压、整流和滤波等步骤,最终获得所需的直流电压输出。
下面将分为几个方面详细解析开关电源的工作原理。
一、开关电源的基本组成部分开关电源包括输入端、控制电路、开关元件、变压器、整流滤波电路和输出端等组成部分。
1.输入端:接收外部交流电源输入,并经过保险丝和滤波电路等进行初步处理。
2.控制电路:负责控制开关元件的开关行为,控制电路由集成电路、电感和电容等组成。
3.开关元件:由开关管和二极管组成,承担着将交流信号转换为脉冲信号的关键任务。
4.变压器:通过变换输入电压和电流的比值,实现电压和电流的变换。
5.整流滤波电路:包括整流电路和滤波电路。
整流电路将脉冲电流转化为直流电流,滤波电路将直流电流进行进一步平滑处理。
6.输出端:将经过整流滤波处理后的直流电压输出给负载。
二、开关电源的工作原理开关电源的工作原理主要分为以下几个步骤:1.输入端处理:输入端首先通过保险丝保护电路,然后通过滤波电路对输入信号进行初步处理,去除杂质和干扰。
2.控制电路:控制电路根据输入端的信号控制开关元件的开关行为。
当开关元件关闭时,电源工作在储能状态,当开关元件开启时,电源进入释放能量状态。
3.开关元件:开关元件由开关管和二极管组成。
当开关管导通时,电源中的输入电流和能量通过变压器传递给负载,当开关管关断时,电源中的储能电流和能量通过二极管回流到输入端。
4.变压器:变压器将输入电压和电流进行变换,通过磁性耦合实现输出端所需的电压和电流。
5.整流滤波电路:整流电路将经过变压器变换后的输出信号转化为直流电压,滤波电路将直流电压进行平滑处理,去除残余脉冲和噪声。
6.输出端:经过整流滤波电路处理后的直流电压输出给负载,从而实现电源对负载的供电支持。
开关电源电路设计与实现
开关电源电路设计与实现目录1 绪论 (3)1.1 课题研究的背景 (3)1.2 研究的目的及意义 (5)1.2.1课题研究的目的 (5)1.2.2课题研究的意义 (5)1.3 高频开关电源的发展情况 (5)1.3.1开关电源的发展情况 (5)1.3.2高频开关电源的主要新技术标志 (6)1.4 隔离式高频开关电源简介 (8)2 高频开关电源的总体设计 (9)2.1 主电路的选择 (9)2.2 控制电路的选择 (10)2.2.1单片机控制电路分析 (10)2.2.2芯片控制电路分析 (10)2.3 电流工作模式的方案选择 (11)2.3.1电流连续模式分析 (11)2.3.2电流断续模式分析 (11)2.4 综合结构电路图 (12)3 开关电源输入电路设计 (13)3.1 电压倍压整流技术 (13)3.1.1 交流输入整流滤波电路原理 (13)3.1.2倍压整流技术 (14)3.2 输入保护器件保护 (15)3.2.1浪涌电流的抑制 (15)3.2.2热敏电阻技术分析 (16)4 开关电源主电路设计 (17)4.1 单端反激式变换器电路的工作原理 (17)4.2 开关晶体管的设计 (19)4.3 变压器绕组的设计 (21)4.4 输入整流器的选择 (23)整流器的额定电压应该为最高输入电压的效值的3倍以上,其原因是电网中存在瞬态过电压,通常输入电压220*(1±20%)V或是85——265V应该选择600V 以上电压的整流器和二极管, (24)5 开关电源控制电路设计 (24)5.1 芯片简介 (24)5.1.1芯片原理 (24)5.1.2 UC3842 内部工作原理简介 (24)5.2 工作描述 (26)5.3 UC3842常用的电压反馈电路 (29)6 结论 (32)6.1 成果与结论 (32)6.1.1开关变换器的设计 (32)6.1.2 PWM集成控制器的设计 (33)6.1.3电压电流反馈闭环电路的设计 (33)6.2 进一步工作设想 (33)1 绪论1.1 课题研究的背景随着大规模和超大规模集成电路的快速发展,特别是微处理器和半导体存储器的开发利用,孕育了电子系统的新一代产品。
开关电源设计毕业论文
开关电源设计摘要摘要内容:本论文题目是学校根据学生的实际情况和所学的专业而设计的,它体现了学校对学生的理论知识和实践动手能力的考察。
随着大规模和超大规模集成电路的快速发展,特别是微处理器和半导体存储器的开发利用,孕育了电子系统的新一代产品。
显然,那种体积大而笨重的使用工频变压器的线性调节稳压电源已经过时。
取而代之的是小型化、重量轻、效率高的隔离式开关电源。
隔离式开关电源的核心是一种高频电源变换电路。
它使交流电源高效率地产生一路或多路经调整的稳定直流电压。
本论文共分七章,内容包括:开关电源概述,输入电路,隔离单端反激式变换器电路,UC3842的原理及技术参数,UC3842常用的电压反馈电路的选用,UC3842在开关电源电路的应用,电源市场的概况。
【关键词】:变压器滤波过载目录第1章开关电源概述1.1 开关电源的产生与发展 (5)1.2 隔离式高频开关电源 (5)1.3 开关电源所用的术语 (6)第2章输入电路2.1 电压倍压整流技术 (9)2.2 输入保护器件 (9)2.3 输入阳间电压保护 (10)第3章隔离单端反激式变换器电路3.1 单端反激式变换器电路中的开关晶体管 (12)3.2 单端反激式变换器电路中的变压器绕组 (13)第4章 UC3842的原理及技术参数4.1 原理与特点 (15)4.2 工作描述 (16)4.3 技术参数 (19)第5章 UC3842常用的电压反馈电路的选用5.1 概述 (23)5.2 UC3842常用的电压反馈电路 (23)5.2.1 输出电压直接分压作为误差放大器的输入 (23)5.2.2 辅助电源输出电压分压作为误差放大器的输入 (24)5.2.3 采用线性光偶改变误差放大器的输入误差电压 (25)5.2.4 结语 (27)第6章 UC3842在开关电源电路的应用6.1 UC3842 组成的开关电源电路………………………………………………………286.1.1 启动过程………………………………………………………………………296.1.2 稳压过程 (29)6.1.3 过流保护原理 (30)6.1.4 过压保护原理…………………………………………………………………316.1.5 开关保护电路…………………………………………………………………316.1.6 起动电路的设计 (31)6.1.7 反馈绕组的设计 (31)6.2 显示器开关电源电路 (32)6.2.1 特点 (32)6.2.2 采用开关稳压电源激励行输出的优缺点如下 (32)6.2.3 UC3842在显示器电路的应用 (33)第7章电源市场的概况7.1 直流稳压电源(出口)购市场概况 (34)7.2 开关电源的市场概况 (35)7.2.1开关电源的市场规模 (35)7.2.2 开关电源的生产倾向 (36)致谢 (37)参考文献 (38)附录 (38)第1章开关电源概述1.1 开关电源的产生与发展随着大规模和超大规模集成电路的快速发展,特别是微处理器和半导体存储器的开发利用,孕育了电子系统的新一代产品。
电源的发展历程
引言电源的发展历程1.电源的百年历史在研究高效率开关电源之前,还是应该先看一看电源发展的历史。
也许会对电源的将来有一个比较客观的认识。
电子线路无论是模拟电路、数字电路、信息电子电路还是电力电子电路,无一例外的需要直流电供电。
那么电子线路对电源有哪些要求,应该设计出什么样的电源才能满足时代的要求呢?简而言之要“与时俱进”。
电子线路从真空管的问世至今约有100年的历史,伴随而来的就是近100年历史的电源技术。
电子线路由真空管电路发展到晶体管电路再到小规模集成电路、直至今天的大规模超大规模集成电路,供电方式也有了很多改变。
2.最初的电源既不需要稳压也不需要严格滤波在真空管统治电子线路的时代,大多数的电子线路并不需要供电电源的十分稳定,那时的电源无非是整流滤波。
通常只需要将交流市电经过变压器转换到合适的电压值后,通过电子管(可以是真空管、汞整流管、充气闸流管等)的整流变成脉动直流电,最后经过电容输入式滤波或电感输入式滤波将脉动直流电转换成为需要的平滑直流电。
为了携带方便,也可以用电池供电,这时的真空管是专用于电池供电的节电型的,也就是当年的电池式收音机、收发报机以及电台。
在那个年代对直流电的理解就是像现在大学电路课程中对直流电的描述那样,似乎直流电所接的负载就像电阻一样,没有什么变化。
即使出了问题,电子工程师也只会从“退交联”(换成现在的术语是“”退耦合,简称“退耦”)入手加以解决。
当退交联电容器的电容量由于电容器的失效而大大减小时,电子线路将出现自激振荡现象,如那个年代所说的收音机所发出的“汽船声”(由于整流滤波电解电容器失效造成寄生振荡时扬声器发出的声音如同汽船发动机发出的声音)等。
用现在的话解释就是:因为直流母线的交流阻抗由于电容器的失效而增高,导致了电子线路的输入与输出通过直流母线形成有害的耦合,当满足电路的振荡条件时,电路形成自激振荡。
由于直流母线的高频阻抗比较高,因而需要旁路电容器,这也就是电子线路对直流母线的交流阻抗最初的要求。
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单片开关电源的发展及其应用单片开关电源集成电路具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标、能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源等优点。
它于90 年代中、后期相继问世后,便显示出强大的生命力,目前它成为国际上开发中、小功率开关电源、精密开关电源及电源模块的优选集成电路。
由它构成的开关电源,在成本上与同等功率的线性稳压电源相当,而电源效率显著提高,体积和重量则大为减小。
这就为新型开关电源的推广与普及,创造了良好条件。
开关电源被誉为高效节能电源,它代表着稳压电源的发展方向,现已成为稳压电源的主流产品。
近20 多年来,集成开关电源沿着下述两个方向不断发展。
第一个方向是对开关电源的核心单元——控制电路实现集成化。
1997 年国外首先研制成脉宽调制(PWM)控制器集成电路,美国摩托罗拉公司、硅通用公司(Silicon General)、尤尼特德公司(Unitrode)等相继推出一批PWM 芯片,典型产品有MC3520 、SG3524 、UC3842 。
90 年代以来,国外又研制出开关频率达1MHz 的高速PWM 、PFM(脉冲频率调制)芯片,典型产品如UC1825 、UC1864 。
第二个方向则是对中,小功率开关电源实现单片集成化。
这大致分两个阶段:80 年代初意-法半导体有限公司(SGS-Thomson)率先推出L4960 系列单片开关式稳压器。
该公司于90 年代又推出了L4970A 系列。
其特点是将脉宽调制器、功率输出级、保护电路等集成在一个芯片中,使用时需配工频变压器与电网隔离,适于制作低压输出(5.1~40V)、大中功率(400W 以下)、大电流(1.5A~10A)、高效率(可超过90%)的开关电源。
但从本质上讲,它仍属DC/DC 电源变换器。
1994 年,美国动力(Power)公司在世界上首先研制成功三端隔离式脉宽调制型单片开关电源,被人们誉为“顶级开关电源”。
其第一代产品为TOPSwitch 系列,第二代产品则是1997 年问世的TOPSwitch-II 系列。
该公司于1998 年又推出了高效、小功率、低价格的四端单片开关电源TinySwitch 系列。
在这之后,Motorola 公司于1999 年又推出MC33370 系列五端单片开关电源,亦称高压功率开关调节器(HighVoltage Power Switching Regulator)。
目前,单片开关电源已形成四大系列、近70 种型号的产品。
TOPSwitch-11根据封装形式,TOPSwitch-II 可划分成三种类型:TOP221Y~227Y(TO-220 封装),TOP221P~224P(DIP-8 封装),TOP221G~224G(SMD-8 封装),产品分类详见表1。
其中以TOP227Y 的输出功率为最大。
2.1 TOPSwitch-11(1)TOPSWitch-II 内部包括振荡器、误差放大器、脉宽调制器、门电路、高压功率开关管(MOSFET)、偏置电路、过流保护电路、过热保护及上电复位电路、关断/自动重启动电路。
它通过高频变压器使输出端与电网完全隔离,使用安全可靠。
它属于漏极开路输出的电流控制型开关电源。
由于采用CMOS 电路,使器件功耗显著降低。
(2)只有三个引出端:控制端C 、源极S 、漏极D,可同三端线性稳压器相媲美,能以最简方式构成无工频变压器的反激式开关电源。
为完成多种控制、偏置及保护功能,C 、D 均属多功能引出端,实现了一脚多用。
以控制端为例,它具有三项功能:①该端电压VC 为片内并联调整器和门驱动级提供偏压;②该端电流IC 能调节占空比;③该端还作为电源支路与自动重启动/补偿电容的连接点,通过外接旁路电容来决定自动重启动的频率,并对控制回路进行补偿。
(3)输入交流电压的范围极宽。
作固定电压输入时可选220V ±15%交流电,若配85~265V 宽范围变化的交流电,最大输出功率要降低40%。
开关电源的输入频率范围是47~440Hz 。
(4)开关频率典型值为100KHz,占空比调节范围是1.7%~67%。
电源效率为80%左右,最高可达90%,比线性集成稳压电源提高近一倍。
其工作温度范围是0~70 ℃芯片最高结温Tjm=135 ℃。
(5)TOPSwitch-II 的基本工作原理是利用反馈电流IC 来调节占空比D,达到稳压目的。
举例说明,当由于某种原因致使开关电源的输出电压VOT 时,经过光耦反馈电路就使Ic↑→误差电压Vrt→D↓→Vo↓,使Vo 保持不变。
反之亦然。
(6)外围电路简单,成本低廉。
外部仅需接整流滤波器、高频变压器、初级保护电路、反馈电路和输出电路。
采用此类芯片还能降低开关电源产生的电磁干扰。
2.2TOPSwitch-II 可广泛用于仪器仪表、笔记本电脑、移动电话、电视机、VCD 和DVD 、摄录像机、电池充电器、功率放大器等领域,并能构成各种小型化、高密度、低成本的开关电源模块。
此外,它还适合构成后备式开关电源,非隔离式开关电源、恒流恒压输出开关电源,供无线通信用的DC/DC 电源变换器、恒功率调节器、功率因数补偿器等。
2.3(1)TOPSwitch-II 的反馈电路中需配光电耦合器与输出电路隔离。
设计精密开关电源时,还应增加一片TL431 型可调式精密关联稳压器,由它构成外部误差放大器,来代替取样电路中的稳压管。
精密开关电源的电压调整率Sv 、电流调整率Sl 均可达±0.2%左右,接近于线性集成稳压电源的指标。
(2)应选用电流传输比(CTR)能线性变化的光电耦合器,如PC817A,NEC2501 、6N137 等型号,不推荐采用4N25 、4N35 等4N ××型普通光耦。
后者的线性度差,传输模拟信号时会造成失真,影响开关电源的稳压性能。
(3)高频变压器的初级必须设置保护电路,用以吸收漏感引起的尖峰电压,确保MOSFET 不被损坏。
这种保护电路应并联在初级上,具体有4 种设计方案:①由瞬变电压抑制二极管(TVS)和超快恢复二极管(SRD)组成钳位电路;②由TVS 与硅整流管(VD)构成的钳位电路;③由阻容元件与SRD 构成的吸收电路;④由阻容件与VD 构成的吸收电路。
上述方案中以①的效果最佳,能充分发挥TVS 响应速度极快、可承受高能量瞬态脉冲之优点。
方案②次之。
(4)使用芯片时需加合适的散热器。
对于TO-220 封装,可直接装在小散板上。
对于DIP-8 和SMD-8 封装的可将4 个源极焊在面积为2.3 的印制板敷铜箔上代替散热片。
(5)为抑制从电网引入的干扰,也防止开关电源产生的干扰向外部传输,需在电源进线端增加一级电磁干扰滤波器(EMI filter)亦称电源噪声滤波器(PNF)。
(6)使用此类芯片时,源极引线要尽量短。
为使空载或轻载时输出电压稳定,应在稳压电源输出端接一只几百欧的电阻作为最小负载,亦可并联一只稳压管。
TinySwitchTinySwitch 是Power 公司新推出的一种高效、小功率四端单片开关电源。
因所构成开关电源的体积很小,故称TinySwitch 微型开关系列。
它比三端单片开关电源增加一个使能端,使用更加方便灵活。
TinySwitch 系列性优价廉,外围电路非常简单,特别适合制作10W 以下的微型开关电源或待机电源,是取代效率低、体积较大的小功率线性稳压电源的理想产品。
3.1TinySwitch(1)TinySwitch 有DIP-8 、SMD-8 两种封装形式、6 种型号。
产品分类见表2 。
尽管采用8 脚封装,实际上只有四个脚:S 、D 、BP(相当于控制端)、EN(使能端),因此等效于四端器件。
利用使能端可从外部关断MOSFET,并且在快速上电时输出电压无过冲现象、掉电时MOSFET 也无频率倍增现象。
(2)高效、小功率输出。
选220V 交流电源时,其空载功耗低于60mW 。
它适宜制作0~10W的小功率、低成本开关电源,比线性稳压电源大约可节电38%。
(3)采用开/关控制器来代替PWM 对输出电压进行调节。
开/关控制器可等效为脉冲频率调制器(PFM),其调节速度比普通的PWM 更快,对纹波抑制能力更强。
(4)与TOPSwitch-II 相比,它在电路设计上颇具特色。
第一,交流输入端可省掉EMI 滤波器;第二,初级保护电路不需使用TVS,仅用RC 电路即可吸收尖峰电压;第三,不用反馈线圈及相关电路,也不加回路补偿元件;第四,芯片内部增加了使能检测与逻辑电路。
3.2TinySwitch该系列产品适合制作手机电池恒压恒流充电器、IC 卡付费电度表中的小型开关电源模块,以及微机、彩电、摄录像机等高档家用电器中的待机电源。
例如,目前生产的大屏幕彩电均具有待机功能,使用遥控器关闭电源之后,即进入待机状态。
此时彩电中开关电源的功率开关管呈关断状态,改由待机电路继续给CPU 供电,使整机功耗降至最低。
由TNY253P 可构成5V 、1.3W 的彩电待机电源。
它利用彩电主电源产生的直流高压作输入电压,的允许范围是120~375V(视彩电型号而定),而Vo=+5V 。
使用一片TNY255P 则可构成PC 机的5V 、2A 待机电源。
由TNY254P 构成的+6.7V 、3.6W 手机电池恒压、恒流充电器,能在85~265V 交流输入电压范围内,对6V 镍氢(NIMH)电池充电。
此外,TinySwitch 还适合制作小型家电(如随身听)的适配器(adapter),将220V 交流电源变成所需直流稳压电源。
这种适配器不仅没有笨重的变压器,而且效率高、体积小、稳压性能好,能完全取代目前市售的各种插头式AC/DC 变换器。
4 MC33370MC33370 系列包括MC33369~MC33374 五种规格、17 种型号。
以TO-220 五脚直弯式封装为例,其产品分类见表3。
表中的RDS(ON)表示漏-源极导通电阻,ID(PK)代表漏极峰值电流。
4.1 MC33370(1)它比TOPSwitch-II 增加了电源端(Vcc)和状态控制器的输入端(State Control input);芯片内部增加了欠压锁定比较器、外部关断电路和可编程状态控制器。
其性价比要优于TOPSwitch-II,而外围电路更趋简单。
(2)利用可编程状态控制器及外部模式选择电路,能实现多种控制方式(包括手动控制、由微控制器MCU 操作、数字电路控制、禁止操作等),实现工作状态与备用状态的互相切换。
(3)内部集成了一只被称为“敏感场效应管(Sense FET)”的电流传感式功率开关管,用它能无功率损耗地实时检测漏极电流ID 的大小,进行过流保护。
(4)当交流电源为固定值或变化率不超过±20%时,允许去掉高频变压器的反馈线圈以及相关的高频滤波电路。