课 开关电源的设计
《开关电源的设计》课件
开关电源是一种将电能进行转换的装置，通过控制开关管的 工作状态，将输入的直流电压或交流电压转换成所需的电压 或电流。它主要由输入电路、输出电路、开关管、控制电路 等部分组成。
开关电源的特点
总结词
开关电源具有效率高、体积小、重量轻、动态响应快、可靠性高等特点。
详细描述
开关电源的效率一般在80%以上，甚至可以达到90%以上，因此具有较高的能源利用率。同时，由于开关电源采 用了高频变压器，使得其体积和重量都大大减小，方便了设备的集成和运输。此外，开关电源的动态响应速度快 ，可以快速地响应输入电压和负载的变化，提高了系统的稳定性和可靠性。
02 开关电源的基本原理
开关电源的工作原理
01
开关电源通过控制开关管开通和关断的时间比率，维
持输出电压的稳定。
02
当输入电压或负载电流发生变化时，控制电路会调整
开关管的通断时间，以保持输出电压的稳定。
03
开关电源的效率较高，因为开关管在截止期间不消耗
电能。
开关电源的电路组成
输入电路
包括滤波器、整流器和限流电路，用 于将交流输入电压转换为直流电压。
根据不同的控制方式，可以选择不同的控制电路 类型，如脉冲宽度调制（PWM）和脉冲频率调 制（PFM）。
控制电路的设计原则
根据输出电压、电流的要求，选择合适的控制芯 片、电阻和电容元件，并确定其参数。
04 开关电源的优化
提高效率的优化
优化电路拓扑结构
选择合适的电路拓扑结构，如 Boost、Buck等，以降低能量
设计故障诊断与保护电路，及时检测并处 理电源故障，提高电源的可靠性。
05 开关电源的测试与调试
测试方法
输入测试
开关电源原理设计及实例变压器隔离的DCDC变换器拓扑结构课堂课件
对电源进行充电；另一方面，流过反馈线圈 N3 绕组中的电流产生的磁场可以使
变压器的铁心退磁，使变压器铁心中医的学磁知识场！强度恢复到初始状态。
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4.3 单端反激式结构
4.3.1 简介
所谓单端反激式变压器开关电源，是指当变压器的初级线圈正好被直 流电压激励时，变压器的次级线圈没有向负载提供功率输出，而仅在变压 器初级线圈的激励电压被关断后才向负载提供功率输出，这种变压器开关 电源称为反激式开关电源。单端反激变换器是在反极性(Buck--Boost)变 换器基础上演变而来的，因此具有反极性变换器的特性。
医学知识！
4
4.1 概述
直流
逆变 电路
交流
变压器
交流
整流 电路
脉动
直流
直流
滤波器
图 4-1 隔离DC-DC变换器功能示意图
医学知识！
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4.1 概述
升压和降压等变换器可以完成直流电压的变换。但实际上存在着转换功能上的局
限性，例如，输入输出不隔离，输入输出电压比或电流比不能过大以及无法实现多路 输出等。这种局限性只能用另一种开关变换器中的重要组件—变压隔离器来克服。下 面列出采用变压器隔离结构的原因： 输出端与输入端之间需要隔离； 变压器可以同时输出多组不同数值的电压，改变输出电压和输出电流很容易，只需 改变变压器的匝数比和漆包线截面积的大小即可；
4.2.3 电路关键节点波形
医学知识！
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4.2 单端正激式结构
变压器的磁心复位：开关 S 导通后，变压器的励磁电流由零开始，随着时
间的增加而线性的增长，直到 S 关断。为防止变压器的励磁电感饱和，必须设
法使励磁电流在 S 关断后到下一次再开通的一段时间内降回零，这一过程称为
课程设计：反激式开关电源
U g RCD吸收电路
+
VD1
Io
Ug
+
VD1
Io
Rs
Cs N p
Ds
Ns
C + R Uo
Lm Nc
Np
Ns
C + R Uo
C1
Q
C1
Dc
-
Q
-
Ri
（a）
Ri
(b)
图 3 吸收电路
4．反激变换器的系统结构
反激式变换器的系统结构示意图如图 4 所示。由图中可以看出，一个 AC 输入 DC 输出 的反激式变换器主要由如下五部分构成：输入电路、变压器、控制电路、输出电路和吸收电 路构成。输入电路主要包括整流和滤波，将输入的正弦交流电压变成直流，而输出电路也是 整流和滤波，是将变压器副边输出的方波电压单向输出，且减少输出电压的纹波。吸收电路 如图 3 所示。所以，反激变换器的关键在于变压器和控制电路的设计。这也是本次课程设计 的重点。
3．反激变换器的吸收电路
实际反激变换器会有各种寄生参数的存在，如变压器的漏感，开关管的源漏极电容。所 以基本反激变换器在实际应用中是不能可靠工作的，其原因是变压器漏感在开关 Q 截止时， 没有满意的去磁回路。为了让反激变换器的工作变得可靠，就得外加一个漏感的去磁电路， 但因漏感的能量一般很小，所以习惯上将这种去磁电路称为吸收电路，目的是将开关 Q 的 电压钳位到合理的数值。 在 220V AC 输入的小功率开关电源中， 常用的吸收电路主要有 RCD 吸收电路和三绕组吸收电路。其结构如图 3(a)(b)所示。
U o MU g ，
I g MI o ，其中 M
Np D ，N 。 Ns N (1 D)
开关电源设计步骤
开关电源设计步骤开关电源设计步骤步骤1 确定开关电源的基本参数① 交流输入电压最小值umin② 交流输入电压最大值umax③ 电网频率Fl 开关频率f④ 输出电压VO(V):已知⑤ 输出功率PO(W):已知⑥ 电源效率η:一般取80%⑦ 损耗分配系数Z:Z表示次级损耗与总损耗的比值,Z=0表示全部损耗发生在初级,Z=1表示发生在次级.一般取Z=0.5步骤2 根据输出要求,选择反馈电路的类型以及反馈电压VFB步骤3 根据u,PO值确定输入滤波电容CIN、直流输入电压最小值VImin① 令整流桥的响应时间tc=3ms② 根据u,查处CIN值③ 得到Vimin确定CIN,VImin值u(V) PO(W) 比例系数(μF/W) CIN(μF) VImin(V)固定输入:100/115 已知 2~3 (2~3)×PO ≥90通用输入:85~265 已知 2~3 (2~3)×PO ≥90固定输入:230±35 已知 1 PO ≥240步骤4 根据u,确定VOR、VB① 根据u由表查出VOR、VB值② 由VB值来选择TVSu(V) 初级感应电压VOR(V) 钳位二极管反向击穿电压VB(V)固定输入:100/115 60 90通用输入:85~265 135 200固定输入:230±35 135 200步骤5 根据Vimin和VOR来确定最大占空比Dmax① 设定MOSFET的导通电压VDS(ON)② 应在u=umin时确定Dmax值,Dmax随u升高而减小步骤6 确定初级纹波电流IR与初级峰值电流IP的比值KRP,KRP=IR/IPu(V) KRP最小值(连续模式) 最大值(不连续模式)固定输入:100/115 0.4 1通用输入:85~265 0.4 1固定输入:230±35 0.6 1步骤7 确定初级波形的参数① 输入电流的平均值IAVG② 初级峰值电流IP③ 初级脉动电流IR④ 初级有效值电流IRMS步骤8 根据电子数据表和所需IP值 选择TOPSwitch芯片① 考虑电流热效应会使25℃下定义的极限电流降低10%,所选芯片的极限电流最小值ILIMIT(min)应满足:0.9 ILIMIT(min)≥IP步骤9和10 计算芯片结温Tj① 按下式结算:Tj＝[I2RMS×RDS(ON)+1/2×CXT×(VImax+VOR) 2 f ]×Rθ+25℃式中CXT是漏极电路结点的等效电容,即高频变压器初级绕组分布电容② 如果Tj>100℃,应选功率较大的芯片步骤11 验算IP IP=0.9ILIMIT(min)① 输入新的KRP且从最小值开始迭代,直到KRP=1② 检查IP值是否符合要求③ 迭代KRP=1或IP=0.9ILIMIT(min)步骤12 计算高频变压器初级电感量LP,LP单位为μH步骤13 选择变压器所使用的磁芯和骨架,查出以下参数:① 磁芯有效横截面积Sj(cm2),即有效磁通面积.② 磁芯的有效磁路长度l(cm)③ 磁芯在不留间隙时与匝数相关的等效电感AL(μH/匝2)④ 骨架宽带b(mm)步骤14 为初级层数d和次级绕组匝数Ns赋值① 开始时取d＝2(在整个迭代中使1≤d≤2)② 取Ns=1(100V/115V交流输入),或Ns=0.6(220V或宽范围交流输入)③ Ns=0.6×(VO+VF1)④ 在使用公式计算时可能需要迭代步骤15 计算初级绕组匝数Np和反馈绕组匝数NF① 设定输出整流管正向压降VF1② 设定反馈电路整流管正向压降VF2③ 计算NP④ 计算NF步骤16~步骤22 设定最大磁通密度BM、初级绕组电流密度J、磁芯的气隙宽度δ,进行迭代.① 设置安全边距M,在230V交流输入或宽范围输入时M=3mm,在110V/115V交流输入时M=1.5mm.使用三重绝缘线时M=0② 最大磁通密度BM=0.2~0.3T若BM>0.3T,需增加磁芯的横截面积或增加初级匝数NP,使BM在0.2~0.3T范围之内.如BM<0.2T,就应选择尺寸较小的磁芯或减小NP值.③ 磁芯气隙宽度δ≥0.051mmδ＝40πSJ(NP2/1000LP-1/1000AL)要求δ≥0.051mm,若小于此值,需增大磁芯尺寸或增加NP值.④ 初级绕组的电流密度J=(4~10)A/mm2若J>10A/mm2,应选较粗的导线并配以较大尺寸的磁芯和骨架,使J<10A/mm2.若J<4A/mm2,宜选较细的导线和较小的磁芯骨架,使J>4A/mm2;也可适当增加NP的匝数.⑤ 确定初级绕组最小直径(裸线)DPm(mm)⑥ 确定初级绕组最大外径(带绝缘层)DPM(mm)⑦ 根据初级层数d、骨架宽带b和安全边距M计算有效骨架宽带be(mm)be=d(b-2M)然后计算初级导线外径(带绝缘层)DPM:DPM＝be/NP步骤23 确定次级参数ISP、ISRMS、IRI、DSM、DSm① 次级峰值电流ISP(A) ISP=IP×(NP/NS)② 次级有效值电流ISRMS(A)③ 输出滤波电容上的纹波电流IRI(A)⑤ 次级导线最小直径(裸线)DSm(mm)⑥ 次级导线最大外径(带绝缘层)DSM(mm)步骤24 确定V(BR)S、V(BR)FB① 次级整流管最大反向峰值电压V(BR)SV(BR)S＝VO+VImax×NS/NP② 反馈级整流管最大反向峰值电压V(BR)FBV(BR)FB＝VFB+ VImax×NF/NP步骤25 选择钳位二极管和阻塞二极管步骤26 选择输出整流管步骤27 利用步骤23得到的IRI,选择输出滤波电容COUT① 滤波电容COUT在105℃、100KHZ时的纹波电流应≥IRI② 要选择等效串连电阻r0很低的电解电容③ 为减少大电流输出时的纹波电流IRI,可将几只滤波电容并联使用,以降低电容的r0值和等效电感L0④ COUT的容量与最大输出电流IOM有关步骤28~29 当输出端的纹波电压超过规定值时,应再增加一级LC滤波器① 滤波电感L=2.2~4.7μH.当IOM<1A时可采用非晶合金磁性材料制成的磁珠;大电流时应选用磁环绕制成的扼流圈.② 为减小L上的压降,宜选较大的滤波电感或增大线径.通常L=3.3μH③ 滤波电容C取120μF /35V,要求r0很小步骤30 选择反馈电路中的整流管步骤31 选择反馈滤波电容反馈滤波电容应取0.1μF /50V陶瓷电容器步骤32 选择控制端电容及串连电阻控制端电容一般取47μF /10V,采用普通电解电容即可.与之相串连的电阻可选6.2Ω、1/4W,在不连续模式下可省掉此电阻.步骤33选定反馈电路步骤34选择输入整流桥① 整流桥的反向击穿电压VBR≥1.25√2 umax③ 设输入有效值电流为IRMS,整流桥额定有效值电流为IBR,使IBR≥2IRMS.计算IRMS公式如下: cosθ为开关电源功率因数,一般为0.5~0.7,可取cosθ＝0.5步骤35 设计完毕在所有的相关参数中,只有3个参数需要在设计过程中进行检查并核对是否在允许的范围之内.它们是最大磁通密度BM(要求BM=0.2T~0.3T)、磁芯的气隙宽度δ(要求δ≥0.051mm)、初级电流密度J(规定J=4~10A/。
第1课 开关电源的设计
从市场的角度设计电源
➢ 电源方案的选择： 采用何种工作方式反激、正激、推挽、半
桥、全桥等； ➢ 产品的工作环境：
主要考虑温度、湿度和灰尘等（例如销 往海南的电源和销往黑龙江的就不一样， 一个是注意温度和湿度，另一个要注意温 度和干燥防尘）； ➢ 产品的保护方面考虑。
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输出直流电压Vo计算
➢ 输出电压为： Vo/Vi = -d/1-d
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电源的技术指标
➢ 线形电源： 工作在线形放大区内；纹波小；电路比较简单； 效率低，35~60%； 形式比较简单，只能用在降压环境下；
➢ 开关电源： 效率高。70~95%； 形式多种多样，升压、降压、升降压等； 适用范围广，40V~480V； 小巧轻便。
➢ 稳压： 稳压管、复合管、三端稳压管（大家设计重点考 虑哪些因素呢？） 注意隔离、端子区分、散热、计算的问题
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开关电源的组成2
➢ PWM控制部分 主要包括：取样、供电、辅助供电、开关
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开关电源的组成3
➢ 输出（滤波、整流、稳压）：
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典型电路的组成
➢ 整流： 半波（电压一般U/2）、全桥（√2U）、倍压 （ 2√2U ）二倍压。
➢ 滤波： 电感、电容 （根据什么特性滤波？） 电流不能突变、电压不能突变。
电压Vo； ➢ 当S截至时，D上负下正，是由L感应的电压所至，
由于没有能量补充，所以电感IL是下降的；
所以：Vo=（Ton/T）×Vin=D × Vin
课后作业：请出计算Buck电路中的电感L 值的公式。
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Boost电路原理图
开关电源课程设计报告
太原理工大学课程设计任务书指导教师签名：日期：前言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、轻量和高效率的特点，被广泛地应用于各种电气设备和系统中，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。
本论文根据输入电压经EMI滤波设计整流桥，再与直流变压器开关管构成反激电路。
通过输出反馈经UC3842控制占空比，从而使输出电压稳定。
反激电路中开关管开通原边线圈储存能量，副边不导通。
原边关断时，线圈储存的能量通过互感向负载提供能量。
输出电压反馈由TL431和光耦构成，当输出稳定时，有一个稳定的电流；当输出电压增大时，TL431分流增加，发光二极管亮度改变，使三级管电流改变，致使开关管控制导通占空比改变，从而使输出电压减小。
另外，芯片UC3842引脚接一电流反馈，通过控制分压值实现截流保护，防止输出过电流。
设计中，直流变压器的设计是重点，需要计算其原边电感，原副边匝数，铁芯的选择，根据这些参数构造电路图，计算各电容电阻值及二极管承受的反压，选择合适的型号。
论文先介绍了开关电源及反激式开关电源，然后介绍器件选型，再分部分介绍主电路、控制电路和保护电路，最后附表为选择时参数参考表和总电路图。
目录前言第一章开关电源概述 (1)1.1开关电源综述 (1)1.2反激式开关电源介绍 (2)第二章总体方案的确定 (2)2.1总体设计思路及框图 (2)2.2仿真原理图 (3)第三章具体电路设计 (5)3.1EMI滤波电路 (5)3.2整流滤波电路设计 (6)3.3 高频变压器的设计 (7)3.4控制反馈电路的设计 (15)3.5保护电路的设计 (17)3.6输出侧滤波电路设计 (18)第四章电路仿真与结果 (19)4.1 EMI滤波电路 (19)4.2整流电路 (21)4.3反激型电路 (22)4.4反馈电路 (23)4.5总电路 (24)心得体会 (25)参考文献 (26)反激型开关电源电路设计第一章开关电源概述1.1开关电源综述电源是各种电子设备不可缺少的组成部分，其性能的优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠的工作。
半桥式开关电源设计 电力电子技术课设
半桥式开关电源设计电力电子技术课设半桥式开关电源是一种常用的电力电子器件，广泛应用于各种电子设备中。
它具有高效率、稳定性好、体积小等优点，因此在电力电子技术领域中具有重要意义。
本文将介绍半桥式开关电源设计的背景和重要性。
本文档旨在说明设计半桥式开关电源的具体目标和要求。
以下是设计目标的详细说明：设计目标一：高效能通过优化电路拓扑和元件参数，实现高效的能源转换。
目标是在不牺牲电源稳定性的前提下，最大程度地减少能量损耗。
设计目标二：稳定性保证电源输出的稳定性和可靠性，以满足应用领域对电源质量的要求。
应考虑并解决可能存在的振荡、噪音和波动等问题。
设计目标三：自保护在电路发生异常情况（如过载、过温、短路等）时，能够及时自动切断输出，以保护电源和电路的安全性。
设计应考虑采用适当的保护措施，如过流保护、过温保护和过压保护。
设计目标四：成本效益在满足上述要求的前提下，尽量降低设计成本。
可通过选择适当的元件、合理布局和设计简洁的控制电路等方式来实现成本效益。
设计目标应指导整个半桥式开关电源的设计过程，确保设计出满足要求的高效、稳定、可靠且经济的电源系统。
选择元器件选择开关电源中的主要元器件，包括半桥式开关管、电、电感器等。
根据具体需求和性能要求，选择合适的型号和规格。
确定输入电压范围和输出功率，并根据这些数据选择合适的元器件参数。
电路分析进行半桥式开关电源的电路分析，包括开关管工作原理、电流路径等。
分析电路中的电流、电压、功率等参数，计算电路的效率和损耗。
电路优化根据电路分析的结果，进行电路优化。
可以尝试调整元器件参数、改进电路拓扑结构等方法来提高电路的性能。
优化电路的效率、稳定性和功率因数等指标，以满足设计要求并提高整体性能。
仿真验证使用电路仿真软件，如LTspice等，对设计的半桥式开关电源进行仿真验证。
分析仿真结果，验证电路的性能、稳定性和效率等指标是否满足设计要求。
硬件实现根据设计和仿真结果，进行半桥式开关电源的硬件实现。
(完整word版)基于Buck变换器的开关电源设计【适合做课程设计】
基于Buck变换器的开关电源设计摘要一个高可靠性的电源系统需要大功率宽电压输入范围的DC/DC变换，在充分考虑不同DC/DC变换器拓扑特点的基础上，选用Buck作为系统的电路拓扑.本文介绍了Buck电路的工作原理，对整个闭环结构进行设计与研究,并附以相关电路图表示。
并选择符合规范的元器件，计算产品的成本.关键词Buck拓扑；DC/DC；开关电源;MC34063第一章概述开关电源是利用现代电子电力技术控制功率器件(MOSFET、三极管等）的导通和关断时间来稳定输出电压的一种稳压电源，具有转换效率高，体积小,重量轻，控制精度高等优点。
1。
1基本要求输入直流9V-12V,输出5V，5W；开关振荡频率40KHz。
1.2方案设计采用MOSFET作为功率转换元件,MOSFET具有压降小，输入电阻高，动态特性好等特点。
控制方案采用集成电路MC34063单路PWM控制芯片，极大简化电路设计。
第二章开关电源输入与控制部分设计2。
1 开关电源工作原理开关电源是指调整管工作在开关方式，只有导通和截止两个状态，图2-1为工作过程。
基准电压为固定值,由于输入波动或负载变化导致输出电压减小，采样电压将减小，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,当由于输入波动或负载变化导致输入电压增大时,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2。
2 Buck 调整器的基本工作方式Buck 调整器的基本电路如图2-2所示,晶体管Q1与直流输入电压dc V 串联，通过Q1的开通与关断，在V1处产生方波电压，采用恒频占空比可调的方式（PWM),在V1出产生方波电压，Q1导通时间为on T 。
Q1导通时V1点电压为dc V ，电流通过串接的电感L0流入输出端,Q1关断时，电感L0产生反电动势，使V1点电压迅速下降到0并变负，直至被D1钳位于—0。
8V 。
假设二极管导通压降为0,则V1点电压为矩形波，该方波电压平均值为T T V on dc /。
(完整word版)开关电源课程设计
目录一、引言 (2)1.1设计背景 (2)1.2设计基本要求 (2)二、功率开关管的选择……………………………………………………………………………错误!未定义书签。
三、UC3842简介…………………………………………………………………………………..错误!未定义书签。
3.1 UC3842的结构 ......................................................................... 错误!未定义书签。
3.2 UC3842的功能 ......................................................................... 错误!未定义书签。
四、变压器设计 (6)4.1估算输入和输出功率 (6)4.2计算最小和最大输入电流 (7)4.3计算脉冲信号最大占空比 (8)4.4磁芯参数确定方法 (8)五、光耦信号传输电路 (9)5.1保护采样电路 (9)5.2微机处理芯片电路 (9)5.3变频器的控制方式选择 (10)六、输出滤波电路 (11)七、整体电路与实物 (12)八、心得体会 (14)一、引言1.1设计背景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，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET 构成。
随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。
目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。
单管的DC/DC转换器有正激式（Forward）和反激式（Flyback）两种。
双管DC/DC转换器有双管正激式（DoubleTransistor Forward Converter），双管反激式（Double Transistr Flyback Converter）、推挽式（Push-Pull Converter）和半桥式（Half-Bridge Converter）四种。
开关电源电路设计要点与调试
开关电源电路设计要点与调试开关电源是一种用于电子设备的电源供应，其具有高效率、稳定性和可调性等优点。
设计和调试开关电源时，需要注意一些重要要点。
一、开关电源设计要点：1.选择适当的拓扑结构：开关电源的拓扑结构有多种，如降压型、升压型、升降压型等。
要根据设备的功率需求和使用环境来选择合适的拓扑结构。
2.选择合适的功率器件：开关电源的功率器件主要包括开关管、二极管和变压器等。
需要选择具备合适功率和工作频率范围的器件，并且要考虑其可靠性和成本。
3.控制和保护电路设计：开关电源需要有稳定的控制和保护功能，如输出电压、电流的监测和调节，过载、过压、短路等故障的保护。
需要设计相应的反馈和控制电路，保证开关电源的可靠工作。
4.选择合适的滤波电路：开关电源在工作过程中会产生较大的开关干扰，需要采取合适的滤波措施，减小开关干扰对其他电子设备的影响。
5.选择合适的输出电容：开关电源的输出端需要连接电容进行滤波，以减小输出纹波。
应选择适当容量和质量的电容，保证输出电压稳定。
6.保证开关电源的安全性：开关电源设计时需要考虑一些安全因素，如避免触电危险、瞬态过电压保护等，保证电源的安全可靠性。
7.合理布局和散热设计：开关电源的布局设计要合理，器件的热量要及时散热，避免温度过高对电源稳定性的影响。
二、开关电源调试要点：1.确认电源输入输出参数：在开关电源调试之前，首先要明确电源的输入和输出参数，如输入电压范围、输出电压和电流等，以便调试和验证工作的正确性。
2.建立逐步调试的过程：开关电源调试时可以采用逐步调试的方法，即先调试一部分功能，然后逐渐增加其他功能的调试。
这样可以避免在调试过程中出现一些难以排查的问题。
3.注意开关电源的保护功能：在调试的过程中，要注意开关电源的保护功能是否正常，如过载、过压、短路等故障保护功能是否有效。
可以通过人工模拟故障情况进行测试。
4.确保开关电源的稳定性：开关电源在调试过程中需要保证输出电压和电流的稳定性。
开关电源设计报告
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。
《开关电源仿真设计》课件
由MathWorks公司开发，适用于多种领域的系统仿真，包括电 力电子、控制系统等。
专门针对电力电子系统的仿真软，具有强大的元件库和模型 库。
由Mentor Graphics公司开发，适用于电子系统的仿真，具有 广泛的元件库和模型库。
由National Instruments公司开发，适用于电子电路的仿真， 具有直观的用户界面和丰富的元件库。
05
开关电源仿真设计常见问题与解决方
案
仿真结果不准确的原因与解决方法
01
仿真模型建立不准 确
确保电路模型参数准确，元件参 数和实际电路一致，考虑寄生参 数和耦合效应。
02
仿真算法选择不当
根据电路特性和精度要求选择合 适的仿真算法，如时域仿真、频 域仿真等。
03
初始条件设置不合 理
为电路元件设置合理的初始条件 ，以避免仿真结果出现不稳定或 错误。
提高仿真效率的方法与技巧
使用合适的仿真算法
选择高效、精确的仿真算法，如快速傅里叶 变换、有限元法等。
优化电路模型
简化电路模型，去除不必要的元件和连接， 减少仿真计算量。
合理设置仿真参数
调整仿真时间步长、收敛精度等参数，以提 高仿真速度和准确性。
常见电路模型建立问题与解决方法
1 2
元件模型不准确
查找元件的准确模型，或根据实际测试数据建立 元件模型。
重复仿真
在优化设计后，重复仿真过程，直至达到满 意的设计效果。
记录和整理
将每次仿真的结果进行记录和整理，以便后 续的总结和归纳。
04
开关电源仿真设计案例分析
案例一：Boost电路仿真设计
总结词
Boost电路是一种常用的开关电源拓扑结 构，通过改变开关管的占空比来调节输 出电压。
开关电源的设计
Uab2 Uab3
Uce
反向偏置时安全工作区
在开关晶体管加反向偏压时，因为关断时间会 减少，应避免基极—发射极结的雪崩现象发生。 设计时可采用有钳位二极管加阻容（RC）吸收 网络以避免雪崩现象的发生。
3、开关晶体管的阻容（RC）吸收回路
当晶体管V1截止时，电容C通过二极管V2被充电到 工作电源电压E’，当晶体管V1导通时，电容C经过 电阻R放电。实际上，吸收回路消耗了一定量的功 率，减轻了开关管的负担。如果没有吸收回路，这 一部分功率必须由开关管承担。
5.5功率晶体管的保护电路设计
功率晶体管的保护有抗饱和、二次击穿等问题 1、双极型晶体管正偏压的二次击穿
双极型晶体管安全工作区
C
V2 b R V1 e
正向偏压二次击穿的一种新防止方法是：在制造 晶体管时增加发射极平衡技术，使用这种技术制 造的晶体管，可以工作在它本身允许的最大功率 和最大集电极电压的条件下，而不必担心会产生 二次击穿。
推挽式变换器电路
L R1 + C1 V1 C3 T + C4 RL
~
R2 + C2 V2
半桥式变换器电路
变压器的一次侧在整个周期中都流过电流，磁芯得 到充分利用，对功率开关管的耐压要求较低，决不 会超过线路峰值电压。与推挽式电路相比，若输出 相同的功率，则开关晶体管必须流过2倍的电流。 在半桥式DC/DC变换器电路中，因为变压器工作电 压降到1／2，为了获得相同的功率，晶体管的工作 电流将加倍。
Ic
式中 I——变压器二次绕组的峰值电流； n——变 压器一、二次绕组匝数比。
I n
5.4.2推挽式变换器电路中开关晶体管的 选择
推挽式变换器电路是由两个单端正激变换器电路构 成。工作时两个功率功率管交替导通或者截止。这 种电路的特点是：由于功率开关器件发射极是共地 的，所以基极驱动电路无需隔离，使驱动电路简化； 使用两个功率开关器件可以获得较大的功率输出； U in 功率开关器件耐压应该大于2 。
单片电源开关课程设计
单片电源开关课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解单片电源开关的基本概念、工作原理和功能特点；2. 掌握单片电源开关的电路设计方法和电路连接方式；3. 了解单片电源开关在电子产品中的应用及其重要性。
技能目标：1. 能够正确使用工具和仪器进行单片电源开关的安装与调试；2. 学会分析并解决单片电源开关在实际应用中出现的问题；3. 培养学生动手实践能力，提高电路设计与创新能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电子技术的兴趣和热情，激发学生主动探索精神；2. 培养学生团队合作意识，学会与他人共同解决问题；3. 增强学生环保意识，了解电子产品对环境的影响及社会责任。
课程性质：本课程为电子技术实践课程，注重理论与实践相结合，强调学生动手能力和创新能力。
学生特点：六年级学生具备一定的电子技术基础知识和动手能力，对新鲜事物充满好奇，喜欢探索和实践。
教学要求：结合学生特点，采用任务驱动法、分组合作法等教学策略，引导学生主动参与课堂，提高学生实践操作能力和创新能力。
通过课程学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续电子技术学习奠定基础。
二、教学内容1. 引言：介绍单片电源开关在日常生活和电子产品中的重要性，激发学生学习兴趣。
教材章节：第一章第1节2. 理论知识：a. 单片电源开关的基本概念与工作原理b. 单片电源开关的种类、功能及参数教材章节：第一章第2、3节3. 实践操作：a. 单片电源开关的安装与连接方法b. 单片电源开关电路的设计与搭建c. 单片电源开关的调试与故障排除教材章节：第二章第1-4节4. 应用案例分析：a. 分析单片电源开关在电子产品中的应用实例b. 讨论单片电源开关在不同场景下的选型与应用教材章节：第三章第1、2节5. 创新设计：a. 鼓励学生发挥创意，设计具有实用价值的单片电源开关电路b. 组织学生进行作品展示，互相交流学习教材章节：第四章第1节教学进度安排：1. 引言及理论知识学习（2课时）2. 实践操作指导与练习（4课时）3. 应用案例分析及讨论（2课时）4. 创新设计及作品展示（2课时）教学内容遵循科学性和系统性原则，结合课程目标，确保学生掌握单片电源开关的相关知识和技能。
详解一步一步设计开关电源
详解一步一步设计开关电源【开篇】针对开关电源很多人觉得难，主要是理论与实践相结合；万事开头难，我在这里只能算抛砖引玉，慢慢讲解如何设计，有任何技术问题可以随时打断，我将尽力来进展解答。
设计一款开关电源并不难，难就难在做精；我也不是一个很精熟的工程师，只能算一个领路人。
希望大家喜欢大家一起努力!!【第一步】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，我帮助分析。
我只带大家设计一款宽围输入的，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构造；这样的一个开关电源多项选择择反激式(flyback) 根本上可以满足要求备注一个，在这里我会更多的选择是经历公式来计算，有需要分析的，可以拿出来再讨论【第二步】2.当我们确定用flyback 拓扑进展设计以后，我们需要选择相应的PWM IC 和MOS 来进展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展分解分立式：PWM IC 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PWM IC 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集成式，多是指PWM controller 和power switch 集成在一起的芯片不限定于是PSR 还是SSR【第三步】3. 确定所选择的芯片以后，开场做原理图(sch)，在这里我选用ST VIPer53DIP(集成了MOS) 进展设计，原因为何(因为我们是销售这一颗芯片的).设计之前最好都先看一下相应的datasheet，自己确认一下简单的参数无论是选用PI 的集成，或384x 或OB LD 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【第四步】4. 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PCB Layout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展计算一般有芯片厂家提供相关资料【第五步】5. 确定开关频率，选择磁芯确定变压器芯片的频率可以通过外部的RC 来设定，工作频率就等于开关频率，这个外设的功能有利于我们更好的设计开关电源，也可以采取外同步功能。
《开关电源设计》课件
电感的计算
根据电路要求计算合适的电 感值，需要考虑输入输出电 压、电流、开关频率等参数 。
电阻的选择与计算
根据电路要求选择合适的电 阻，需要考虑其阻值、功率 、精度等参数，并根据电路 参数计算出所需的阻值。
开关电源的优化设计方法
提高效率
采用低损耗元件、优化电路结构、降低热损 耗等方法提高效率。
降低噪音
3
AFR（年度故障率）
设备在单位时间内发生故障的概率。
影响开关电源可靠性的因素
元器件质量
元器件的品质和可靠性直接影响开关电源的寿命和稳定性。
电路设计
合理的电路设计能够提高开关电源的稳定性和可靠性。
制造工艺
制造工艺的精细程度和质量控制影响产品的可靠性和稳定性。
环境因素
温度、湿度、灰尘等环境因素对开关电源的可靠性产生影响。
全桥式开关电源
适用于大功率、要求输出电压 较高的场合。具有输出电压高
、效率高的特点。
开关电源的元件选择与计算
开关管的选择
根据电路要求选择合适的开 关管，如MOSFET、IGBT等 ，需要考虑其额定电压、电 流、开关频率等参数。
滤波电容的选择
根据输出电压的要求选择合 适的滤波电容，需要考虑其 容量、耐压、温度系数等参 数。
详细描述
开关电源是一种将电能进行高效转换的设备，通过控制开关管的工作状态，实 现电压和电流的调节。它具有高效率、高可靠性、体积小、重量轻等特点，因 此在许多领域得到广泛应用。
开关电源的应用领域
总结词
开关电源广泛应用于通信、计算机、工业控制、医疗器械等 领域。
详细描述
开关电源具有高效率、高可靠性、体积小、重量轻等特点， 因此在许多领域得到广泛应用。它广泛应用于通信、计算机 、工业控制、医疗器械等领域，为各种电子设备提供稳定的 电源供应。
开关电源设计与应用--自激式开关电源 ppt课件
2.2.2 自激电源的同步控制
图2-6 TC-29CX电源电路
2.3 自激式降压型集成电源
2.3.1 直接取样电源电路
图2-7 直接取样开关电源电路
2.3.2 间接取样电源电路
图2-8 间接取样开关电源电路
2.4 升压式自激电源
升压式开关电源是不隔离型开关电源的另一种应用较多的开关电源，尤其 在目前的移动通信、移动视频显示器中更得到广泛应用。
图2-12 正反馈脉冲钳位电路
图2-13所示为恒流驱动电路，电路中设有两路正反馈支 路。
图2-13 恒流驱动电路
2.5.3 双PWM控制 为了提高稳压效果，自激式开关电源可以采用双路或多
路PWM控制，采用两只脉宽控制管或两路独立的控制电路， 扩大脉宽调制器的控制能力。因为两路PWM电路同时出现 故障的机会极小，所以不仅提高了控制能力，可靠性也大为 提高。
采用双路控制的自激式开关电源属故障前保护，常设以下保护电路。
(1) 软启动电路。在开关电源启动时，开关管振荡过程中的振荡脉宽不是 突然进入额定脉宽，而是有一段启动过程。以图2-11的电路为例，开机瞬间， C312两端取样电压达到额定值需有一定时间，在C312充电过程中，误差放大器检 出的取样电压偏低，因而脉宽控制电路减小了对开关管基极的分流，使振荡电 路脉宽增大，形成开机冲击电流。脉宽的增大，使开关管在开机瞬间有一较大 的冲击电流。为了避免这种硬启动过程带来的危害，需要在取样分压电路中加 入软启动电路。
1．双路PWM电路 图2-14为双路PWM控制的基本电路。
1．双路PWM电路
图2-14 双路PWM控制的基本电路
2．隔离开关电源保护电路
开关电源保护电路设置的作用是：保护开关电源本身，尽量减少 故障率，或者在偶然发生故障时减小其损坏范围；设置输出过压保护， 避免损坏负载电路。
开关电源课程设计：反激式开关电源变压器参数的计算
《开关电源设计》与《变压器工程与设计》课程期末考查报告报告名称：反激式开关电源变压器参数的计算学生姓名：学号：专业班级:指导教师：二0一七年十二月二十日反激式开关电源变压器参数的计算储能滤波电容进行充电时，电容两端的电压是按正弦曲线的速率变化，而储能滤波电容进行放电时，电容两端的电压是按指数曲线的速率变化，但由于电容充、放电的曲率都非常小，所以，把图1-19反激式变压器开关电源储能滤波电容两端电压的充、放电波形画成了锯齿波，这也相当于用曲率的平均值来取代曲线的曲率，如图1-26所示。
图1-26中，uo是变压器次级线圈输出波形，Up是变压器次级线圈输出电压正半周波形的峰值，Up-是变压器次级线圈输出电压负半周波形的峰值，Upa是变压器次级线圈输出电压波形的半波平均值，uc 是储能滤波电容两端的电压波形，Uo 是反激式变压器开关电源输出电压的平均值，i1是流过变压器初级线圈的电流，i2是流过变压器次级线圈的电流，Io是流过负载两端的平均电流。
电容参数的计算方法完全相同。
反激式变压器开关电源储能滤波电容参数的计算，除了参考图1-7以外，还可以参考前面串联式开关电源或反转式串联开关电源中储能滤波电容参数的计算方法，同时还可以参考图1-6中储能滤波电容C的充、放电过程。
从图1-26可以看出，反激式变压器开关电源储能滤波电容充、放电波形与图1-7反转式串联开关电源储能滤波电容充、放电波形（图1-8 -b））基本相同，只是极性正好相反。
因此，图1-19反激式变压器开关电源储能滤波电容参数的计算方法与图1-7反转式串联开关电源储能滤波图1-26从图1-26中可以看出，反激式变压器开关电源与反转式串联开关电源中的储能电感一样，仅在控制开关K关断期间才产生反电动势向负载提供能量，因此，即使是在占空比D等于0.5的情况下，储能滤波电容器充电的时间与放电的时间也不相等，电容器充电的时间小于半个工作周期，而电容器放电的时间则大于半个工作周期，但电容器充、放电的电荷是相等的，即电容器充电时的电流大于放电时的电流。
开关电源培训 ppt课件
1-4:反激变换器（Flyback）工作原理 （电流断续模式）
Vin
n:1
Vo
D
Io
Lm
Vgs
Co
D G
S
根据变压器的伏秒平衡：
Vo Vin * D n *(1 D)
Vo' Vo
Vd s Im
ID
根据能量守恒：
1 2
LmI
2 p
Vo2 R
T
VL
Ip
VinDT Lm
Vo RT Vin
LkIp 2
Vr Lk * Ip Cds
Vgs
Vd s Im
ID
T
D 1-
V
D
Vin+nV
r
o
Ip
ID-p
VL
9
Vin -nVo
Vin Io ppt课件
1-4:反激变换器（Flyback）工作原理（2）
Vin
n:1
Vo
D
Io
R Lm
Vc
Co
Vc
Lk
D G
S
Ploss=(Vc-Vin)2/R
14
ppt课件
反激电源简化电路
15
ppt课件
3-2：变压器设计
参数设定：初级匝数-Np，次级匝数Ns，输入母线直流电压为Vin， 匝比为n，VDf为续流二极管反向耐压，Vo为输出电压，Vor为反射电 压，D为MOS开通占空比，Ton为MOS导通时间，Vleg为变压器漏 感产生的尖峰电压
N=Np/Ns
3-1
Vds=Vinmax+Vleg+Vor
3-2
Vin*Ton=Vor*Toff
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从市场的角度设计电源
电源方案的选择： 采用何种工作方式反激、正激、推挽、半桥、全桥等；
产品的工作环境： 主要考虑温度、湿度和灰尘等（例如销往海南的电源和销往黑龙江的就不一 样，一个是注意温度和湿度，另一个要注意温度和干燥防尘）；
产品的保护方面考虑。
2021/2/7
从设计的角度设计电源
这里的二极管起到阻碍作用。。。。。。。。
2021/2/7
输出直流电压Vo计算
输出电压为： Vo/Vi = -d/1-d
2021/2/7
电源的技术指标
线形电源： 工作在线形放大区内；纹波小；电路比较简单； 效率低，35~60%； 形式比较简单，只能用在降压环境下；
开关电源： 效率高。70~95%； 形式多种多样，升压、降压、升降压等； 适用范围广，40V~480V； 小巧轻便。
2021/2/7
反转式变换器图
2021/2/7
反转式变换器原理说明
定义： 所谓反转式，就是输入电压的正负极性颠倒后输出。
原理是怎样的？ 1、当开关管Q导通Ton时，输入的直流电压Vi全部加在电感
L两端，电感上的电压是上正下负，电感中的电流方向是 由上向下流的，在原来的基础上线性增加，此时的电感储 存能量； 2、当开关管Q截止Toff时，电感中的磁能变成电能，电感L两 端相当于一个电源变压器的绕组两端一样向外供电，电感 中的电流方向与原来方向相同，仍由上向下流动，但电压 极性是上负下正，这个负电压，通过二极管D整流和电容 器C2滤波后，输出负的直流电压加在负载RL上。
2021/2/7
电源在产品中占重要角色
电源是各种电子设备中不可或缺的一部分，它是各种电压和电流的源泉。首 先只有电源正常工作，才能谈上其他设备正常工作。
优秀合格的电源，可以避免其他电子设备的干扰（保护自己被干扰）； 良好的电源在任何设备中都不会干扰其他设备（保护干扰其它设备）； 防止自身的干扰（相互）。
2021/2/7
上述两种电源的重要参数
提供能量的范围： U 输出电压、I 输出电流、P 输出功率。
稳定度： 变化量 / 输出量 = 调整率 纹波的大小： （0.5~1）%
综合功能的要求： 保护、过压、过流等；
2021/2/7
开关电源的组成1
输入部分（滤波、整流、稳压）：
2021/2/7
开关电源的组成2
电源总的概述的说明
问题：电源根据组织结构分哪几类？各起什么作用？
分为线形电源、PWM控 制的开关电源、高谐振开 关电源。
2021/2/7
电源的基本概念问题
什么是“离线”开关电源？ 什么是差模噪声？什么是共模噪声？ 我们在设计电源时，输入保险丝是怎样选择的？ 浪涌限制一般采用哪些元器件？
2021/2/7
Q导通时，输入电压Vin全部加在电感上，这时IL=IC，IC是 线性增长的，同时在L上储存能量，R全靠C放电；
Q截止时，L磁能转换为自感电压，电压的极性与原来电流 方向相同，这时L上的电压为左负右正，L上的自感电压和 Vin相加为输出电压Vo，所以Vo高于Vin，这个高电压经D 一部分为R供电，另一部分为C充电，当在导通时再补给L， 这里的D是阻碍C的输出电压给Q短路烧坏Q，这里的C在设 计时要求大点，用CLC滤波，纹波更小。
压Vo； 当S截至时，D上负下正，是由L感应的电压所至，
由于没有能量补充，所以电感IL是下降的； 所以：Vo=（Ton/T）×Vin=D × Vin21/2/7
Boost电路原理图
升压电路（Boost）
2021/2/7
Boost电路原理说明
2021/2/7
从设计的角度设计电源
对噪声抑制的控制电路，采用共模（高频150K以上，高导磁）还是差模 （150K以下，磁通密度大）；
结构空间的选择： 主要考虑体积小、形状不同（怪异）、元器件摆放位置的差异、散热的需求、 耐压安规的需求。
保护电路：过压、过流、欠压、提示等； 电源的拓扑形式。
问题提出：你作为一名电源工程师设计一款手机充电器（IN：90V，OUT： 12V3A），你将怎样考虑设计此电源呢？
（大约思考15分钟的时间，可以讨论） 在能满足技术指标的情况下，选择自己熟悉的元件（KA3844B、UC2845、
TOP221~227等）； 输出负载（留有5%的余量、纹波控制在1%以下）；
问题的解答1
“离线”开关电源： 直接由交流电源供电，不用体积庞大的50-60Hz低频隔离变压器，而线形电 源通常采用这种变压器。
差模噪声： 涉及任何两个电源端和输出端之间的高频电磁噪声的分量，如在火线与中线 输入端之间或在正极与负极输出端之间可以测得 。
2021/2/7
问题的解答2
共模噪声： 两条共电线端一起与大地（参考地）公共端之间出现的
电磁噪声，对于某些医疗器械要求电源线与大地公共端之 间地回路电流是要严格控制的，一般不允许在火线与地之 间有超过0.01uF的电容，这在许多安全标准中都有规定。 保险丝：
为了最佳的保护，电源输入处使用的保险丝应取最小的 额定值，此值应该在最低电源输入电压时能可靠承受浪涌 电流和电源的最大工作电流 ，一般取额定功率0.6-0.7。 浪涌限制 一般用晶闸管、负温度系数的热敏电阻等。
2021/2/7
内容小结
作为设计工程师重点考虑的因素：
成本、重量和尺寸、功率大小 （自身消耗的能量，散热）、输 入和输出特性（交流/直流？纹波 要求？输出多少路？电源的隔离 情况？）
2021/2/7
三种最长用的电源电路
降压电路（Buck）；
2021/2/7
Buck电路原理的分析
左边的Vin经S变成矩形波，并由DLC滤波器输出； 当S导通时，电流经S、L到负载，输出平均直流电
这里的：Vo=（（Ton+Toff）/Toff）*Vin 又因Ton+Toff=T，
所以：Vo/Vin=1/（1-D）
2021/2/7
计算Boost电路L公式
计算L的公式很多，我们列出一个： L=Vin2*Ton/0.2Po=Vin2*Ton/0.2Io*Vo 也有人用： L=Vin*Ton/0.2Ii