多路开关电源设计1

多路开关电源设计

摘要

电源是保证电气电子设备正常、可靠、稳定工作不可缺少的组成部分，开关电源以高效、轻便、节能等特点成为了电源研究的热点。电源正在向着小型化、智能化、高效化等方面发展。电源已经成为人们生活中不可缺少的东西。一个完整的开关电源由输入电压、开关变换器、变压器、输出电路和控制电路组成，它的目的是将交流输入通过该电路转化为可以满足电子设备的直流输出。

在深入分析开关电源工作原理和特点的基础上，设计出可以满足指标要求的一款单端反激式八路输出开关电源。可以为小型的电力子设备供电，八路直流输出分别为+5V/2A、+12V/0.2A、+15V/0.5A、+24/0.2A,开关电源的工作频率为66KHZ，电压稳定度为±0.3%。

论文首先分析了国内为开关电源的发展状况，研究了开关电源各主要模块的工作原理和设计方法，介绍了开关电源变换器的拓扑结构，以及调制模式和高频变压器的工作方式。从而确定系统可行性的整体方案，然后对电路的各部分模块进行详细设计。该电源以电流型控制芯片TOP246Y和高频变压器为核心，采用EMI滤波电路，1111111位电路，控制外围电路，来实现吧路稳定输出；最后介绍选择、设计和计算了开关电源相关参数，给出整体原理图。在设计的电路原理图的基础上，通过软件对变压器进行建模和仿真，验证参数的合理性；介绍开关电源PCB布线规则，制作电路并装机，最后对电源进行测试。测试的输出电压准确度在±3%。纹波系数小于1%，电源设计指标满足要求，输出电压稳定。

关键字：开关电源，反激式，EMI，TOP246Y,高频变压器，仿真

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第1章绪论

1.1开关电源的介绍及其发展趋势

电源是所有电力电子设备的动力提供者，它为设备的工作提供合适的电压、电流，从而保障电子设备的安全、高效、稳定工作。电源并非是单一的，它有多种结构，不同的电子设备对电源电压、功率、频率、效率和可靠性又有不同的要求，因此电源的形式非常丰富，对电源技术的研究具有丰富的内涵和外延。

在直流稳压技术中，电源分为线性稳压电源和开关电源。开关电源采用功率半导体器件作为控制开关，控制开关晶体管开通和关断的时间比率（占空比），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。磁性元件、开关器件和整流器的出现使开关电源得到广泛应用。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于

开关电源。通过控制开关的占空比调整输出电压，其效率可高达70%~95%。与传统电源相比开关电源具有功率密度高、效率高、电压调整率高、体积小、重量轻等特点，所以传统电源开始被开关电源所取代。

在21世纪，开关电源技术的发展方向主要有以下几个方面：

（1）小型化、薄型化、轻量化、高频化

开关电源的体积和重量主要是由磁性元件和电容所决定的。因此，尽量减少电容和磁性元件的体积，在一定的范围内为通过提高电源工作频率，可以减少选用电容和磁性元件的体积和抑制系统干扰的产生，提高系统工作时的动态特性。电源小型化，轻量化对电子产品的携带尤为重要。由此看来，提高开关电源的工作频率设计开关电源的研究方向之一。

（2）高可靠性

由于传统的线性稳压电源元件较开关电源多，在一定程度上，开关电源的可靠性高一点。磁性元件，电容以及开关管等元件的使用寿命对开关电源的工作稳定性有制约。因而，使用越少的器件则开关电源的稳定性越好，也可以提高开关电源的电路模块的集成度；另一方面，提高开关电源的工作效率，可以降低变压器和电路损耗，减少自身发热和利于散热。因此，开关电源的工作效率和可靠性也应该被重点考虑。

（3）低噪声

噪声大是开关电源的通病，如何降噪成了电源设计者应该思考的问题。当工作频率提高时，噪声也会升高。采用部分谐振转换电路技术，提高功效的同时也可达到降噪的目的。

（4）采用计算机辅助设计和控制

在这个信息时代，越来越多的东西被通过计算机模拟之后，可以节省好多资源，节省开发成本。建模，仿真和CAD（计算机辅助设计），开关电源的一些电路模型可以通过仿真进行模拟（控制电路模型、变压器模型、磁场分布模型以及EMC模型等）。数字——模拟混合建模；混合层次会建模，这些都将节省设计者的时间。

开关电源的CAD包括，电路模块设计，器件的选择，参数优化，EMI滤波设计，PCB布线设计，工作可靠性的预评估以及优化设计等。开关电源的设计通过计算机辅助设计使电路系统的性能达到最优，降低设计和制作成本，并可以对系统的可行性进行分析。仿真与CAD 技术的发展与在开关电源的设计中应用也是一种趋势。

1.2课题研究意义和课题背景

由于传统的晶体管串联调整稳压电源是连续控制的线性稳压电源。这种传统稳压电源技术比较成熟，并且已有大量集成化的线性稳压电源模块，具有稳定性能好，输出纹波电压小，使用可靠等优点。但通常都需要体积大且笨重的工频变压器与体积和重量都很大的滤波器。由于调整管工作在线性放大状态，为保证输出电压稳定，其集电极与发射极之间必须承受较大的电压差，导致调整管功耗较大，电源效率低，一般只有45%左右。另外由于调整管上消耗较大的功率，所以需要采用大功率调整管并装有体积很大的散热器，很难满足现代电子设备的发展要求。

随着计算机、电子技术的高速发展，电子技术的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的生活、工作的关系日益密切。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。电子设备越来越小型化和低能耗，使电源以轻，薄、