开关电源的设计修订版
《开关电源设计》word版
开关电源设计技巧一：开关电源的基本工作原理1-1．几种基本类型的开关电源顾名思义，开关电源就是利用电子开关器件（如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等），通过控制电路，使电子开关器件不停地“接通”和“关断”，让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现DC/AC、DC/DC电压变换，以及输出电压可调和自动稳压。
开关电源一般有三种工作模式：频率、脉冲宽度固定模式，频率固定、脉冲宽度可变模式，频率、脉冲宽度可变模式。
前一种工作模式多用于DC/AC逆变电源，或DC/DC电压变换；后两种工作模式多用于开关稳压电源。
另外，开关电源输出电压也有三种工作方式：直接输出电压方式、平均值输出电压方式、幅值输出电压方式。
同样，前一种工作方式多用于DC/AC逆变电源，或DC/DC电压变换；后两种工作方式多用于开关稳压电源。
根据开关器件在电路中连接的方式，目前比较广泛使用的开关电源，大体上可分为：串联式开关电源、并联式开关电源、变压器式开关电源等三大类。
其中，变压器式开关电源（后面简称变压器开关电源）还可以进一步分成：推挽式、半桥式、全桥式等多种；根据变压器的激励和输出电压的相位，又可以分成：正激式、反激式、单激式和双激式等多种；如果从用途上来分，还可以分成更多种类。
下面我们先对串联式、并联式、变压器式等三种最基本的开关电源工作原理进行简单介绍，其它种类的开关电源也将逐步进行详细分析。
1-2．串联式开关电源1-2-1．串联式开关电源的工作原理图1-1-a是串联式开关电源的最简单工作原理图，图1-1-a中Ui是开关电源的工作电压，即：直流输入电压；K是控制开关，R是负载。
当控制开关K接通的时候，开关电源就向负载R输出一个脉冲宽度为Ton，幅度为Ui的脉冲电压Up；当控制开关K关断的时候，又相当于开关电源向负载R输出一个脉冲宽度为Toff，幅度为0的脉冲电压。
这样，控制开关K不停地“接通”和“关断”，在负载两端就可以得到一个脉冲调制的输出电压uo 。
开关电源的设计资料ppt课件
dBpW
dBpW
dBpW
平均值 dBpW
准峰值 dBpW
平均值 dBpW
45~55
35~55
45~55
35~45
49~59
39~49
55~65
45~55
随频率线性增大
• 4.2.4 谐波电流发射限值
奇次谐波(n) 3 5 7 9 11 13
15≤n≤39
最大允许谐波电流(A) 2.3 1.14 0.77 0.4 0.33 0.21
4.1 开关电源EMC引见 EMC (电磁兼容性),包括EMI(电磁骚扰)和EMS(电磁抗扰度)
4.1.1开关电源的EMI主要有以下几项 1)0.15~30MHZ的交流电源线传导骚扰 2)30~300MHZ(家电类要求)或30~1000MHZ的辐射骚扰 3)0~2KHZ的工频谐波电流
4.1.2 开关电源的EMS主要有以下几项 1) ESD 静电放电 2) EFT 电快速瞬变脉冲群 3) 雷击浪涌 4) 电压跌落或中断 5)高频辐射电磁场 6)由射频场感应所引起的高频传导
90V.单电压230V输入时,取240V
• 3.3.7 Vmax的值由以下公式确定 • 3.3.8 输入电压波形图如下
• 3.4 Dmax 由以下公式确定
• 3.5 电流波形参数Kip确实定 • 3.5.1 当Kip≤1时,Kip=Krp=Ir/Ip 如以下图
• 3.5.2 当Kip≥1时, 图
• 4.3.2 EMS判别规范 • 1) ESD 静电放电 B级 • 2) EFT 电快速瞬变脉冲群别 B级 • 3) 雷击浪涌 B级 • 4) 电压跌落或中断 C级 • 5)高频辐射电磁场 A级 • 6)由射频场感应所引起的高频传导 A级
(整理)开关电源的设计与制作
开关电源的设计与制作第一章开关电源概述一. 什幺是开关电源(Switching Power Supply)所谓开关电源是指以高频变压器取代工频变压器,采用脉冲调制技术的直流直流变换器型稳压电源.开关晶体管,开关二级管和开关变压器是组成开关电源的三个关键组件.二. 隔离式高频开关电源.图标说明:1)交流线路电压无论是来自电纲的,还是经过变压器降压的,首先要经过电纲滤波,以消除电磁干扰和射频干扰;2)经电纲滤波后的电流首先要经过整流,滤波电路变成含有一定脉动电压成分的直流电压,然后进入高频变换部分;3)高频变换器具有多种形式,主要分为半桥式,全桥式,推挽式,单端正激式,单端反激式等;高频变换部分的核心是一个高频功率开关组件,比如开关晶体管,场效应管(MDSFET)等组件,高频变换器产生高频(20KHZ以上)高压方波,所得到的高压方波送给高频隔离变压器的初级,在变压器的次级感应出的电压被整流,滤波后就产生了低压直流.4)脉冲宽度调制器(P WM)主要用于调节输出电压,使得在输入交流和输出直流负载发生变化时,输出电压能保持稳定,运作过程是P WM电路通过输出电压采样,并把采样的结果反馈给控制电路,控制电路把它与基准电压作比较,根据比较结果来控制高频功率开关组件的开关时间比例(占空比),达到调整输出电压的目的.(注:控制电路还有调频方式的)5)为了使整个电路安全可靠地工作,必须设置过压,过流保护电路等辅助电路.三.开关电源常用术语.1.效率(dfficiency):电源的输出功率与输入功率的百分比(测量条件为满负载,输入交流电压为标准值)2.ESR: 等效串联电阻,它表示电解电容呈现的电阻值的总和. ESR值越低的电容,性能越好.3.输出电压保持时间: 在开关电源的输入电压撤离后,依然保持其额定输出电压的时间;4.激活浪涌电流限制电路: 属保护电路,它对电源激活时产生的尖峰电流起限制作用.5.隔离电压: 电源电路中的任何一部分与电源基板地之间的最大电压.或者能够加在开关电源的输入端与输出端之间的最大直流电压.6.线性调整率: 输出电压随输入线性电压在指定范转内变化的百分率,条件是线电压和环境温度保持不变.7.负载调整率: 输出电压随负载在指定范围内变化的百分率,条件是线电压和环境温度保持不变.8.噪音和纹波: 附加在直流输出信号上的交流电压和高频兴峰信号的峰值.通常是以mV度量.9.隔离式开关电源: 一般指高频开关电源,它从输入的交流电源直接进行整流和滤波,不使用低频隔离变压器.10.输出瞬态响应时间: 从输出负载电流产生变化开始,经过整个电路的调节作用,到输出电压恢复额定值所需要的时间.11.过载或过流保护: 防因负载过重,使电流超过原设计的额定值而造成电源损坏的电路.12.远程检测: 为了补赏电源输出的电压降,直接从负载上检测输出电压的方法.13.软激活: 在系流激活时,一种延长开关波形的工作周期的方法,工作周期是从零到它的正常工作点所用的时间.14.电磁干扰无线频率干扰(EMI一RFI):那些由开关电源的开关组件引起的,不希望传输和发射的高频能量频谱.15.快速短路保护电路:一种用于电源输出端的保护电路,当出现过压现象时,保护电路激活,将电源输出端电压快速短路.16.占空比:在高频开关电源中,开关组件的导通时间和变换器的工作周期之比.即:δ=Ton /Τ(T= Ton+Toff)开关电源的设计与制作第二章输入电路一.电压倍压整流技术世界范围内的交流输入电压,通常是交流90~130V和180~260V的范围,为了适应不同电源输入环境的需要,实现两种输入电源的转换,要利用倍压整流技术.如下图2一1所示.2一15可用于110V和220V交流的开关电源输入电路电路工作过程为:1)当开关S1闭合时,电路在115V交流输入电压下工作,在交流电的正半周,通过二极管VD1和电容器C1被充电到交流电压的峰值,即115×1.4=160V,在交流电的负半周,电容器C2通过二极管VD4也被冲电到160V, 这样,电路输出的直流电压应该是电容器C1和C2上充电电压之和(160+160V=320V) 注意:不同的用电环境电压选择开关位置一定要选择正确.否则,会导致直流变换器中的开关功率管损坏,或因为输入电压太低而使开关电源进入欠压输入自动保护状态.二.抗电磁干扰和射频干扰电路考虑输入滤波电路(电纲滤波)1.开关电源的设计,生产,一定要将其辐射和传导干扰降低到可接受的程度.在美国,权威的指导性文件是F CCD ocket20780,在国际上,德国的Verband Deutscher Elektronotechniker(VDE)安全标准则得到了广泛的采用.2.开关电源中的RFI产生源:开关噪声的主要来源是开关晶体管,主回路整流器,输出二极管,晶体三极管的保护二极管以及控制单元本身.反激式变换器,由于设计的原因,其输入电流波形呈现三角形,较之输入波形为矩形的变换器,如正激式,桥式变换器等将产生较少的传导RFI噪声.(付里叶分析表明,一个三角形电流波形的高频谐波幅度是以40dB每倍频程进行跌落的,而对一个差不多的矩形电流波形,则只呈现20dB每倍频程的跌落)3.交流输入线路噪声滤波器对RFI的抑制.通常在开关电源中采用的噪声抑制方法是在主交流输入回路接入一个LC组成的滤波器,用于差模一共模方式的RFI抑制,通常是交流线路上串入一对电感L1, , 其两端并联二只电容器(X电容器),并在交流线二端对大地各接一只电容器(Y电容器),如图2一2(低通滤波纲络)2一2开关电源输入线路滤波器结构1)上图中电容电感的值可以采用下列的数值:C (X): 0.1~2UF;C(Y): 2200PF~ 0.033uF;L: 在25A时, 为1.8mH; 0.3A时, 为47mH注意:在选择滤波器的组件时,重要的是要使输入滤波器的谐振频率远低于电源的工作频率;另一方面,滤波器使得电源的工作频率增加时,会使噪声的传导变得更容易.2)上图中并联在交流输入线的电阻R是X电容的放电电阻,这是由VDE一0806和IEC一380两个标准中的有关安全的规范条款推荐应用的.IEC一380的8.8节阐明:若线路滤波器的X电容器的值大于0.1UF,则放电电阻的数值应由下式确定:R=t /2.21c (2一1)式中,t=ls, c为l电容器的总和值3)为进一步减少对称和不对称的干扰电压的措施是在交流线路中另外再接入一对电感L2,从而使得电容C4(X)的充电电流得到限制,于是降低了干扰,如图2一32一3改进的线路滤波器上图中L1与C3.C4组成常模抗干扰回路,L1与C1.C2组成共模,抗干扰回路,L2用于C4的充电电流的限制,因此,整个组合对各种高频干扰信号的抑制作用较好.三.输入整流器及整流后滤波电路.一)输入整流器如图2一1中,此整流电路由VD1~VD4组成(桥式或倍压整流)在选择组合组件或分立组件的整流器时,必须要查对下面的一些重要参数:1.最大正向整流电流,这个参数主要根据开关电源设计的输出功率决定.所选择的整流二极管的稳态电流容量至少应是计算值的2倍.2.峰值反向截止电压(PIV).由于整流器工作在高电压的环境,所以它们必须有较高的PIV值,一般应为600V以上.3.要有能承受高的浪涌电流的能力.二.输入滤波电容.由于滤波电容的选择将会影响到:电源输出端的低频交流波及电压和输出电压保护时间.一般情况下,高质量的电解电容所具有的滤除交流波纹电压的能力越强,它的ESR值越低.其工作电压的额定值至少应达到200V.在图2一1中,C1,C2 为滤波电容,电阻R4,R5与之并联以便在电源关闭时,给电容提拱一个放电通路.计算滤波电容的公式为:C=It /ΔV (2一2)式中C: 电容量, F;I: 负载电流 At: 电容提供电流的时间, s;ΔV: 所允许的峰一峰值纹波电压v .例:计算50w开关电源的输入滤波电容器的值.设输入交流电压为115V,60HZ,允许30V峰一峰值的纹波电压,且电容可维持电压电平的时间为半周期.解:1)计算直流负载电流假定一个最坏的情况,电源的效率为70%,那幺,输出功率为50W的电源其输入功率应该是:Pin=Pout/η=50 / 0.7=71.5(w)利用电压倍压技术(图2一1),在输入交流为115V时,直流输出电压将是2×(115×1∙4)=320(V),则负载直流电流应为I=P/E=7105/320=0.22(A)2)因半周期的线性频率或者说对于60HZ的交流电压大约是8ms,即t=1/2×1/60=8.33ms,故根据式2一2有.C=0.22(8×10 –3) /30=58×10 _6 =58(uF)选择标称值为50 uF的电容器.3)因为在倍压结构中,C4C5为串联,故有1/C=1/C1+1/C2,有C1=C2=100uF,即50W的开关电源,其滤波电容C4,C5为100uF.四.输入保护电路一).浪涌电流1.浪涌,一般情况下,只是电容的ESR值,如果不采取任何保护措施,浪涌电流可接近几百安培.2.控制电流主要是由滤波电容充电引起的,在开关管开始导通的瞬间,电容对交流电呈现出很低的阻抗浪涌电流的方法:广泛采用的措施有两种,一种是利用电阻 双向可控硅并联纲络;另一种是采用负温度系数(NTC)的热敏电阻,用以增加对交流线路的阻抗.1) 如图2一1,R 1,VS 组成此电路,R 1与VS 并联,当输入滤波电容充满电后,由于双向可控硅和电阻是并联的,可以把电阻短路,对其进行分流.这种电路结构需要一个触发电路,当某些预定的条件满足后,触发电路把双向可控硅触发导通,如图2一4 所示.1 T 2可控硅VS 的工作过程为:当电源接通后,C 6两端的电压逐渐升高,电流相应稳定.在C 6两端的电压稳定之前,浪涌电流被与之串联的电阻R 1(6.8Ω)所抑制,当输入交流为115V 时,C6两端的电压V C =115×1∙4=160(V).当电容器C 6充电时,电压加到高频变压器T 1的绕组LB 上,则在绕组LP 4端上产生感应电压,当感应电压达到1.5V 时,电流I G 开启可控硅.即当IG 流过可控硅的控制极G 时,触发T 1与T 2短接,可控硅导通,电阻R 1被VS 短路,使其温度下降,于是实现了R 1抑制浪涌电流的目的 .注:设计时要认真地选择双向可控硅的参数,并加上足够的散热片,因为在它导通时,要流过全部的输入电流.2)热敏电阻技术:这种方法是把负温度系数(NTC)的热敏电阻串联在交流输入或者串联在经过桥式整流后的直流线上,如2一1图中的RT 1和RT 2,其工作原理为:当开关电源接通后,热敏电阻的阻值基本上是电阻的标称值,这样,由于阻值较大,它就限制了浪涌电流,当电容开始充电时,充电电流流过热敏电阻开始对其加热.由于其具有负温度系数,随着电阻的加热,其电阻值开始下降,如果热敏电阻选择得合适,在负载电流达到稳定状态时,其阻值应该是最小,这样,就不会影响整个开关电源的效率..二) 输入瞬间电压保护一般情况下,交流电纲上的电压比较稳定,但由于电纲附近电感性开关,暴风雨天气雷电等现象的存在,都会产生高压的尖峰(如受严重的雷电影响,电纲上的高压尖峰可达5KV;而电感性开关产生的电压尖峰的能量公式W=1/2L.I2.式中L是电感器的漏感:I是通过线圈的电流)可是,虽然电压尖峰持续的时间很短,但是它有足够的能量使开关电源的输入滤波器,开关晶体管等造成致命的损坏,故必须采取措施加以干扰.最通用的抑制干扰器件是金属氧化物物压敏电阻(MOV)瞬态电压抑制器.如图2一1中的RV 把压敏电阻RV连在交流电压的输入端,起到一个可变阻抗的作用.即,当高压尖峰瞬间出现在压敏电阻两端时,它的阻抗急剧减小到一个低消值,消除了尖峰电压使输入电压达到安全值.其瞬能量消耗在压敏电阻上,选择压敏电阻时应按下述步骤进行.(1)选择压敏电阻的电压额定值,应比最大的电路电压稳定值大10%~20%;(2)计算或估计出电路所要承受的最大瞬间能量的焦耳数.(3)查明器件所需要承受的最大尖峰电流开 关 电 源 的 设 计第三章 高频电源变换器的基本类型一. 高频电源变换器的基本类型高频电源变换器的基本类型有五种:单端反激式,单端正激式,推挽式.半桥式和全桥式变换器,而半桥式和全桥式变换器电路实际上是推挽式变换器电路的改进型,所以,有人把这三种电路形式统称为推挽式变换器.高频电源变换器从激励方式上可分为单端(单极性)激励和双极性激励变换器,双极性变换器包括推挽式,半桥式,桥式等,其工作原理的实质是两个单端正激式变换器电路,从其耦合方式可分为直接耦合和变压器隔离两种,其中直接耦合形式为其基本形式.近年来出现的新型的变换器为C U K 变换器.1.单端反激式变换器的模型图: (3一1)(a) (b) 3 一1单端反激式变换器模型图单端反激式变换器的工作原理为:1) 当开关s 闭合时,电流I 流过电感L,在L 中储存能量,由于电压的作用,使二极VD 处于反向偏置,因此,在负载电阻R L 上无电压;2) 当开关S 打开时(上b 图),电感上的感应电压极性相反,则二极管VD 处于正向偏置,并产生电流Iv,这样,在负载电阻R L 上就出现一个与输入电压极性相反的电压.由于开关S 不断地开关动作,电路中的电流就以及脉的形式出现,因此,在单端反激式变换器中,当开关闭合时,能量存储在电感L 中,在开关打开时,能量被传递到负载RL 上.3. 单端正激式变换器的电路模式图(3一2)单端正激式变换器的工作原理为:Vin Ic------------- 1) 当开关S 闭合时,电流I 流过电感L,系,二极管VD 处于反向偏置; 2) 当开关S 打开时,电感L 中的磁场极性发生变化,,b2单端正激式变换器模型图,无脉动现象,恰恰与其相反,输入电流则是不连续的,. 3.(3一3)推挽式变换器的工作原理为:1)当S 1闭合S 2打开时,电源电流流过方向为 a Lp 1 b s1 d V in,那幺此时,在变压器次级绕组中咸应出电压并形成感应电流Is 1.2)当S 2闭 合S 1打工时,电源电流方向为 a f e d vin,那幺此时在变压器次级绕组LS 2中感应出电压形成感应电流IS 2二. 隔离式单端反激式变换器电路.概述 :一般情况下,隔离式开关电源都是用高频变压器作为主要隔离器件.在单端反激式隔离L-------------电路中,高频变压器是以变压器的形成出现的,但实际上它起的作用是扼流圈,所以应称之为变压器 扼流圈.如图3一4中,由于隔离变压器T 除了具有初次级间安全隔离的作用外,它还有变压器和扼流圈的作用,所以在反激式变换器的输出部分一般不需要加电感,但在实际应用中,往往在整流器和滤波电容之间加一个小的电感线圈,用以降低高频开关噪声的峰值.单端隔离激式变换器的工作过程为:1) 当晶体管VT1导通时,它在变压器初 级电感线圈中储存能量,与变压器次 级相连的二极管VD 处于反偏压状 态而截止,故在变压器次级回路无电 流流过,即没有能量传给负截. 2) 当晶体管VT 1截止时,变压器次级电 感感线圈中的电压极性反转过来,使得二极管VD 导通,给输出电容C 充电,同时在负载L 年也有了电流I L 3 一4隔离单端反激式变换器电路注:图3一4中C 为输出滤波电容.1.单端反激式变换器电路中的开关晶体管在单端反激式变换器电路中,所使用的开关晶体管必须具备两个条件:1)在晶体管截止时,要能承受集电极尖峰电压; 2)在晶体管导通时,要能承受集电极的尖峰电流.1) 晶体管截止时尖峰电压的计算公式:V CE max =Vin / 1一δmax式中Vin 是输入电路整流滤波后的直流电压, δmax 是晶体管最大工作占空比(注意:为了限制限晶体管的集电板安全电压,工作占空比应保持在相对地低一些,一般要低于50%,δmax<0.5,在实际设计时, δmax 一般取0.4左右,这样就限制集电极峰值电压: V CE max ≦2.2Vin,因此,在单端反激式变换器电路设计中,晶体管的工作电压一般在800V 通常接900V 计算可安全可靠地工作.)2) 晶体管导通时的集电极电流计算式:I C = I L / n式中,I L 是变压器初级绕组的峰值电流,而n 是变压器初级与次级间的匝数比.注: 为了导出用变压器输出功率和输入电压表达集电极峰值工作电流的公式.变压器绕组传递的能量Pout =可用下式表示:Pout = L . I L 2 / 2T ·η (3 一 3 )式中,η是变换器的效率.则有: Ic= 2Pout / η·Vin ·δmax ( 3 一 4 )假定变器的效率η是0.8,最大占空比δmax=0.4(即40%),那幺Ic = 6. 2Pout / Vin ( 3 一 5 )2. 单端反激式变换电路中的变压器绕组.在单端反激式变换器电路中,在设计时要汪意不要使磁芯饱和,所选的磁芯一定要有足够大+ RL 一的有效体积,通常应用空气隙来扩大其有效体积:V=Uo ·Ue · I L max ·L / B 2max ( 3一6 )中,Ilmax: 最大负载电流;L :变压器次级绕组的电感量; Uo : 空气的导磁率,其值为1;Ue: 所选磁芯的磁性材料的相对导磁率Bmax:磁芯的最大磁通密度;(具体见第五章)3一53.基本的单端反激式变换器的变形.1)如图3一5中,由于考虑到单只晶体管有时承受不了过高的输入电压,(一般商甲晶体管达不到指针),故利用两只晶体管工作.图中VD 1和VD 2同时导通或截止,二管起箝位作用,它们把晶体管的最大集电板电压限制在Vin,这样耐压低的晶体管就可以使用了.2单端反激式变换器电路的优点是:电路结构简单,可以实现多路电压输出.如图3一6,在电路中隔离变压器对各路输出电压起到公共扼流圈的作用变压器的次级可以有多个绕组,故可以实现多路输出 .每个次级绕组只需一个整流二极管和一个滤波电容,就可以得到一组直流输出电压.3一6有多路输出的单端反激式变换器电路+ R L 一1 1 out 1 out2 + V out3 一 L L3一7隔离单端正激式变换器电路图三.隔离单端正激式变换器电路1.概述:如图3一7所示1)在单端正激式变换器电路中,隔离组件是一个纯粹的变压器,为了有效地传递能量,,在输出电路中, 必须有储能组件电感线圈Lo同时,初次级绕组的极性是相同的.其电路工作过程为:当VT1导通时,在变压器的初级产生了电流,并储存了能量,由于变压器的次级极性与初级同相,这个能量也传到了变压器的次级并处在偏正的二极管VD2把能量储存到了电感L中.此时,二极管VD3是处在反向偏压状态,为截止状态,当三极管VT1截止时,二极管VD2是反向偏压,变压器绕组中的电压反向,续流二级管VD3处于正向偏压,在输出回路中,储存在电感中的能量通过电感L 继续传负载R L .2)变压器的第三绕组称为箝位绕组(或回授绕组)LP2,它与二极管VD1串联,其作用是用来限制晶体管C一E结上的电压尖峰,在晶体管截止时,还能使高频变压器的磁通复位, 这是因为:A.在VT1导通时,变压器初级绕组LP 1中会储存能理,当VT1截止时,变压器次级侧二极管VD2截止,那幺储存在LP1中的能量再不能传递到次级绕组了,此时必须要通过一种途径释放出来,否则,必然在线圈两端产生过高的电压,解决的办法是增加箝位绕组和二极管VD1,并使箝位绕组的匝数与初级绕组的匝数相同,二者紧密耦合,这样,当箝位绕组上的感应电超过电源电压时,二极管VD1导通,将磁能送回电源中,就可以把初级绕组的电压限制在电源电压上,所以,开关晶体管VT1的C一E极间的最高电压就被限制在二倍电源电压上.B.为满足磁芯复位的条件,使磁通建立和复位的时间相等,所以这种把电路的占空比不能超过50%.3)磁化电流Imag的计算公司为:Ima= Tδmax·Vin∕N ( 3一7)式中, T·δmax是VT时向,L是输出电感Ho4))单端正激式变换器是在晶体管导通时通过变压向负载传输能量,故运用的输出功率范转较大,一般情况下可达50~200W,其高频变压器要起变压器隔离和传输能量的作用,又起电感线圈储存能量的作用.2单端正激式变换器电路中的开关晶体管1)晶体管截止峰值电压:在单端正激式变换器电路中,由于有第三绕组和续流二极管VD1的作用,所以其截止时降在VT1上的最大电压VCEmax应为2Vin,且只要二极管VD1处于导通状态,即在Tδmax这个时间内,降在VT铁C 一E间的2Vin的峰值电压就维持不变.2)晶体管导通时集电极电流的峰值:为正激式变换器的电流值加上磁化电流Imag.Ic= Ic / n + Tδmax Vin / L =6.2Pout / Uin式中.n: 变压器初次级匝数比;IL : 输出电感电流. A;Tδmax: 晶体管导通时间L: 输出电感, H.3.单端正激式变换器电路的传输变压器在设计正激式变换器的传输变压器时,应十分注意选择适当的磁芯有效体积,并选择空气隙,以避免磁芯的饱和,其有效体积V为:V= UoUe I2mag L / B2max注意:A.这种电源的最大工作占空比应保持低于50%,以便通过第三绕组将变压器的电压进行箝位,将总电限制在2倍输入电压之内.这样,当VT1导通时,为箝位电平:当VT停止时,使该总电压接近于0值.如果最大工作占空比大于50%,即δmax > 0.5,将打破这种2倍于电源电压的平衡,导致变压器发生饱和,反过来会产生很高的集电峰位电流,这可能会损坏开关晶体管.B.尽管有第三绕组以及箝位二极管可将开关晶体管的峰值集电极电压限制在2倍直流输入电压之内,但在制作变压器时,还要严格注意初级绕组和第三绕组间的紧密耦合,以消除由于漏感引起的致命的电压尖峰.4.单端正激式变换器电路的变形.1)如同单端反激式变换器电路一样,也可用两个晶体管代替一个晶体管工作,它们同时导通或同时截止,但每个晶体管所承受的电压不会高于Vin.2)此电路也可以产生多路的出电压,但是需增加二极管和扼流圈应指出的是,续流二极管的容量至少要与主回路中的整流二极管相同,因为在晶体管VT1截止时,它要提供输出电路中的全部电流.四. 推挽式变换器电路概述:如图3一8所示,推挽式变换器电路实际上是由两个正激式变换器电路组成,只是它们工作时相位相反,在每个周期里,,两个晶体管交替导通和截止,在各自导通的半个周期内,分别把能量传递给负载,所以称之为”推挽”电路.故在推挽式变换器电路中,两组开关三极管和输出整流二极管因流过每一组组件的平均电流比同等的单端正激式变换器电路减少35%以上,其设计计算可接单端正激式变换器.还应看到,在只开关晶体管导通间隙,二极管VD1和VD2同时导通,它们把高频变压器的次级给短路了,与此同时,把能量传递到了输出回路,实质上,它们起到了续流二极管的作用.推挽式变换器电路的输出电压可用下式计算:V out= 2δmax·Vin / n (3一10)注意:为了避免两只开关晶体管同时导通而引起损坏,公式中δmax的值必须得持在0.5以下.假定δmax=0.4则有:Vout = 0.8Vin / n (3一11 )式中n是高频变压器的初级对次级的匝数比.1)每只开关管的峰值集电极电流Ic=Ic / n (3一12)Ic = Pout / η. (3一13)设η=0.8 δmax=0.8则Ic= 1.6Pout / Vin (3一14)2)每只管所承受的峰值电压限制在2Vin以内.3.推挽式变换器电路中的高频变压器在推挽式变换器电路中,两只晶体管导通时间相等(或者说强制两管导通时间相等),高频变压器的。
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。
反激式开关电源改进设计毕业设计(论文)
反激式开关电源改进设计毕业设计(论文)简介本篇论文研究了反激式开关电源的改进设计。
反激式开关电源是一种常用的电源设计，但在实际应用中存在一些问题，如功率损耗、效率低等。
为了解决这些问题，本论文进行了相关研究并提出了改进设计方案。
研究内容本论文主要包含以下内容：1. 反激式开关电源原理及常见问题的分析。
2. 对现有反激式开关电源的性能进行测试和评估。
3. 通过改进原有设计，提出了一种新的反激式开关电源设计方案。
4. 对改进的电源进行仿真和实验验证，评估其性能和可行性。
5. 对改进设计的经济性和环境可持续性进行评估和分析。
创新点本论文的创新点在于：1. 针对反激式开关电源常见问题进行深入分析，并提出相应的解决方案。
2. 设计了一种新的反激式开关电源电路，通过仿真和实验验证证明了其性能的提升。
3. 在经济性和环境可持续性方面对改进设计进行全面评估。
预期成果本论文的预期成果包括：1. 改进的反激式开关电源设计方案。
2. 改进电源的性能测试数据及评估报告。
3. 仿真和实验验证的结果及分析报告。
4. 经济性和环境可持续性评估报告。
论文结构本论文将按以下结构组织：1. 引言：介绍研究背景、目的和意义。
2. 相关理论与技术：对反激式开关电源原理进行介绍，并分析常见问题及其原因。
3. 现有设计的测试与评估：对目前已有的反激式开关电源进行性能测试和评估。
4. 改进设计方案：提出改进的反激式开关电源设计方案，并详细描述其原理和操作。
5. 仿真和实验验证：通过仿真和实验验证改进设计的性能和可行性。
6. 经济性和环境可持续性评估：对改进设计进行经济性和环境可持续性评估。
7. 结论与展望：总结论文内容，并展望未来可能的研究方向。
8. 参考文献：列出论文中引用的相关文献。
时间计划完成本篇论文的时间计划如下：- 阶段1：研究和理论调研（2周）- 阶段2：性能测试与评估（2周）- 阶段3：改进设计方案研究与提出（2周）- 阶段4：仿真和实验验证（3周）- 阶段5：经济性和环境可持续性评估（1周）- 阶段6：论文撰写与修改（3周）预期挑战在进行本篇论文研究过程中，可能会面临以下挑战：1. 设计方案的复杂性和实施难度。
本科毕业设计(20W 5V开关电源的设计)
JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 本科毕业设计（论文）20W 5V开关电源的设计学院名称：专业：电气工程及其自动化班级：学号：姓名：指导教师姓名：指导教师职称：高级实验师二〇一四年六月20W 5V开关电源的设计摘要：本设计依照反激式变压装置所具有的性质，依附于UC3842这款控制芯片探究并构思了一款单端反激式的开关电源。
本设计不仅拣选了相对适合的拓扑结构，而且对已经选取的反激式变换构造进行了详细而又系统的参数剖析和研究。
与此同时，还对开关电源的反馈控制模块进行了仔细的比较和选择。
在硬件部分中，本文简洁阐述了UC3842这款PWM控制芯片的构造，具体描述了UC3842的周围电路和电源的其它子电路的策划，包括整流滤波电路、反激式变换电路、反馈环路等。
剖析开关电源这个系统的整体原理框图，并对它的工作流程进行了详细的系统描述。
除此之外，该设计还通过A/D转换电路以及单片机将输出电压实时显现在数码管上。
本设计的优势在于小巧、轻便、效能高。
本文在结尾对所生产得来的样机仔细的进行了性能测试，并且对测试所得到的实际数据进行了系统分析和理论考证。
关键词：开关电源；控制芯片UC3842；单端反激；AD转换电路；AT89S52单片机The Design of Switching Power Supply of 20W 5VAbstract：In this paper,using the characteristics of the flyback transformer,a multiport flyback switching power supply is designed based on the UC3842.This paper select the appropriate topology and analyze the parameter of flyback transform structure detailedly.At the same time,feedback control mode of switching power supply is compared and chose.In the hardware part,the dissertation briefly describes the structure of the PWM control chip UC3842 and illustrates peripheral circuit design of UC3842 in detail,including rectification filter circuit, the flyback conversion circuit and the feedback loop.The entire block diagram of the system and a brief description of the work process are introduced.In addition,this design make the output voltage appearing on the digital tube by the A/D converter circuit and AT89S52 micro controller in real time.The advantages of programming are compact, lightweight and high performance.At the end of this post,the prototype is tested carefully and the test data is analyzed and verified.Keywords: Switching power supply; Controller chip of UC3842; Single-ended flyback; AD converter circuit; AT89S52 micro controller目录序言 (1)第1章开关电源的概述 (2)1.1 开关电源的介绍 (2)1.2 开关电源的工作方式 (2)1.3 开关电源的工作原理 (4)1.4 开关电源的研究历程 (4)1.5 开关电源的发展趋势 (5)1.6 本章小结 (6)第2章开关电源的设计方案 (7)2.1 开关电源的性能指标 (7)2.2 主电路的设计方案 (7)2.3 控制电路的设计方案 (8)2.3.1 单片机控制电路分析 (8)2.3.2 芯片控制电路分析 (8)2.4 整体设计方案 (8)2.5 本章小结 (9)第3章开关电源的软硬件电路设计 (10)3.1 相关技术参数 (10)3.2 整流滤波电路设计 (10)3.3 DC/DC变换电路设计 (11)3.3.1 变压器的设计 (11)3.3.2 MOS管的设计 (13)3.3.3 RCD箝位电路设计 (13)3.4 PWM控制电路设计 (15)3.4.1 控制芯片的设计 (15)3.4.2 芯片外围电路设计 (16)3.5 反馈电路设计 (18)3.6 输出电路设计 (19)3.6.1 输出二极管选择 (19)3.6.2 输出电容选择 (19)3.7 电压采集与显示电路设计 (20)3.7.1 电压采集与显示电路的组成与功能 (20)3.7.2 ADC转换电路 (20)3.7.3 AT89S52单片机 (22)3.7.4 电源指示灯 (24)3.7.5 晶振 (25)3.7.6 复位电路 (25)3.7.7 ISP下载口 (26)3.7.8 共阴极数码管显示电路 (26)3.8 开关电源软件设计 (28)3.9 硬件电路总体设计 (29)3.10 本章小结 (32)第4章开关电源的实物制作 (33)4.1 开关电源的原理图设计 (33)4.2 开关电源的PCB设计 (34)4.3 本章小结 (38)第5章开关电源的硬件测试 (39)5.1 断电检查 (39)5.2 通电调试 (39)5.3 本章小结 (42)总结 (43)参考文献 (44)致谢 (46)附录 (47)序言开关电源是一种高效率、低能耗的电源之一，他以自身的高性能被业界所称赞。
《开关电源设计（第三版）》
《开关电源设计（第三版）》
佚名
【期刊名称】《电源技术》
【年(卷),期】2017(41)4
【摘要】本书为二十几年来世界公认最权威的电源的设计指导著作《开关电源设计》的再版（第三版）。
书中系统地论述了开关电源最常用拓扑的基本原理、磁性元件的设计原则及闭环反馈稳定性和驱动保护等。
【总页数】1页(P629-629)
【关键词】开关电源设计;第三版;驱动保护;闭环反馈;磁性元件;稳定性
【正文语种】中文
【中图分类】TN86
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开关电源的原理与设计(修订版)
目录第1篇PWM开关变换器的基本原理第1章开关变换器概论1.1 什么是开关变换器和开关电源1.2 DC-ＤＣ变换器的基本手段和分类1.3 DC-DC变换器主回路使用的元件及其特性1.3.1 开关1.3.2 电感1.3.3 电容1.4 DC-DC变换器发展历程、现状和趋势1.4.1 开关电源技术发展的历程1.4.2 20世纪推动开关电源发展的主要技术1.4.3 开关电源技术发展方向1.4.4 大电容技术第2章基本的PWM变换器主电路拓扑2.1 Buck变换器2.1.1 线路组成2.1.2 工作原理2.1.3 电路各点的波形2.1.4 主要概念与关系式2.1.5 稳态特性的分析2.2 Boost变换器2.2.1 线路组成2.2.2 工作原理2.2.3 电路各点的波形2.2.4 主要概念与关系式2.2.5 稳态特性的分析2.2.6 纹波电压的分析及减少方法2.3 Buck-Boost变换器2.3.1 线路组成2.3.2 工作原理2.3.3 电路各点的波形2.3.4 主要概念与关系式2.3.5 优缺点2.4 C＇uk变换器2.4.1 线路组成2.4.2 工作原理2.4.3 电路各点的波形2.4.4 主要概念与关系式2.5 四种基本型变换器的比较2.6 四种基本型三电平变换器2.6.1 Buck三电平变换器电路与工作原理2.6.2 Buck三电平变换器输出电压与输出电流的关系2.6.3 滤波器设计2.6.4 Boost、Buck-Boost C〖DD(- 5/5〗＇〖DD)〗uk三电平变换器第3章带变压隔离器的DC-DC变换器拓扑3.1 变压隔离器的理想结构3.2 单端变压隔离器的磁复位技术3.3 自激推挽式变换器的工作原理3.4 能量双向流动的DC-DC变压隔离器3.5 隔离式三电平变换器3.5.1 正激变换器3L线路3.5.2 半桥、全桥变换器3L线路第4章变换器中的功率开关元件及其驱动电路4.1 双极型晶体管4.1.1 晶体管的开关过程4.1.2 开关时间的物理意义及减小的方法4.1.3 抗饱和技术4.2 双极型晶体管的基极驱动电路4.2.1 一般基极驱动电路4.2.2 高压双极型晶体管基极驱动电路4.2.3 比例基极驱动电路4.3 功率场效应管4.3.1 功率场效应管的主要参数4.3.2 功率场效应管的静态特性4.3.3 MOSFET的体内二极管4.4 功率场效应管的驱动问题4.4.1 一般要求4.4.2 MOSFET的驱动电路4.5 绝缘栅双极晶体管4.5.1 IGBT结构与工作原理4.5.2 IGBT的静态工作特性4.5.3 IGBT的动态特性4.5.4 IGBT的栅极驱动及其方法4.6 开关元件的安全工作区及其保护4.6.1 双极型晶体管二次击穿原因及对SOA的影响4.6.2 安全工作区(SOA)4.6.3 保护环节——RC缓冲器第5章磁性元件的特性与计算5.1 概述5.1.1 在开关电源中磁性元件的作用5.1.2 掌握磁性元件对设计的重要意义5.1.3 磁性材料基本特性的描述5.1.4 磁心型号对照表5.2 磁性材料及铁氧体磁性材料5.2.1 磁心磁性能5.2.2 磁心结构5.3 高频变压器设计方法5.3.1 变压器设计方法之一——面积乘积(AP)法5.3.2 变压器设计方法之二——几何参数(K G)法5.4 电感器设计方法5.4.1 电感器设计方法之一——面积乘积(AP)法5.4.2 电感器设计方法之二——几何参数(K G)法5.4.3 无直流偏压的电感器设计5.5 抑制尖波线圈与差模、共模扼流线圈5.5.1 抑制尖波的电磁线圈5.5.2 差模与共模扼流线圈5.5.3 使用对绞线时干扰的抑制5.5.4 使用电缆线时干扰的抑制5.6 非晶、超微晶(纳米晶)合金软磁材料特性及应用5.6.1 非晶合金软磁材料的特性5.6.2 超微晶合金软磁材料的特性5.6.3 非晶、超微晶合金软磁材料的应用第6章开关电源占空比控制芯片及集成开关变换器的原理与应用6.1 开关电源系统的隔离技术6.2 开关电源PWM控制芯片及智能功率开关6.2.1 1524/2524/3524芯片简介6.2.2 芯片的工作过程6.3 适用于功率场效应管控制的IC芯片6.3.1 1525A与1524的差别6.3.2 1525A/1527A的应用6.4 电流控制型脉宽调制器6.4.1 UC1846/UC1847工作原理及方框图6.4.2 1842/2842/3842 8脚脉宽调制器6.5 智能功率开关及其应用6.5.1 概述6.5.2 工作原理6.6 便携式设备中电源使用的集成块6.6.1 简介6.6.2 MAX863芯片的应用6.6.3 MAX624芯片的应用及设计方法第7章功率整流管7.1 功率整流二极管7.1.1 功率整流二极管模型7.1.2 功率二极管的主要参数7.1.3 几种快速开关二极管7.2 同步整流技术7.2.1 概述7.2.2 同步整流技术的基本原理7.2.3 同步整流驱动方式7.2.4 同步整流电路7.2.5 SR-Buck变换器7.2.6 SR-正激变换器7.2.7 SR-反激变换器第8章有源功率因数校正器8.1 AC-ＤＣ电路的输入电流谐波分量8.1.1 谐波电流对电网的危害8.1.2 AＣ-DC变流电路输入端功率因数8.1.3 对AC-DC电路输入端谐波电流限制8.1.4 提高AC-ＤＣ电路输入端功率因数和减小输入电流谐波的主要方法8.2 功率因数和THD8.2.1 功率因数的定义8.2.2 AC-ＤＣ电路输入功率因数与谐波的关系8.3 Boost功率因数校正器(PFC)的工作原理8.3.1 功率因数校正的基本原理8.3.2 Boost有源功率因数校正器(APFC)的主要优缺点8.4 APFC的控制方法8.4.1 常用的三种控制方法8.4.2 电流峰值控制法8.4.3 电流滞环控制法8.4.4 平均电流控制法8.4.5 PFC集成控制电路UC3854A/B简介8.5 反激式功率因数校正器8.5.1 DCM反激功率因数校正电路的原理8.5.2 等效输入电阻R e8.5.3 平均输出电流和输出功率8.5.4 DCM反激变换器等效电路平均模型第9章开关电源并联系统的均流技术9.1 概述9.2 开关电源并联系统常用的均流方法9.2.1 输出阻抗法9.2.2 主从设置法9.2.3 按平均电流值自动均流法9.2.4 最大电流法自动均流9.2.5 热应力自动均流法9.2.6 外加均流控制器均流法第10章开关电源的小信号分析及闭环稳定和校正10.1 概述10.2 电感电流连续时的状态空间平均法10.3 电流连续时的平均等效电路标准化模型10.4 电流不连续时标准化模型10.5 复杂变换器的模型10.6 用小信号法分析有输入滤波器时开关电源的稳定问题10.7 开关电源控制原理及稳定问题10.7.1 闭环及开环控制10.7.2 开关电源结构框图10.8 稳定判别式波德图绘制10.8.1 常见环节的幅频特性和相频特性10.8.2 快速绘制开环对数特性曲线的方法10.8.3 用开环特性分析系统的动态性能10.9 实测波德图的方法及相关设备10.9.1 开环系统直接注入法10.9.2 闭环回路直接注入法10.10 测定波德图，确定误差放大器的参数10.10.1 TL431相关测定技术10.10.2 提高稳定性的设计方法10.10.3 参数变化影响趋势的分析第2篇PWM开关变换器的设计与制作〖KH1D〗第11章反激变换器的设计11.1 概述11.1.1 电磁能量储存与转换11.1.2 工作方式的进一步说明11.1.3 变压器的储能能力11.1.4 反激变换器的同步整流11.2 反激式变换器的设计方法举例11.2.1 电源主回路11.2.2 变压器设计11.2.3 设计112W反激变压器11.2.4 设计中的几个问题11.2.5 计算变压器的另一种方法11.3 反激变换器的缓冲器设计11.3.1 反激变换器的开关应力11.3.2 跟踪集电极电压钳位环节11.3.3 缓冲器环节工作波形11.3.4 缓冲器参数的确定11.3.5 低损耗缓冲器11.4 双晶体管的反激变换器11.4.1 概述11.4.2 工作原理11.4.3 工作特点11.4.4 缓冲器11.4.5 工作频率11.4.6 驱动电路11.4.7 变压器设计注意漏电感和匝数第12章单端正激变换器的设计12.1 概述12.2 工作原理12.2.1 电感的最小值与最大值12.2.2 多路输出12.2.3 能量再生线圈P 2的工作原理12.2.4 单端正激变换器同步整流12.2.5 正激变换器的优缺点12.3 变压器设计方法12.3.1 方法一12.3.2 方法二第13章双晶体管正激变换器的设计13.1 概述13.1.1 线路组成13.1.2 工作原理13.1.3 电容C的作用13.2 双晶体管正激变换器变压器设计13.3 正激变换器的闭环控制及参数计算13.3.1 UPC 1099的极限使用值和主要电性能13.3.2 UPC 1099的应用第14章半桥变换器的设计14.1 半桥变换器的工作原理14.2 偏磁现象及其防止方法14.2.1 偏磁的可能性14.2.2 串联耦合电容改善偏磁性能14.2.3 串联耦合电容的选择14.2.4 阶梯式趋向饱和的可能性及其防止14.2.5 直通的可能性及其防止14.3 软启动及双倍磁通效应14.3.1 双倍磁通效应14.3.2 软启动线路14.4 变压器设计14.5 控制电路第15章桥式变换器的设计15.1 概述15.2 工作原理15.2.1 概述15.2.2 工作过程15.2.3 缓冲器的组成及作用15.2.4 瞬变时的双倍磁通效应15.3 变压器设计方法15.3.1 设计步骤及举例15.3.2 几个问题第16章双驱动变压器推挽变换器的设计16.1 概述16.1.1 线路结构16.1.2 工作原理16.1.3 各点波形16.2 开关功率管的缓冲环节16.3 推挽变换器中变压器的设计第17章H7C1为材质PQ磁心高频变压器的设计17.1 损耗及设计原则简介17.1.1 设计原则17.1.2 满足设计原则的条件17.2 表格曲线化的设计方法17.2.1 表17.1的形成与说明17.2.2 扩大表17.1的使用范围第18章电子镇流器的设计18.1 概述18.1.1 荧光灯18.1.2 荧光灯的结构及伏安特性18.1.3 高频电子镇流器的基本结构18.2 半桥串联谐振式电子镇流器18.3 带有源、无源功率因数电路的电子镇流器18.3.1 有源功率因数校正电子镇流器18.3.2 无源功率因数校正电子镇流器第19章开关电源设计与制作的常见问题19.1 干扰与绝缘19.1.1 干扰问题及标准19.1.2 隔离与绝缘19.2 效率与功率因数19.2.1 高效率与高功率密度19.2.2 高功率因数19.3 智能化与高可靠性19.4 高频电流效应与扁平变压器设计19.4.1 趋肤效应和邻近效应的产生19.4.2 扁平变压器的设计第3篇软开关-PWM变换器第20章软开关功率变换技术20.1 硬开关技术与开关损耗20.2 高频化与软开关技术20.3 零电流开关和零电压开关20.4 谐振变换器20.5 准谐振变换器20.6 多谐振变换器概述第21章ZCS-PWM和ZVS-PWM变换技术21.1 ＺCS-PWM变换器21.1.1 工作原理21.1.2 运行模式分析21.1.3 分析21.1.4 ZCS-PWM变换器的优缺点21.2 ZVS-PWM变换器21.2.1 工作原理21.2.2 运行模式分析21.2.3 分析21.2.4 ZVS-PWM变换器的优缺点第22章零转换-ＰＷＭ软开关变换技术22.1 零转换-PWM变换器22.2 ZCT-PWM变换器22.2.1 工作原理22.2.2 运行模式分析22.2.3 ZCT-PWM变换器的优缺点22.2.4 数例分析22.3 三端ZCT-PWM开关电路22.4 ZVT-PWM变换器22.4.1 工作原理22.4.2 运行模式分析22.4.3 ZVT-PWM变换器的优缺点22.4.4 应用举例22.4.5 三端零电压开关电路22.4.6 双管正激ZVT-PWM变换器第23章移相控制全桥ZVS-ＰＷＭ变换器23.1 DC-ＤＣFB ZVS-ＰＷＭDC-ＤＣ变换器的工作原理23.2 PSC FB ZVS-PWM变换器运行模式分析23.3 PSC FB ZVS-ＰＷＭ变换器几个问题的分析23.3.1 占空比分析23.3.2 PSC FB ZVS-ＰＷＭ变换器两桥臂开关管的ZVS条件分析23.4 PSC FB ZCZVS-ＰＷＭ变换器第24章有源钳位软开关PWM变换技术24.1 概述24.2 有源钳位电路24.3 有源钳位ZVS-ＰＷＭ正激变换器稳态运行分析24.4 有源钳位并联交错输出的反激变换器24.5 有源钳位反激-正激变换器第4篇开关电源的计算机辅助分析与设计第25章开关电源的计算机仿真25.1 电力电子电路的计算机仿真技术25.1.1 计算机仿真技术25.1.2 电路仿真分析(建模)方法25.1.3 SPICE和PSPICE仿真程序25.2 用SPICE和PSPICE通用电路模拟程序仿真开关电源25.2.1 概述25.2.2 功率半导体开关管的SPICE仿真模型25.2.3 控制电路的SPICE仿真模型25.2.4 正激PWM开关电源的SPICE仿真25.2.5 推挽式PWM开关电源的PSPICE仿真及补偿网络参数优化选择25.3 离散时域法仿真25.3.1 概述25.3.2 数值法求解分段线性网络的状态方程25.3.3 求解网络拓扑的转换时刻(边界条件)25.3.4 非线性差分方程(大信号模型)25.3.5 小信号模型25.3.6 程序框图25.3.7 仿真计算举例第26章开关电源的最优设计26.1 概述26.1.1 可行设计26.1.2 最优设计26.1.3 开关电源的主要性能指标26.2 工程最优化的基本概念26.2.1 优化设计模型26.2.2 设计变量26.2.3 目标函数26.2.4 约束26.2.5 优化数学模型的一般形式26.2.6 工程优化设计的特点26.3 应用最优化方法的几个问题26.3.1 最优解的性质26.3.2 初始点的选择26.3.3 收敛数据26.3.4 变量尺度的统一26.3.5 约束值尺度的统一26.3.6 多目标优化问题26.4 DC-ＤＣ桥式开关变换器的最优设计26.4.1 DC-ＤＣ半桥式PWM开关变换器主要电路的优化设计26.4.2 开关、整流滤波电路的优化设计数学模型26.4.3 变压器的优化设计数学模型26.4.4 半桥PWM开关变换器优化设计的实现26.4.5 5V/500W输出DＣ-DC半桥PWM开关变换器优化设计举例26.4.6 DC-DC全桥ZVS-ＰＷＭ变换器主电路的优化设计26.5 单端反激PWM开关变换器的优化设计26.5.1 数学模型概述26.5.2 多路输出等效为一路输出的方法26.5.3 优化设计举例26.6 PWM开关电源控制电路补偿网络的优化设计26.6.1 概述26.6.2 开关电源瞬态响应特性简介26.6.3 开关变换器的频域特性26.6.4 PWM开关变换器小信号模型26.6.5 瞬态优化设计数学模型26.6.6 计算举例26.7 DC-DC全桥移相式ZVS-PWM开关电源补偿网络的最优设计26.7.1 主电路及电压、电流波形26.7.2 FB ZVS-PWM变换器小信号模型26.7.3 FB ZVS-ＰＷＭ变换器主电路传递函数及频率特性26.7.4 FB ZVS-PWM开关电源补偿网络最优设计模型26.7.5 典型设计举例参考文献。
开关电源设计报告
开关电源设计报告一、引言开关电源是一种能将交流电转换为稳定直流电的电源系统，其重要性在于它可以提供各种电子设备所需的不同电压和电流。
本设计报告旨在介绍一种基于开关电源的设计方案，以满足特定要求的电子设备的电源需求。
二、设计目标本设计的目标是设计一种能够提供稳定电压和电流输出的开关电源，以满足特定要求的电子设备的供电需求。
具体要求如下：1.输出电压范围：12V-24V可调；2.输出电流范围：0.5A-2A可调；3.输出电压稳定度：小于1%；4.输出电流稳定度：小于1%；5.效率：大于80%。
三、设计方案为满足上述需求，本设计选择了 Buck 变换器作为开关电源的拓扑结构。
Buck 变换器是一种非绝缘型降压式开关电源，其输出电压小于输入电压。
1.元器件选择（1）功率开关管：选择具有较低导通和开通损耗的MOSFET作为功率开关管。
（2）电感：选择合适的电感，以确保在开关电源工作时，电感上的输出电流变化平滑。
（3）二极管：选择具有较低正向压降的二极管，以降低二极管的功耗。
（4）电容：选择合适的电容，以滤波输出电压，稳定电源。
2.控制策略本设计选择了固定频率脉冲宽度调制（PWM）控制策略，通过控制MOSFET的导通与开通时间，来调节输出电压。
PWM控制器会根据输出电压与设定电压之间的差异调整功率开关管的工作状态，从而实现输出电压的稳定。
3.反馈回路为了实现开关电源的稳定输出，本设计引入了反馈回路。
通过采集输出电压，并与设定电压进行比较，从而控制PWM控制器的工作，维持稳定输出。
四、设计结果及性能测试基于上述设计方案，进行了原型设计和性能测试，得到了以下结果：1.输出电压范围：12V-24V，可调。
2.输出电流范围：0.5A-2A，可调。
3.输出电压稳定度：小于1%。
4.输出电流稳定度：小于1%。
5.效率：大于80%。
通过与实际要求进行对比，设计结果基本满足了我们的需求。
五、总结本设计报告详细介绍了一种基于开关电源的设计方案，满足特定要求的电子设备的电源需求。
开关电源优化设计
2、开关电源概述：
开关稳压电源简称开关电源（Switching Porer Supply),因电源中起调整稳压控制功能的器件始 终以开关方式工作而得名。
开关电源的优点： 1、内部功率损耗小，转换效率高 2、体积小，重量轻 3、稳压范围宽 4、滤波效率大为提高，滤波电容的容量和体积大为减小 5、电路形式灵活多样，选择余地大。
线性稳压电源的优点： 1、电源稳定度较高。 2、输出纹波电压较小。 3、瞬态响应速度较快。 4、线路结构简单，便于理解和维修。 5、无高频开关噪声。 6、成本低。 7、工作可靠性较高。
线性稳压电源的缺点：
1、内部功耗大，转换效率低，其转换效率一般只有45%左右。 2、体积大，重量生，不便于微小型化。 3、滤波效率低，必须具有较大的输入和输出滤波电容。 4、输入电压动态范围小，线性调整率低。 5、输出电压不能高于输入电压。
*17、软开关变换器 *18、半桥LLC谐振变换器 19、复合式变换器 20、可编程就换器 第二节：降压式变换器的基本原理（亦称Buck)
图3-2-1降压型（Buck）变换器原理图
降压型变换器有两种基本工作方式，一种是电感电流处于连续的工作模式；一种是电感电流 处于断续的工作模式，还有一种是电感电流处于临界连续模式；他们工作模式等效电路如下：
（a） VT1导 通等效电路图
(b) VT1关断 等效电路图
（c）VT1关 断后电流为零 等效电路图
降压式的工作原理分析：
1、当开关闭合时续流二极管VD1截止，由于输入电压UI与储能电感L接通，因此输入—输出 压差（UI-Uo)就加在L上，使通过L的电流IL线性地增加。在此期间除向负载供电外，还 有一部分电能储存在L和C中，流过负载RL的电流为IO。 2、当开关断开时，L与UI断开，但由于电感电流不能在瞬间发生突变，因此在L上就产生反 向电动势以维持通过电流不变。此时续流二极管VD导通，储存在L中的电能就经过由VD 构成回路向负载供电，维持输出电压不变。 最后说明： 1、尽管降压式变换器的原理图中只有一个电感，但通过输入级变压器及整流滤波电路， 也可实现输入与输出隔离。 2、降压式变换器只能降低输入电压，若输入电压低于所要求的输出电压，则变换器不 能工作。 3、降压式变换器只有一个输出，如果需要再从+5V电压变为+3.3V电压，可接第二级线 性变换器，构成复合式稳压电源。 4、降压式变换器既可工作在连续模式，亦可工作在不连续模式，但其输入电流总是不 连续的。
共享10本开关电源设计书籍
共享10本开关电源设计书籍--每一本都是经典！（新增《开关电源设计(第三版)》中文PDF）加入收藏字号：
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论坛里已有的很多电子书都比较零散，一般一个帖子才一两本书，要下载挺麻烦的，我这里初步看了下，有十本，有些是论坛没有的，都是经典，你们挑着下吧。
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1，《开关电源设计》（第二版中文）
《开关电源设计》（第三版英文原版注：158楼新增中文PDF）
2，《Fundamentals of Power Electronics Second Edition》
Sanjaya Maniktala 写的三本书：
3，《精通开关电源设计》（中、英文）
4，《开关电源设计与优化》（中文）
5，《开关电源故障诊断与排除》（英文原版）
6，《实用开关电源设计》Ron Lenk
7，《开关电源设计指南（原书第二版）》
8，《变压器与电感器设计手册》（第三版）
9，《磁性元器件分册》--赵修科
10，开关电源的原理与设计（修订版）。
ACDC开关电源的方案设计书
作者：Pan Hon glia ng仅供个人学习大连理工大学网络教育学院《电源技术》课程设计题目：PWM控制芯片SG3524的特殊应用研究学习中心：扬州奥鹏远程教育中心层次： ____________ 高起专________专业：电气自动化及其运用年级：2011年秋季学号： __________________________学生： ___________ 韩盛华________辅导教师： ________ 张春卫________完成日期：2011 年08月12 日1 绪论开关电源（Switching Mode Power Supply，英文缩写为SMPS）又称为开关稳压电源，问世后在很多领域逐步取代了线性稳压电源和晶闸管相控电源。
随着全球对能源问题的越来越重视，电子产品的耗能问题将愈来愈突出，如何降低其待机功耗，提高供电效率成为一个急待解决的问题。
传统的线性稳压电源虽然电力结构简单、工作可靠，但它存在着效率低（只有40%〜50%）、体积大、铜铁消耗量大，工作温度高及调整范围小等缺点。
为了提高效率，人们研究出了开关式稳压电源，它的效率可达85%以上，稳压范围宽；除此之外，还具有稳压精度高的特点，是一种较理想的稳压电源。
开关电源具有效率高、体积小、重量轻、应用广泛等优点，现已成为稳压电源的主流产品。
正因为如此，开关电源被誉为高效、节能型电源，代表着稳压电源的发展方向，并已广泛应用于各种电子设备中⑴o 1.1 开关电源的特点1.1.1 开关电源的优点（1）功耗小，效率高。
晶体管V在激励信号的激励下，它交替地工作在导通一截止和截止一导通的开关状态，转换速度很快，频率一般为50kHz左右，在一些技术先进的国家，可以做到几百或者近1000kHz。
这使得开关晶体管V的功耗很小，电源的效率可以大幅度地提高，其效率可达到80%o(2) 体积小，重量轻。
采用高频技术，省掉了体积笨重的工频变压器。
由于调整管V上的耗散功率大幅度降低后，又省去了较大的散热片。
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物理与机电工程学院（2015——2016 学年第二学期）综合设计报告开关电源的设计专业：电子信息科学与技术学号： 2014216010姓名：侯涛指导教师：石玉军开关电源的设计摘要随着开关电源在计算机、通信、航空航天、仪器仪表及家用电器等方面的广泛应用, 人们对其需求量日益增长, 并且对电源的效率、体积、重量及可靠性等方面提出了更高的要求。
开关电源以其效率高、体积小，重量轻等优势在很多方面逐步取代了效率低、又笨重的线性电源。
电力电子技术的发展，特别是大功率器件IGBT和MOSFET的迅速发展，将开关电源的工作频率提高到相当高的水平，使其具有高稳定性和高性价比等特性。
开关电源技术的主要用途之一是为信息产业服务。
信息技术的发展对电源技术又提出了更高的要求，从而促进了开关电源技术的发展。
开关电源的高频变换电路形式很多，常用的变换电路有推挽、全桥、半桥、单端正激和单端反激等形式。
本文章是基于芯片UC3842的小功率高频开关电源系统设计。
关键词开关电源半桥全桥高频变压器1、引言1.1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。
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。
开关电源技术发展趋势可以归纳以下几点：①小型化、薄型化、轻量化、高频化是开关电源的主要发展方向。
②提高可靠性，提高集成度，增加保护功能，拓宽输入电压范围，提高平均无故障时间。
③随着频率提高，开关电源的噪声随之增大，降低噪声也是高频开关电源的研究方向。
④提高电源装置和系统的电磁兼容性(EMC)。
⑤用计算机软件进行辅助设计与控制，具有高效、高精度、高经济性和高可靠性的优点，可以使开关电源具有最佳电路结构与最佳工作状况。
开关电源高频化的实现，与磁性元件和半导体功率器件的发展状况有着密切的关系。
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。
早在70年代，随着电子技术的不断发展，集成化的开关电源就已被广泛地应用于电子计算机、彩色电视机、卫星通信设备、程控交换机、精密仪表等电子设备。
这是由于开关电源能够满足现代电子设备对多种电压和电流的需求。
随着半导体技术的高度发展，高反压快速开关晶体管使无工频变压器的开关电源迅速实用化。
而半导体集成电路技术的迅速发展又为开关电源控制电路的集成化奠定了基础，适应各类开关电源控制要求的集成开关稳压器应运而生，其功能不断完善，集成化水平也不断提高，外接组件越来越少，使得开关电源的设计、生产和调整工作日益简化，成本也不断下降。
目前己形成了各类功能完善的集成开关稳压器系列。
近年来高反压MOS大功率管的迅速发展，又将开关电源的工作频率从20kHz提高到150~200kHz，其结果是使整个开关电源的体积更小，重量更轻，效率更高。
开关电源的性能价格比达到了前所未有的水平，使它在与线性电源的竞争中具有先导之势。
当然开关电源能被工业所接受，首先是它在体积、重量和效率上的优势。
在70年代后期，功率在100W以上开关电源是有竞争力的。
到1980年，功率在50W以上就具有竞争力了。
随着开关电源性能的改善，到80年代后期，电子设备的消耗功率在20W以上，就要考虑使用开关电源了。
过去，开关电源在小功率范围内成本较高，但进入90年代后，其成本下降非常显着，当然这包括了功率组件，控制组件和磁性组件成本的大幅度下降。
此外，能源成本的提高也是促进开关电源发展的因素之一。
1.2 研究的目的及意义1.2.1研究的目的随着社会经济的发展，人类已经进入工业时代，并正在转入高新技术产业迅猛发展的时期，电源是向负载提供优质电能的供电设备，是工业的基础。
本论文的目的就是查阅相关资料，掌握开关电源的内部结构，学习怎样设计小功率开关电源的方法，这以后从事相关事业打下基础，开阔视野，从而提高自身的能力。
1.2.2研究的意义课题研究的意义在于：当代许多高新技术均与电源的电压、电流、频率、相位和波形等基本技术参数的变换和控制相关，电源技术能够实现对这些参数的精确控制和高效率的处理，因此，电源技术不但本身是一种高新技术，而且还是其评它多项高新技术的发展基础。
电源技术及其产业的进一步发展必将为大幅度节约电能、降低材料消耗以及提高生产效率提供重要的手段，并为现代生产和现代生活带来为深远的影响。
1.3 高频开关电源的发展情况1.3.1开关电源的发展情况目前我国通信、信息、家电和国防等领域的电源普遍采用高频开关电源，相控电源将逐渐被淘汰。
国内开关电源技术的发展，基本上起源于20世纪70年代末和80年代初。
当时引进的开关电源技术，在高等院校和一些科研院所停留在实验开发和教学阶段。
20世纪80年代中期开关电源产品开始推广和应用。
20世纪80年代开关电源的特点是采用20kHz脉宽调制（PWM）技术，效率可达65%~70%。
经过20多年的不断发展，开关电源技术有了重大进步和突破。
新型功率器件的开发促进了开关电源的高频化，功率MOSFET和IGBT可使小型开关电源的工作频率达到400kHz(AC/DC)或1MHz(DC/DC);软开关技术使高频开关电源的实现有了可能，它不仅可以减少电源的体积和重量，而且提高了电源的效率（国产6kW通信开关电源采用软开关技术，效率可达93%）；控制技术的发展以及专用控制芯片的生产，不仅使电源电路大幅度简化，而且使开关电源的动态性能和可靠性大大提高；有源功率因数校正技术（APFC）的开发，提高了AC/DC开关电源的功率因数，既治理了电网的谐波污染，又提高了开关电源的整体效率。
1.3.2高频开关电源的主要新技术标志新型磁性材料和新型变压器的开发、新型电容器和EMI滤波器技术的进步以及专用集成控制芯片的研制成功，使开关电源实现了小型化，并提高了EMC 性能。
微处理器监控技术的应用，提高了电源的可靠性，也适应了市场对其智能化的要求。
新型半导体器件的发展是开关电源技术进步的龙头。
目前正在研究高性能的碳化硅半导体器件，一旦开发成功，对电源技术的影响将是革命性的。
此外，平面变压器、压电变压器及新型电容器等元器件的发展，也将对电源技术的发展起到重要作用。
另外，集成化是开关电源的一个重要发展方向。
通过控制电路的集成、驱动电路的集成以及保护电路的集成，最后达到整机的集成化生产。
集成化和模块化减少了外部连线和焊接，提高了设备的可靠性，缩小了电源的体积，减轻了重量。
目前。
总之，回顾开关电源技术的发展过程，可以看到，高效率、小型化、集成化、智能化以及高可靠性是大势所趋，也是今后的发展方向，因此高频开关电源的发展很具研究意义！在开关电源领域，我国的民族产业在国内一直占有举足轻重的地位。
在开关电源应用的起步阶段，很多生产厂家采取的都是小作坊的生产模式。
经过20余年的不懈努力，逐步向大规模生产转化，产品也从单一品种走向系列化。
现在，我国已形成一批上亿元甚至10亿元以上产值的电源企业，有些产品已进入国际市场。
这是我国开关电源技术不断成熟的表现。
从技术上看，几十年来推动开关电源性能和技术水平不断提高的主要标志如下所述：（1）新型高频功率半导体器件的开发使实现开关电源高频化有了可能功率MOSFET和IGBT已完全可以取代功率晶体管和晶闸管，从而使中小型开关电源工作频率可以达到400KHz(AC-DC)和1MHz(DC-DC)的水平。
超快恢复功率极管，MOSFET同步整流技术的开发也使高效低电压输出(例如3V)开关电源的研制有了可能。
现在正在探索研制耐高温的高性能炭化硅功率半导体器件。
（2）软开关技术使高频率开关变换器的实现有了可能PWM开关电源按硬开关模式工作(开/关过程中电压下降/上升和电流上升/下降波形有交叠)，因而开关损耗大。
开关电源高频化可以缩减体积重量，但开关损耗却更大了(功率与频率成正比)。
为此必须研究开关电压/电流波形不交叠的技术，即所谓零电压开关(ZVS)/零电流开关(ZCS)技术，或称软开关技术。
小功率软开关电源效率可以提高到80-85%。
70年代谐振开关电源奠定了软开关技术的基础，以后新的软开关技术不断涌现，如准谐振(80年代中)，全桥ZVS-PWM 、恒频ZVS-PWM/ZCS-PWM(80年代末)、ZVS-PWM有源钳位；ZVT-PWM/ZVCT-PWM(90年代初)；全桥移相ZV-ZCS-PWM(90年代中)等，我国己将最新软开关技术应用于6KW通信电源中，效率达93%。
（3）控制技术研究的进展，例如电流型控制及多环控制，电荷控制，一周期控制，功率因数控制，DSP控制及相应专用集成控制芯片的研制成功等，使开关电源动态性能有很大提高，电路也大幅度简化。
（4）有源功率因数校正技术(APFC)开发，提高了AC-DC开关电源功率因数，由于输入端有整流电容组件，AC-DC开关电源及一大类整流电源供电的电子设备(如逆变器，UPS)等的电网侧功率因数仅为0.65。
80年代用APFC技术后可以提高到0.95-0.99。
既治理了电网的谐波“污染”，又提高了开关电源的整体效率。
（5）磁性组件新型材料和新型变压器的开发，例如集成磁路，平面型磁心，超薄型(Low profile)变压器。
新型变压器如压电式，无磁心印制电路(PCB)变压器等，使开关电源的尺寸重量都可减少许多。
（6）新型电容器和EMI滤波器技木的进步，使开关电源小型化并提高了EMC性能。
（7）微处理器监控和开关电源系统内部通信技术的应用，提高了电源系统的可靠性。
90年代末又提出了新型开关电源的研制开发，这也是新世纪开关电源的远景。
如用一级AC-DC开关变换器实现稳压或稳流，并具有功率因数校正功能，称为单管单级(Single Switch Single Stage)或4S高功率因数AC-DC开关变换器；输出1V, 50A的低电压大电流DC-DC变换器，又称电压调节模块VRM，以适应下一代超快速微处理器供电的需求。
2、设计内容和要求2.1初始条件：输入交流电源：单相220V，频率50Hz。
2.2主要任务:1、输出两路直流电压：12V，5V。
2、直流最大输出电流1A。
3、完成总电路设计和参数设计。
3、方案的论证和选择3.1 方案一：电源输入，即单相交流电压。
输出为：12V、5V直流电压，最大电流1A。
交流电220V经过一个整流滤波电路后得到直流电压，送入DC-DC降压斩波电路，控制电路提供控制信号控制MOSFET管的关断，调节直流电压的占空比，最后经过LC滤波电路得到所需电压。
通过对输出电压的取样，比较和放大，调节控脉冲的宽度，以达到稳压输出的目的。
开关电源原理框图如图1所示。
整流部分是利用具有单向导通性的二极管构成桥式电路来实现的；滤波部分是利用电容电感器件的储能效应，构成LC电路来实现的；降压部分是利用降压斩波电路来实现，控制方式为脉宽调制控制（PWM），即在控制时对半导体开关器件的导通和关断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。