单端正激开关电源设计

单端正激开关电源设计 Prepared on 22 November 2020

《开关电源》作品设计论文

设计题目：单端正激开关电源设计

学院名称：电子与信息工程学院

专业：电气工程及其自动化

班级：电气091班

姓名：陈永杰学号：

***师：***

2012 年 5 月 25 日

摘要

开关电源非常广泛地应用在通讯、计算机、汽车和消费电子产品等领域。电源设备用以实现电能变换和功率传递，是各种电子设备正常工作的基础，而高频高效小型开关电源又是开关电源发展的必然趋势，在通信、军事装备、交通设施、仪器仪表、工业设备、家用电器等领域得到了越来越多的广泛应用。

在深入研究分析各种开关电源原理和特点的基础上，根据导师根据项目布置的指标要求，论文设计了一种单端正激式高频单路输出开关电源。该开关电源的特点是以单端正激式为主拓扑，以电流型控制芯片UC3842和高频变压器为核心，采用EMI滤波器、MOSFET、输出滤波电路、采样反馈通道等主要元器件和电路模块，实现了单路稳定输出。

论文所设计的开关电源输入为市电220V交流，输出电压为10V直流电压，输出最大电流为40A，开关频率为200KHZ。论文采用面积乘积法(AP)，确定了高频变压器的原副边形式以及铁芯材料的选择，设计了输出电路、系统补偿器以及启动电路和EMI滤波电路。

论文设计好后，对所设计的单端正激式高频开关电源电路系统进行全面仿真，仿真结果表明，各项指标符合要求。

而后，做出实物，调试显示：该开关电源的输出电压调整特性、负载调整率、输出纹波、动态响应、温度变化等均满足了项目的指标要求，并且具有良好的过载、短路保护特性和波形特性，各项技术指标能够达到信息平台的供电要求。

关键词：高频开关电源；单端正激式；AP法变压器

目录

第1章绪论

1.1开关电源简介

电源[power supply; power source] 向电子设备提供功率的装置。把其他形式的能转换成电能的装置叫做电源。发电机能把机械能转换成电能，干电池能把化学能转换成电能.发电机.电池本身并不带电,它的两极分别有正负电荷,由正负电荷产生电压(电流是电荷在电压的作用下定向移动而形成的),电荷导体里本来就有,要产生电流只需要加上电压即可,当电池两极接上导体时为了产生电流而把正负电荷释放出去,当电荷散尽时,也就荷尽流(压)消了.干电池等叫做电源。通过变压器和整流器，把交流电变成直流电的装置叫做整流电源。能提供信号的电子设备叫做信号源。晶体三极管能把前面送来的信号加以放大，又把放大了的信号传送到后面的电路中去。晶体三极管对后面的电路来说，也可以看作是信号源。整流电源、信号源有时也叫做电源。

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。

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。

设计要求

1.2.1设计任务

设计并制作一个AC-DC-AC-DC高频单端正激开关电源，输入电压为220V，输出稳定电压为10V，最大负载电流有效值为40A。

1.2.2设计要求

a.输入电压AC220V(±10电压波动），频率50Hz。

b.输出电压10V ~，输出电流40A(36 ~44A)，开关频率200KHz

c.主电路可以自己选择单端正激拓扑结构。

d.要求计算出选用管子的参数及变压器和滤波电感电容的设计。

e.报告名称单端正激开关电源设计

f.具有过流过压保护电路，具有一定的带负载能力，即在负载范围内输出

电压保持稳定不变。

1.2.3设计内容

本文详细讨论和分析了单端正激式开关电源和电源管理芯片UC3842的基本原理；重点分析了高频变压器的设计方法并采用面积乘积（AP）法设计了本电源中的高频变压器；全面掌握开关电源的设计流程，设计出一个完整的开关电源电路原理图；采用仿真软件对设计电路进行了全面的仿真验证。并做出实物，调试测量参数。

第2章开关电源设计

2.1400W单端正激开关电源总体设计方案

图所示是开关电源电路的典型结构，它主要由整流滤波电路、DC/DC变换电路、开关占空比控制电路以及取样比较电路等模块构成。

前级整流滤波电路用来消除来自电网的干扰，同时也防止开关电源产生的高频噪声向电网扩散，并将电网输入电压进行整流滤波，为变换器提供直流电压。变换器是开关电源的关键部分，它把直流电压变换成高频交流电压，并且起到将输出部分与输入电网隔离的作用。输出整流滤波电路将变换器输出的高频交流电压整流滤波得到需要的直流电压，同时还防止高频噪声对负载的干扰。取样电路和开关占空比控制电路通过检测输出直流电压，并将其与基准电压比较，进行放大，调制振荡器的脉冲宽度，从而控制变换器以保持输出电压的稳定。

图开关电源典型结构

开关电源的基本工作原理：输入交流电（市电）首先经过整流滤波电路形成直流V S，该直流电V。再经过通、断状态。如图(a)所示波形V。控制的电子

开关电路后，变换成脉冲状态交流电V

0'（图(b)），V

'再经电感、电容等储能

元件构成的整流滤波电路平滑后，输出直流

电V

0（图(c)）。显然，输出直流V

的大小取决于脉冲状交流电V

'的有效

值大小（成正比），而V

0'的有效值又与开关的导通占空比D＝T

ON

/T（其中

T=T

ON +T

OFF

）成正比。此外，通过取样比较电路中的取样电阻R

1

和R

2

对输出电压

V 0取样，并使之与基准电压V

REF

进行比较，若取样电压高于V

REF

，则比较电路输

出V

e 减小，取样控制占空比控制电路，使T

ON

/T下降，从而使V

下降；若取样电

压低于V

REF ，则比较电路输出V

e

增加，使T

ON

/T增加，从而使V

增加，这样就可

以使开关电源的输出电压V

稳定在一个恒定值上。

图开关电源工作波形