降压型PWM_AC-DC开关电源设计

电力电子技术课程设计院系：机电学部

专业8自动化01

名字：彭奕钦

学号：0841040123

摘要

电源半导体产品近期呈现快速增长趋势，甚至超过了数字处理器和存储器等半导体的增长速度。大部分增长来源于高容量电池供电的电子产品，如手机和数字音乐播放器。由于所有电子产品都需要有电源供电，所以电源管理技术变得至关重要。在这样的前提下，设计开发高效率、高频、小体积的DC-DC开关电源芯片，无论是从经济角度，还是从科学研究上来讲都是很有价值的。

本文对开关电源的发展历史、当下发展状况以及将来的发展趋势作了简要的介绍，随后阐述了降压型AC-DC开关电源的核心部分——DC-DC转换器（降压斩波电路）的拓扑结构及其工作原理，描述了DC-DC转换器的控制方法——脉宽调制控制（PWM）。在此基础上设计了一款基于电压控制模式的PWM降压型AC-DC 开关电源，设计的内容包括主电路的设计、控制及驱动电路的设计、保护电路的设计以及各个部分的电路设计图，并给出设计参数。

Power semiconductor product recent presents the fast growth trend, even more than the digital processor and memory, etc

Semiconductor growth. Most of the growth comes from the high capacity battery power supply of electronic products, such as cell phones and number

Word music player. Because all electronic products need to have power supply, so the power management technology to become

Closes importantly. In this premise, the design and development of high efficiency and high frequency, small volume of DC-switch power supply, whether DC chip from economic Angle, or from scientific research, are of great value.

In this paper, the development history of switch power supply, the present development situation and future development trend are introduced, then expounds the buck type AC-DC switch power supply, the core of DC-DC converter (step-down chopper) the topological structure of and work principle, describes the DC-DC converter control method, the pulse width modulation (PWM) control. On the basis of the design of voltage control mode based on the PWM step-down type AC-DC switch power supply, the content of the design including the main circuit design, control and power circuit design, protection circuit design and each part of the circuit design, and gives the design parameters.

目录

1.引言............................... 错误！未定义书签。

1.1开关电源的概念................... 错误！未定义书签。

1.1.1 PWM技术简介................ 错误！未定义书签。

1.1.2 降压型DC-DC开关电源原理简介错误！未定义书签。

1.2 开关电源的发展简介 (3)

1.2.1 开关电源的发展史 (4)

1.3 开关电源的发展展望 (4)

2. 降压型PWM AC-DC开关电源设计的基本要求 (5)

3. 电路总体方案的设计及相关原理 (5)

4.主电路设计及参数计算 (6)

4.1 主电路的设计 (6)

4.2 主电路的参数确定 (8)

5.控制电路、驱动电路及保护电路的设计.... 错误！未定义书签。

5.1 控制及驱动电路设计............... 错误！未定义书签。

5.2 保护电路的设计................... 错误！未定义书签。

6.课程设计总结 ......................... 错误！未定义书签。参考文献............................... 错误！未定义书签。附录................................... 错误！未定义书签。

1.引言

1.1开关电源的概念

开关电源(Switch Mode Power Supply，SMPS)是以功率半导体器件为开关元件，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，这一点称为成本反转点。开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。

开关电源中应用的电力电子器件主要为二极管、IGBT和MOSFET。一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。开关电源电路主要由整流滤波电路、DC-DC控制器（内含变压器）、开关占空比控制器以及取样比较电路等模块组成。

1.1.1 PWM技术简介1

脉冲宽度调制（PWM），是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。

脉冲宽度调制（PWM）基于采样控制理论中的一个重要结论，即冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。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.按一定

的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小,也可

改变输出频率.PWM运用于开关电源控制时首先保持主电路开关元件的恒定工作周期（T=ton+toff），再由输出信号与基准信号的差值来控制闭环反馈，以调节导通时间ton，最终控制输出电压（或电流）的稳定。

PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响。

对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点，而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要原因。从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。在接收端，通过适当的RC或LC网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。

11.1.1小节部分引用于(美) Raymond A. Mack Jr.的《开关电源入门》