毕业设计--12V5A开关电源设计
毕业综合实践
课题名称： 12V/5A开关电源设计
作者：学号： 09034224系别：电气电子工程系
专业：电子工程信息技术
指导老师：专业技术职务教授
毕业综合实践开题报告
姓名：学号： 09034224 专业：电子信息工程技术
课题名称： 12V/5A开关电源设计
指导教师：
2011 年 12 月 19 日
本课题意义及现状、需解决的问题和拟采用的解决方案
随着电子技术的高速发展、电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系日益紧密，任何电子设备都离不开可靠的电源，他们对电源的要求也越来越高。特别是随着小型电子设备的应用越来越广泛，也要求能够提供稳定的电源，以满足小型电子设备的用电需要。现状：电源是各种电子设备必不可缺的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。
本设计基于这个思想，设计、制作了一个开关稳压电源，输入交流电220V，输出12V/5A的直流稳压电源，具有过电流、过电压、短路保护。
本电路采用自激式震荡电路（RCC），它是经济开关电源、安装方便、调试简单，元器件少。这个电路的功能适用于手机充电器和一些仪表电源是很实用的一个电路。
指导教师意见：
指导教师：
年月日
专业教研室审查意见：
教研室负责人：
年月日
课题摘要
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、又笨又重的线性电源。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。本次设计采用典型的正激式开关电源结构设计形式，以(RCC)作为控制核心器件，运用脉宽调制的基本原理，并采用辅助电源供电方式为其供电，有利于增大主电源的输出功率。采用场效应管作为开关器件，其导通和截止速度很快，导通损耗小，这就为开关电源的高效性提供保障。同时，电路中辅以过压过流保护电路，为系统的安全工作提供保障，本电路注意改善负载调整率,降低了电磁串扰，达到绿色环保的目的。输出电压可调，使其可适用于不同场合。
关键词高频变压器场效应管正激式变换器脉宽调制
目录
1 诸论 (1)
1.1 开关电源的基本概念 (1)
1.2 开关电源的发展 (1)
1.2.1 开关电源的发展史 (2)
2 电路的比较方案 (3)
2.1 方案一、反激式变换器 (3)
2.2 方案二、半桥变换器 (3)
2.3 方案三、正激式变换器 (4)
3 各部分电路工作原理 (6)
3.1 单相桥式整流电路 (6)
3.1.2 参数计算 (7)
3.2 功率变换电路 (8)
3.2.1 MOS管工作原理 (8)
3.3.1肖特基二极管 (12)
3.4 高频变压器的设计 (13)
3.4.1 变压器的设计 (13)
3.4.2 控制电路工作原理 (16)
3.5 L431的功能 (16)
3.6 短路保护电路 (18)
3.6.1 输入保护器件 (18)
3.6.2输入瞬间电压保护 (18)
4、电路的总结构 (20)
结论 (22)
致谢 (23)
参考文献 (24)
附录 (25)
附录一 (25)
附录二 (26)
1 诸论
电是工业的动力，是人类生活的源泉。电源是生产电的装置，表示电源特性的参数有功率、电压、电流、频率等；在同一参数要求下，又有重量、体积、效率和可靠性等指标。我们用的电，一般都需经过转换才能适合使用的需要，例如交流转换成直流，高电压变成低电压，大功率变换为小功率等。
按照电子理论，所谓AC/DC就是交流转化为直流；AC/AC称为交流变交流，即为改变频率；DC/AC称为逆变；DC/DC为直流变交流后再变为直流。为了达到转换的目的，电源变换的方法是多样的。
自20世纪60年代，人们研发出了二极管、三极管半导体器件后，就用半导体器件进行转换。所以，凡是用半导体功率器件作开关，将一种电源形态转换成另一种形态的电路，叫做开关变换电路。在转换时，以自动控制稳压输出并有各种保护环节的电路，称为开关电源（Switching Power Supply）。
1.1 开关电源的基本概念
开关电源是通过电路控制开关管进行高速的导通与截止。利用开关功率器件并通过功率变换技术而制成的直流稳压电源。它具有体积小、重量轻、效率高、对电网电压及频率的变化适应性强、输出电压稳定、有利于计算机信息保护等优点，因而广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源。开关电源又被称为高效能节能电源，内部电路工作在高频开关状态，转化为高频交流电的原因是高频交流在变压器变压电路中的效率要比50Hz高很多，自身消耗的能量很低，电源效率可达80%左右，比普通线性稳压电源提高一倍。目前生产的无工频变压器式中，开关电源采用脉冲宽调制器PWM或脉冲频率调制器PFM
1.2 开关电源的发展
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。
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 ,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、又笨又重的线性电源。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。在转换时，以自动控制稳压输出并有各种保护环节的电路，称为开关电源（Switching Power Supply）。
1.2.1 开关电源的发展史
自20世纪60年代，人们研发出了二极管、三极管半导体器件后，就用半导体器件进行转换。所以，凡是用半导体功率器件作开关，将一种电源形态转换成另一种形态的电路，叫做开关变换电路。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，外接元件越来越少，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很高的水平，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以上的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，其成本下降非常显著，当然这包括了功率元件，控制元件和磁性元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。
2 电路的比较方案
2.1 方案一、反激式变换器
反激式变换器开关电源工作原理比较简单，输出电压控制范围比较大，因此，在一般电器设备中应用广泛。所谓反激式变换器开关电源，是指当变换器的初级线圈被直流电压激励时，变换器的次级线圈没有向负载提供功率输出，而仅在变换器初级线圈的激励电压被关断后，才向负载提供功率输出，这种变换器开关电源称为反激式开关电源。
图2-1反激式变换器工作原理图
Ui是开关电源的输入电压，T是高频变压器，K是控制开关，C是储能滤波电容，R是负载电阻。图2-1（b）是反激式变换器开关电源的电压输出波形。
2.2 方案二、半桥变换器
为了减小开关三极管的电压承受电压，可以采用半桥式变换器，它是开关电源比较好的拓扑结构。电容C1、C2与开关晶体管VT1、VT2组成变换器，如图2-2所示。桥的对角线接高频变压器TR的初级绕组。如果C1、C2容量、耐压均相等，在某一只开关晶体管导通时，绕组上的电压只有电源电压V in的一半。在稳定的条件下，VT1导通，C1上的电压1/2 V in加在变压器的初级线圈上。由于初级绕组和漏感的作用，电流继续流入初级绕组黑点标示端。如果变压器初级绕组漏感储存的电能足够大，二极管VD6导通，钳位电压进一步变负。在VD6导通的过程中，反激能量对C2进行充电。连结点A的电压在阻尼电阻的作用下，以振荡形式最后回到中间值。如果这时VT2的基极有触发脉冲，则VT2导通，初级绕组黑点标示端电压变负，Ip电流加上磁化电流流经初级绕组和VT2，然后重复前面的过程。不同的是Ip变换了方向。二极管VD5对三极管VT1的导通钳位，反激能量再对电容C1进行充电。
图2-2半桥式变换器工作原理图
2.3 方案三、正激式变换器
正激式变换器开关电源输出电压的瞬态控制特性和输出电压负载特性，相对来说比较好，因此，工作比较稳定，输出电压不容易产生抖动，在一些对输出电压参数要求比较高的场合，经常使用。
图 2-3正激式变换器工作原理图
正激式变换器开关电源工作原理：所谓正激式变换器开关电源，是指当变压器的初级线圈正在被直流电压激励时，变压器的次级线圈正好有功率输出。图2-3是正激式变换器开关电源的简单工作原理图，图2-3中Ui是开关电源的输入电压，T是高频变压器，K是控制开关，L是储能滤波电感，C是储能滤波电容，D2是续流二极管，D3是削反峰二极管，R是负载电阻。
需要特别注意的是高频变压器初、次级线圈的同名端。如果把高频变压器初线圈或次级线圈的同名端弄反，图2-3就不再是正激式变换器开关电源了。
3 各部分电路工作原理
3.1 单相桥式整流电路
单相桥式整流电路可分为单相桥式全控整流电路和单相桥式半控整流电路，它们所连接的负载性质不同就会有不同的特点。下面分析两种单相桥式整流电路在带电感性负载的工作情况。
单相桥式半控整流电路的优点是：线路简单、调整方便。弱点是：输出电压脉动冲大，负载电流脉冲大电阻性负载时，且整流变压器二次绕组中存在直流分量,使铁心磁化，变压器不能充分利用。而单相桥式全控整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器二次电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器利用率高的优点。单相桥式全控整流电路其输出平均电压是半波整流电路2倍，在相同的负载下流过晶闸管的平均电流减小一半；且功率因数提高了一半。
单相桥式半波相控整流电路因其性能较差，实际中很少采用，在中小功率场合采用更多的是单相桥式全控整流电路。
根据以上的比较分析因此选择的方案为单相桥式全控整流电路，负载为阻感性负载在生产实践中，除了电阻性负载外，最常见的负载还有电感性负载，如电动机的励磁绕组，整流电路中串入的滤波电抗器等。为了便于分析和计算，在电路图中将电阻和
电感分开表示。
当整流电路带电感性负载时，整流工作的物理过程和电压、电流波形都与带电阻性负载时不同。因为电感对电流的变化有阻碍作用，即电感元件中的电流不能突变，当电流变化时电感要产生感应电动势而阻碍其变化，所以，电路电流的变化总是滞后于电压的变化。电路波形图中：(b) 电源电压；(c) 触发脉冲；(d) 输出电压；(e) 输出电流；(f) 晶闸管V1 , V4上的电流；(g) 晶闸管V -2 , V -3上的电流；(h) 变压器副边电流；(i) 晶闸管V1 , V4上的电压。
图3-1 单相全控桥式整流电路电感性负载及其波形 3.1.2 参数计算
负载电流连续时，整流电压平均值可按下式计算：
输出电流波形因电感很大，平波效果很好而呈一条水平线。两组晶闸管轮流导电，一个周期中各导电180°， 且与α无关， 变压器二次绕组中电流i2的波形是对称的正、负方波。负载电流的平均值Id 和有效值I 相等，其波形系数为1。在这种情况下：
当α=0°时，Ud=0.9U2；
当α=90°时，Ud=0，其移相范围为90°。
晶闸管承受的最大正、反向电压都是。流过每个晶闸管的电流平均值和有效值分别为。
α
απ
ωωπα
πα
cos 9.0cos 2
2)(sin 21
222U U t td U U d ==
=
?+T ＋－
u 2＋－
u 1i 2
V 2
V 1V 4
V 3
u d
i d
R
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
L
(g)
(h)
(i)
u 20α
ωt
u g 0ωt 1ωt 2
ωt
u d 0ωt
0i d ωt
i V1,40i V2,3
0ωt
ωt
i 20u V1,4
ωt
ωt
流过负载的脉动电压中包含有直流分量和交流分量，可将脉动电压做傅里叶分析。此时谐波分量中的二次谐波幅度最大，最低次谐波的幅值与平均值的比值称为脉动系数S 。
3.2 功率变换电路
3.2.1 MOS 管工作原理
NMOS 的特性是Vgs 大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况（低端驱动），只要栅极电压达到4V 或10V 就可以了。开机后，交流电通过整流滤波后一路通过变压器初级加到开关管Q2漏极(D 极，另一路通过启动电阻R2、R3加到Q2栅极(G 极)，从而使开关管Q2导通.导通后,变压器T1原边产生上正下负(1正2负)的感应电动势。由于互感，T1辅助绕组也产生相应的下正上负(3正4负)的感应电动势。于是T1的3脚上的正脉冲电压通过C5、R5加到Q2的G 极与S 极之间，从而使Q2的漏极电流进一步增大，于是开关管Q2在正反馈雪崩过程的作用下迅速进入饱和状态。二氧化硅来作为闸门极下的绝缘体。这种晶体管称为金属氧化物半导体(MOS)晶体管，或金属氧化物半导体场效应管MOSFET 。因为MOS 管更小更省电，所以他们已经在很多应用场合取代了双极型晶体管。
首先考察一个更简单的器件－MOS 电容－能更好的理解MOS 管。这个器件有两个电极，一个是金属，另一个是衬底，他们之间由一薄层二氧化硅分隔开图 3-1 A 。金属极就是闸门，而半导体端就是栅极。他们之间的绝缘氧化层称为闸门电压来说明。图3-1A 中的MOS 电容的闸门电位是0V 。金属闸门和半导体栅极在差异的电介质（氧化层的上下）上产生了一个小电场。图示的器件中，这个电场使金属电子少了，故闸门 电介质。图示中的器件有一个轻掺杂P 型硅做成栅极。这个MOS 电容的电特性能通过把栅极接地，闸门接不同的极带正电），P 型硅负电位（相对电子多了。这个电场把硅中底层的电子吸引到表面来，它同时把空穴排斥出表面。这个电场太弱了，所以载流子浓度的变化非常小，对器件整体的特性影响也非常小。
d d d V V d d d V dV I I I I I I I I 2
2
222122===
===πππθπππθ
图 3-1 MOS栅极的电容
图3-1中是当MOS电容的闸门相对于栅极正偏置（PN结）时发生的情况。穿过闸门电介质的电场加强了，有更多的电子从衬底被拉了上来。同时，空穴被排斥出表面。随着闸门电压的升高，会出现表面的电子比空穴多的情况。由于过剩的电子，硅表层看上去就像N型硅。掺杂极性的反转被称为"反型"，反转的硅层叫做沟渠(N Pmos的命名就是根据这里来的)。随着闸门电压的持续不断升高，越来越多的电子在表面积累，沟渠变成了强反转。沟渠形成时的电压被称为阈值电压Vt。当闸门和栅极之间的电压差小于阈值电压时，不会形成沟渠。当电压差超过阈值电压时，沟渠就出现了。（其实还有个亚阈值状态栅极电压,此时也有载流子，也有电子通道，不过很小一般忽略，此时耗尽层的负电荷占据主要，以映像栅上的电压)。图 3-1 MOS电容（A）未偏置（VBG＝0V），（B）反转（VBG＝3V），（C）积累（VBG＝-3V）。图3-1C中是当MOS电容的闸门相对于栅极是负电压时的情况（就好像给二极管的PN结加上正电压）。电场反转，往表面吸引空穴排斥电子。硅表层看上去更重的掺杂了，这个器件被认为是处于电荷积累状态了。 MOS电容的特性能被用来形成MOS管。图 3-1 A是最终器件的截面图。闸门，电介质和栅极保持原样。在闸门的两边是两个额外的选择性掺杂的区域。其中一个称为源极，另一个称为漏极。假设源极和栅极都接地，漏极接正电压。只要闸门对栅极的电压仍旧小于阈值电压，就不会形成沟渠。漏极和栅极之间的PN结反向偏置，所以只有很小的电流从漏极流向栅极。如果闸门电压超过了阈值电压，在闸门电介质下就出现了沟渠。这个沟渠就像一薄层短接漏极和源极的N型硅。由电子组成的电流从源极通过沟渠流到漏极。总的来说，只有在闸门对源极电压V超过阈值电压Vt时，才会有漏极电流。
图 3-2MOSFET晶体管的结构图
图3-2 MOSFET晶体管的截面图NMOS（A）。在图中，S＝源极，G=闸门,D=漏极。虽然栅极图上也有，但没有说明。MOS管的源极和漏极是可以对调的，他们都是在P型栅极中形成的N型区。在多数情况下，这个两个区是一样的，即使两端对调也不会影响器件的性能。这样的器件被认为是对称的。在对称的MOS管中，对源极和漏极的标注有一点任意性。定义上，载流子流出源极，流入漏极。因此源极和漏极的身份就靠器件的偏置来决定了。有时晶体管上的偏置电压是不定的，两个引线端就会互相对换角色。这种情况下，电路设计师必须指定一个是漏极另一个则是源极。源极和漏极不同掺杂不同几何形状的就是非对称MOS管。制造非对称晶体管有很多理由，但所有的最终结果都是一样的。一个引线端被优化作为漏极，另一个被优化作为源极。如果漏极和源极对调，这个器件就不能正常工作了。图 3-2 A中的晶体管有N型沟渠所有它称为N- 沟渠 MOS 管，或NMOS。如果这个晶体管的闸门相对于栅极正向偏置，电子就被吸引到表面，空穴就被排斥出表面。硅的表面就积累，没有沟渠形成。如果闸门相对于栅极反向偏置，空穴被吸引到表面，沟渠形成了。由于NMOS管的阈值电压是正的，PMOS的阈值电压是负的，所以工程师们通常会去掉阈值电压前面的符号。一个工程师可能，从0.6V上升到0.7V”，实际上PMOS的Vt是从-0.6V下降到-0.7V。
极带轻微的正电位是因为下面衬底是P型的空穴多，电子少，故需要从别处"抢来"电子，所以氧化物处。
3.2.2 常见的原理图及工作原理
图 3-2 功率变换电路
工作原理:图3-2的R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器，和开关MOS管并接，使开关管电压应力减少，EMI减少，不发生二次击穿。在开关管Q1关断时，变压器的原边线圈易产生尖峰电压和尖峰电流，这些元件组合一起，能很好地吸收尖峰电压和电流。从R3测得的电流峰值信号参与当前工作周波的占空比控制，因此是当前工作周波的电流限制。当R5上的电压达到1V时，UC3842停止工作，开关管Q1立即关断。R1和Q1中的结电容CGS、CGD一起组成RC网络，电容的充放电直接影响着开关管的开关速度。R1过小，易引起振荡，电磁干扰也会很大；R1过大，会降低开关管的开关速度。Z1通常将MOS管的GS电压限制在18V以下，从而保护了MOS管。Q1的栅极受控电压为锯形波，当其占空比越大时，Q1导通时间越长，变压器所储存的能量也就越多；当Q1截止时，变压器通过D1、D2、R5、R4、C3释放能量，同时也达到了磁场复位的目的，为变压器的下一次存储、传递能量做好了准备。IC根据输出电压和电流时刻调整着⑥脚锯形波占空比的大小，从而稳定了整机的输出电流和电压。C4和R6为尖峰电压吸收回路。
3.3正激式变换电路设计
图3-3正激式变换电路原理图
正激式是指变压器的初级与次级同相位。正激式变换器的优点是铜损低，因为使用无气隙磁芯，电感量较高，变压器的峰值电流比较小，输出电压纹波低；缺点是电路较为复杂，所用元器件多，如果有假负载存在，效率将降低。它适用于低电压、大电流的开关电源，多用于150W以下的小功率场合。它还具有多台电源并联使用而互不受影响的特点，而且可以自动均衡，而反激式却不能做到这点。
C19是开关晶体管钳位消噪电路；VD8是肖特基整流二极管，它的作用非常重要，差不多40%的功耗损失在整流二极管上。
3.3.1肖特基二极管
肖特基二极管SBD是一种N型半导体器件，工作在低电压、大电流状态下，反向恢复时间短，只有纳秒，正向导通压降为0.4V，而整流电流达数百安。它是最近在开关电源中应用得最多的一种器件。区分肖特基二极管和超快速恢复二极的方法是二者的正向压降不同，肖特基二极管的正向压降为0.3V，超快速恢复二极管的正向压降啊0.6V。值得注意的是：肖特基二极管的最高反向工作电压一般不超过100V，它适合用在低电压、大电流的开关电源中。因此，在本设计中肖特基二极管的采用为MBR1045。
肖特基二极管MBR1045参数如下：
型号：MBR1045；反向峰值电压Vrm：45；平均整流电流Id：10A；反向恢复时Trr：<10ns。
3.4 高频变压器的设计
3.4.1 变压器的设计
正激式变换器的占空比不得大于0.5，工作频率应低于100KHz ，这对高频变压器的和开关功率管来说比较有利。
输入：85V~265V ，AC,50Hz 。 输出：12V/10A ，DC 。 （2）工作频率的确定
工作频率的确定，输出电压高，响应速度快，调整范围大，但是场效应管、整流二极管以及变压器等发热多。损耗大，噪声大。现选用100kHz ，电源效率取80%。 工作周期为：
）（）（us 10s 1010
1001fo 1
5
-3
=?=T （3）最大导通时间Ton （max ）的确定
正激式变压器的占空比D （max ）应该低于0.5 ，现选用D （max ）=0.45 ，D （min ）=0.2，得：
）（us 5.445.010on =?=?=MAX D T T
（4）变压器次级输出电压（Vs ）的计算
)(2945
.06
.04.012m ax V D V V V V L F o s
≈++=++
这公式中V o 为肖特基二极管的正向压降，取值0.6V ，V L 为滤波电感器的压降，取值为0.4V 。
（5）变压器匝数比（n ）的计算
变压器初级的最低直流电压为(min)p V ，一般设V V 100min =。
)(14121002min (min)V V V p ≈?=?=
2.0141
29
(min)
≈=
=
P S V V n （6）输入功率的计算
)(150%
8010
12W P P o
i =?=
=
η
表1 输出功率与磁芯尺寸的关系
尺寸 磁芯型号 A/H （max ） B/h （max ） C （max ） D （max ） 有效截面
积（mm 2） 输出功率P o （W ） 窗口面积
B e （mm 2）
50kHz 100kHz 150kHz 200kHz
EE16 16/8 12/6 4 4.5 18 8 12 16 18 9 EE19 19/7 14/6 4 5 20 15 20 30 40 12.5 EE22 22/11 19/8 6 6 36 20 30 50 80 19.5 EE25 25/17 19/13 7 6 42 40 55 90 130 18 EE28 28/17 20/8 7.5 10.2 78 50 90 140 200 31.9 EE30 38/21 21/17 11 10.5 115 95 130 210 260 52.9 EE35 35/20 28/18 11 10 110 120 170 300 440 42.5 EE40 40/27 35/21 12 11.5 138 190 290 420 550 66.15 EE45
45/30
38/23
13
12
156
220
350
510
650
75
根据输出功率与磁芯尺寸的关系（见表1），选用EE35，其有效截面积2110mm Ae =。 （7）变压器次级匝数)(2N 的计算
4210???=e
m on
s A B T V N
Bm 为磁通密度，实际应用磁芯的最高温度为100℃，可以选用0.3T 以下。对于正激式变压器，它是单向励磁。考虑到剩磁问题和工作频率，现选用Bm 为0.2T 。
)(610110
20005
.42942匝≈???=
N
)(302
.06
n 21匝===
N N （8）反馈绕组)(3N 的计算
1IC 的最低启动电压为16V ，正常工作电压为20V ，加上整流二极管6VD 的管压
降0.6V ，所以反馈绕组3N 的供电电压为20.8V 。
)(4110
2000105.48.20104
4
(min)33匝≈???=???=
e
m on A B T V N
（9）重新确定）（max on T 是否达到要求
48.429
10
13s o max on =?=?++=V T V V V T F L ）（）（
占空比： 448.010
48.4max on ===
T T D ）（ 占空比符合要求，未超过设计范围，匝数成立，假设可行。
（10）扼流圈电感的计算
扼流圈2L 在电路中起着平滑滤波的作用，它的大小对输出波纹电压的大小似乎起不到很大的作用，但它对于维持负载最小电流却起着很大的作用。2L 中的电流在连续和断续两种模式下工作，不论哪种模式，只要输入输出电压不变，电流波形的斜率不会因负载电流的增大或减小的改变。
实践表明，在不连续工作状态下，为达到输出电压稳定，占空比调节量的大小是
由负载和输入电压变化量的大小同决定的。
当输出电流因负载变化而降低时，占空比较小，调节输出电压不变；如果电路负
载恒定，占空比下降，这时输出电压也会下降。这种现象是非常不好的，这是因为主输出扼流圈电感不是处于连续状态。
增大扼流圈的电感，输出回路虽然可以在工作连续模式下，但对电源的效率、体
积以及安装都会带来限制，同时输出电流变化率将出现较大的变化。认真计算和调试选用扼流圈非常重要。
流经扼流圈的电流L I ?一般是输出电流O I 的20%：
)(22.010%20A I I o L =?=?=?
扼流圈的电感量L 为：
)(9.362
5
.4)126.029()(H I T V V V L L on o F S μ=?--=??--=
要求输出纹波电压应小于输出电压的1%。
)(120
)(12.001.012mV V V R ==?= （11） 计算变压器初级电感量p L 初级有效电流： )(06.1141
150
(min)
A V P I P i Pe ≈=
= 初级最大电流： )(5.345
.006
.1max pA D I I Pe Pm =≈== 初级电感量： )(8048.15
.31048.41411036
(min)mH I T V L Pm
on p P =??=??=
--
○
11求磁芯气隙δ
)(9.68)(0689.08048
.1110
301056.12/10
4272
1
7
mm m L A N p e =≈??????=--πδ
常用电力电子器件特性测试
实验二：常用电力电子器件特性测试 （一）实验目的 （1）掌握几种常用电力电子器件（SCR、GTO、MOSFET、IGBT）的工作特性；（2）掌握各器件的参数设置方法，以及对触发信号的要求。 （二）实验原理 图1.MATLAB电力电子器件模型 MATLAB电力电子器件模型使用的是简化的宏模型，只要求器件的外特性与实际器件特性基本相符。MATLAB电力电子器件模型主要仿真了电力电子器件的开关特性，并且不同电力电子器件模型都具有类似的模型结构。 模型中的电阻Ron和直流电压源Vf分别用来反映电力电子器件的导通电阻和导通时的门槛电压。串联电感限制了器件开关过程中的电流升降速度，模拟器件导通或关断时的动态过程。MATLAB电力电子器件模型一般都没有考虑器件关断时的漏电流。 在MATLAB电力电子器件模型中已经并联了简单的RC串联缓冲电路，在参数表中设置，名称分别为Rs和Cs。更复杂的缓冲电路则需要另外建立。对于MOSFET模型还反并联了二极管，在使用中要注意，需要设置体内二极管的正向压降Vf和等效电阻Rd。对于GTO和IGBT需要设置电流下降时间Tf和电流拖尾时间Tt。 MATLAB的电力电子器件必须连接在电路中使用，也就是要有电流的回路，
但是器件的驱动仅仅是取决于门极信号的有无，没有电压型和电流型驱动的区别，也不需要形成驱动的回路。尽管模型与实际器件工作有差异，但使MATLAB电力电子器件模型与控制连接的时候很方便。MATLAB的电力电子器件模型中含有电感，因此具有电流源的性质，所以在模块参数中还包含了IC即初始电流项。此外也不能开路工作。 含电力电子模型的电路或系统仿真时，仿真算法一般采用刚性积分算法，如ode23tb、ode15s。电力电子器件的模块上，一般都带有一个测量输出端口，通过输出端m可以观测器件的电压和电流。本实验将电力电子器件和负载电阻串联后接至直流电源的两端，给器件提供触发信号，使器件触发导通。 （三）实验内容 （1）在MATLAB/Simulink中构建仿真电路，设置相关参数。 （2）改变器件和触发脉冲的参数设置，观察器件的导通情况及负载端电压、器件电流的变化情况。 （四）实验过程与结果分析 1．仿真系统 Matlab平台 2．仿真参数 （1）Thyristor参数设置： 直流源和电阻参数：
开关电源设计与实现毕业设计(论文)
毕业论文（设计） 题目开关电源设计 英文题目switch source design
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
24v开关电源设计
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、又笨又重的线性电源。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。本次设计采用典型的正激式开关电源结构设计形式，以(RCC)作为控制核心器件，运用脉宽调制的基本原理，并采用辅助电源供电方式为其供电，有利于增大主电源的输出功率。采用场效应管作为开关器件，其导通和截止速度很快，导通损耗小，这就为开关电源的高效性提供保障。同时，电路中辅以过压过流保护电路，为系统的安全工作提供保障，本电路注意改善负载调整率,降低了电磁串扰，达到绿色环保的目的。输出电压可调，使其可适用于不 同场合。 关键词高频变压器；场效应管；正激式变换器；脉宽调制
Abstract With the wide application of switching power supply in the computer, communications, aerospace, instrumentation and electrical appliances and so on, the growing demand for its people, and has put forward higher requirements for power efficiency, volume, weight and reliability.Switching power supply with its high efficiency, small size, light weight and other advantages in many respects gradually replaced the linear power supply, low efficiency, heavy and bulky. The development of power electronic technology, especially the rapid development of the high-power IGBT devices and MOSFET, increasing the working frequency of the switching power supply to a very high level, which has high stability and high performance characteristics. One of the main purposes of switching power supply technology is serves for the information industries, the development of information technology on power technology and put forward higher requirements, so as to promote the development of switch power supply. This design is excited by the switching power supply design of the structure of typical, with (RCC) as the core control device, using the basic principle of pulse width modulation, and auxiliary power supply by way of its power, is conducive to the output power increase of the main power supply. FET used as a switching device, the conducting and closing fast, conduction loss is small, which guarantee the high efficiency switching power supply. At the same time,
电子工程师的设计经验笔记
电子工程师必备基础知识（一） 运算放大器通过简单的外围元件，在模拟电路和数字电路中得到非常广泛的应用。运算放大器有好些个型号，在详细的性能参数上有几个差别，但原理和应用方法一样。 运算放大器通常有两个输入端，即正向输入端和反向输入端，有且只有一个输出端。部分运算放大器除了两个输入和一个输出外，还有几个改善性能的补偿引脚。 光敏电阻的阻值随着光线强弱的变化而明显的变化。所以，能够用来制作智能窗帘、路灯自动开关、照相机快门时间自动调节器等。 干簧管是能够通过磁场来控制电路通断的电子元件。干簧管内部由软磁金属簧片组成，在有磁场的情况，金属簧片能够聚集磁力线并使受到力的作用，从而达到接通或断开的作用。 电子工程师必备基础知识（二） 电容的作用用三个字来说：“充放电。”不要小看这三个字，就因为这三个字，电容能够通过交流电，隔断直流电；通高频交流电，阻碍低频交流电。 电容的作用如果用八个字来说那就：“隔直通交，通高阻低。”这八个字是根据“充放电”三个字得出来的，不理解没关系，先死记硬背住。 能够根据直流电源输出电流的大小和后级（电路或产品）对电源的要求来先择滤波电容，通常情况下，每1安培电流对应1000UF-4700UF是比较合适的。 电子工程师必备基础知识（三） 电感的作用用四个字来说：“电磁转换。”不要小看这四个字，就因为这四个字，电感能够隔断交流电，通过直流电；通低频交流电，阻碍高频交流电。电感的作用再用八个字来说那就：“隔交通直，通低阻高。”这八个字是根据“电磁转换”三个字得出来的。
电感是电容的死对头。另外，电感还有这样一个特点：电流和磁场必需同时存在。电流要消失，磁场会消失；磁场要消失，电流会消失；磁场南北极变化，电流正负极也会变化。 电感内部的电流和磁场一直在“打内战”，电流想变化，磁场偏不让变化；磁场想变化，电流偏不让变化。但，由于外界原因，电流和磁场都可能一定要发生变化。给电感线圈加上电压，电流想从零变大，可是磁场会反对，因此电流只好慢慢的变大；给电感去掉电压，电流想从大变成零，可是磁场又要反对，可是电流回路都没啦，电流已经被强迫为零，磁场就会发怒，立即在电感两端产生很高的电压，企图产生电流并维持电流不变。这个电压很高很高，甚至会损坏电子元件，这就是线圈的自感现象。 给一个电感线圈外加一个变化磁场，只要线圈有闭合的回路，线圈就会产生电流。如果没回路的话，就会在线圈两端产生一个电压。产生电压的目的就是要企图产生电流。当两个或多个丝圈共用一个磁芯（聚集磁力线的作用）或共用一个磁场时，线圈之间的电流和磁场就会互相影响，这就是电流的互感现象。 大家看得见，电感其实就是一根导线，电感对直流的电阻很小，甚至能够忽略不计。电感对交流电呈现出很大的电阻作用。 电感的串联、并联非常复杂，因为电感实际上就是一根导线在按一定的位置路线分布，所以，电感的串联、并联也跟电感的位置相关（主要是磁力场的互相作用相关），如果不考虑磁场作用及分布电容、导线电阻（Q值）等影响的话就相当于电阻的串联、并联效果。 交流电的频率越高，电感的阻碍作用越大。交流电的频率越低，电感的阻碍作用越小。 电感和充满电的电容并联在一起时，电容放电会给电感，电感产生磁场，磁场会维持电流，电流又会给电容反向充电，反向充电后又会放电，周而复始……如果没损耗，或能及时的补充这种损耗，就会产生稳定的振荡。 电子工程师必备基础知识（四）
毕业设计--12V5A开关电源设计
毕业综合实践 课题名称： 12V/5A开关电源设计 作者：学号： 09034224系别：电气电子工程系 专业：电子工程信息技术 指导老师：专业技术职务教授
毕业综合实践开题报告 姓名：学号： 09034224 专业：电子信息工程技术 课题名称： 12V/5A开关电源设计 指导教师： 2011 年 12 月 19 日
本课题意义及现状、需解决的问题和拟采用的解决方案 随着电子技术的高速发展、电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系日益紧密，任何电子设备都离不开可靠的电源，他们对电源的要求也越来越高。特别是随着小型电子设备的应用越来越广泛，也要求能够提供稳定的电源，以满足小型电子设备的用电需要。现状：电源是各种电子设备必不可缺的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。 本设计基于这个思想，设计、制作了一个开关稳压电源，输入交流电220V，输出12V/5A的直流稳压电源，具有过电流、过电压、短路保护。 本电路采用自激式震荡电路（RCC），它是经济开关电源、安装方便、调试简单，元器件少。这个电路的功能适用于手机充电器和一些仪表电源是很实用的一个电路。 指导教师意见： 指导教师： 年月日 专业教研室审查意见： 教研室负责人： 年月日
课题摘要 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、又笨又重的线性电源。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。本次设计采用典型的正激式开关电源结构设计形式，以(RCC)作为控制核心器件，运用脉宽调制的基本原理，并采用辅助电源供电方式为其供电，有利于增大主电源的输出功率。采用场效应管作为开关器件，其导通和截止速度很快，导通损耗小，这就为开关电源的高效性提供保障。同时，电路中辅以过压过流保护电路，为系统的安全工作提供保障，本电路注意改善负载调整率,降低了电磁串扰，达到绿色环保的目的。输出电压可调，使其可适用于不同场合。 关键词高频变压器场效应管正激式变换器脉宽调制
(完整版)高频开关电源设计毕业设计
目录 引言......................................................... 1本文概述 ................................................. 1.1选题背景............................................................................................................................ 1.2本课题主要特点和设计目标 ........................................................................................... 1.3课题设计思路.................................................................................................................... 2SABER软件................................................ 2.1SABER简介 ..................................................................................................................... 2.2SABER仿真流程 ............................................................................................................. 2.3本章小结............................................................................................................................ 3三相桥式全控整流器的设计.................................. 3.1工作原理............................................................................................................................ 3.1.1 三相桥式全控整流电路的特点 ..................................................................................... 3.2保护电路............................................................................................................................ 3.2.1 过电压产生的原因.......................................................................................................... 3.2.2 过压保护 (1) 3.2.3 过电流产生的原因 (1) 3.2.4 过流保护 (1) 3.3SABER仿真 (1) 3.3.1 设计规范 (1) 3.3.2 建立模型 (1)
单一电压输出ACDC开关电源设计方案
中文摘要 开关电源广泛应用，其效率可达80%以上，具有稳压范围宽、频率高、体积小等特点。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。开关电源的发展与应用在节约能源及环保方面有重要意义。本论文主要介绍RCC型开关电源及其设计应用，RCC电路与其他<如半桥逆变）开关电源电路相比的优越性。它的体积小、不需专用PWM控制芯片、电路简单等优点使其应用更加广泛，特别是在各种新兴电子设备的电源、充电器方面的应用尤为突出，因此在各种开关电源中占有重要地位。RCC电路包括输入整流滤波，吸收电路,开关管保护电路,RC反馈振荡,输出整流滤波,输出过压、过流保护电路，另外最主要的是高频变压器部分。最后通过仿真、调试达到100—240V市电交流输入、5V电压0.5A电流输出的要求，并且纹波较小效率较高。 关键词：开关电源 RCC 自激反激变换器
外文摘要 Title Design of single output AC/DC Switching Power Supply Abstract SwitchingPower Supply is widely uesd,and its efficiency ismore than 80%.Meantime a wide range , high frequency and miniaturization is presented .It is particularly applied in the field of high and new technology and then brings miniaturization and convenice.The development and use of Switching Power Supply are of importance in the energy saving and environmental protection.This paper mainly introduce RCC cicuit and its specific designment。RCC cicuit ,who is small shape,simple structure and not using particular chips,has many more advantages than other circuits as same with it,such as half-bridge ciucuit.Therefore,RCC circuit is much more widely used,especially in the source and charger of all kinds of new electronical devices.So it is such a significance for Switching Power Supply.In the RCCcircuit,the circuit for rectification and filtering,absorption,protection,RCC fee- dback,output overvoltage and overcurrent are included.In addition,the transformer is the most importantcomponent.Finaly,this design get though tests with 100-240V AC input ,5V voltage and 1A current.Moerover,ripple wave is quite small. Key words：Switching power supply Flyback converter Self-excitatiion RCC
精通开关电源设计
《精通开关电源设计》笔记 三种基础拓扑（buck boost buck-boost ）的电路基础： 1， 电感的电压公式dt dI L V =＝T I L ??，推出ΔI ＝V ×ΔT/L 2， sw 闭合时，电感通电电压V ON ，闭合时间t ON sw 关断时，电感电压V OFF ，关断时间 t OFF 3， 功率变换器稳定工作的条件：ΔI ON ＝ΔI OFF 即，电感在导通和关断时，其电流变化相等。 那么由1，2的公式可知，V ON ＝L ×ΔI ON /Δt ON ，V OFF ＝L ×ΔI OFF /Δt OFF ，则稳定条件为伏秒定律：V ON ×t ON ＝V OFF ×t OFF 4， 周期T ，频率f ，T ＝1/f ，占空比D ＝t ON /T ＝t ON /（t ON ＋t OFF ）→t ON ＝D/f ＝TD →t OFF ＝（1－D ）/f 电流纹波率r P51 52 r ＝ΔI/ I L ＝2I AC /I DC 对应最大负载电流值和最恶劣输入电压值 ΔI ＝E t /L μH E t ＝V ×ΔT （时间为微秒）为伏微秒数，L μH 为微亨电感，单位便于计算 r ＝E t /（ I L ×L μH ）→I L ×L μH ＝E t /r →L μH ＝E t /（r* I L ）都是由电感的电压公式推导出来 r 选值一般0.4比较合适，具体见 P53 电流纹波率r ＝ΔI/ I L ＝2I AC /I DC 在临界导通模式下，I AC ＝I DC ，此时r ＝2 见P51 r ＝ΔI/ I L ＝V ON ×D/Lf I L ＝V O ＦＦ×（1－D ）/Lf I L →L ＝V ON ×D/rf I L 电感量公式：L ＝V O ＦＦ×（1－D ）/rf I L ＝V ON ×D/rf I L 设置r 应注意几个方面： A,I PK ＝（1＋r/2）×I L ≤开关管的最小电流，此时r 的值小于0.4，造成电感体积很大。 B,保证负载电流下降时，工作在连续导通方式P24-26， 最大负载电流时r ’＝ΔI/ I LMAX ,当r ＝2时进入临界导通模式，此时r ＝ΔI/ I x ＝2→ 负载电流I x ＝（r ’ /2）I LMAX 时，进入临界导通模式,例如：最大负载电流3A ，r ’＝0.4，则负载电流为（0.4/2）×3＝0.6A 时，进入临界导通模式 避免进入临界导通模式的方法有1，减小负载电流2，减小电感（会减小ΔI ，则减小r ）3，增加输入电压 P63 电感的能量处理能力1/2×L ×I 2 电感的能量处理能力用峰值电流计算1/2×L ×I 2PK ，避免磁饱和。 确定几个值:r 要考虑最小负载时的r 值 负载电流I L I PK 输入电压范围V IN 输出电压V O 最终确认L 的值 基本磁学原理：P71――以后花时间慢慢看《电磁场与电磁波》用于EMC 和变压器 H 场：也称磁场强度，场强，磁化力，叠加场等。单位A/m B 场：磁通密度或磁感应。单位是特斯拉（T ）或韦伯每平方米Wb/m 2 恒定电流I 的导线，每一线元dl 在点p 所产生的磁通密度为dB ＝k ×I ×dl ×a R /R 2 dB 为磁通密度，dl 为电流方向的导线线元，a R 为由dl 指向点p 的单位矢量，距离矢量为R ，R 为从电流元dl 到点p 的距离，k 为比例常数。 在SI 单位制中k ＝μ0/4π，μ0=4π×10-7 H/m 为真空的磁导率。
开关电源系统设计方案毕业论文
开关电源系统设计方案毕业论文 目录 摘要.......................................... 错误!未定义书签。Abstract.......................................... 错误!未定义书签。 1 绪言 1.1课题背景 (2) 1.2选题的国外研究现状及水平、研究目标及意义 (2) 1.3 本课题主要的研究容 (3) 2 系统设计方案与论证 2.1课题研究的基本要求 (4) 2.2方案论证 (4) 2.2.1 DC/DC电路模块方案 (4) 2.2.2 MOSEFT驱动电路方案 (7) 2.2.3 单片机选择方案 (7) 2.2.4检测采样方案 (8) 2.2.5系统框图 (8) 3 硬件电路设计 3.1变压整流滤波电路 (9) 3.2辅助电源的设计 (11) 3.3 Buck电路参数选择原理和计算 (12) 3.3.1参数选择原理 (12) 3.3.2 电感值的计算 (15) 3.3.3 滤波电容的计算 (15) 3.3.4开关管的选择和开关管保护电路设计 (16) 3.4驱动电路的设计 (18)
3.5采样电路设计 (19) 3.6保护电路的设计 (20) 4 软件部分设计 4.1 AVR128简介 (21) 4.2 PWM波的产生 (22) 4.3 AD采样 (26) 5系统调试及结果分析 6 总结与展望 6.1 总结 (30) 6.2 展望 (30) 致谢 (31) 参考文献 (32) 附录 (34)
1 绪言 开关电源具有效率高、体积小、重量轻等特点，应用越来越广泛，从70年代开始，并用轻量高频变压器替代笨重的工频变压器。高效的开关电源飞速发展，逐步替代传统的的线性电源，开关电源不需要较大的散热器，开关电源自20世纪90年代问世以来，便显示出强大的生命力，并以其优良特性倍受人们的青睐。近年来，开关电源在通信、工业自动化、航空、仪表仪器等领域的应用越来越广泛。随着电源技术的飞速发展，开关稳压电源正朝着小型化、高频化、模块化的方向发展，高效率的开关电源已经得到越来越广泛的应用。随着高频开关电源技术和应用电子技术的高速发展，直流高频开关电源依靠它的高精度、低纹波及高效率等优越性能，正在逐步取代传统的线性电源。同时，高频开关电源系统的高速响应性能、输出短路电流限制及稳压和稳流等优点也使其负载的使用寿命大大增加。评价开关电源的质量指标应该是以安全性、可靠性为第一原则。在电气技术指标满足正常使用要求的条件下，为使电源在恶劣环境及突发故障情况下安全可靠地工作，必须设计多种保护电路，比如防浪涌的软启动，防过压、欠压、过流、短路等保护电路。同时，在同一开关电源电路中，设计多种保护电路的相互关联和应注意的问题也要引起足够的重视[15]。 许多功率电子节电设备，往往会变成对电网的污染源：向电网注入严重的高次谐波电流，使总功率因数下降，使电网电压耦合出许多毛刺尖峰，甚至出现畸变。大量的谐波分量倒流入电网，造成对电网的谐波“污染”，一方面电流流过线路阻抗造成谐波电压降，反过来使电网电压也发生畸变;另一方面，会造成电路故障，使用设备损坏。因为它没有采用有源功率因数校正，功率因数较低，只达到 0.9，如果采用有效的功率因数校正，功率因数可以达到0.99以上。开关电源输入端产生功率因数下降问题，利用有源功率因数校正电路，成本只增加5%，成功解决了这个问题。20世纪末，各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生，有了多种校正功率因数的方法[1]。 目前市场上出售的开关电源中采用双极性晶体管制成的100kHz、用MOSFET 管制成的500kHz 电源，虽已实用化，但其频率有待进一步提高。要提高开关频率，就要减少开关损耗，而要减少开关损耗，就需要有高速开关元器件。然而，开关速度提高后，不仅会影响周围电子设备，还会大大降低电源本身的可靠性。对1MHz以上的高频，要采用谐振电路，这样既可减少开关损耗，同时也可控制浪涌的发生。现代电力电子技术是开关电源技术发展的基础。随着新型电力电子器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现，现代电源技术将在实际需要的推动下快速发展。在传统的应用技术下，由于功率器件性能的限制而使开关电源的性能受到影响。为了极大发挥各种功率器件的特性，使器件性能对开关电源性
反激式开关电源设计
基于U C3845的反激式开关电源设计 时间：2011-10-2821:40:13来源：作者： 引言 反激式开关电源以其结构简单、元器件少等优点在自动控制及智能仪表的电源中得到广泛的应用。开关电源的调节部分通常采用脉宽调制（PWM）技术，即在主变换器周期不变的情况下，根据输入电压或负载的变化来调节功率MOSFET管导通的占空比，从而使输出电压稳定。脉宽调制的方法很多，本文中所介绍的是一种高性能的固定频率电流型脉宽集成控制芯片UC3845。该芯片是专为离线的直流至直流变换器应用而设计的。其主要特点是具有内部振荡器、高精度误差比较器、逐周电流取样比较、启动电流小、大电流图腾柱输出等，是驱动MOSFET的理想器件。 1UC3845简介 UC3845芯片为SO8或SO14管脚塑料表贴元件。专为低压应用设计。其欠压锁定门限为8.5v（通），7.6V（断）；电流模式工作达500千赫输出开关频率；在反激式应用中最大占空比为0.5;输出静区时间从50%~70%可调；自动前馈补偿；锁存脉宽调制，用于逐周期限流；内部微调的参考源；带欠压锁定；大电流图腾柱输出；输入欠压锁定，带滞后；启动及工作电流低。 芯片管脚图及管脚功能如图1所示。 图1UC3845芯片管脚图 1脚：输出/补偿，内部误差放大器的输出端。通常此脚与脚2之间接有反馈网络，以确定误差放大器的增益和频响。 2脚：电压反馈输入端。此脚与内部误差放大器同向输入端的基准电压（2.5V）进行比较，调整脉宽。 3脚：电流取样输入端。 4脚：RT/CT振荡器的外接电容C和电阻R的公共端。通过一个电阻接Vref通过一个电阻接地。 5脚：接地。 6脚：图腾柱式PWM输出，驱动能力为土1A. 7脚：正电源脚。 8脚：Vref，5V基准电压，输出电流可达50mA. 2设计方法 如图2为基于UC3845反激式开关电源的电路图，虚线框内为UC3845内部简化方框图。 1）启动电压和电容的选择 交流电源115VAC经整流、滤波后为一个纹波非常小的直流高压Udc,该电压根据交流电源范围往往可得到一个最大Udcmax，一和最小电压Udcmin。 当直流输入电压大于144V以上时，UC3845应启动开始工作，启动电阻应由线路直流电压和启动所需电流来确定。 根据UC3845的参数分析可知，当启动电压低于8.5V时，UC3845的整个电路仅消耗lmA的电流，即UC3845的典型启动电压为8.5V,电流为1mA.加上外围电路损耗约0.5mA,即整个电路损耗约1.5mA.在输入直流电压为最小电压Ddcmmn时，启动电阻Rin的计算如下： 图2基于UC3845反激式开关电源的电路图 启动过程完成后，UC3845的消耗电流会随着MOSFET管的开通增至100mA左右。该电流由启动电容在启动时储存的电荷量来提供。此时，启动电容上的电压会发生跌落到7.6V以上，要使UC3845fj~
最新开关电源学习笔记
开关电源学习笔记
开关电源学习笔记 阅读书记名称《集成开关电源的设计调试与维修》 开关电源术语： 效率：电源的输出功率与输入功率的百分比。其测量条件是满负载，输入交流电压标准值。 ESR：等效串联电阻。它表示电解电容呈现的电阻值的总和。一般情况下，ESR值越低的电容，性能越好 输出电压保持时间：在开关电源输出电压撤消后，依然保持其额定输出电压的时间。 启动浪涌保护：它属于保护电路。它对电源启动时产生的尖蜂电流起限制作作用。为了防止不必要的功率损耗，在设计这一电路时候，一定要保证滤波电容充满电之前，就起到限流的作用。 隔离电压：电源电路中的任何一部分与电源基板之间的最大电压。或者能够加在开关电源的输入与输出端之间的最大直流电压。 线性调整率：输出电压随负载在指定范围内的变化百分率。条件是线电压和环境温度不变。 噪音和波纹：附加在直流信号上的交流电压的高频尖锋信号的峰值。通常是mV度量。 隔离式开关电源：一般指开关电源。它从输入的交流电源直接进行整流滤波，不使用低频隔离变压器。 输出瞬态响应时间：从输出负载电路产生变化开始，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。
过载过流保护：防止因负载过重，是电流超过原设计的额定值而造成电源的损坏的电。远程检测：电压检测的一种方法。为了补偿电源输出的电压降，直接从负载上检测输出电压的方法。 软启动：在系统启动时，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。 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，保护电路启动，将电源输出端电压快速短路。 占空比：开关电源中，开关元件导通的时间和变换工作周期之比。 元件选择和电路设计： 一：输入整流器的一些参数 最大正向整流电流：这个参数主要根据开关电源输出功率决定，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。 峰值反向截止电压（PIV）：由于整流器工作在高压的环境，所以它们必须有较高的PIV值。一般600V以上。 要有能承受高的浪涌电流的能力：浪涌电源是用开关管导通时的峰值电流产生。 二：输入滤波电容 输入滤波电容对开关电源的影响 电源输出端的低频交流纹波电压 输出电压的保持时间 滤波电容的计算公式： C=（I*t）/ΔV
开关电源设计
& 课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目: 开关电源设计 初始条件： 输入交流电源：单相220V，频率50Hz。 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）? 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。 时间安排： 课程设计时间为两周，将其分为三个阶段。 第一阶段：复习有关知识，阅读课程设计指导书，搞懂原理，并准备收集设计资料，此阶段约占总时间的20%。 第二阶段：根据设计的技术指标要求选择方案，设计计算。 ） 第三阶段：完成设计和文档整理，约占总时间的40%。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 ） 引言 (1) 1设计意义及要求 (2) 设计意义 (2) 开关电源的组成部分 (2) 开关电源的工作过程 (2) 开关电源的工作方式 (3) 脉宽调制器的基本原理 (3) 2方案设计 (5) ） 设计要求 (5) 方案选择 (5) 整流滤波部分 (6) 降压斩波电路 (7) 脉宽调制电路 (8) MOSFET管的驱动电路 (9) 总电路图 (11) 3主电路参数设定 (12) { 变压器、二极管、MOSFET管选择 (12) 反馈回路的设计 (13) MOSFET的驱动设计 (14) 结束语 (15) 参考文献 (16)
附录一 (17) ]
引言 随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而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，远程控制交换机、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。 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。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IGBT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。 开关电源根据输入输出的性质不同可分为AC/DC和DC/DC两大类。AC/DC称为一次电源，也常称为开关整流器。值得指出的是，AC-DC变换不单是整流的意义，而是整流后又做DC-DC变换。所以说，DC-DC变换器是开关电源的核心。DC/DC称为二次电源，其设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，所以学习设计开关电源有重要的意义。
宽输入变频开关电源设计
宽输入变频开关电源设计
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科信学院 课程设计说明书（2017/2018学年第一学期） 课程名称：《电力电子技术应用设计》课程设计 题目：宽电压输入变频开关电源的设计 专业班级：电气工程及其自动化1425 学生姓名： 学号： 指导教师：刘增环、杜永、路巍等 设计周数：两周 设计成绩： 2018年1月5日
引言 开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比来调整输出电压。开关电源具有以下特征：①电源电压和负载在规定的范围内变化时，输出电压应保持在允许的范围内或按要求变化；②输出与输入之间有良好的电气隔离；③可以输出单路或多路电压，各路之间有电气隔离。 常用的开关电源多采用固定开关频率，当输入电压过高时，占空比过小,开通时间太短,可能引起开通脉冲丢失，造成电源工作不稳定。常用的开关电源输入是市电经整流后的稳定电压，但一些供电不稳定的场合或因某些设备导致市电局部不稳定，输入电压会存在大范围的波动, 为了适应这种情况,本课程设计了一款50v-260v的交流输入,多路输出的具有自主改变开关频率的辅助电源。根据输入电压大小改变开关频率,保证电源在宽输入电压范围内,可靠的为系统供电。 在本课题设计开发过程中,我们使用Matlab数学仿真及Altium Designer软件,并最终实现电路改造设计,并达到预期的效果。 关键字;宽输入变频开关电源
目录 一、开关电源现状和发展 (4) 1.1 开关电源现状 (4) 1.2 开关电源类型 (4) 二、设计方案 (4) 2.1 设计要求 (4) 2.2 设计思路 (5) 三、方案设计 (5) 3.1 控制电路设计 (5) 3.2 误差放大器设计 (9) 3.3 过/欠电压保护 (9) 3.4 过流/过载保护 (9) 3.5反激变压器设计 (10) 3.6反馈回路设计 (10) 3.7 设计小结 (11) 四课程设计总结 (12) 参考文献 (13)
开关电源学习笔记(含推导公式)
《开关电源》笔记 三种基础拓扑（buck boost buck-boost ）的电路基础： 1， 电感的电压公式dt dI L V =＝T I L ??，推出ΔI ＝V ×ΔT/L 2， sw 闭合时，电感通电电压V ON ，闭合时间t ON sw 关断时，电感电压V OFF ，关断时间 t OFF 3， 功率变换器稳定工作的条件：ΔI ON ＝ΔI OFF 即，电感在导通和关断时，其电流变化相等。 那么由1，2的公式可知，V ON ＝L ×ΔI ON /Δt ON ，V OFF ＝L ×ΔI OFF /Δt OFF ，则稳定条件为伏秒定律：V ON ×t ON ＝V OFF ×t OFF 4， 周期T ，频率f ，T ＝1/f ，占空比D ＝t ON /T ＝t ON /（t ON ＋t OFF ）→t ON ＝D/f ＝TD →t OFF ＝（1－D ）/f 电流纹波率r P51 52 r ＝ΔI/ I L ＝2I AC /I DC 对应最大负载电流值和最恶劣输入电压值 ΔI ＝E t /L μH E t ＝V ×ΔT （时间为微秒）为伏微秒数，L μH 为微亨电感，单位便于计算 r ＝E t /（ I L ×L μH ）→I L ×L μH ＝E t /r →L μH ＝E t /（r* I L ）都是由电感的电压公式推导出来 r 选值一般0.4比较合适，具体见 P53 电流纹波率r ＝ΔI/ I L ＝2I AC /I DC 在临界导通模式下，I AC ＝I DC ，此时r ＝2 见P51 r ＝ΔI/ I L ＝V ON ×D/Lf I L ＝V O ＦＦ×（1－D ）/Lf I L →L ＝V ON ×D/rf I L 电感量公式：L ＝V O ＦＦ×（1－D ）/rf I L ＝V ON ×D/rf I L 设置r 应注意几个方面： A,I PK ＝（1＋r/2）×I L ≤开关管的最小电流，此时r 的值小于0.4，造成电感体积很大。 B,保证负载电流下降时，工作在连续导通方式P24-26， 最大负载电流时r ’＝ΔI/ I LMAX ,当r ＝2时进入临界导通模式，此时r ＝ΔI/ I x ＝2→ 负载电流I x ＝（r ’ /2）I LMAX 时，进入临界导通模式,例如：最大负载电流3A ，r ’＝0.4，则负载电流为（0.4/2）×3＝0.6A 时，进入临界导通模式 避免进入临界导通模式的方法有1，减小负载电流2，减小电感（会减小ΔI ，则减小r ）3，增加输入电压 P63 电感的能量处理能力1/2×L ×I 2 电感的能量处理能力用峰值电流计算1/2×L ×I 2PK ，避免磁饱和。 确定几个值:r 要考虑最小负载时的r 值 负载电流I L I PK 输入电压范围V IN 输出电压V O 最终确认L 的值 基本磁学原理：P71――以后花时间慢慢看《电磁场与电磁波》用于EMC 和变压器 H 场：也称磁场强度，场强，磁化力，叠加场等。单位A/m B 场：磁通密度或磁感应。单位是特斯拉（T ）或韦伯每平方米Wb/m 2 恒定电流I 的导线，每一线元dl 在点p 所产生的磁通密度为dB ＝k ×I ×dl ×a R /R 2 dB 为磁通密度，dl 为电流方向的导线线元，a R 为由dl 指向点p 的单位矢量，距离矢量为R ，R 为从电流元dl 到点p 的距离，k 为比例常数。 在SI 单位制中k ＝μ0/4π，μ0=4π×10-7 H/m 为真空的磁导率。