開關電源的設計與實現(xiàn)精選(九篇)

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第1篇：開關電源的設計與實現(xiàn)范文

【關鍵詞】高頻 開關電源 變壓器 優(yōu)化設計 應用

電源變壓器具備的主要功能是隔離絕緣、傳送功率以及變換電壓。電源變壓器是一種主要軟磁電磁元件，被廣泛運用于電力電子技術(shù)和電源技術(shù)中。開關電源變壓器是開關電源的核心部件，能夠轉(zhuǎn)換和傳輸能量。此外，在開關電源變壓器的開關電源中，主要的體積與重量占有者，也是發(fā)熱源，可以使得開關電源向小型輕量方向發(fā)展，并且實現(xiàn)平面智能等目標。因此，開關電源的高頻化是重中之重。

1 高頻開關電源變壓器的主要構(gòu)成以及分類

通常從廣義角度而言，凡是將半導體功率的開關器件作為開關管，經(jīng)對開關管，進行高頻開通，或者是進行關斷控制，均會促使電能形態(tài)向其他電能形態(tài)裝置轉(zhuǎn)化，即開關轉(zhuǎn)換器。開關電源是指將開關轉(zhuǎn)換器作為主要組成部件，通過采取閉環(huán)自動控制的方式，實現(xiàn)輸出電壓保持穩(wěn)定的目標，并且實現(xiàn)在電路中增加保護環(huán)節(jié)電源。高頻開關電源是指采用高頻DC/DC轉(zhuǎn)換器，作為開關電源工作狀態(tài)下的開關轉(zhuǎn)換器。

高頻開關電源的基本路線主要是由開關型功率變換器，整流濾波電路，交流直線轉(zhuǎn)換電路及控制電路幾部分組成。高頻開關電源變壓器分為他激式和自激式、隔離式和非隔離式、硬開關以及軟開關幾類。

2 高頻開關電源變壓器的優(yōu)化設計

2.1 設計參數(shù)選取

高頻變壓器的設計參數(shù)彼此聯(lián)系，所以，在具體設計時，針對各個參數(shù)應該在合理范圍內(nèi)進行有效折中?；诟黝悜脠鼍皯斒?，首先符合占支配地位的重要影因素，其次權(quán)衡剩余其他參數(shù)帶來的影響。因為各參數(shù)間緊密聯(lián)系，在設計時，想把一切參數(shù)均達到最佳基本上不太可能。如變壓器體積和效率二者之間存在的矛盾，漏感合分布電容二者難以同時減小。所以，在高頻開關電源變壓器優(yōu)化設計的整個過程中，本文選取了三個相對比較重要的參數(shù)，以此展開分析。

2.1.1 溫升

在變壓器具體工作的整個過程中，鐵芯和繞組中的損耗必定會產(chǎn)生一定熱量，從而促使變壓器溫度逐漸升高，與此同時，這些熱量通常會采取輻射和對流的方法，在周圍環(huán)境中相互傳遞。因此，應該有效控制溫升，進而以防繞組被燒，或者是防止變壓器熱擊穿、防止磁芯性能下降的現(xiàn)象出現(xiàn)。并且，在計算變壓器的溫升時，通常是會將磁芯和繞組的損耗歸在，假設熱量經(jīng)過磁芯與繞組后，整個表面積會發(fā)生均勻消散的現(xiàn)象。

2.1.2 分布參數(shù)

高頻變壓器的主要分布參數(shù)通常是漏感、分布電容。在高頻下，分布參數(shù)對開關電源性能會產(chǎn)生關鍵影響。在開關式的變換器上，漏感可以致使電壓尖峰，此時電路中的部分器件會受此影響，發(fā)生不必要的破壞。同時，分布電容可能會引起電流尖峰，且可以大幅度延長充電時間，從而開關和二極管會受此影響，發(fā)生大規(guī)模損耗，進而降低變壓器效率及可靠性。因此，在這樣的工作模式種，需要盡量降低變壓器的分布參數(shù)。此外，對于諧振式的變換器而言，能夠吸收、利用變壓器分布參數(shù)。所以在這種模式下，要求必須準確設計分布電容和漏感的值。

2.1.3 損耗與效率

本文將輸入功率和輸出功率二者的差視為變壓器功率損耗值，并且，將其分成兩個分量，即繞組損耗和磁芯損耗。通常，在額定電壓運行的條件下，隨著負載電流的不斷變化，鐵損不會發(fā)生變化，所以鐵損也被稱作是不變損耗。如果忽視勵磁電流，銅損和負載電流的平方成正比，所以銅損也被稱作是可變損耗。筆者對變壓器分別進行了兩項實驗，即短路試驗實驗和空載實驗，在額定電壓下，分別測得鐵損耗和額定負載下銅損耗，結(jié)果得出鐵損在正常工作時依舊保持不變，而隨著負載的變化，銅損會發(fā)生一系列變化。

2.2 優(yōu)化目標

高頻開關電源變壓器優(yōu)化的目標是盡量使變壓器體積向更小的方向發(fā)展，因為只有重量達到更輕，頻率達到更高，才能保證溫升，從而使得分布參數(shù)和絕緣滿足設計的前提條件。為將變壓器的效率實現(xiàn)最大化，需要注意的是，在設計的過程中，應該遵循以下兩個基本原則：

（1）保證變壓器的銅損和鐵損二者相等。

（2）保證在初次繞組時，變壓損耗相呈相等狀態(tài)。

此外，為使得變壓器的體積盡量縮小，在設計時必須采用合適的磁芯和繞組結(jié)構(gòu)，以此保證設計的正常進行。

2.3 優(yōu)化設計方法

現(xiàn)階段，納米晶帶材的可用磁心結(jié)構(gòu)主要分為矩形與環(huán)形。在磁心結(jié)構(gòu)確定后，根據(jù)變壓器自身指定的工作條件，初級繞組匝數(shù)和繞組結(jié)構(gòu)直接決定了變壓器的磁芯截面積大小，繞組尺寸和磁心的窗口面積。因此，對于矩形和環(huán)形這類磁心結(jié)構(gòu)，一般是需要對不同層次和匝數(shù)下，變壓器的體積、重量以及損耗等進行具體的比較，進而對高頻開關電源變壓器采取更加優(yōu)質(zhì)的設計方案。

3 高頻開關電源變壓器的應用

通過將本文的設計進行應用分析可后可知，在變壓器功率相同時，矩形磁心比環(huán)形磁心更緊湊，主要原因是：

（1）環(huán)形變壓器通常是會占用部分磁心，從而使變壓器保持固定狀態(tài)，但是矩形變壓器可以利用下側(cè)磁心，進而實現(xiàn)固定變壓器的目標。

（2）環(huán)形變壓器的繞組內(nèi)側(cè)長度，會極大降低磁心窗口實際利用率，以使變壓器的中心出現(xiàn)較大冗余空間，但是矩形變壓器的磁心窗口利用率通常不會受到任何的影響。

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作者簡介

常樂（1984-），女，山西省晉中市壽陽縣人?，F(xiàn)為山西職業(yè)技術(shù)學院本科碩士講師。主要研究方向為應用電子、通信工程。

第2篇：開關電源的設計與實現(xiàn)范文

關鍵詞：開關電源 高頻 小型

1　引言

隨著電力電子技術(shù)的告訴發(fā)展，電力電子設備與人們的工作、生活的關系日益密切，而電子設備都離不開可靠的電源，進入80年代計算機電源全面實現(xiàn)了開關電源化，率先完成計算機的電源換代，進入90年代開關電源相繼進入各種電子、電器設備領域，程控交換機、通訊、電子檢測設備電源、控制設備電源等都已廣泛地使用了開關電源，更促進了開關電源技術(shù)的迅速發(fā)展。開關電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關晶體管開通和關斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。開關電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點上，反而高于開關電源，這一成本反轉(zhuǎn)點。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關電源技術(shù)在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點日益向低輸出電力端移動，這為開關電源提供了廣泛的發(fā)展空間。

開關電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關電源小型化，并使開關電源進入更廣泛的應用領域，特別是在高新技術(shù)領域的應用，推動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開關電源的發(fā)展與應用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護環(huán)境方面都具有重要的意義。 2　開關電源的分類

人們的開關電源技術(shù)領域是邊開發(fā)相關電力電子器件，邊開發(fā)開關變頻技術(shù)，兩者相互促進推動著開關電源每年以超過兩位數(shù)字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。開關電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類，DC/DC變換器現(xiàn)已實現(xiàn)模塊化，且設計技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國內(nèi)外均已成熟和標準化，并已得到用戶的認可，但AC/DC的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進程中，遇到較為復雜的技術(shù)和工藝制造問題。以下分別對兩類開關電源的結(jié)構(gòu)和特性作以闡述。 2.1 DC/DC變換

DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調(diào)制方式Ts不變，改變ton（通用），二是頻率調(diào)制方式，ton不變，改變Ts（易產(chǎn)生干擾）。其具體的電路由以下幾類： （1） Buck電路——降壓斬波器，其輸出平均電壓Uo小于輸入電壓Ui，極性相同。 （2） Boost電路——升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于輸入電壓Ui，極性相同。 （3） Buck-Boost電路——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于或小于輸入電壓Ui，極性相反，電感傳輸。 （4） Cuk電路——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo 大于或小于輸入電壓UI，極性相反，電容傳輸。

當今軟開關技術(shù)使得DC/DC發(fā)生了質(zhì)的飛躍，美國VICOR公司設計制造的多種ECI軟開關DC/DC變換器，其最大輸出功率有300W、600W、800W等，相應的功率密度為（6、2、10、17）W/cm3，效率為（80-90）%。日本NemicLambda公司最新推出的一種采用軟開關技術(shù)的高頻開關電源模塊RM系列，其開關頻率為（200~300）kHz，功率密度已達到27 W/cm3，采用同步整流器（MOS-FET代替肖特基二極管），是整個電路效率提高到90%。 2.2 AC/DC變換

AC/DC變換是將交流變換為直流，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負載的稱為“整流”，功率流由負載返回電源的稱為“有源逆變”。AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電，因必須經(jīng)整流、濾波，因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的，同時因遇到安全標準（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、FCC、CSA），交流輸入側(cè)必須加EMC濾波及使用符合安全標準的元件，這樣就限制AC/DC電源體積的小型化，另外，由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開關動作，使得解決EMC電磁兼容問題難度加大，也就對內(nèi)部高密度安裝電路設計提出了很高的要求，由于同樣的原因，高電壓、大電流開關使得電源工作消耗增大，限制了AC/DC變換器模塊化的進程，因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設計方法才能使其工作效率達到一定的滿意程度。

AC/DC變換按電路的接線方式可分為，半波電路、全波電路。按電源相數(shù)可分為，單項、三相、多相。按電路工作象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。

3　開關電源的選用

開關電源在輸入抗干擾性能上，由于其自身電路結(jié)構(gòu)的特點（多級串聯(lián)），一般的輸入干擾如浪涌電壓很難通過，在輸出電壓穩(wěn)定度這一技術(shù)指標上與線性電源相比具有較大的優(yōu)勢，其輸出電壓穩(wěn)定度可達（0.5~1）%。開關電源模塊作為一種電力電子集成器件，在選用中應注意以下幾點： 3.1輸出電流的選擇

因開關電源工作效率高，一般可達到80%以上，故在其輸出電流的選擇上，應準確測量或計算用電設備的最大吸收電流，以使被選用的開關電源具有高的性能價格比，通常輸出計算公式為： Is=KIf 式中：Is—開關電源的額定輸出電流； If—用電設備的最大吸收電流； K—裕量系數(shù)，一般取1.5~1.8； 3.2接地

開關電源比線性電源會產(chǎn)生更多的干擾，對共模干擾敏感的用電設備，應采取接地和屏蔽措施，按ICE1000．EN61000．FCC等EMC限制，形狀開關電源均采取EMC電磁兼容措施，因此開關電源一般應帶有EMC電磁兼容濾波器。如利德華福技術(shù)的HA系列開關電源，將其FG端子接大地或接用戶機殼，方能滿足上述電磁兼容的要求。 3.3保護電路

開關電源在設計中必須具有過流、過熱、短路等保護功能，故在設計時應首選保護功能齊備的開關電源模塊，并且其保護電路的技術(shù)參數(shù)應與用電設備的工作特性相匹配，以避免損壞用電設備或開關電源。 4　開關電源技術(shù)的發(fā)展動向

開關電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。由于開關電源輕、小、薄的關鍵技術(shù)是高頻化，因此國外各大開關電源制造商都致力于同步開發(fā)新型高智能化的元器件，特別是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體（Mn-Zn）材料上加大科技創(chuàng)新，以提高在高頻率和較大磁通密度（Bs）下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項關鍵技術(shù)。SMT技術(shù)的應用使得開關電源取得了長足的進展，在電路板兩面布置元器件，以確保開關電源的輕、小、薄。開關電源的高頻化就必然對傳統(tǒng)的PWM開關技術(shù)進行創(chuàng)新，實現(xiàn)ZVS、ZCS的軟開關技術(shù)已成為開關電源的主流技術(shù)，并大幅提高了開關電源工作效率。對于高可靠性指標，美國的開關電源生產(chǎn)商通過降低運行電流，降低結(jié)溫等措施以減少器件的應力，使得產(chǎn)品的的可靠性大大提高。

第3篇：開關電源的設計與實現(xiàn)范文

【關鍵詞】開關電源 現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢

前言

電源是對公用電網(wǎng)或某種電能進行交換和控制，并向各種用電負載提供優(yōu)質(zhì)電能的供電設備和動力裝置。因此，電源的應用十分廣泛，已深入到每個人的生產(chǎn)和生活領域。

直流電源應用很廣泛，尤其在軍事、醫(yī)療和煤礦等領域應用更為頻繁。傳統(tǒng)的直流電源往往采用線性電源技術(shù)，但是這種結(jié)構(gòu)形式造成電源整體效率偏低，性能一般，體積較大，重量沉。因此，直流電源傾向于采用開關電源技術(shù)，使得直流電源變得效率高、性能更好、體積小、重量輕。據(jù)業(yè)內(nèi)咨詢機構(gòu)統(tǒng)計，在2009年全球開關電源的市場規(guī)模都已達到160億美元，并隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，更促進了開關電源技術(shù)的快速發(fā)展和提高，應用領域也越來越廣泛，在整個電源領域中開關電源所占據(jù)的比重愈來愈大。

1. 開關電源的現(xiàn)狀

開關電源技術(shù)屬于電力電子技術(shù)，它運用功率變換器進行電能變換。經(jīng)過變換的電能，可以滿足各種用電需求。當負載需要高要求的直流供電時，其供電電源采用開關電源。

開關電源具有功率轉(zhuǎn)換效率高、穩(wěn)壓范圍寬、重量輕等特點。開關電源由于采用大功率開關管的高頻整流技術(shù)，不但可以方便地得到不同等級的電壓，更重要的是甩掉了體積大、笨重的工頻變壓器及濾波電感電容。在傳統(tǒng)開關電源中，由于功率器件工作在開關狀態(tài)，器件常在高電壓下開通，在大電流下關斷時，也存在著一些問題，如射頻干擾和電磁干擾大、開關損耗大、輸出紋波大、器件的安全工作區(qū)窄、電路對分布系數(shù)比較敏感等缺點。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，特別是功率器件的更新?lián)Q代、功率變換技術(shù)的不斷改進、新型電磁材料的不斷使用、控制方法的不斷進步以及相關科學的不斷融合，開關電源的缺點正逐步得到克服，射頻干擾和電磁干擾已經(jīng)被抑制在一個很低的水平上，輸出紋波可以達到幾毫伏以下。因此，開關電源是當今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。

2. 開關電源的發(fā)展趨勢

開關電源的許多方面的運用已經(jīng)趨于成熟，將來的發(fā)展趨勢是高頻，高可靠性，高性能，低耗，低噪聲，模塊化。文獻介紹了功率的增加必然導致電源內(nèi)部電磁環(huán)境的復雜，由此所產(chǎn)生的各種電磁干擾對電源本身和附近的其他電子設備的正常工作帶來了嚴重的影響，即既是干擾源，又是擾者。電磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，簡寫EMC）設計的目的是使開關電源在預期的電磁環(huán)境中實現(xiàn)電磁兼容。電磁兼容問題已成為當前研究的熱點，一些發(fā)達國家已有EMC技術(shù)的規(guī)范和標準。我國雖然在EMC方面工作起步較晚，有關部門也正頒布相關指令，跟上國際步伐。

開關電源也對功率器件提出了更高的要求：耐壓高、電流大、導通電阻小，恢復速度快。由于金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）具有很快的開關速度，因此開關電源的開關頻率可以做得更高，重量更輕，功率密度更大，電源體積更小。提高器件耐壓，同時減小導通電阻仍是今后MOSFET的主要研究方向。開關電源的性能指標，如紋波、精度、久沖、過沖等受到功率鐵氧體材料技術(shù)及功率器件性能的限制，與電源發(fā)達國家還有很大的差距，

開關電源高頻化是其發(fā)展方向，高頻化使開關電源小型化，并使開關電源進入更廣泛的應用領域，特別是在高新技術(shù)領域的應用。另外開關電源的發(fā)展與應用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護環(huán)境方面都具有重要的意義。但是高頻化存在一些新的問題有待解決，如開關損耗、無源元件損耗增大、高頻寄生參數(shù)及高頻電磁干擾增大等。

綜上，開關電源的發(fā)展從來都是與半導體器件及磁性元件等的發(fā)展休戚相關。高頻化的實現(xiàn)，需要相應的高速半導體器件和性能優(yōu)良的高頻電磁元件。發(fā)展功率MOSFET等新型高速器件，開發(fā)高頻用的低損磁性材料，改進磁元件的結(jié)構(gòu)及設計方法等，對于開關電源的發(fā)展有著巨大的推動作用。

3. 結(jié)束語

總的來說，在電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新的背景下，開關電源技術(shù)在理論方面將取得更大的突破，其產(chǎn)業(yè)方面也有著廣闊的發(fā)展前景，開關電源技術(shù)也更將趨于可靠、成熟、經(jīng)濟、適用。

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第4篇：開關電源的設計與實現(xiàn)范文

關鍵詞 直流穩(wěn)壓電源；線性電源；開關電源

中圖分類號：TM44 文獻標識碼：A 文章編號：1671―7597（2013）031-134-01

1 線性直流穩(wěn)壓電源

1）晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源：晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源工作在線性放大狀態(tài)，因而具有反應迅速，電壓穩(wěn)定度和負載穩(wěn)定度高，輸出紋波電壓小，噪聲小。在電路技術(shù)方面，其控制電路所用的元件少。對調(diào)整管的開關特性，濾波器的高頻性能等無特別要求，所以可靠性高。

串聯(lián)式穩(wěn)壓電源的嚴重缺點是效率低。要提高效率就必須降低調(diào)整管上的壓降，減少在調(diào)整管上的損耗。解決的辦法：①PNP和NPN晶體管互補：串聯(lián)式穩(wěn)壓電源輸出電源電流較大時，通常調(diào)整管都要接成共集電極的達林頓組合管。因為在晶體管電參數(shù)相同情況下在保持電流放大倍數(shù)相等的情況下，互補連接的組合調(diào)整管的集射極壓降減少了，因而電源的效率得到提高；②偏置法：一般共集電極組合管集射間的壓降一定程度上取決偏置電流。采用偏置連接法當輸出電流一定時可以有效的提高電源效率；③開關穩(wěn)壓器作前置予調(diào)節(jié)：在輸入-輸出電壓差比較大，輸出電流也比較大的場合，采用開關穩(wěn)壓器作串聯(lián)式穩(wěn)壓器的前置予調(diào)節(jié)也是提高電源效率的有效辦法。開關予調(diào)節(jié)還可以設置在電源變壓器的原邊。

2）集成線性穩(wěn)壓器發(fā)展：早期市場集成穩(wěn)壓器的廠家很多，產(chǎn)量大、應用廣泛。主要有半導體單片式集成穩(wěn)壓器和混合式集成穩(wěn)壓器兩大類。它們的電路形式、封裝、電壓及電流的規(guī)格都是多種多樣的。集成穩(wěn)壓器可分為定電壓的，可調(diào)的，跟蹤的和浮動的。但是不管哪一種形式，它們通常由基準電壓源，比較放大器，調(diào)整元件即功率晶體三極管和某種形式的限流電路組成。有些集成穩(wěn)壓器內(nèi)部還有邏輯關閉電路和熱截止電路。集成穩(wěn)壓器與由分立元件組成的穩(wěn)壓器比較，集成穩(wěn)壓器的優(yōu)點非常明顯，成本低，體積小，使用方便，性能好，可靠性高。

3）恒流源網(wǎng)絡穩(wěn)壓電源技術(shù)：采用恒流網(wǎng)絡穩(wěn)壓是目前串聯(lián)穩(wěn)壓電源的有一特點。采用恒流網(wǎng)絡可以有效地提高電源的穩(wěn)定性。集成穩(wěn)壓器中普遍采用了恒流網(wǎng)絡。分立元件組成的串聯(lián)穩(wěn)壓器也愈來愈多地運用恒流技術(shù)。使用晶體管場效應管和恒流二極管等元件可以實現(xiàn)恒流。恒流二極管在分立元件的串聯(lián)穩(wěn)壓器中使用更為方便。

2 開關直流穩(wěn)壓電源

開關式直流穩(wěn)壓電源指其功率調(diào)整元件以“開”、“關”方式工作的一種直流穩(wěn)壓電源。早期的磁放大器開關直流穩(wěn)壓電源是利用鐵芯的“飽和”、“非飽和”兩種狀態(tài)進行“開”、“關”控制，那是一種低頻磁放大器。在此過程中出現(xiàn)的可控硅相控整流穩(wěn)壓電源也屬于開關直流穩(wěn)壓電源。隨后，高頻開關功率變換技術(shù)得到了快速發(fā)展，這主要是指變換器方式的高頻開關直流穩(wěn)壓電源。上個世紀90年代電力電子技術(shù)、PWM等技術(shù)的日趨成熟，直流開關電源和交流開關電源已成為主導市場。電力電子技術(shù)是利用電力電子技術(shù)對電能進行控制和轉(zhuǎn)換的學科。它包括電力電子器件 、變流電路和控制電路三個部分，是電力、電子、控制三大電氣工程技術(shù)領域之間的交叉學科。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，電力電子技術(shù)由于和現(xiàn)代控制理論、材料科學、電機工程、微電 子技術(shù)等許多領域密切相關，已逐步發(fā)展成為一門多學科相互滲透的綜合性技術(shù)學科。

1）無工頻變壓器化：省掉工頻電源變壓器而采用直接從電網(wǎng)整流輸入方式是開關電源減少體積和重量的一個重要措施。無工頻變壓器化已成為當代先進開關電源的一個特點。無工頻變壓器的開關電源與各種有工頻變壓器的直流穩(wěn)壓電源相比，其突出優(yōu)點是體積小、重量、效率高。開關電源的電路形式已多種多樣了。就調(diào)制技術(shù)而言有脈寬調(diào)制型、頻率調(diào)制型、混合調(diào)制型，其中脈寬調(diào)制占絕大多數(shù)。目前出現(xiàn)了完全無變壓器的開關電源，即連高頻變換器都不需要。這種電源的最大特點是體積還可比現(xiàn)在的無工頻變壓器開關電源小的多，而且沒有繞制的變壓器這一類器件，可以集成電路工藝制作。

2）開關電源高頻化：現(xiàn)代開關電源的一個顯著特點是開關頻率不斷提高，不管是晶體管開關電源、可控硅開關電源還是場效應管開關電源都是向高頻化方向發(fā)展。隨著功率IGBT和MOSFET的出現(xiàn)，開關電源的工作頻率已從早期典型的20KHz逐步提高到兆赫范圍甚至G赫范圍。

3）控制電路集成化：早期開關電源的控制電路是用分立元件構(gòu)成的。這樣，電路設計復雜，調(diào)試維修麻煩，影響開關電源的推廣應用。為了適應開關電源的迅速發(fā)展，集成化的開關電源控制電路被研制成功，而且功能愈加完善。開關電源控制電路集成化，大大簡化了開關電源的設計，提高了開關電源的電性能和可靠性，而且體積小，降低成本。

4）主要元器件高頻化：為了適應開關電源迅速發(fā)展的需要，開關電源所用的主要元器件的發(fā)展也很快，其主要目標是高頻化。開關電源中的開關元件-功率晶體管、可控硅和場效應管都在提高看工作頻率方面取得了成績。但是最引人注目的是功率管IGBT復合管，MOSFET場效應管的出現(xiàn)，它不僅開關頻率提高到1MHz-1GHz，而且開關特性好，所需驅(qū)動功率小，不存在二次就穿，能防止熱奔等特殊優(yōu)點。另外大電流肖特基勢壘的出現(xiàn)大大改善了低電壓電流開關電源的整流效率，它具有開關速度快、反向恢復時間短，正向壓降地等優(yōu)點。在濾波過程中，電容器等器件也要在材料、結(jié)構(gòu)工藝諸方面進行研制，以適應開關電源高頻化的要求。

5）全數(shù)字化控制：開關電源的控制已經(jīng)由模擬控制，模數(shù)混合控制，進入到全數(shù)字控制階段。全數(shù)字控制是一個新的發(fā)展趨勢，已經(jīng)在許多功率變換設備中得到應用。但是過去數(shù)字控制在DC/DC變換器中用得較少。近兩年來，開關電源的高性能全數(shù)字控制芯片已經(jīng)開發(fā)，費用也已降到比較合理的水平，歐美已有多家公司開發(fā)并制造出開關變換器的數(shù)字控制芯片及軟件。全數(shù)字控制的優(yōu)點是：數(shù)字信號與混合模數(shù)信號相比可以標定更小的量，芯片價格也更低廉；對電流檢測誤差可以進行精確的數(shù)字校正，電壓檢測也更精確；可以實現(xiàn)快速，靈活的控制設計。

參考文獻

第5篇：開關電源的設計與實現(xiàn)范文

關鍵詞：開關電源 重啟 反激式電源

中圖分類號：TM46 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）11-0073-01

開關電源具有高效率、低功耗、體積小、重量輕等顯著優(yōu)點，其電源效率可達到80%以上，遠遠高于傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源從而使得開關電源應用領域十分廣泛。根據(jù)負載功率的不同，往往采用自激振蕩式，即反激式和正激式不同的方法。隨著開關電源的使用的不斷發(fā)展，反激式開關電源也在更多的領域使用，但該開關經(jīng)常存在著不斷重啟的缺點，導致設備工作不夠穩(wěn)定，所以，探索和研究有效的技術(shù)策略，就有著非常重要的意義。

1 反激式電源的基本原理

本文以其中一種反激式開關電源為例進行說明。該電源通過220V電壓供電，通過整流橋整流和電容濾波將交流電變成直流電，通過兩個1M歐的電阻限流給LD7535啟動電流，LD7535啟動，控制MOSFET，不斷開關，形成高頻開關電壓來使變壓器工作，變壓器通過芯片供電繞組給芯片供電，通過副繞組轉(zhuǎn)換成為想要得到的高頻電壓，再通過高頻二極管整流，形成需要得到的電壓，同時通過TL431中的內(nèi)部設定基準電壓（2.5V）和電阻的串聯(lián)分壓來設定輸出電壓，并通過光電耦合器來進行反饋調(diào)節(jié)。

其中NTC為防止啟動時電流過大，電阻R5和電阻R8負責啟動時對LD7535供電，啟動后改為變壓器通過R9和D5給予供電，C8和C8A負責儲能。R6的10歐姆電阻防止MOS管的電壓斜率過于陡峭，R1大功率小電阻負責電流檢測，從而改變保護電流；R19和C9串聯(lián)防止TL431自激，R20和R21為了確定輸出電壓。

2 LD7535特點及其在反激式電源中的應用

但是，在反激電源制作過程中會遇到開關電源空載時不斷重啟的過程，并且伴隨著這種現(xiàn)象，往往能夠聽到變壓器的響聲。其空載不斷重啟，需要通過LD7535控制器加以技術(shù)改進。

LD7535是一種低成本，低啟動電流，電流模式，PWM控制的省電模式控制器，具有包括電流檢測的前沿消隱、內(nèi)部斜率補償，采用SOT-26封裝。常用于高效率，較少元器件的AC/DC電源設備。其特點是高壓CMOS工藝，具有優(yōu)良的ESD保護，僅需要極低的啟動電流（

各個引腳定義為：第1引腳GND，接地端，第2引腳COMP，電壓反饋引腳，通過連接光電耦合器，以使控制環(huán)路閉合，實現(xiàn)調(diào)節(jié)，第3引腳RT，設置開關頻率，通過連接一個電阻對地設置開關頻率，第4引腳CS，位電流檢測引腳，連接到感應電流MOSFET，第5引腳VCC，為電源電壓引腳，第6引腳OUT，柵極驅(qū)動輸出，以驅(qū)動外部MOSFET。

3 重啟的解決方法

在反激電源制作過程中開關電源空載時不斷重啟的原因是由于IC供電不足或者光耦供電不足引起。對于此種不斷重啟的現(xiàn)象，有以下幾點方法進行克服。

3.1 設立假負載

設立假負載是最有效的解決開關電源不斷重啟的方法，只需要在輸出端增加一個大電阻，使得開關電源一直處于工作狀態(tài)，這種方法簡單易行，對產(chǎn)品的價格也沒有太大影響，但是這種方法會對開關電源真正的使用轉(zhuǎn)換效率有一定的影響，造成轉(zhuǎn)換效率有所降低，對于轉(zhuǎn)換效率要求不是很高的或者需要大電流輸出的開關電源來說最為合適。

3.2 采用較好的二極管對芯片供電

出現(xiàn)不斷重啟的原因往往是供電芯片的供電電壓介于滿足啟動和不滿足啟動的臨界狀態(tài)，當采用較好的供電二極管（D7）時，如FR107二極管，可以提高了二極管的開關速度，并且也降低供電二極管的管壓降，從而能夠滿足控制芯片的供電電壓，從而解決二極管不斷重啟的現(xiàn)象。

3.3 采用增加芯片供電繞組的匝數(shù)

采用增加對芯片供電繞組的匝數(shù)對產(chǎn)品價格沒有太大影響，也不會增加產(chǎn)品工序，但是由于繞組匝數(shù)的增加會增加變壓器的電感量，造成變壓器性能有一定的改變，致使很多參數(shù)需要重新計算或修訂，更嚴重的會造成變壓器不適合本產(chǎn)品而需要重新設計變壓器。

4 結(jié)語

本文通過一個具體的電路設計為例，簡要的說明針對開關電源不斷重啟現(xiàn)象的一些改進的方法。本文并通過實際使用，證明了其有效性。

參考文獻

[1]張占松，蔡宣三.開關電源的原理與設計[M].北京：電子工業(yè)出版社，1998.

第6篇：開關電源的設計與實現(xiàn)范文

[關鍵詞]開關電源 電磁干擾 抑制措施 改進措施

開關電源EMI（Electro magnetic Interference），就是通過用電子線路組成開關式（方波）震蕩電路來達到對電能的轉(zhuǎn)換。這種方式有好多優(yōu)點，一是穩(wěn)壓范圍寬，在一定范圍內(nèi)輸出電壓與輸入電壓變化無關，電腦電源可以在80V～240V都可以正常工作，是其它方式電源無法比擬的。二是效率高，由于采用開關震蕩工作方式，熱損耗特別少，發(fā)熱低。三是結(jié)構(gòu)簡單，相對于其它相同功率的電源，開關電源的體積與重量要少得多。因此，在眾多的電子設備中，開關式電源已經(jīng)是相當普遍。隨著開關電源應用領域的不斷擴大，其電磁干擾已成為一個很嚴重的問題，開關電源的功率管工作在非線性條件下，采用脈寬調(diào)制（PWM）開關控制方式，加之開關頻率的不斷提高，使得電磁干擾越來越突出，對電網(wǎng)造成污染。因干擾的存在，輸入電源的電網(wǎng)受到了干擾，影響到其它設備，使其不能正常的工作，也影響到電網(wǎng)的供電質(zhì)量。所以，尋找干擾抑制的方法是很必要的。這里分析與比較了幾種有效的方案，并為開關電源EMI的抑制措施提出新的參考建議。

一、開關電源電磁干擾的產(chǎn)生機理

開關電源首先將工頻交流電整流為直流電，然后經(jīng)過開關管的控制變?yōu)楦哳l，最后經(jīng)過整流濾波電路輸出，得到穩(wěn)定的直流電壓。因此，自身含有大量的諧波干擾。同時，由于變壓器的漏感和輸出二極管的反向恢復電流造成的尖峰，都會產(chǎn)生不同程度的電磁干擾。開關電源中的干擾主要集中在電壓、電流變化大（即dv/dt或di/dt很大）的元器件上，尤其是開關管、輸出二極管和高頻變壓器等。同時，雜散電容會將電網(wǎng)的噪聲傳導到電子系統(tǒng)的電源而對電子線路的工作產(chǎn)生干擾。開關電源產(chǎn)生的干擾,按噪聲干擾源種類來分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來分,可分為傳導干擾和輻射干擾兩種?，F(xiàn)在按噪聲干擾源來分別說明:

1.二極管的反向恢復時間引起的干擾;

2.開關管工作時產(chǎn)生的諧波干擾;

3.交流輸入回路產(chǎn)生的干擾;

4.其他原因。

元器件的寄生參數(shù)，開關電源的原理圖設計不夠完美，印刷線路板（PCB）走線通常采用手工布置，具有很大的隨意性，PCB的近場干擾大，并且印刷板上器件的安裝、放置，以及方位的不合理都會造成EMI干擾。

二、開關電源EMI的特點

作為工作于開關狀態(tài)的能量轉(zhuǎn)換裝置，開關電源的電壓、電流變化率很高，產(chǎn)生的干擾強度較大；干擾源主要集中在功率開關期間以及與之相連的散熱器和高平變壓器，相對于數(shù)字電路干擾源的位置較為清楚；開關頻率不高（從幾十千赫和數(shù)兆赫茲），主要的干擾形式是傳導干擾和近場干擾;而印刷線路板(PCB)走線通常采用手工布線，具有更大的隨意性,這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場干擾估計的難度。

三、目前抑制干擾的幾種措施

形成電磁干擾的三要素是干擾源、傳播途徑和受擾設備。因此，抑制電磁干擾也應該從這三方面著手。首先應該抑制干擾源，直接消除干擾原因;其次是消除干擾源和受擾設備之間的耦合和輻射，切斷電磁干擾的傳播途徑;第三是提高受擾設備的抗擾能力,減低其對噪聲的敏感度。目前抑制干擾的幾種措施基本上都是用切斷電磁干擾源和受擾設備之間的耦合通道，它們的確是行之有效的辦法。常用的方法是屏蔽、接地和濾波。

1.采用屏蔽技術(shù)可以有效地抑制開關電源的電磁輻射干擾。系統(tǒng)中的安全保護地線、屏蔽接地線和公共參考地線各自形成接地母線后,最終都與大地相連。

在電路系統(tǒng)設計中應遵循“一點接地”的原則。如果形成多點接地，會出現(xiàn)閉合的接地環(huán)路，當磁力線穿過該回路時將產(chǎn)生磁感應噪聲，實際上很難實現(xiàn)“一點接地”。因此，為降低接地阻抗，消除分布電容的影響而采取平面式或多點接地，利用一個導電平面(底板或多層印制板電路的導電平面層等)作為參考地，需要接地的各部分就近接到該參考地上。為進一步減小接地回路的壓降，可用旁路電容減少返回電流的幅值。在低頻和高頻共存的電路系統(tǒng)中，應分別將低頻電路、高頻電路、功率電路的地線單獨連接后，再連接到公共參考點上。

2.濾波是抑制傳導干擾的一種很好的辦法。例如,在電源輸入端接上濾波器，可以抑制開關電源產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾，也可以抑制來自電網(wǎng)的噪聲對電源本身的侵害。在濾波電路中,還采用很多專用的濾波元件，如穿心電容器、三端電容器、鐵氧體磁環(huán)，它們能夠改善電路的濾波特性。恰當?shù)卦O計或選擇濾波器，并正確地安裝和使用濾波器，是抗干擾技術(shù)的重要組成部分。

EMI濾波技術(shù)是一種抑制尖脈沖干擾的有效措施，可以濾除多種原因產(chǎn)生的傳導干擾。測試表明，只要適當選擇元器件的參數(shù)，便可較好地抑制開關電源產(chǎn)生的傳導干擾。

四、目前開關電源EMI抑制措施的不足之處

現(xiàn)有的抑制措施大多從消除干擾源和受擾設備之間的耦合和輻射，切斷電磁干擾的傳播途徑出發(fā)。這的確是抑制干擾的一種行之有效的辦法，但很少有人涉及直接控制干擾源，消除干擾，或提高受擾設備的抗擾能力。殊不知后者還有許多發(fā)展的空間。

五、改進措施的建議

我認為目前從電磁干擾的傳播途徑出發(fā)來抑制干擾，已漸進成熟。我的視點要回到開關電源器件本身來，在電路方面要注意以下幾點:

1.印制板布局時,要將模擬電路區(qū)和數(shù)字電路區(qū)合理地分開，電源和地線單獨引出，電源供給處匯集到一點;PCB布線時，高頻數(shù)字信號線要用短線，主要信號線最好集中在PCB板中心，同時電源線盡可能遠離高頻數(shù)字信號線或用地線隔開。其次，根據(jù)印制線路經(jīng)電流的大小，應盡量加粗電源線寬度，減少環(huán)路電阻。再次，可以根據(jù)耦合系數(shù)來布線，盡量減少干擾耦合。

2.印制板的電源線和地線印制條盡可能寬，以減小線阻抗，從而減小公共阻抗引起的干擾噪聲。

3.器件多選用貼片元件和盡可能縮短元件的引腳長度，以減小元件分布電感的影響。

4.在Vdd及Vcc電源端盡可能靠近器件接入濾波電容，以縮短開關電流的流通途徑，如用10μF鋁電解和0.1μF電容并聯(lián)接在電源腳上。對于高速數(shù)字IC的電源端可以用鉭電解電容代替鋁電解電容，因為鉭電解的對地阻抗比鋁電解小得多。

六、結(jié)論

產(chǎn)生開關電源電磁干擾的因素還很多，抑制電磁干擾還有大量的工作。全面抑制開關電源的各種噪聲會使開關電源得到更廣泛的應用。

參考文獻:

第7篇：開關電源的設計與實現(xiàn)范文

關鍵詞：電力電子；開關電源；應用

1緒論

著半導體和信息技術(shù)的推進，電力電子技術(shù)的發(fā)展帶動開關電源由低頻向高頻，整體化到模塊化，由高能耗向低能耗進行技術(shù)轉(zhuǎn)變。高頻開關電源作用為將交流輸入的電流轉(zhuǎn)化為合適的直流輸出。經(jīng)過大功率開關元件，如金屬—絕緣體—半導體管等組成的逆變電路，將直流高壓轉(zhuǎn)換成方波，之后將方波電壓由高壓降低為低壓，最后輸出穩(wěn)定的直流電壓，在現(xiàn)代開關電源的應用中得到極大推崇。高頻開關電源主要特點如下：

1.1質(zhì)量低、體積小。

高頻技術(shù)可以不使用工頻變壓器，使質(zhì)量和體積減少90%。

1.2功率系數(shù)大。

隨著可控硅導通角的變化使相變整流器的功率系數(shù)變化，負載較小時，系數(shù)較小，可以達到0.3；完全導通時可以使系數(shù)達到0.69以上。

1.3噪聲弱。

開關電源噪聲只有45db左右，較工頻變壓器以及濾波電感在相控整流設備中的噪聲降低30%。

1.4效率高。

減少開關瞬間消耗，而且由于整機的功率因數(shù)補償，可以使效率達到90%以上。

1.5結(jié)構(gòu)模塊化。

模塊式結(jié)構(gòu)可以便于整個開關的設計和研發(fā)，降低成本。

2現(xiàn)代電力電子的應用領域

高頻開關電源能通過大功率晶體管如IGBT等進行運行，使頻率限制在區(qū)間60~110kHz。并且整流器功率容量也增大到48V/400A以上。大規(guī)模集成電路的突飛猛進更是促進電源模塊體積的減小，從而進一步增加電源的功率密度，以實現(xiàn)開關電源的高效化和微小化。整體科技的進步需要計算機和通信設施具有更高的性能和穩(wěn)定性，UPS不間斷電源便順時而出。輸入它的交流電經(jīng)過整流器轉(zhuǎn)換為直流輸出，一部分流入電池給其充電，另一部分經(jīng)過逆變器、轉(zhuǎn)換開關等元器件到工作設備。不間斷電源使用脈寬調(diào)制技術(shù)和大功率IGBT，降低噪聲強度，提高電源利用效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性。變頻器主要在電氣傳動系統(tǒng)中用于交流電機的變頻調(diào)速，具有節(jié)能環(huán)保作用。它的電源經(jīng)過大功率晶體管和高頻變換器將電壓轉(zhuǎn)換為交流輸出，其電壓和頻率可變，功率可以超過110kW[1]。通過模塊科學堆積、程序智能控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制等現(xiàn)代高新技術(shù)實現(xiàn)強電和弱電有效結(jié)合，降低大功率設備的研發(fā)成本和研發(fā)難度，并且可以極大的提升生產(chǎn)效率，實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能、經(jīng)濟高效、系統(tǒng)穩(wěn)定的卓越性能。

3電力電子技術(shù)在開關電源中的應用

3.1軟開關技術(shù)

IGBT功率器件控制的PWM電源可以克服傳統(tǒng)大功率電源逆變主電路結(jié)構(gòu)的高耗能問題，是能耗降低30%~40%。軟開關技術(shù)采用諧振原理，克服傳統(tǒng)電路使用緩沖電路消除電壓尖峰和浪涌電流問題，從而使系統(tǒng)趨于簡單，降低故障發(fā)生的可能性。傳統(tǒng)電路在開關啟動和關閉的瞬間會產(chǎn)生極大的電流和電壓，瞬間產(chǎn)生的電壓無法有效利用，從而增加能耗。諧振電路可以吸收高頻變壓器中電感以及電容等，降低晶體管等元件的壓力，從而提高電源的利用率和穩(wěn)定性。

3.2同步整流技術(shù)

同步整流技術(shù)時在軟開關的基礎上進一步提升效率的技術(shù)，它通過作整流開關二極管的金屬絕緣體~半導體管反接，適用于低壓、大電流的電源上。同步電流通過零電壓開關和零電流開關，它們驅(qū)動同步整流的脈沖信號與初始的脈沖信號聯(lián)動，將其上升沿超過原來的上升沿，降低延遲以實現(xiàn)金屬~氧化物半導體場效應晶體管和零電壓開關方式。

3.3控制技術(shù)

主電路的設計必須滿足開關變換器的結(jié)構(gòu)不同、離散非線性的特點，因此開關電源要使用多路控制。開關電源的動態(tài)性可以通過電子運動和時間周期的增減來控制實現(xiàn)，開關電源的智能性可以通過基因算法~BP算法、模糊控制、微機控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡等技術(shù)實現(xiàn)。MEMS技術(shù)發(fā)展使微機運算的速度巨大提升，微機或者DSP應用到大功率開關的數(shù)字模塊的實現(xiàn)更加促進電源數(shù)字化和高效化的實現(xiàn)。

3.4功率半導體

MOSFET和IGBT半導體器件的研發(fā)，使開關電源的高效利用能源的能力又得到極大的飛躍，兩種晶體管的內(nèi)部電阻都很小，驅(qū)動功率需求低，最重要的是能耗極其小。結(jié)合同步整流技術(shù)和控制技術(shù)，將高頻化開關電源的實現(xiàn)向前推進了極大的一步。

4結(jié)語

電力電子技術(shù)在開關電源中的應用會隨著技術(shù)的不斷進步轉(zhuǎn)向更加廣泛的應用，高頻化、模塊化、智能化、節(jié)能化等必然成為其未來的應用方向。高頻開關技術(shù)的應用更是標志著電子電力技術(shù)在開關電源上應用的成熟，相信不遠的未來，電力電子在開關電源中的應用會進一步的突破。

參考文獻：

[1]楊威,盧俊.電力電子技術(shù)在高頻開關電源中的應用[J].城市建設理論研究,2012(36).

[2]王予倩.電力電子技術(shù)的發(fā)展及其在開關電源中的應用[J].四川電力電子,2005,28(5):45~47.

第8篇：開關電源的設計與實現(xiàn)范文

關鍵詞aber;反激式開關電源;仿真

中圖分類號TM359.4 文獻標識碼A文章編號1673-9671-(2010)042-0020-01

開關電源被譽為高效節(jié)能電源,它代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向。目前,隨著各種新科技不斷涌現(xiàn),新工藝被普遍采用,新產(chǎn)品層出不窮,開關電源正向小體積、高功率密度、高效率的方向發(fā)展,開關電源的保護電路日趨完善,開關電源的電磁兼容性設計及取得突破性進展,專用計算機軟件的問世為開關電源的優(yōu)化設計提供了便利條件。

Saber是美國Analogy公司開發(fā),現(xiàn)由Synopsys公司經(jīng)營的系統(tǒng)仿真軟件,被譽為全球最先進的系統(tǒng)仿真軟件,也是唯一的多技術(shù),多領域的系統(tǒng)仿真產(chǎn)品,現(xiàn)已成為混合信號、混合設計技術(shù)和驗證工具的業(yè)界標準,可用于電子、機電一體化、機械、光電、光學、控制等不同類型系統(tǒng)構(gòu)成的混合系統(tǒng)仿真,與其他由電路仿真軟件相比,其具有更豐富的元件庫和更精致的仿真描述能力,仿真真實性更好。

1反激式開關電源基本原理

反激式開關電源其拓撲結(jié)構(gòu)如圖1。

其電磁能量儲存與轉(zhuǎn)換關系如下

如圖2(a)當開關管導通,原邊繞組的電流Ip將線形增加,磁芯內(nèi)的磁感應強度將增大到工作峰值,這時可以把變壓器看成一個電感,逐步儲能的過程。

如圖2(b)當開關管關斷,初級電流降到零。副邊整流二極管導通,感生電流將出現(xiàn)在復邊。從而完成能量的傳遞。按功率恒定原則,副邊繞組安匝值與原邊安匝值相等。

2基于UC3842的反激式開關電源電路設計

由Buck-Boost推演并加隔離變壓器后而得反激變換器原理線路。多數(shù)設計中采用了穩(wěn)定性很好的雙環(huán)路反饋(輸出直流電壓隔離取樣反饋外回路和初級線圈充磁峰值電流取樣反饋內(nèi)回路)控制系統(tǒng),就可以通過開關電源的PWM(脈沖寬度調(diào)制器)迅速調(diào)整脈沖占空比,從而在每一個周期內(nèi)對前一個周期的輸出電壓和初級線圈充磁峰值電流進行有效調(diào)節(jié),達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。這種反饋控制電路的最大特點是:在輸入電壓和負載電流變化較大時,具有更快的動態(tài)響應速度,自動限制負載電流,補償電路簡單。以UC3842為控制芯片設計一款50W反激式開關電源,其原理圖如圖3所示。

2.1高頻變壓器設計

1)原邊匝數(shù)

因為作用電壓是一個方波,一個導通周期的伏秒值與原邊匝數(shù)關系如式(1)

Np=(1)

式中 Np――原邊匝數(shù);

Vp――原邊所加直流電壓(V);

ton ――導通時間(us);

Bac――交變工作磁密(mT);

Ae――磁心有效面積(mm2)。

2)副邊繞組

由原邊繞組每匝伏數(shù)=母線電壓/原邊匝數(shù)可得

副邊繞組匝數(shù)=(輸出電壓+整流二極管壓降+繞組壓降)/原邊繞組每匝伏數(shù)

3)氣隙

實用方法:插入一個常用氣隙,例如0.5mm,使電源工作起來在原邊串入電流探頭。注意電流波形的斜率,并調(diào)整氣隙達到所要求的斜率。

也可用式(2)計算氣隙。

lg=(2)

式中l(wèi)g ――氣隙長度(mm);

u0 ――4n×107;

Np――原邊匝數(shù);

Lp――原邊電感;

Ae ――磁心面積(mm2)。

2.2反饋環(huán)節(jié)

圖3中反饋環(huán)節(jié)由光耦PC817和TL431組成,適用于電流控制模式。輸出電壓精度1%。電壓反饋信號經(jīng)分壓網(wǎng)絡引入TL431的Ref段,裝換為電流反饋信號,經(jīng)過光耦隔離后輸入UC3842的控制段。

TL431是由美國德州儀器生產(chǎn)的2.5V-36V可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器。內(nèi)有參考電壓2.5V,它與參考端一起控制內(nèi)部的比較放大器。在輸出陰極和參考端可加反饋網(wǎng)絡,影響整個開關電源的動態(tài)品質(zhì)特性。

2.3控制芯片電路

UC3842由4腳外接RC生成穩(wěn)定的振蕩波形,振蕩頻率=1.8/R12×C15。6腳輸出驅(qū)動脈沖,驅(qū)動MOSFET在導通和截至之間工作。8腳提供一個穩(wěn)定的5V基準源。

3Saber電路仿真

利用 Saber 軟件進行仿真分析主要有兩種途徑,一種是基于原理圖進行仿真分析,另一種是基于網(wǎng)表進行仿真分析。基于原理圖進行仿真分析的基本過程如下:

1)在Saber Sketch中完成原理圖錄入工作;

2)然后使用net list命令為原理圖產(chǎn)生相應的網(wǎng)表;

3)在使用simulate命令將原理圖所對應的網(wǎng)表文件加載到仿真器中,同時在Sketch中啟動Saber Guide界面;

4)在Saber Guide界面下設置所需要的仿真分析環(huán)境,并啟動仿真;

5)仿真結(jié)束以后利用Cosmos Scope工具對仿真結(jié)果進行分析處理。

在這種方法中,需要使用Saber Sketch和Cosmos Scope兩個工具,但從原理圖開始,比較直觀。所以,多數(shù)Saber的使用者都采用這種方法進行仿真分析。但它有一個不好的地方就是仿真分析設置和結(jié)果觀察在兩個工具中進行,在需要反復修改測試的情況下,需要在兩個窗口間來回切換,比較麻煩。

4系統(tǒng)仿真及實測

在Saber Sketch中完成原理圖。并進行DC/AC分析。

如圖4(a)為開關電源在220V交流輸入時的MOSFET驅(qū)動電壓波形仿真結(jié)果(b)為實測樣機MOSFET驅(qū)動電壓波形。作為專業(yè)級開關電源仿真軟件,Saber在控制環(huán)路設計上,能夠真實且直觀的檢驗設計的穩(wěn)定性。

如圖5(a)為開關電源電流采樣電阻上的電壓波形的仿真結(jié)果(b)為實測波形。涉及開關電源部分器件選型的重要參數(shù)也同樣可以通過仿真波形得到,例如開關器件MOSFET額定工作時通態(tài)最大電流等參數(shù),同樣可以從仿真波形中得出。

5結(jié)束語

在電路設計初期,借用Saber的電路級仿真可以很直觀的對開關電源電路設計進行的評估,并在控制環(huán)路的設計上會有很大的幫助。在完成樣機的初步測試后,同樣可以借助仿真對電路功能進行校驗。該電路廣泛應用于小功率場合,具有體積小,成本低,結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。

(a)仿真(b)實測

圖4MOSFET驅(qū)動電壓波形

(a)仿真 (b)實測

圖5電流采樣電阻電壓波形

測試結(jié)果(圖5b)為220V,50Hz交流輸入時,實驗樣機測試波形。

參考文獻

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[2]王建秋,劉文生.Saber仿真在移向全橋軟開關電源研發(fā)中的應用,2009.

[3]張占松,蔡宣三.開關電源的原理與設計,2000.

[4]Saber.仿真中文教程.

[5]張煜.基于Saber的Boost APFC仿真分析及DSP實現(xiàn).2009.

第9篇：開關電源的設計與實現(xiàn)范文

自從英國廣播公司(BBC)于1936年在倫敦開通世界上首個公共電視廣播以來，電視機技術(shù)已取得了長足的發(fā)展：從BBC于1953年首先開通彩色電視廣播，到日本NHK于1981年進行首例高清電視(HDTV)系統(tǒng)演示等，不一而足。當前，世界各國紛紛采取行動，以將TV信號從模擬傳輸升級至具備更高質(zhì)量的數(shù)字制式。以美國為例，到2009年2月美國將停止模擬電視信號傳輸。

但是，“在客廳中坐在一個老式大盒子面前(看電視節(jié)目)的方式已經(jīng)變得落伍。對于電視行業(yè)來說，新技術(shù)的發(fā)展，正催生著無窮的機遇”。這是美國《新聞周刊》2005年6月份所描述的一個景象。推動這些機遇的其中一項技術(shù)，就是平板顯示(FPD)。該技術(shù)具有以下兩個顯著特點：

?支持高達1080p的高清電視(HDTV)

?屏幕尺寸更大，但總體外形更小

不同尺寸平板電視的電源轉(zhuǎn)換鏈

平板電視與傳統(tǒng)電視很大的一項不同，便是傳統(tǒng)電視所采用的陰極射線管(cRT)被LCD或等離子屏幕取而代之，與之相應的是電視機厚度和機體尺寸的大幅降低。但是，我們應當注意的是：

?平板電視消耗的電量相對較高，并且不同尺寸和功能組合的平板電視耗電量也會不同。與CRT電視相比，平板電視平均每立方厘米尺寸所消耗的功率要高出許多。

?傳統(tǒng)上消費者會將電視擺放在客廳，電視機機身的噪聲傳播開來，可能會釀成一個問題。如果在電視機設計中增添冷卻風扇，可能不會受到消費者歡迎。

?在消費電子領域，競爭非常激烈，成本問題非常重要，而目前平板電視的售價相對較高。

在這種情況下，平板電視制造商根據(jù)面板尺寸的不同，應用了不同的電源轉(zhuǎn)換鏈，從而優(yōu)化每一款電視機的設計。

小尺寸：最大為21英寸

這種尺寸的平板電視功耗通常低于70W。這個數(shù)值低于大多數(shù)諧波含量標準對功耗的要求，因此無須使用功率因數(shù)校正(PFC)技術(shù)。在這種情況下，通常使用一個開關電源(SMPS)。在正常模式下，開關電源必須輸出額定功率，而在待機模式下，開關電源必須擁有較高的能效。

市場上也有不同的處理方式：如采用外部電源，適配器遵從各種不同標準和行為準則。當然，作為替代之選，電源也可被嵌在電視機內(nèi)部作為開放式電源。這種電源必須滿足待機能耗要求，并且在有源模式運作下的能效較高，從而減少面板內(nèi)的發(fā)熱量。

在使用內(nèi)部電源單元和外部電源單元這兩種方式中，通常都采用到了反激式拓撲結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)換器既能工作在固定頻率，也能工作在可變頻率(特別是就準諧振模式而言)。

在額定負載和輕載條件下，要同時實現(xiàn)較高能效，關鍵就在于要采用能夠根據(jù)負載狀況調(diào)整工作模式的智能開關電源控制器。

針對這種情況，多家半導體公司開發(fā)出了一些備選方案，以安森美公司為例：

?跳過多余周期方案：固定頻率的如NCP1200/1216/1271，可變頻率的如NCPl207/1337。該方案如圖l所示。

?頻率反走方案：NCPl351

中等尺寸平板電視：介于26英寸至32英寸之間

對于這種尺寸面板的平板電視而言，功耗大幅增加，最大可達180W。由于輸入功率高于75W，因此，這種應用應該遵從歐盟IEC 1000-3-2D類標準或類似區(qū)域性諧波含量標準。在這里，功率因數(shù)校正(PFC)技術(shù)也開始應用；而且，由于主電源必須進行優(yōu)化，以實現(xiàn)更高的能效和更小的體積。因此，有源PFC能夠發(fā)揮突出作用，對主電源單元輸入電壓的變化進行限制。在這種功率級別，臨界導電模式(CRM)PFC是應用得最為廣泛的拓撲。在這方面，安森美半導體公司推出的NCP1606提供了一種具有高性價比并且可靠的解決方案。

在這種尺寸范圍面板的平板電視中，常用的有兩種電源轉(zhuǎn)換鏈。

第一種方法包含兩個電源。其中一個開關電源采用的是反激式拓撲，專門用于背光，可為面板提供24V@5A的輸出功率；另一個開關電源采用的也是反激式拓撲，負責為控制音視頻輸入輸出信號處理(CAVIO)板供電，可以提供40W@12V的功率(某些條件下電壓為5V)。后者還用于待機模式，在這種模式下，多種嚴格的輕載能效標準可以適用。

第二種電源轉(zhuǎn)換鏈只包含一個主開關電源，可以為面板提供24V的電壓，還可以為CAVIO板提供12V電壓，這里要求的功率將在170W等級內(nèi)。此外，它還包含另一個專用于待機模式的器件，該器件可在正常模式下提供10W功率，而在待機條件下的電流消耗僅為500mA。

為了適應更高的輸出功率，主開關電源的拓撲不應該還是單開關反激，而應該采用關反激，盡管這個區(qū)域也采用了一個半橋諧振LLC。這種拓撲與屏幕尺寸更大的面板共用一個通用拓撲。

這種方法有一個顯著的好處，就是優(yōu)化了待機能耗，因為在這個模式下，主開關電源器件與PFC的功能會被關閉。

這兩種方法中，采用關電源的方法擁有許多優(yōu)勢：

?功率被予以更好地均衡，從而允許使用單開關反激轉(zhuǎn)換器。

?消除了對背光進行數(shù)字調(diào)光過程中滋生的交互穩(wěn)壓隱憂，避免了這個過程中負載變化過大的問題。

?面向不需要執(zhí)行IEC諧波兼容規(guī)范的美國/北美地區(qū)的產(chǎn)品型號中，更易于移除PFC級。

?解耦源自CAVIO電源的面板功率。如果未來需要采用不同的背光技術(shù)，如EEFL、FEL和LED等，CAVIO電源可以簡化演進過程。

較大尺寸平板電視：37英寸

這種尺寸的LCD TV功耗最高達220W。在這種情況下，必須使用PFC技術(shù)，并強烈推薦使用有源PFC。在這個功率等級，可以考慮三種備選拓撲，分別是臨界導電模式(CRM)、固定頻率非連續(xù)導電模式(FF DCM)和連續(xù)導電模式(cCM)。

NCPl605中采用了固定頻率非連續(xù)導電模式。這種模式結(jié)合了臨界導電模式的一些優(yōu)點，如從輸入正弦電壓的頂端開始減小峰值電流，還結(jié)合了固定頻率解決方案的長處，也就是當輸入電壓通過零電壓時可對開關頻率進行鉗位，從而可對EMI信號進行更好的控制。

在CCM模式下工作的緊湊型8引腳PFC控制器近期已經(jīng)推出，如安森美半導體推出的NCPl653和NCPl654器件。

與尺寸介于26～32英寸之間的面板相似，在37英寸面板市場，有兩種架構(gòu)：

?關電源架構(gòu)：其中一個開關電源專用于背光，另一個電源器件專用于CAVIO板，并支持待機模式。

?單一主開關電源架構(gòu)：主開關電源提供24V和12V電壓，另加一個專用

的待機開關電源。在待機模式下，主開關電源被切斷。

雖然關電源架構(gòu)擁有明顯優(yōu)勢，但在高達200W的功率范圍下，設計人員必須考慮到輕載性能變得越來越重要，因為CAVIO的功率容量增加了。不僅如此，采用反激等傳統(tǒng)拓撲能夠?qū)崿F(xiàn)的功率密度在這里則成為一個問題。其他能夠提高能效、減小尺寸和改善交互調(diào)節(jié)狀況的拓撲必須予以考慮。例如，大多數(shù)設計人員已經(jīng)選擇半橋諧振LLC解決方案來實現(xiàn)這些性能改善目標。

大尺寸平板電視：40英寸及更大尺寸

40/42英寸LCD TV的功耗可能高達300W，46英寸的更是高達330W。在這個功率等級，連續(xù)導電模式(CCM)拓撲對PFC而言最為適用。此外，最少需要兩個開關電源來滿足背光和信號處理的功率需求，以及遵從待機能耗要求。在這個功率等級，傳統(tǒng)的反激拓撲不再適用，設計人員必須考慮新的拓撲，如單/關前向拓撲或半橋拓撲。這兩種拓撲都需要在連續(xù)導電模式下工作，而該模式會導致出現(xiàn)硬開關和EMI信號挑戰(zhàn)，以及滋生在緊湊型消費導向應用中不受歡迎的電磁問題。對于功率等級較低的LCD TV而言，它們通常采用的是準諧振模式，這種模式憑借減小開關損耗而能夠提高能效。而在功率等級更高的大屏幕平板電視中，采用諧振拓撲的優(yōu)勢十分突出，這種模式會引導設計人員采用半橋諧振LLC，而后者是諧振轉(zhuǎn)換器系列中的一員。半橋諧振LLC的優(yōu)勢體現(xiàn)在：

?基于完整負載范圍的零電壓開關(zVSX在零漏極電壓條件下進行開關切換。通電損耗因此接近于零，與半橋相比EMI信號質(zhì)量更佳，而半橋拓撲是工作在硬開關條件下。

?低關斷電流：開關在低電流條件下關斷，因此關斷損耗也比半橋拓撲更低。

?副二極管可進行零電流關斷：當轉(zhuǎn)換器工作在滿載條件下時，輸出整流器會在零電流時關斷，從而減少EMI信號問題。

?無需增加元件數(shù)量：元件數(shù)量基本上與傳統(tǒng)半橋拓撲相當。

?良好的交互調(diào)節(jié)功能：盡管事實上采用單個開關電源器件來同時為面板提供24V電壓和為CAVIO板提供12V電壓，但背光的數(shù)字調(diào)光并不會與兩路輸出電壓的調(diào)制產(chǎn)生干擾。

在這個功率等級，最常見的電源轉(zhuǎn)換鏈包含一個主開關電源及一個待機專用開關電源，其中主開關電源采用半橋諧振拓撲，能夠同時輸出24V和12V電壓。

圖所示為該諧振轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)。一個50％負載周期半橋提供了在零到輸入電壓VIN再到諧振電路之間搖擺的高壓方波。通過采用壓控振蕩器(VCO)來調(diào)節(jié)頻率，反饋回路能夠根據(jù)功率需求來調(diào)節(jié)輸出等級。

該諧振電路由電容Cs，以及兩個電感Ls和Lm串聯(lián)組成。其中的Lm電感代表的是變壓器磁化電感，它與Ls和Cs一起，會構(gòu)成一個諧振點。這個電感上的負載產(chǎn)生的反射要么會令諧振點從電路上消失(在大負載電流條件下，Lm會被電阻值較小的、發(fā)生了反射的負載電阻RL所完全短路)，要么會使其在輕載條件下繼續(xù)與串聯(lián)電感Ls串聯(lián)。其結(jié)果是，根據(jù)負載條件的不同，諧振頻率會在最小與最大之間變動。

工作頻率取決于功率需求。在低功率條件下，工作頻率相當之高，且離諧振點相當遠。但在高功率條件下，控制回路會降低開關頻率，并會采用其中某個諧振頻率來為負載提供必需的電流。

結(jié)論

平板電視電源轉(zhuǎn)換鏈的設計需要考慮諸多的挑戰(zhàn)和相互沖突的設計折中，才能設計出無需有源冷卻的高性價比、高能效、小巧纖薄的解決方案。此外，為了滿足不同消費者的需求，平板電視制造商需要提供眾多不同的功能組合，同時要求無須對每款電源進行重新設計。系統(tǒng)設計和IC制造商已經(jīng)合作起來探尋最佳的設計折中組合。如今，我們需要集中力量開發(fā)下一代的LCD TV，令面板背光子系統(tǒng)能夠直接從功率因數(shù)轉(zhuǎn)換段供電。

Onstar最新監(jiān)測系統(tǒng)出招，被盜的車輛會自動減速

當偷車賊駕駛著盜竊的車輛被警察追逐時，被盜車輛會自動減速，這要得益于　OnStar的一種新的被盜車輛服務。OnStar的這種服務容許安全顧問通過發(fā)出遙控信號讓被盜車輛引擎的燃油流動減少，從而使被盜車輛減速。該公司表示，其安全顧問可能不久將與法律強制權(quán)力機構(gòu)一道工作，并向被盜車輛發(fā)出信號，以便這些被盜車輛將逐漸減速。

車輛必須具備電子系統(tǒng)、無線服務和QP9衛(wèi)星信號，以便于OnStar工作，并且戶主必須訂購該服務。該服務將在一些通用汽車公司的2009年車型上亮相。大約160萬輛汽車，其中，大約2/3是雪佛蘭牌汽車，將配備這種服務。駕駛員必須報告車輛被盜竊，然后，呼叫OnStar請求被盜車輛定位輔助系統(tǒng)，該系統(tǒng)依賴于GPS實現(xiàn)精確的跟蹤。一旦警察鎖定了該車，他們就能夠要求OnStar顧問遙控減速。OnStar公司表示，它擁有安全裝置以確保顧問能夠瞄準正確的車輛。一個遙控信號與動力總成系統(tǒng)交互作用來減少燃油的流動。