开关电源设计-高效率开关电源设计实例共57页
基于单管正激式的高效率开关电源的设计
基于单管正激式的高效率开关电源的设计高效率开关电源是一种能够将输入电源有效地转换为所需输出电源的电力转换装置。
在实际应用中，高效率开关电源已经取代了传统的线性电源，更广泛地应用于各个领域。
一种常见的高效率开关电源设计是基于单管正激式的设计。
该设计方案具有简单、成本低廉、效率高等特点。
该设计方案的核心元件是一只功率MOS管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）。
该MOS管作为开关，能够根据控制信号开启或关闭，从而实现电源的稳定输出。
MOS管的导通损耗较小，能够在高频率下工作，因此能够提高电源的转换效率。
设计方案的第一步是根据需要确定输入电源的范围和输出电源的需求。
通过采集输入电源的直流电压，可以确定MOS管的工作区间，从而选择合适的MOS管。
接下来，设计师需要根据输出电源的需求确定转换电路。
转换电路的核心是开关频率发生器，用于控制MOS管的开关频率。
开关频率的选择需要考虑到输出电源的负载特性和所需的转换效率。
通常情况下，开关频率越高，转换效率越高，但开关损耗也会增加。
在设计过程中，还需要考虑到输出电源的稳定性和电源滤波的问题。
稳压器是非常重要的一个模块，用于确保输出电压的稳定性。
电源滤波是为了减少开关频率带来的干扰和噪音，提高输出电源的纯净度。
最后，设计师需要进行电路模拟和实验验证。
通过电路模拟软件，可以模拟不同工作条件下的电源转换效率和稳定性。
随后，可以通过实验验证电路的性能，并对其进行调整和优化。
总结起来，基于单管正激式的高效率开关电源设计是一项复杂但非常有挑战性的任务。
设计师需要充分了解输入电源和输出电源的需求，合理选择核心元件和电路拓扑，进行模拟和实验验证，最终实现高效率的电源转换。
这种设计方案在各个领域中都有着广泛的应用前景。
高效率开关电源设计分解
状态4：初级电流转换到主开关
状态4：初级电流转换到主开关
如图4(d)，Q2关断，箝位电容C终止充电， 漏感、激磁电感的能量释放到CA并在主开 关Q1导通前降到低电压，这样可以使主开 关在零电压开通。 状态2到状态4的转移时间由电路参数的选 择和工作条件决定，这要求一个可设置一 个开关导通另一个开关关断之间的延时的 控制器适应这些瞬变。
5. 有源箝位变换器的设计实例
优点
1、在整个输入电压范围内箝位主开关电压接近恒 值，因而减小了主开关的应力。 2、提供有源通道以循环变压器中的漏感和激磁电 感能量，改进功率变换效率。 3、正激变换器的变压器铁心在箝位期间的复位可 使变压器工作在BH曲线的第一和第三象限以获得 更高的磁利用率。 4、对于宽的输入电压范围，可以有更高的占空比 并增加变压器初/次级的匝比。减小了初级侧元件 的电流应力和次级侧元件的电压应力，导致了更 低的工作损耗。 5、如果激磁电路能量充足，主开关的零电压开关 是可能的。 6、允许更高的工作频率以获得更高的功率密度并 减小产品体积。
3.3V输出整流电路部分
PFC电感
4A有效值、6A峰值、600μH； 磁芯：PQ3230，气隙：1.9mm 骨架：PC-B3230（12管脚） 电感量：550~650 μH； 匝数：74匝、26号线4股并饶；
待机电源变压器
开关频率：65kHz； 磁芯：E25/10/6； 气隙：0.25mm； 电感量：2.5~2.8mH； 骨架：E24-25PCB-10
5V输出卸载的测试波形
5V输出加载的测试波形
12V（V1）输出卸载的测试波形
12V（V1）输出加载的测试波形
12V（V2）输出卸载的测试波形
12V（V2）输出加载的测试波形
开关电源设计经典实例.pdf.pdf
摘要开关电源是应用于广泛领域的一种电力电子装置。
它具有电能转换效率高、体积小、重量轻、控制精度高和快速性好等优点，在小功率范围内基本取代了线性电源，并迅速想大功率范围推进，在很大程度上取代了晶闸管相控整流电源。
可以说，开关电源技术是目前中小功率直流电能变换装置的主流技术。
本文首先描述了开关电源的发展，对目前出现的几种典型的开关电源技术作了归纳总结和分析比较，在此基础上指出了开关电源技术的发展状况和开关电源产品的发展趋势。
并且对开关电源的发展史、应用范围、主电路的选择、控制方法作了简要的介绍。
在设计中主要采用了脉宽调制（PWM）、全桥整流、自锁保护等技术，应用了控制芯片UC3842做为PWM控制芯片，对变压器次级线圈采用堆叠式绕法，改进光耦反馈电路的选择，使电路能达到所需基本要求同时，力求稳定、高效。
关键字：开关电源，拓扑结构，变压器，正激式AbstractThe switch power supply is a kind of electric power electronics which applies in the extensive realm to be used.It has an electric power conversion's efficiency high, the physical volume is small, the weight is light, the control accuracy is high with fast etc. advantage, within the scope of small power replaced line power supply, and in high-power scope propulsion quickly, to a large extent,it replaced the thyristor phase - controlled rectifying power supply.We can say, the switch power supply technique is the essential technique which wins small electric power transformation of the power direct current to equip currently.This text described the development of switch power supply first, to a few kinds which appear currently typical model of the switch power supply technique made to induce summary and analysis comparison, pointing out the development trend of the technical development condition of the switch power supply and switch power supply product on this foundation.And introduce the switch power supply’s phylogeny,application, main electric circuit of power supply and controled a method. The design adopted PWM, the whole bridgeses commutated, lock protection etc. technique, applied control the chip UC3842 to be used as PWM control chip, the transformer adoprt adopt pile circle, improve the choice of the electric circuit, make the electric circuit be able to attain need basic request in the meantime, try hard for stability, efficiently.Key words：Switch power supply，topology，transform，Forward目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................................................................ I I 目录 .. (III)1 绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 开关电源的发展历史 (1)1.2.1 国外发展历史 (1)1.2.2 国内发展状况 (2)1.3 目前需要克服的困难 (2)1.4 开关电源的发展趋势 (3)1.5 本文的设计要求 (4)2 开关电源的工作原理 (6)2.1 开关电源的基本构成 (6)2.2 开关电源常用的拓扑结构分析 (6)2.2.1 降压型 (6)2.2.2 升压型 (7)2.2.3 升降压型 (8)2.2.4 反激式 (9)2.2.5 正激式 (11)2.2.6 推挽式 (12)2.3 拓扑结构的确定 (13)3. 基于UC3842的开关电源的设计与实现 (14)3.1 开关电源电路的设计 (14)3.1.1 开关电源电路的总体简介 (14)3.1.2 基于UC3842的基本结构 (14)3.1.3 各部分功能简介 (14)3.2 UC3842芯片简介 (15)3.2.1 UC3842的特点 (15)3.2.2内部结构和引脚图 (16)3.2.3 引脚功能 (16)3.2.4 芯片工作原理 (17)3.3 各部分回路设计 (18)3.3.1 主回路的设计 (18)3.3.2 控制保护回路的设计 (21)3.3.3 反馈电路的设计 (23)3.4 外围主要器件的选取 (23)4. 开关电源变压器的设计 (28)4.1 与变压器相关的一些基本概念 (28)4.2 变压器用料介绍 (30)4.3 高频变压器的设计 (32)4.4 变压器的绕制方法 (35)结论 (38)致谢 (39)参考文献 (40)附录总原理图 (41)1 绪论1.1 引言电子技术的高速发展，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 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、电力检测设备电源、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。
开关电源设计举例
开关电源设计举例电源是各类产品中很重要的一部分，可以算是最基础的部分，任何电子器件缺少了电源都无法工作。
本人从事电路设计相关工作（不涉及电源设计），但需要了解电源的设计原理、性能、测试等信息。
通过收集资料整理出一份AC-DC开关电源的设计过程。
仙童半导体官网提供了较为详细的开关电源设计方案，本文以仙童的FSL1x6xRN系列芯片为例,介绍采用FPS的反激式隔离AC-DC开关电源的设计开发流程。
开关模式电源（SMPS）设计本质上就是一项费时的工作，需要作出许多权衡取舍并采用大量的设计变量进行迭代运算。
本文所描述的步进式设计程序能够帮助工程师完成SMPS的设计。
为了使设计效率更高，还提供了一个包含本文所述全部公式的软件设计工具—FPS设计助手（FPS design assistant）。
该设计助手是用电子表格将全部变量、公式集于一个工作表，通过参数的改变实现相关参数的更新，提高设计开发的进度。
图1 采用FPS的基本反激式隔离AC-DC转换器一、引言图1示出了采用FPS的基本反激式隔离AC-DC转换器的原理图，它同时也是本文所描述的设计程序的参考电路。
由于MOSFET和PWM控制器以及各附加电路都被集成在了一个封装中，因此，SMPS的设计比分立型的MOSFET和PWM控制器解决方案要容易得多。
本文提供了针对基于FPS的反激式隔离AC-DC转换器的进步式设计程序，也包括变压器设计、输出滤波器设计、元件选择和反馈闭合环路设计。
这里描述的设计程序具有足够的通用性，可适用于不同的应用。
本文介绍的设计程序还可以由一个软件设计工具（FPS设计助手）来实现，从而使得设计师能够在一个很短的时间内完成SMPS设计。
本文的附录给出了一个采用软件工具的步进式设计实例。
二、步进式设计程序在这一节中，我们以图1所示的原理为参考来介绍设计程序。
一般而言，如图1所示，大多数FPS 引脚1到引脚4的配置都是相同的。
(1)第一步：确定系统规格输入电压范围(V line min 和V line max )。
高效率开关电源设计实例
高效率开关电源设计实例以下设计实例中，包括了各种技巧来提高开关电源的总体效率。
有源钳位和元损吸收电路的设计主要依托阅历来完成的，所以不在这里引见。
采用新技术时必需小心，由于很多是有专利的，能够需求直接付专利费给专利持有人，或在购置每一片控制IC芯片时，支付附加费用。
在将这些电源引入消费前，请留意这个效果。
10W同步整流Buck变换器运用此设计实例是PWM设计实例1的再设计，它包括了如何设计同步整流器(板载的10W降压Buck变换器)。
在设计同步整流开关电源时，必需细心选择控制IC。
为了效率最高和体积最小，普通同步控制器在系统功用上各有所长，使得控制器只是在供应商提到的运用场所中功用较好。
很多运转功用的巧妙之处不能确定，除非仔细读过数据手册。
例如，每当作者试图设计一个同步整流变换器，并试图运用现成买来的IC芯片时，3／4设计会被丢弃。
这是由于买来的芯片功用或任务形式往往无法改动。
更不用说，当发现现成方案不能满足需求时，是令人懊丧的(见图20的电路图)。
设计目的输入电压范围： DC+10～+14V输入电压： DC+5.0V额外输入电流： 2.0A过电流限制： 3.0A输入纹波电压： +30mV(峰峰值)输入调整：±1％最大任务温度： +40℃〝黑箱〞预估值输入功率： +5.0V*2A=10.0W(最大)输入功率： Pout/估量效率=10.0W／0.90=11.1W功率开关损耗 (11.1W-10W) * 0．5=0.5W续流二极管损耗： (1l.lW-10W)*0.5=0.5W输入平均电流低输入电压时 11.1W／10V=1.1lA高输入电压时： 11.1W／14V=0．8A估量峰值电流： 1．4Iout(rated)=1．4×2．0A=2．8A设计任务频率为300kHz。
电感设计(参见正激式滤波扼流圈的设计)最恶劣的任务状况是在高输入电压时。
式中Vin(max)——能够的最大输入电压。
一种高效率的开关稳压电源的设计
摘 要： 本设 计是 一 个大 电流 、 小 电压的 开 关稳压 电 源的设 计 。设计 中主要是 通 过尽 量减 少 电路 的损耗 来 完成 。通过 单 片机 和脉 宽调 整 电路 来稳 定输 出电压 、 电流 ， 并通 过 单 片机 的控 制对 整 个 电路进 行 过 流保 护 ， 排 除 过 流故 障 后 ， 电源 能 自动 恢复
为正 常状 态。其 中模拟 部 分 由隔 离变压 器 、 整 流 滤波 电路 、 Ｄ Ｃ — Ｄ Ｃ变换 器组成 ， 数 字 电路 控 制部 分使 用 高性 能低 功耗 的增 强 性５ １ 单 片机 ， 电路 简洁 、 控 制精 度 高低 功耗 。
关键 词 ： 关稳压 电 源 ； 脉 宽调 整 电路 ； 过 流保 护 ； 整 流 滤波 电路
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工 业 技 Байду номын сангаас
一
种 高效率 的开关稳压 电源 的设 计
疏 中凡 罗振 龙 （ 安徽 理 工 大 学 电 气 与信 息 工程 学 院 ， 安徽 淮 南 ２ ３ ２ ０ ０ １ ）
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＿ １ 卜 ＿ ● — ４ （二Ｈ 设 计 了模 拟 电路 和 数 字 电 路相 结 合 的一 ４ ７ ２ Ｌ １ Ｋ Ｉ 个 系统 。其 中模 拟 部分 由隔离 变 压器 、 整 ” Ｋ ｎ ０ １ 流 滤波 电路 、 Ｄ Ｃ — Ｄ Ｃ变 换器 。Ｄ Ｃ — Ｄ Ｃ变 ５ Ｋ 队 ａ 换 器 由 一 个 电 流 脉 宽 调 制 集 成 模 块 Ｋ Ｕ Ｃ ３ ８ ４ ３ 组 成 ，可 以从输 出端 引一 个 反 馈 图 ２控 制 电路 到Ｕ Ｃ ３ ８ ４ ３的 电压 反 馈 端 调 制 其 输 出 电 Ｍ 压 的 脉 宽 ，这 个 电压 将 控 制 开 关 管 的开 关 损 耗并 提 高 开关 频 率 。 结 语 ｕ 哝 关 速率 从 而使 输 出 电压 达 到稳 定 。 ２ ＿ ３ 控制 电 路 的设 计 与参 数计 算 由测试 结 果 可看 出 ： 电压 调制 率 已 经 ” 控制 电路 的 电路 图 ２所示 。 远 远 超 过 了基 本要 求 ，负载 调 整 率 也 超 二、 电 路设 计 与参 数 计算 ２ ． ４ 效 率 的分 析及 计 算 ２ ． １ 系 统框 架 过 了基 本 要 求 ，电 源效 率 超 过 了 发挥 部 本 系统 由以下 几 大 部分 组 成 ： 隔 离变 整 流 滤 波 后 电路 的 总 功 率 Ｐ 。 ＝Ｕ Ｉ ． 分 的要 求 。纹 波也 到达 了要 求并 且 电 路 ， 压器 、 整 流滤 波 电路 、 过 流保 护 电路 、 Ｄ Ｃ — 输 出 的功 率 Ｐ Ｏ ＝ Ｕ ｏ Ｉ 。 ，电路 损耗 的功 率 主 的过 流 保 护 功 能 也 正 常 。并 且具 有 附 件 Ｄ Ｃ变 换 电路 、 控 制 电路 、 输 入 电路 、 显 示 要 在 开关 管 的动 态 损 耗 、升 压 二 极 管 的 功能 过 流发 出声 光报 警 信号 。 电路 、 声 光报 警 电 路 。如 图 １ 所示 。 导 通损 耗 、 储 能 电感 的损耗 。其 它部 分 如 参 考 文献 脉 宽 调 制集 成 电路 的损 耗 、单 片 机 的损 ［ ２ ． ２主 回路器 件 的选 择 与 参数 计 算 １ 】 王海永， 李永明， 陈弘 毅 ． 一 种 采 用 电压 Ｃ ／ ＤＣ开 关 电源 软 启 动 电路 功率 Ｍ Ｏ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ具 有 导 通 电 阻 低 、 负 耗 等 。 这些 方 面 都 会 导 致 电源 效 率 的下 补偿 技 术 的 Ｄ 载 电流 大 的优 点 。功 率 ， 栅 极 驱动 器 的负 降 。所 以在 电路 中采 用 现 有 器 材 中功 耗 『 Ｊ １ ． 微 电子 学 ２ ０ ０ ２ （ ０ １ ） ． 载能 力 必 须 足够 大 ，以保 证 在 系统 要求 最 低 的 元 器 件来 减 少 损 耗 从 而 提 高 电源 ［ ２ 】 苑婷 ， 何 乐年 ， 柯徐刚． 离线 式 开 关 电 源 Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ 管 控 制 器 芯 片的 设 计 与 实现 Ⅲ ． 的 时 间 内完 成 对 等 效 栅 极 电容 （ Ｃ Ｅ Ｉ ） 的 的 效 率 。 如 开 关 管 使 用 ＭＯ 浙 江 大 学 Ｒ Ｆ ５ ４ ０ ， 升 压二 极 管 使 用 肖特 基 二 极 管 ， 学报 （ 充 电 。 流 经 ＭＯ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ的 电 流 理 论 值 Ｉ Ｄ ＝ Ｉ 工 学版 ） ， ２ ０ １ ０ （ １ １ ） ． Ｔ ０Ｆ Ｆ Ｉ Ｏ， Ｔ＝ ＶＩ １ ０ ／ Ｖ０＝ １ ． ２ Ａ．所 以 ＭＯＳ Ｆ Ｅ Ｔ 控 制 电路 采 用 Ｕ Ｃ ３ ８ ４ ３ ， 单片 机 使 用 ５ １系 ［ ３ 】 高飞 燕 ， 郭 忠银 ， 邹毅． 李 阳 一 种 绿 色 选耐 流 大 于 ３ Ａ的 ， 功率大于 １ ０ ８ Ｗ 的， 经 列 Ｃ ８ ０ ５ １ Ｆ ０ ２ １ 等 。 开 关 电 源 的效 率 ＝ Ｐ ｏ ， 模 式 开 关 电 源 的研 究 与 设 计 ［ Ｊ ］． 电子 技
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31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
开关电源原理设计及实例ppt课件
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4.1 概述
一般电力(如市电)要经过转换才能符合使用的需要。转换方式有交流转 换成直流，高电压变成低电压，大功率中取小功率等。按电力电子的习 惯称谓，AC-DC(AC表示交流电，DC表示直流电)称为整流，DC-AC称 为逆变，AC-AC称为交流-交流直接变频(同时也变压)，DC-DC称为直流 -直流变换。开关电源主要组成部分是DC-DC变换器，涉及频率变换，其 实把直流电压变换为另一种直流电压最简单办法是串一个电阻，这样不 涉及变频的问题，显得很简单，但是效率低。用一个半导体功率器件作 为开关，使带有滤波器的负载线路与直流电压一会相接，一会断开，则 负载上也得到另一个直流电压。这就是DC-DC的基本手段，类似于“斩 波”(Chop)作用。
全桥
变压器双向激磁，容易达到大功率结构 几百W~几百kW 大功率工业用电 复杂，成本高，有直通问题，可靠性低， 源、焊接电源、 需要复杂的多组隔离驱动电路 电解电源等 变压器双向激磁，没有变压器偏磁问题， 几百W~几kW 开关较少，成本低有直通问题，可靠性 低，需要复杂的隔离驱动电路 变压器双向激磁，变压器一次侧电流回 路中只有一个开关，通态损耗较小，驱 动简单有偏磁问题 几百W~几kW 各种工业用电源， 计算机电源等 低输入电压的电 源
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4.1 概述
单管 正激 单端 反激 DC-DC变换器 推挽 双端 半桥 全桥 双管
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4.1 概述
带变压隔离器的变换器是从第3章基本变换器派生、组合、演变而来的。它 们从哪个基本变换器变来，就带有哪个基本变换器的本质特征。所谓派生， 是指变压隔离器插入到各基本变换器各不同的点上而形成的电路。由于变压 隔离器有单端式、并联式、半桥式和全桥式四种，因此，可得到很多电路。 所谓组合是指变换器的串联形式引起的变化。例如降压与升压变换器相串， 或者升压与降压变换器相串等等。这与第3章讨论的角度不同，本章是有意 识地往隔离方向引导，并加以讨论，从而得到一些有应用价值、使用较广的 电路。图4-1给出了隔离DC-DC变换器功能示意图。
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6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
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