开关电源设计论文
开关电源的设计毕业论文
开关电源的设计毕业论文开关电源是一种高效率、小体积、轻质化的电源，随着现代电子设备的发展，应用越来越广泛。
开关电源的设计是电子工程专业毕业设计中的一个热门方向，本文将介绍开关电源的基本工作原理及设计方法，并以一个实际开关电源的设计为例，进行详细说明。
一、开关电源的基本工作原理开关电源的基本工作原理是将交流电源转换为直流电源，其核心部分是开关管。
开关管工作时，会在电路中产生一个高频矩形波形。
再经过滤波电路、输出稳压电路等处理后，最终输出所需要的稳定直流电源。
在开关电源中，开关管的切换是关键，它的导通和截止决定程序的整个运行。
开关管的导通与截止又是由控制器控制的，所以控制器设计是非常重要的。
二、开关电源的设计方法1.功率计算开关电源的功率计算是设计的第一步。
功率 = 电流×电压，在设计前应要明确设备所需的电流和电压值并通过功率计算公式计算得出所需的功率。
2.电路设计电路设计是开关电源设计中较为复杂的一步。
主要包括直流输入电路、开关管、反馈电路、滤波电容、输出稳压电路等部分。
这些部分需要合理的组合和设计，并应通过电路仿真进行验证。
3.控制器设计在控制器设计中，主要有PWM控制器和开环控制器。
PWM控制器通常采用电流反馈控制方式，能够减少在输出处的纹波电压，提高稳定性。
开环控制器的设计要更为复杂，但是更容易实现。
4.保护电路设计保护电路是开关电源中非常重要的一部分，保护电路通常包括电流限制保护、过压保护、过载保护，以及温度保护等。
这些保护电路能够提高开关电源的使用寿命，避免因电路故障引起的安全事故。
三、开关电源设计实例以12V60W的开关电源设计为实例。
1.功率计算P = U × I = 12V × 5A = 60W。
2.电路设计直流输入电路：直流输入电路主要包括整流桥、电容滤波器和保险丝等。
整流桥需要选择合适的电流、电压值，电容滤波器应该选择合适的容量，保险丝则是起到安全保障作用。
1000W大功率开关电源设计_毕业设计(论文)
毕业设计论文1000W大功率开关电源设计摘要随着电源技术的不断发展，开关电源作为一种新型电源设备得到了广泛的认可和应用。
伴随着这种趋势，人们也在期待着开关电源的大功率化。
本文从大功率开关电源的方向着手设计，分析了开关电源的组成与工作原理，了解了开关电源的主要结构、辅助技术以及开关器件的选择与驱动等方面。
从而掌握了开关电源的相关知识，理解了人们对大功率开关电源的迫切需求。
此外，本文最后提到了蓄电池的充电技术，这是因为时代的高速运转，使得快速充电技术应运而生。
因此作为一名电源工作者，应当有所了解。
关键词：开关电源，大功率，快速充电DESIGN OF 1000W SWITCHING HIGH-POWER SUPPLYABSTRACTWith the continuous development of power technology,switching power supply is a new type of power equipment that has been widely recognized and applied.Along with this trend,people in high power switching power supply of look forward to.The article from the switching power supply design directions,analyzed the composition and working principle of switching power supply,the main structure of switch power supply,assistive technology and the choice of switching device and drive etc..To master the related knowledge of switching power supply,understand the urgent demand of high-power switching power supply of the people.In addition,the last mentioned charging battery,this is because the high running times,makes the rapid charging technology emerge as the times require.Therefore as a power worker,I should be aware of it.KEY WORDS:Switching power supply，High-power，Fast charging目录前言 (1)第1章开关电源的基本原理 (2)1.1 开关电源的组成与工作原理 (2)1.1.1 开关电源的工作原理 (2)1.1.2 开关电源的构成 (3)1.1.3 开关电源的特点 (4)1.2 开关电源的主要类型 (5)1.2.1 控制方式 (5)1.2.2 连接分类 (6)1.2.3 输出取样方式 (6)第2章系统分析和选择 (7)2.1 开关电源系统概述 (7)2.2 DC/DC变换器的选择 (8)2.2.1 硬开关式全桥变换器 (8)2.2.2 谐振式全桥变换器 (9)2.2.3 移相式全桥变换器 (10)2.3 控制电路的设计 (10)2.4 整流滤波电路的设计 (12)2.4.1 输入整流滤波回路 (12)2.4.2 输出整流滤波回路 (12)第3章开关电源主电路的设计 (13)3.1 开关电源的设计要求 (13)3.2 电路结构框图 (13)3.3 输入整流滤波电路 (15)3.3.1 整流桥电路 (15)3.2.2 输入整流电容 (16)3.3.3输入滤波电感 (17)3.4 逆变电路的设计 (17)3.4.1 功率转换电路 (17)3.4.2 确定电路工作频率 (17)3.4.3 高频变压器的计算 (17)3.4.4 高压开关管的选择 (21)3.4.5 隔直电容b C的选择 (22)3.5 输出整流滤波电路 (22)3.5.1 输出整流二极管 (23)3.5.2 输出滤波电感 (23)3.5.3 输出滤波电容 (23)第4章控制电路的设计 (25)4.1 PWM集成控制器的基本原理 (25)4.2 高速脉宽调制器UC3825 (25)4.2.1 主要特点 (25)4.2.2 极限参数 (26)4.2.3 内部工作原理 (26)4.3 UC3825的调试 (30)4.4 反馈电路的设计 (32)4.5 保护电路的设计 (33)4.5.1 软启动电路的设计 (33)4.5.2 过流过压保护 (34)4.6 均流电路的设计 (36)4.6.1 均流电路的简述 (36)4.6.2 开关电源并联系统的常用均流方法 (37)4.7 辅助电源 (38)第5章对蓄电池充电的认识 (40)5.1 蓄电池充电的理论基础 (40)5.2 蓄电池的常规充电法 (40)5.2.1 恒压充电方式 (41)5.2.2 恒流充电方式 (41)5.3 蓄电池的快速充电方式 (41)5.3.1 脉冲式充电法 (42)5.3.2 REFLEXTM充电法 (42)结论 (44)谢辞 (45)参考文献 (1)前言电源是实现电能变换和功率传递的主要设备。
毕业设计论文(开关电源)
1.1 课题来源及意义 ........................................................ 2 1.2 课题基本要求 .......................................................... 2 1.3 课题相关背景 .......................................................... 2
2 开关电源方案设计.................................................... 3
2.1 开关电源工作原理 ...................................................... 3 2.2 开关电源与线性电源的比较 .............................................. 4 2.3 方案论证 .............................................................. 4 2.3.1 方案 1 ............................................................... 4 2.3.2 方案 2 ............................................................... 5 2.3.3 方案 3 ............................................................... 5 2.3.4 方案分析 ............................................................ 5 2.3.5 总体结构设计 ........................................................ 5 2.4 难点分析 .............................................................. 6 2.4.1 如何提高电源工作频率 ................................................ 6 2.4.2 储能电感的绕制 ...................................................... 7 2.4.3 标度转换技术 ........................................................ 7 2.5 控制技术选择 .......................................................... 8 2.6 开关变换器结构分析与选择 .............................................. 9 2.7 开关电路器件参数选择 ................................................. 12 2.7.1 功率开关管的选择 ................................................... 12 2.7.2 滤波电容的选择 ..................................................... 12 2.7.3 储能电感的选择 ..................................................... 13 2.7.4 续流二极管的选择 ................................................... 13
开关电源毕业论文
开关电源毕业论文开关电源毕业论文一、引言近年来，由于电子产品的广泛应用，稳定的电源变得非常重要。
目前，开关电源已成为电子产品中最常用的电源之一。
开关电源具有体积小、重量轻、效率高、可靠性高等优点，是电子产品中广泛应用的电源。
本文旨在探讨开关电源的原理、特点、设计方法以及研究现状。
二、开关电源的原理开关电源是一种将直流电转换为稳定的直流电的电源。
一般情况下，开关电源由三个部分组成：变压器、整流电路和滤波电路。
1.变压器开关电源中的变压器是一个关键部件，它可以将输入电压变高或变低。
变压器通过变换输入电压的信号频率而实现电压变换。
交流输入电压经过变压器的初级线圈，进入变压器的磁性芯，再经过变压器的次级线圈输出。
因为变压器是通过变换输入电压的频率来实现电压变换的，所以变压器的次级电压可以高于或低于初级电压。
变压器的设计需要根据电源输入电压和输出电压来进行。
2.整流电路整流电路主要用于将变压器的次级电压转换为直流电压。
整流电路一般有半波整流电路或全波整流电路两种方式。
半波整流电路只对电压正半周期进行整流，而全波整流电路对整个电压周期进行整流。
3.滤波电路滤波电路用于削减整流电路输出的脉动电压，使输出电压更加稳定。
滤波电路通常使用电容和电感。
电容作为一个储存电荷的器件，在高频信号中可以起到滤波的作用。
电感则被用来解决低频噪声问题。
三、开关电源的特点1.高效由于开关电源是通过高速开关开关电流来控制输出电压的，所以开关电源具有高效率的特点。
开关电源通常可达到90%以上的效率，而传统的直接变压器、整流储能电源则只能达到60%-70%的效率。
2.体积小由于开关电源是由半导体元件构成的，体积小而轻便，而传统的直接变压器、整流储能电源体积大且重。
3.可靠性高由于开关电源采用了电子元件，其寿命长，故可靠性高。
4.成本低开关电源是用半导体元件制成的，故其成本低于其他电源。
四、开关电源的设计方法1.需求分析在设计开关电源之前，首先需要明确电源的工作电压、额定负载电流、输出电压波动率、输出电压纹波幅度和效率等需求。
开关电源设计毕业论文
开关电源设计毕业论文一、内容综述随着科技的飞速发展，开关电源设计已成为现代电子设备不可或缺的一环。
本文将带你走进开关电源设计的世界，一探其奥妙和实用之处。
在这里我们不仅仅是研究技术，更是在寻找实用性和性能之间的平衡。
我们所关心的不仅是理论数据，更是其在现实应用中的表现。
首先我们要了解开关电源设计的基本概念和原理，了解电源在电子设备中的角色和功能后，我们就会知道电源不仅仅是设备运行的能源供应者，更是整个设备稳定性的关键。
开关电源设计就是在这个基础上，通过技术和创新来提升电源的性能和效率。
1. 开关电源的背景和意义开关电源在我们的日常生活中可以说是无处不在，从家庭电器的使用到工业设备的运行，再到数据中心的高效运作，开关电源都是不可或缺的重要角色。
为什么我们会对开关电源的研究这么重视呢？这里面可是有深意的，听我慢慢道来。
2. 开关电源设计的研究现状和发展趋势开关电源设计在现代电子领域可是风头正劲的话题，大家都知道，开关电源是我们生活中电子产品的心脏，它不断地为我们身边的电子设备输送“能量”。
那么现在开关电源设计的研究现状是怎样的呢？随着科技的飞速发展，开关电源设计技术也在不断进步。
虽然传统的开关电源设计已经能满足一些基本需求，但随着人们对电子设备性能要求的提高，新的技术和方法也在不断涌现。
例如智能化、小型化、高效化已成为当下开关电源设计的重要方向。
3. 论文研究的目的、内容和方法首先写这篇论文的目的，就是想通过研究和设计开关电源，解决现实中遇到的一些问题，比如电源效率不高、稳定性不好等等。
毕竟开关电源在我们的日常生活中应用广泛，涉及到很多领域，比如计算机、通信、家电等等。
所以研究开关电源设计，不仅具有理论价值，还有很大的实际意义。
那么我们研究的内容是什么呢？简单来说就是分析开关电源的工作原理，研究其设计过程，然后设计出一个既实用又高效的开关电源。
在这个过程中，我们还要研究不同材料的选用、电路设计、散热方案等等。
开关电源设计毕业论文
开关电源设计毕业论文目录1绪言 (1)L1课题背景 (2)1.2选题的国内外研究现状及水平、研究目标及意义 (2)1.3本课题主要的研究内容 (3)2系统设计方案与论证 (4)2.1课题研究的基本要求 (4)2.2方案论证 (4)2.32. 1 DC/DC电路模块方案 (4)2.2. 2 MOSEFT驱动电路方案 (7)3.2. 3单片机选择方案 (7)4.2. 4检测采样方案 (8)5.2.5系统框图 (8)3硬件电路设计 (9)5.1变压整流滤波电路 (9)5.2辅助电源的设计 (11)5.3Buck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)6.3. 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)1R2110是驱动性能优良的集成芯片。
他的自举悬浮驱动电源可以同时驱动同一桥的上下两个开关器件，驱动电压高达500V,工作频率500kHz,并具有电源欠压保护关断逻辑。
芯片还有一个封锁两路输出的保护段SD,在SD输入高电平时，路输出均被封锁。
IR2110的这些优点给设计带来了极大的方便，特别是自举悬浮驱动电源大大简化了驱动电源的设计。
IR2110的自举电容的选择应满足下式 (19)c > 2。
，1匕cT°T・5 (3-18) (19)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 (21)4.1AVR128 简介 (21)4.2PWM波的产生 (22)4.3AD 采样 (25)5系统调试及结果分析 (27)6总结与展望 (30)6. 1总结 (30)6.2展望 (30)致谢 (31)参考文献 (32)[1]张占松，蔡宣三.电源的原理与设计[M].北京：电子工业出版社，1998： 18-22 (32)[2]王兆安，勋明.电力电子设备设计和应用手册(第二版)[M].北京：机械工业出版社,2002： 35-44 (32)[3]倪东海，蒋玉萍.开关电源专用电路设计与应用[M].北京：中国电力出版社，2008： 18-22 (32)[4]杨恒.开关电源典型设计实例精选[M].北京：中国电力出版社，2007： 76-88 (32)[5]刘胜利，李龙文,高频开关电源新技术应用[M].北京：中国电力出版社,2008： 56-62 32 [6]李龙文.最新开关电源设计程序与步骤[M].北京：中国电力出版社，2008. 66-72 (32)[7]沙占友.单片机开关电源的最新应用技术[M].北京：机械工业出版社，2002： 45-56 (32)[8]周志敏，周纪海，纪爱华.开关电源实用电路[M].北京：中国电力出版社，2005： 55-62 (32)[9]王鸿铉.实用电源技术手册[M].上海：上海科学普及出版社，2002. 32[10][日]户川治郎.何伟仁译.实用电源电路设计手册[M].北京：中国计量出版社，1990 (32)[11]阮新波，严仰光.直流开关电源的软开关技术[M].北京：科学出版社,2000： 37-45 (32)[12]何希才.新型开关电源设计与应用[M].北京：科学出版社，2001.66-88 (32)[13]阮新波，严仰光.脉宽调制DC/DC全桥变换器的软开关技术[M] .北京：：科学出版社，1999： 144-146 (32)[14] McLyman, Co I one I Wm. T. , Transformer and InductorDes i gn Handbook [M], Maree I (32)Dekker, New York, 1978. ISBN 0-8247-6801-9 (32)[14] Smith, Steve, Magnet i c components[M], Van NostrandReinhoId, New York, 1985. ISBN (32)[15]王兆安，刘进军.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2009： 162-182 (32)[16]杨荫福，段善旭，朝泽云.电力系统装置及系统[M].北京：清华大学出版社，2006： 21-45 (32)[17]刘克琦，张文义，陈向阳,智能大功率PWM充电电源的研制[J] .哈尔滨铁道科技(工作研究),2000.6, 11 (2) :14-16 (32)[18]Enr ique J M, Andu' jar J M, Boh6'rquez M A. A rel iable,fast and Iow cost maximum power piont tracker for photovoltaicappl ications[J]. Solar Energy, 2010, 84： 79-89 (32)[19]Taf i k Duru H A max i mum power track i ng a Igor i thm based on lmppt=f(Pmax) funct i on for match i ng pass i ve and ac-t i ve Ioads to a photovoltaic generator [J]. Solar Energy, 2006, 80： 812-822 (33)[20]李绍武.Proteus在电力电子教学中的应用[J].中国电力教育；010(9)： 85-86 (33)[21]刘陵顺，芳忠山.种高精度开关稳压电源的设计[J].仪表技术，2001.4, 20 (4) : 45-47 (33)[22]李绍武.基于AVR单片机的风能太阳能控制器设计[J].湖北民族学院学报：自然科学版，2010(2)： 174-176 (33)[23] AkhIaque-E-RasuI Sha i kh, Ganesan Rajamohan. Buck Ii ng Ana lysis of Tapered Laminated Composite PIates Us i ng RitzMethod[J].材料科学与工程：中英文版，2011 (3)： 253-265. . 33 [24]史平君,实用电源技术手册[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2003:56-78 (33)[25]赵良炳.现代电力电子技术基础[M].北京：清华大学出版社，2000： 102-110 (33)[26]史平君，实用电源技术手册[M],沈阳：辽宁科学技术出版社，2003:86-87 (33)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。
开关电源设计相关毕业设计(论文)
目录一、摘要1、开关电源概述2、开关电源的发展3、开关电源的基本构成及分类4、开关电源的电路组成及功能二、开关电源的PWM1、开关电源PWM的五种反馈控制模式2、三种经典型号控制集成芯片：UC3842、TL494、SG3525三、开关电源的电磁兼容性与可靠性1、开关电源的电磁电磁兼容技术2、开关电源的噪声3、开关电源的EMC设计四、开关电源的计算机辅助分析与计算五、直流开关电源设计1、直流开关电源原理及特点2、直流开关电源的保护六、参考文献开关电源设计相关电源，即提供电能的设备，主要分三类：一次电源（将其它能量转换为电能），二次电源和蓄电池。
其中，二次电源指的是把输入电源（由电网供电）转换为电压、电流、频率、波形及在稳定性、可靠性（含电磁兼容，绝缘散热，不间断电源，智能控制）等方面符合要求的电能供给负载。
电子设备都离不开可靠的电源。
开关电源由于具有效率高、体积小、重量轻的特点，近年来获得了飞速发展。
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。
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。
开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体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IC和功率开关器件（如MOS-FET）等构成。
简单的说：就是开关型直流稳压电源。
开关电源把直流电源或交流电源通过它可以获得一个稳定的直流电压源。
它具有效率高，输出电压稳定，交流纹波小，体积小和重量轻的许多优点。
开关电源主要包括输入电网滤波器、输入整流滤波器、变换器、输出整流滤波器、控制电路、保护电路。
它们的功能是：1.输入电网滤波器：消除来自电网，如电动机的启动、电器的开关、雷击等产生的干扰，同时也防止开关电源产生的高频噪声向电网扩散。
2.输入整流滤波器：将电网输入电压进行整流滤波，为变换器提供直流电压。
反激式开关电源改进设计毕业设计(论文)
反激式开关电源改进设计毕业设计(论文)简介本篇论文研究了反激式开关电源的改进设计。
反激式开关电源是一种常用的电源设计，但在实际应用中存在一些问题，如功率损耗、效率低等。
为了解决这些问题，本论文进行了相关研究并提出了改进设计方案。
研究内容本论文主要包含以下内容：1. 反激式开关电源原理及常见问题的分析。
2. 对现有反激式开关电源的性能进行测试和评估。
3. 通过改进原有设计，提出了一种新的反激式开关电源设计方案。
4. 对改进的电源进行仿真和实验验证，评估其性能和可行性。
5. 对改进设计的经济性和环境可持续性进行评估和分析。
创新点本论文的创新点在于：1. 针对反激式开关电源常见问题进行深入分析，并提出相应的解决方案。
2. 设计了一种新的反激式开关电源电路，通过仿真和实验验证证明了其性能的提升。
3. 在经济性和环境可持续性方面对改进设计进行全面评估。
预期成果本论文的预期成果包括：1. 改进的反激式开关电源设计方案。
2. 改进电源的性能测试数据及评估报告。
3. 仿真和实验验证的结果及分析报告。
4. 经济性和环境可持续性评估报告。
论文结构本论文将按以下结构组织：1. 引言：介绍研究背景、目的和意义。
2. 相关理论与技术：对反激式开关电源原理进行介绍，并分析常见问题及其原因。
3. 现有设计的测试与评估：对目前已有的反激式开关电源进行性能测试和评估。
4. 改进设计方案：提出改进的反激式开关电源设计方案，并详细描述其原理和操作。
5. 仿真和实验验证：通过仿真和实验验证改进设计的性能和可行性。
6. 经济性和环境可持续性评估：对改进设计进行经济性和环境可持续性评估。
7. 结论与展望：总结论文内容，并展望未来可能的研究方向。
8. 参考文献：列出论文中引用的相关文献。
时间计划完成本篇论文的时间计划如下：- 阶段1：研究和理论调研（2周）- 阶段2：性能测试与评估（2周）- 阶段3：改进设计方案研究与提出（2周）- 阶段4：仿真和实验验证（3周）- 阶段5：经济性和环境可持续性评估（1周）- 阶段6：论文撰写与修改（3周）预期挑战在进行本篇论文研究过程中，可能会面临以下挑战：1. 设计方案的复杂性和实施难度。
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1 绪论1 绪论1.1 前言电力电子学是综合应用电工理论、电子技术及控制理论等，利用电力电子(功率半导体)器件控制或变换电能，以达到合理而高效率地使用能源。
它是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科。
电力电子技术是近年来最活跃的研究领域之一。
作为联系弱电与强电的纽带，电力电子技术提供了控制电功率流动与改变电能形态的有力手段，在小至数瓦，大至数千千瓦乃至数十兆瓦的范围内都得到了广泛应用。
随着功率半导体制造技术、微电子技术、计算机技术，以及控制理论的不断进步，电力电子技术向着大功率、高频化及智能化方向发展，应用的领域将更加广阔。
1.2国内外电源技术发展概况电力电子技术与装置的市场需求与日俱增，其中电源是电力电子技术的主要应用领域之一。
随着微电子制造技术的进步，计算机、通信设备、家用电器得到飞速发展，这些设备内部往往需要采用直流稳压电源供电。
很多关键的设备还需要不间断电源，以确保市电停电时设备仍能工作。
近年来，随着电力电子技术的迅猛发展，新的电子元器件、新电磁材料、新变换技术、新控制理论及新的软件不断的出现并应用到开关电源，使开关电源达到了频率高、效率高、功率密度高、功率因数高、可靠性高。
因此，许多领域，例如邮电通信、军事装备、交通设施、仪器仪表、工业设备、家用电器等都越来越多的应用开关电源，并取得了显著效益。
随着芯片集成度的不断提高，电子设备内功能部件的体积不断减小，因而要求设备内部电源的体积和重量不断减小。
提高开关频率是减小开关电源体积和重量的基本措施，因为变压器和电感电容等滤波元件的体积和重量随频率的提高而减小。
高频化、小型化、模块化和智能化是直流开关电源的发展方向。
高频化是小型化和模块化的基础，目前开关频率为数百kHZ至数MHz的开关电源已有使用。
功率重量比或功率体积比是表征电源小型化的重要指标，50w/in的开关电源早已上市，目前己向120W/in 发展。
模块化与小型化分不开，同时模块化可提高电源的可靠性，简化生产与使用。
模块电源的并联串联和级联既便于用户使用，也便于生产。
智能化是便于使用和维修的基础，无人值守的电源机房、航空和航天器电源系统等都要求高度智能化，以实现正常、故障应急和危急情况下对电源的自动管理。
现代越来越复杂的电子设备对电源提出了各种各样的负载需求。
一个特定用途的电源装置，应当具有符合负载要求的性能参数和外特性，这是基本的要求。
安全可靠是必须加以保证的。
高效率、高功率因数、低噪音是普遍关注的品质。
无电网污染、无电磁干扰、省电节能等绿色指标是全球范围的热门话题，并有相关的国际和国家标准规范进行约束。
电源技术发展到今天，己融汇了电子、功率集成、自动控制、材料、传感、算机、电磁兼容、热工等诸多技术领域的精华，已从多学科交叉的边缘学科成长为独树一帜的功率电子学。
1.3 选题背景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、生活的关系日益密切。
任何电子设备都离不开可靠的电源，它们对电源的要求也越来越高。
传统的线性稳压电源具有稳定性能好、输出电压纹波小、使用可靠等优点，但其通常都需要体积大且笨重的工频变压器与体积和重量都很大的滤波器。
由于调整管工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定，其集电极与发射极之间必须承受较大的电压差，导致调整管的功耗较大，电源效率很低，一般只有45%左右。
另外，由于调整管上消耗较大的功率，所以需要采用大功率调整管并装有体积很大的散热器，很难满足现代电子设备发展的需要。
开关电源是一种采用开关方式控制的直流稳压电源，通过控制开关的占空比来调整输出电压。
它以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等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形式。
主要作为高功率脉冲电源的初级电源和大型军用设备的电源系统,也可以应用于大电流快速充放电系统和电子、通信、航天、医疗等各个领域,其中,几十～几百千瓦的大、高功率开关电源主要应用于现代化工业、国防事业和大型科研项目中,具有非常广泛的应用前景。
中国科学院电工所最近研制成功的“50kW/40kHz高压稳压电源”代表着国内高频大功率开关电源的先进技术水平。
“200kW开关电源”的研究,标志着我国的高功率脉冲电源技术翻开了历史性的一页。
目前,国外的高功率开关电源研制技术较为成熟,并主要应用于工业和军事上。
在粒子加速器、电磁发射、电磁推进、微波武器等脉冲功率技术应用的领域中,电源设备的平均功率通常在几百千瓦甚至几兆瓦以上,体积和重量只有国内的几十分之一,而且自动化程度非常高。
近年来,国内的小功率开关电源技术已日趋成熟,基本能够满足工业生产和军事发展的需要。
新型的高功率开关电源（平均功率200kW）具有体积小、重量轻、效率高、稳压范围宽等优势,而且具有先进的自动控制技术。
近年来，在高压大功率的应用场合，开关电源作为一种高效好型、高性能的电源己广泛用于家用电器、电子计算机、变频器等电子设备中。
采用开关电源后，可以使相关装置体积小、重量轻、功耗低、稳压范围宽，大大地改善了装置的控制可靠性及保护性能。
1.4 本课题要求及主要研究内容研究开关电源的实现方法，并按照设计指标要求进行电路的设计与仿真。
具体要求如下：①分析、掌握该课题总体方案，广泛阅读相关技术资料，并提出自己的见解。
②掌握开关电源的工作原理。
③设计硬件系统并进行仿真，掌握系统调试方法，使系统达到设计要求。
主要技术指标设计要求：直流输入电压：50~330V；输出电压：+ 24V，士15V，+5V，20V方波高频电压；效率：>80%2 系统的整体方案分析选择2 系统的整体方案分析选择2.1 组合式开关电源的结构开关电源作为一种高效、轻型、高性能的电源已广泛用于家用电器、电子计算机、变频器等电子设备中。
而在变频器中的广泛应用更显其本色。
变频器的控制回路、驱动回路、保护回路、检测电路等需要十余种相互隔离的电源。
采用开关电源后,可以使变频器体积小、重量轻、功耗低、稳压范围宽,大大地改善了装置的控制可靠性及保护性能。
开关电源的种类很多,不同容量等级的变频器采用不同形式的开关电源。
根据我们研制的交流变频调速系统的特点,要求开关电源适应范围为50V~330V,且在输入电压低至50V时仍然能输出满功率,显然常规的开关电源不具备这样宽的调节范围。
为此,采用由斩波器和推挽式变换器组成的两级组合式开关电源作为装置的各种控制电源。
由于采用了斩波器使开关电源在输入50V~330V的变化范围内都能稳定输出中间直流电压,输出功率达500W以上。
在得到稳定的中间电压基础上,用PWM(脉宽调制)调制技术加推挽放大得到装置所需的各种等级电源及驱动电路所需方波电源。
如下图所示：图2.1 组合式开关电源原理示意图组合式开关电源原理示意图如图1所示。
该电源主要由两级组成:第一级是降压斩波器,通过PWM控制V2管的开通和关断,使输入电压(取自主回路中间直流电压)在50V~330V范围内能够输出稳定直流24V电压。
该24V电源用于后一级变换器的输入以及交流变频调速装置的风扇和电机磁闸电源。
第二级变换器实际上是将直流24V 重新凋制,控制V3,V4交替导通和关断,把24V 直流电压变换成高频交流电压,经高频变压器副边输出多组装置所需的各种电压和驱动所需的方波电压。
为了保证在送电初期电源能正常工作,特设置了初始电源产生电路。
在斩波器稳定输出24V 后,初始电源退出工作,由电源本身提供工作电源。
注：图中所示的V2、V3、V4 指通用的开关管不一定是功率晶体管。
电源控制回路采用UC 系列集成电流控制芯片UC3842，UC3846作为控制芯片。
可实现精确控制，提高电源的可靠性并可方便的实现保护电路的设计。
开关电源的控制芯片在主回路与控制回路之间存在隔离问题,考虑到光耦合器速度较慢,且还需提供工作电源,故本电源用脉冲变压器实现主回路与控制回路之间的隔但使用脉冲变压器对斩波器斩波管V2的驱动会生一些问题。
将在驱动电路部分分析解决。
2.2 组合式开关电源的原理分析2.2.1 斩波器电路开关电源斩波器电路原理图如图2.2所示,它的功能是将从主回路中间直流电压(50V~330V)变成24V 稳定直流电压输出。
R 2R tR tR 1LCQ 1D 1V 1V 2D z +5C t U C3842D C+V out+24V图2.2 第一级斩波电路原理图斩波器控制电路采用PWM 集成电路UC3842,电阻Rt 、电容Ct 决定了斩波器的工作频率。
R1,R2为反馈电阻,其值决定输出电压大小,UC3842的基准电源为5V,R5是电流反馈电阻,当负载电流超过限定值时,R5将此信号反馈回UC3842,使其停止工作,起到过流保护的作用。
从UC3842出来的控制信号加到互补管V1,V2上,通过脉冲变压器原边产生驱动信号,驱动斩波工作。
脉冲变压器的原边截止时产生很大的尖峰脉冲电压,对V1,V2产生危害。
为此加吸收电容,可以大大减小尖峰脉冲。
图2.3是不加吸收电容和加吸收电容时的驱动波形。
减小开关管的开关损耗是保证开关管正常工作的重要因素。
为此必须充分减小开关管的导通、截止过渡过程时间。
采取以上措施后,开关管的导通、截止过渡过程时间可以大大减小。
脉冲变压器通过一个限流电阻和稳压二极管Dz驱动Q1，该驱动电路性能随着D的变化而不同。
不加电容驱动波形加电容驱动波形图2.3 驱动波形图2.2.2 推挽式变换器电路开关电源的推挽变换器电路如图2.4所示C1, R1, D1组成了RCD缓冲电路,D2，C2，R2 为了保护变压器的绕组，防止电感峰值。
Rt, Ct决定了UC3846的振荡频率,亦即高频变压器的工作频率。
Rr为电流检测电阻,使高频变压器副边稳定输出,不受负载等影响。
在过载时使UC3846停止工作。
UC3846发出控制信号驱动Q2、Q3两个mosfet管交替导通、截止,将输入24V直流电压变成高频交流信号耦合到高频变压器的副边,经整流后得到所需的各等级电源,由于UC3846的输出电流足够大可以直接驱动开关管。
图2.4 推挽式变换器电路原理图3 电源主电路设计3电源主电路设计3.1 buck变换器3.1.1 buck工作原理BUCK变换器又称降压变换器，它是一种对输入输出电压进行降压变换直流斩波器，即输出电压低于输入电压。
其基本结构如图3.1所示。
假定:(l)开关晶体管、二极管均是理想元件，也就是可以快速地“导通”和“截止”，而且导通压降为零，截止时漏电流为零;(2)电感、电容是理想元件，电感工作在线性区未饱和，寄生电阻为零，电容的等效串联电阻为零;(3)输出电压中纹波电压与输出电压比值小到允许忽略。