开关型直流稳压电源
浅谈高性能开关型直流稳压电源
浅谈高性能开关型直流稳压电源摘要:高性能开关型直流稳压电源是根据移相控制全桥DC／DC 变换器中的小信号模型,依据系统频域特性研究了电源性能,按技术指标研制出来的一台样机,经过反复的实验,结果表明了高性能开关型直流稳压电源的实用性。
本文主要着手于高性能开关型直流稳压电源的性能探究。
关键词:高性能开关型直流稳压电源探究随着电力电子技术的不断发展,高性能开关型直流稳压电源将在电力系统得到广泛的应用,开关型直流电流的主要优点变现在:工作稳性、可靠性好、重量轻、效率高以及功耗小等,其发展趋势相对于其他开关型电流更具竞争力。
开关型直流电流应用于粒子加速器电源等领域。
经过全方位的分析及全盘考虑。
相关技术研究人员采用移相控制桥DC／DC变换小信号模型设计了高性能开关型直流稳压电源。
1 动态小信号模型探析动态小信号模型的选取具有多样性,选取不同的模型运用得到的设计结果各不一样。
开关电源本质上是一个非线性的控制对象,采用解析的方法指导建模只能近似建立其在稳态时的小信号扰动模型,而用这种模型来解释大范围的扰动时所获得的结论并不完全准确。
其基本得益于开关电源一般工作在稳态。
依据小信号扰动模型设计出的高性能开关型直流稳压电源,配合辅助电路的使用,完全能使开关电源的性能满足要求。
2 直流稳压电源性能指标的确定2.1 稳定性指标要求据有关数据及实践结果表明,不同的系统应该具有不同程度的鲁棒性,同时暂态特性也相对较好。
然而对于直流稳定电源来说,其要求系统的增益余量大于或等于40dB,相位余量大于或等于30dB。
2.2 瞬态响应指标开关电源在受干扰状态下,其输出量会受到影响导致相应的抖动,最后渐渐地恢复到稳定值。
通常我们以过冲幅度和动态恢复的时间长短来测评动态特性。
穿越频率越高,动态恢复所需的时间越短;过冲幅度与相位余量亦存在紧密的相关性。
2.3 电源精度探析电压精度具有严格的要求,其设计范围为不大于1‰,纹波不大于1‰。
然而纹波中分为高频和低频两部分,开关频率造成高频部分的产生,依靠输出滤波器来抑制;电网波动引入了低频部分,低频部分主要依靠系统负反馈来加以克服。
线性电源和开关电源
一、水声设备电源电源分为交流电源和直流电源，就水声设备而言，主要应用为直流稳压电源。
直流电源可分为线性稳压电源和开关稳压电源。
线性稳压电源就是它的功率器件调整管工作在线性区，靠调整管之间的电压降来稳定输出。
与线性稳压电源不同的一类稳电源就是开关型直流稳压电源，它的电路型式主要有单端反激式，单端正激式、半桥式、推挽式和全桥式。
它和线性电源的根本区别在于它变压器不工作在工频而是工作在几十千赫兹到几兆赫兹，功率管工作在饱或及截止区即开关状态。
线性电源和开关电源的区别：1、工作方式不同（1）线性电源的调整管工作在放大状态，因而发热量大，效率低（不高于50%），需要加体积庞大的散热片，而且还需要同样也是大体积的工频变压器，当要制作多组电压输出时变压器会更庞大。
（2）开关电源的调整管工作在饱和和截至状态，因而发热量小，效率高（75％以上）而且省掉了大体积的变压器。
但开关电源输出的直流上面会叠加较大的纹波，另外开关管工作时会产生很大的尖峰脉冲干扰，也需要在电路中串连磁珠加以改善。
2、内部结构不同（1）开关电源利用变占空比或变频的方法实现不同的电压，实现较为复杂，最大的优点是高效率，缺点是纹波和开关噪声较大，适用于对纹波和噪声要求不高的场合。
（2）线性电源没有开关动作，属于连续模拟控制，内部结构相对简单，芯片面积也较小，成本较低，优点是成本低，纹波噪声小，最大的缺点是效率低。
它们各有有缺点在应用上互补共存。
3、适用要求不一样效率和安装体积有要求的地方用开关电源为佳，对于电磁干扰和电源纯净性有要求的地方多选用线性电源。
稳压电路对整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定直流电压。
二、直流电源主要参数1、源电压效应输入电压的变化引起输出量变化的效应，改变量是源电压，被测量是输出电压的稳态值。
%100max ⨯∆=oNU U U S其中 S U — 源电压效应系数（电压调整率），这个值越小越好，是衡量稳压电源性能的一个重要指标。
直流开关稳压电源设计
直流开关稳压电源设计一、设计背景及意义随着电子技术的飞速发展，各类电子设备对电源的需求日益增长。
直流开关稳压电源以其高效、稳定、体积小、重量轻等优点，在通信、计算机、家用电器等领域得到了广泛应用。
设计一款性能优越、可靠性高的直流开关稳压电源，对于提高电子设备的整体性能具有重要意义。
二、设计目标1. 输出电压范围：12V±1V；2. 输出电流：2A；3. 转换效率：≥85%；4. 工作温度范围：25℃~+85℃；5. 具有过压、过流、短路保护功能；6. 体积小，便于安装。
三、设计方案1. 电路拓扑选择本设计采用开关电源的主流拓扑——反激式变换器。
反激式变换器具有电路简单、体积小、效率高等优点，适用于中小功率电源设计。
2. 主控芯片选型选用ST公司的STM32F103系列微控制器作为主控芯片，该芯片具有高性能、低功耗、丰富的外设资源等特点，能够满足开关电源的设计需求。
3. 功率开关管选型功率开关管是开关电源的核心元件，本设计选用N沟道MOSFET作为功率开关管。
根据设计指标，选用IRF530N型号MOSFET，其导通电阻低，可降低开关损耗，提高转换效率。
4. 输出整流滤波电路设计输出整流滤波电路采用肖特基二极管和LC滤波电路。
肖特基二极管具有正向压降低、开关速度快的特点，适用于开关电源整流。
LC滤波电路能有效抑制输出电压纹波，提高输出电压稳定性。
5. 保护电路设计为实现过压、过流、短路保护功能，设计如下保护电路：（1）过压保护：在输出端设置一个电压比较器，当输出电压超过设定值时，触发保护动作，切断功率开关管的驱动信号。
（2）过流保护：在功率开关管源极串联一个取样电阻，实时监测电流值。
当电流超过设定值时，触发保护动作，切断功率开关管的驱动信号。
（3）短路保护：在输出端设置一个电流比较器，当输出电流超过设定值时，触发保护动作，切断功率开关管的驱动信号。
四、实验验证与优化1. 搭建实验平台，对设计的直流开关稳压电源进行测试，观察输出电压、电流、效率等参数是否符合设计要求。
开关电源34063
MC34063构成的DC/DC开关稳压电源1.开关型直流稳压电源简介1.1线性稳压电源和开关稳压电源的比较线性稳压电源：结构简单，调节方便，输出电压稳定性强，纹波电压小。
缺点是调整管工作在甲类状态，因而功耗大，效率低（20％～49％）；需加散热器，因而设备体积大，笨重，成本高。
开关稳压电源：调整管工作在开关状态，大大减小了器件的功耗，提高了电源的工作效率，开关型稳压电源的效率可达70％～95％。
体积小，重量轻。
适于固定的大负载电流、输出电压小范围调节的场合。
1.2串联（降压）开关型稳压电路换能电路的基本原理图及其等效电路串联开关型稳压电源的结构框图串联开关型稳压电路的简化电路串联开关型稳压电路，通过对三极管斩波控制完成稳压输出。
由于能量到达负载为输入电压的断续形态，故输出电压低于输入电压为降压型开关电路。
1.3并联（升压）开关型稳压电路换能电路的基本原理图及其等效电路并联开关型稳压电路的简化电路并联开关型稳压电路，同样通过对三极管斩波控制完成稳压输出。
能量到达负载也为断续形态，但为输入电压与电感电压和的断续形态，故输出电压可高于输入电压为升压型开关电路。
2. MC34063 DC/DC变换器控制电路简介：MC34063是一单片双极型线性集成电路，专用于直流-直流变换器控制部分。
片内包含有温度补偿带隙基准源、一个占空比周期控制振荡器、驱动器和大电流输出开关，能输出1.5A的开关电流。
它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器、降压式变换器和电源反向器。
特点：*能在3.0-40V的输入电压下工作*短路电流限制*低静态电流*输出开关电流可达1.5A（无外接三极管）*输出电压可调*工作振荡频率范围为100HZ到100KHZ*可构成升压、降压或反向电源变换器3.MC34063引脚图及原理框图4.MC34063 电路原理振荡器通过恒流源对外接在CT 管脚(3 脚)上的定时电容不断地充电和放电以产生振荡波形。
直流稳压电源10.4
Байду номын сангаас
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模拟电子技术基础
T + UI –
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来自反馈控制电路 控制脉冲的特点 周期T恒定 周期 恒定
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模拟电子技术基础
T + UI – 2. 工作原理
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模拟电子技术基础
3. 输出电压 O 输出电压U 占空比
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输出直流电压
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模拟电子技术基础
4. 反馈控制的降压型开关稳压电源方框图 T + R UI
脉宽调制器 采样电路
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模拟电子技术基础
降压型开关稳压电路的工作原理 1. 降压型开关稳压电路 T + UI –
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《开关型稳压电源》PPT课件
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图 5 - 2 单相桥式整流电路输入电压和电流的波形
第5章 开关型稳压电源
功率因数较低的开关电源存在许多问题， 主要有： (1) 谐波电流污染电网， 干扰其他用电设备， 造 成测量仪表产生较大的误差， 还会使电动机产生较大 的噪声。 (2) 在输入功率一定的条件下， 输入电流有效值 较大， 因此必须增大输入熔断器、 断路器和电源线的 规格。 (3) 特别应当指出， 通信用开关型电源通常都采 用三相五线制供电， 三相基波电流可分别由下列各式 表示：
第5章 开关型稳压电源
5.1.2 目前， 通信和其他电子设备采用的稳压电源主要
有线性稳压电源、 相控型稳压电源和开关型稳压电路。 线性稳压电源中， 调整元件串联在负载回路中，
其作用就像一只可变电阻， 输入电压或负载变化时， 串联调整元件的压降改变， 从而使输出电压稳定不变。 当输入电压过高时， 串联调整管的功耗很大， 因此效 率很低。 当输入电压波动范围为±20 %时， 5 V稳压 器 的 典 型 效 率 只 有 35% ， 输 入 电 压 波 动 范 围 小 于 ±16%时， 典型效率也只能达到50%。
第5章 开关型稳压电源
由此可知， 三相电流的三次谐波分量是同相位的， 同理， 三相电流的六次、 九次等谐波分量也是同相位 的。 由于三相电流都流过中线， 当功率因数为1时， 流过中线的电流为零； 当功率因数很低时， 中线内的 电流很大。 由于中线无过流保护装置， 所以， 中线有 可能因过热而着火。
IR为电网电流有效值； I1为基波电流有效值； VL为电网电压有效值； cosφ为基波电流与基波电压的位移因数。
第5章 开关型稳压电源
直流稳压电源使用手册
SPD3303D/S series
SPD3303C series
5 1
6
4.3”16M真彩
TFT液晶屏
电源开关 通道输出端 通道开关按钮
4 2 3
功能控制按键
旋钮和方向键
SPD3000可输入频率50Hz/60Hz，电压为100V、120、220、230的4种交流电 源，您可以根据实际需求通过后面板的“电源电压拨码开关选择”选择不同的输入 电源。
当前设置的是220V接入 电压
一：独立模式
二：串联模式
三：并联模式
注：独立模式，CH1与CH2均与地隔离 独立模式， CH3额定值为2.5V、3.3V、5V，3A，独立于CH1/CH2
Constant Current（CC）恒流源模式下（独立或跟踪模式），输出电 流为设定值，并通过前面板控制。前面板指示灯亮红色（CC），电流维持 在设定值，此时电压值低于设定值，而当输出电流低于设定值时，返回恒压 模式。
线性电源有很多指标，但可以从逻辑上划分为三 类：准确度和分辨率、稳定性和交流特性。我们 将分别介绍属于这三类的重要指标。 准确度和分辨率 设置准确度 设置分辨率 回读准确度 回读分辨率
电压和电流设置(有时称为极限或设置值)分别有与之相关的分辨率和准确 度指标。这些设置的分辨率决定了输出可调的最小增量，准确度描述了输出 值符合国际标准的程度。应当分别考虑设置和回读指标。回读准确度好并不 一定就意味着设置准确度好。
设定精度
决定了设定值和标准值的接近程度
表示为 设定值% + 偏移量
设定分辨率
最小的设定值
表示为 mV or mA
回读精度
决定了内部仪表测量值和标准值的接近程度 表示为 设定值% &量的最小值 决定了内部仪表的精度（SPD3000系列电源相当于4位1/2万用表的精度） 表示为 mV or mA
开关型稳压电源介绍
开关型稳压电源介绍1、开关型稳压电源的组成开关型稳压电源（简称开关电源）的基本电路一般由线性滤波器、整流滤波器、功率变换器和稳压控制电路组成。
开关电源构成框图如下图所示。
▲开关电源构成框图线性滤波器又称电磁干扰（ＥＭＩ）滤波器、噪声滤波器（ＰＮＦ）、电源滤波器等，它是２０世纪８０年代问世的一种新型器件，防止电网中的干扰脉冲进入整流滤波电路，同时也阻碍本机产生的噪声反馈到公共电网，输出直流高压加到功率变换器进行功率变换，向负载输出符合要求的直流电压。
开关电源控制器一般包括取样、比较放大、基准源和控制调整电路等，当某种原因使输出电压不稳定时，通过开关电源控制器自动调整功率变换器中的功率开关器件的通断时间比或频率，达到自动调节输出电压的目的，使输出电压保持稳定。
功率变换器亦称ＤＣ／ＤＣ变换器，是将直流电压变换成另一种直流电压的变换电路。
通常各种电子、通信设备需要的电源电压不同，利用ＤＣ／ＤＣ变换器，就可以把整流器输出的直流电压变换成电子、通信设备所需要的直流电压。
2、开关电源特点与线性稳压电源相比，开关电源有以下特点：（1）效率高、功耗小开关电源的功率开关管（调整管）工作在开关状态，因此功率开关管的功耗极小，效率在８０％以上。
（2）稳压范围宽线性稳压电源在交流输入电压低于１６０Ｖ时，输出电压就不稳定，而输入交流电压偏高时则效率降低。
而开关电源交流输入电压在１３０～２６０Ｖ范围变化时都能达到很好的稳压效果。
现在三端、多端单片开关电源在８５～２６５Ｖ范围内均能正常工作。
（3）稳定性和可靠性高功耗小使得电子、通信设备内的温升也低，减小了周围元器件的高温损坏率，使设备的热稳定性和可靠性大大提高。
（4）体积小、重量轻开关电源可将电网交流电压直接输入整流，再通过高频变压器获得各种不同的交流电压，省去了笨重的变压器，使电源的重量减轻很多。
开关电源的功率密度（输出功率Ｐ与体积Ｖ之比，单位为Ｗ／ｃｍ３）很大，可达０．３７Ｗ／ｃｍ３，而相控型稳压电源的功率密度只能达到０．０４３Ｗ／ｃｍ３。
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电子课程设计
开关型直流稳压电源
摘要
【摘要】本次设计的主要目的是实现一个开关电源，开关电源在日常生活中应用非常广泛，比如电视机、电脑、冰箱以及其他常用的电子产品都需要开关电源，如今是数字化时代，用单片机实现电子产品十分方便，所以在这次设计中使用了单片机实现。
在这次设计文档中，详细阐述了开关电源与线性电源的比较，方案论证，总体结构设计，并附以相关电路图表示，最后生成相关了PCB电路图。
【关键词】线性，半导体，开关，储能，转换，控制，滤波，分压
一、开关电源方案设计
开关电源是指调整管工作在开关方式，即导通和截止状态的稳压电源，缩写为SPS（Switching Power Supply）。
开关电源的核心部分是一个直流变换器。
利用直流变换器可以把一种直流电压变成极性、数值不同的多种直流电压。
图2.1所示电路的工作过程为：假设基准电压为5v，由于电网波动导致输入电压减小，那么输出电压也将会减少，此时，所采样的电压将减小，假设为4.9v，误差为0.1v，经过比较放大后，脉冲调制电路根据这个误差，提高占空比使输出电压增大，同理，当由于电网波动导致输出电压增大时，脉冲调制电路降低占空比使输出电压减小，以此来控制输出电压的稳定。
图2.1开关电源原理框图
方案1
方案1：单片机通过数模转换输出一个电压，用作电源的基准电压，电源可以通过键盘预置输出电压，单片机不加入反馈控制，电源仍要使用专门的PWM 控制芯片，工作过程为：当通过键盘预置电压时，单片机通过D/A芯片输出一个电压作为控制芯片的基准电压，这个基准电压可以使得控制芯片按照预置电压值，来输出控制脉冲，以输出期望输出电压。
方案2
方案2：在方案1的基础上，单片机扩展模数转换器，不断的检测电源的输出电压，根据电源输出电压与设定值的差值，调整后，通过D/A芯片输出一个基准电压，控制专门的PWM控制芯片，间接的控制电源工作。
方案3
方案3：单片机扩展A/D转换器，不断检测输出端的电压，并根据电源输出电压与键盘控制，输出一个PWM脉冲，直接控制电源的工作。
综上所述，本设计选择第三种控制方案，单片机使用STC12C5A60S2，其内部自带10位AD转换器，方便使用，简化了电路。
二、电路设计
本设计的硬件电路分几个模块，分别是：单片机基本电路、LCD1602显示电路、二极管整流电桥、7805稳压电路、开关管电路。
1、
单片机及其外围电路
2、
LCD1602液晶显示电路
3、
二极管电桥
4、
7805稳压电路
5、
开关管电路
三、元件参数的计算与选择
1、储能电感
使用储能电感目的在于，在功率开关管截止时，为负载存储能量，电气上的作用是把开关方波脉冲积分成直流电压。
本次设计储能电感的磁体要求为工作频率为100千赫兹，直流电阻小于0.3欧姆，饱和电流大于2A。
min
4.1)max (min Iout Ton Vout Vin L -= 式中Ton 为估计最大输入电压下，开关管导通时间，根据设计前辈们的经验，估计为开关周期的30%是比较合适的。
代入数据求得uH L 8.76min =，取uH L 100=
2、功率开关管的选择
输入电压为13v 左右，则开关管耐压应大于输入电压两倍，根据数据手册，选择的晶体管型号为D882，耐压值40V ，集电极电流3A ，功率10W 。
3、滤波电容的选择
电容的滤波原理是：利用电容在整流二极管导通期间储存能量、在截止期间释放能量的作用，使输出电压变得比较平滑。
滤波电容决定输出电压的纹波，电源通电后，电容器充电，电压值迅速上升到最大值，由于电感电流仍小于输出电流，电容向负载放电，电压下降，产生纹波，在一个脉冲周期中，电容所释放的电量为T Io *，设纹波电压峰峰值为p Vp -∆，则有
C T Io p Vp /*=-∆⇒T Io
P Vp C *-∆≥ （10）式 任务要求为,1,100A Io mv p Vp =≤-∆脉冲频率为25千赫兹，即周期为us 40
uf A
v C 4104011.06=⨯*=⇒-，取电容量为470uf 的铝电解电容。
4、续流二极管的选择
开关截止时，续流二极管导通，电感的磁能转换为电能，二极管起到续流的作用，二极管正向额定电流须大于负载电流，其耐压值必须大于输入电压，同时为了使二极管的截止到导通的转换时间尽量的短，选择超快恢复二极管，根据本次设计的要求，选择电流大于,5.1A 耐压大于30v 的肖特基二极管。
四、程序设计
五、。