开关电源控制电路的设计
开关电源设计方案
开关电源设计方案1. 导言开关电源是一种将交流电转换为直流电的电源设备。
它具有高转换效率、小体积、轻重量等特点，被广泛应用于电子设备中。
本文将介绍开关电源的基本工作原理、设计流程以及几个常见的开关电源设计方案。
2. 开关电源的工作原理开关电源的工作原理包括输入滤波、整流、能量存储、调节和输出等步骤。
以下是一个典型的开关电源的工作原理图：开关电源工作原理图开关电源工作原理图1.输入滤波：交流电通过电源的输入端，首先经过输入滤波电路。
该电路使用电容和电感元件，去除交流电中的高频噪声和干扰，使得电源输入的电流更加稳定。
2.整流：经过滤波的交流电信号，经过整流桥或整流管，被转换为一个较高的直流电压。
整流桥通常由4个二极管组成，它们交替导通，使得输入交流电的正半周和负半周都能够被转换为正向的直流电。
3.能量存储：整流后的直流电压通过电容器进行存储。
电容器的作用是储存电荷以平滑输出电压，防止输出电压的波动。
4.调节：开关电源通常具有可调节输出电压的功能。
这是通过调整开关管的导通和截止时间来实现的。
调节电路通常由一片PWM控制芯片和电路反馈元件（如电感、变压器等）组成，以控制开关频率和占空比。
5.输出：经过调节后的直流电压，通过输出滤波电路去除残余的高频噪声，然后供给电子设备的负载。
3. 开关电源设计流程设计一个功能稳定、安全可靠的开关电源需要经过以下几个步骤：3.1 确定设计规格在开始设计之前，需要明确电源的输入和输出要求。
输入要求包括交流电的电压范围、频率、输入的稳定性等；输出要求包括直流电的电压、电流、纹波与噪声等。
3.2 选择拓扑结构常见的开关电源拓扑结构有多种，如Boost、Buck、Buck-Boost、Flyback等。
根据实际需求选择最适合的拓扑结构。
3.3 确定主要元件参数根据设计规格和拓扑结构，确定主要元件的参数，如开关管、变压器、电感、电容等。
3.4 确定控制策略根据实际需求，选择合适的控制策略，如PWM控制、电流模式控制等。
开关电源的原理与设计
开关电源的原理与设计一、引言开关电源是一种将交流电转换为直流电的电子设备，广泛应用于各种电子设备中。
本文将介绍开关电源的原理与设计。
二、开关电源的原理开关电源的基本原理是利用开关管（MOS管）的导通和截止来控制电源输出。
其主要由输入滤波电路、整流电路、变换电路、输出电路和控制电路等组成。
1. 输入滤波电路输入滤波电路的作用是将交流电转换为稳定的直流电。
它由电容和电感构成，通过对电流的整流和滤波作用，使得输出电压平稳。
2. 整流电路整流电路主要由二极管桥整流电路组成，将交流电转换为脉冲直流电。
二极管桥整流电路具有整流和滤波功能，可以将交流电转换为脉动较小的直流电。
3. 变换电路变换电路是开关电源的核心部分，主要由开关管、变压器和输出电感组成。
开关管的导通和截止控制了电源的输出电压，变压器用于提高或降低电压。
通过开关管的开关动作，可以实现高效率的电能转换。
4. 输出电路输出电路由输出电容和负载组成，用于稳定输出电压并提供给负载使用。
输出电容的作用是存储能量，平稳输出直流电压。
5. 控制电路控制电路主要由控制芯片和反馈电路组成，用于监测和控制输出电压。
控制芯片通过反馈电路不断调整开关管的导通和截止，以保持输出电压的稳定。
三、开关电源的设计开关电源的设计需要考虑输入电压、输出电压、输出功率、效率和稳定性等因素。
1. 输入电压根据应用场景的不同，可以选择不同的输入电压范围。
常见的输入电压有220V交流电和110V交流电。
2. 输出电压输出电压是开关电源设计的关键参数之一，需根据实际需求确定。
常见的输出电压有5V、12V、24V等。
3. 输出功率输出功率是开关电源能够提供的最大功率，需根据负载的功率需求确定。
需要注意的是，输出功率不能超过开关电源的额定功率。
4. 效率开关电源的效率是指输出功率与输入功率的比值，通常以百分比表示。
较高的效率意味着更少的能量损耗，可提高整个系统的能量利用率。
5. 稳定性开关电源的稳定性是指输出电压的稳定性，即在负载变化或输入电压波动时，输出电压的变化情况。
开关电源控制环路设计
开关电源控制环路设计前馈环节通常由开关电源的输出电压或电流采样电路、误差放大器、比较器和PWM控制器等组成。
开关电源的输出电压或电流通过采样电路进行实时的电压或电流测量，并将测量值与设定值进行比较。
误差放大器将比较器输出的误差信号放大，并输出给PWM控制器。
PWM控制器根据误差信号调整开关管的导通和关断时间，从而控制开关电源输出电压或电流的稳定性。
反馈环节通常由输出电压或电流反馈回路组成。
反馈回路通过将开关电源输出电压或电流与参考电压或电流进行比较，得到误差信号，并将其输入到前馈环节的比较器中。
反馈环节的作用是通过不断地调整开关电源的工作状态，使输出电压或电流尽量接近设定值，并抵消部分外部环境的影响，以保持开关电源稳定工作。
在开关电源控制环路设计中，需要考虑诸多因素。
首先是前馈环节的设计。
前馈环节应具有高增益和低失真的特性，能够准确地将输出电压或电流的变化转换为误差信号，并将其输出给PWM控制器。
其次是PWM控制器的设计。
PWM控制器应能够按照误差信号的大小和方向，精确地调整开关管的导通和关断时间，并保持开关电源输出电压或电流的稳定性。
最后是反馈环节的设计。
反馈环节应能够准确地测量开关电源的输出电压或电流，并将其输入到前馈环节的比较器中。
同时，反馈环节还需考虑去除噪声和抑制振荡等问题，以保证闭环控制系统的稳定性和可靠性。
开关电源控制环路设计的关键是要平衡稳定性和动态响应速度。
稳定性是指开关电源在加载变化或输入电压波动等情况下，输出电压或电流能够尽快地恢复到设定值并保持稳定；而动态响应速度则是指开关电源对设定值的变化能够迅速地响应。
在设计中，需要根据具体的应用需求和制约条件，选择合适的控制算法、滤波器和补偿网络等，以使开关电源控制环路设计达到较好的稳定性和动态响应速度。
总之，开关电源控制环路设计是一个复杂而关键的任务。
它需要综合考虑前馈环节、反馈环节以及稳定性和动态响应速度等因素，以实现开关电源的稳定性和输出精度要求。
开关电源设计(精通型)
开关电源设计（精通型）一、开关电源基本原理及分类1. 基本原理开关电源的工作原理是通过控制开关器件的导通与关断，实现电能的高效转换。
它主要由输入整流滤波电路、开关变压器、输出整流滤波电路和控制电路组成。
在开关电源中，开关器件将输入的交流电压转换为高频脉冲电压，通过开关变压器实现电压的升降，经过输出整流滤波电路，得到稳定的直流电压。
2. 分类（1）PWM（脉冲宽度调制）型开关电源：通过调节脉冲宽度来控制输出电压，具有高效、高精度等特点。
（2）PFM（脉冲频率调制）型开关电源：通过调节脉冲频率来控制输出电压，适用于负载变化较大的场合。
二、开关电源关键技术与设计要点1. 高频变压器设计（1）选用合适的磁芯材料，保证变压器在高频工作时的磁通密度不超过饱和磁通密度。
（2）合理设计变压器的绕组匝数比，以满足输出电压和电流的要求。
（3）考虑变压器损耗，包括铜损、铁损和杂散损耗，确保变压器具有较高的效率。
2. 开关器件的选择与应用（1）开关频率：根据开关电源的设计要求，选择合适的开关频率。
（2）电压和电流等级：确保开关器件能承受最大电压和电流。
（3）功率损耗：选择低损耗的开关器件，提高开关电源的效率。
（4）驱动方式：根据开关器件的特点，选择合适的驱动电路。
3. 控制电路设计（1）稳定性：确保控制电路在各种工况下都能稳定工作。
（2）精度：提高控制电路的采样精度，降低输出电压的波动。
（3）保护功能：设置过压、过流、短路等保护功能，提高开关电源的可靠性。
三、开关电源设计实例分析1. 确定设计指标输入电压：AC 85265V输出电压：DC 24V输出电流：4.17A效率：≥90%2. 高频变压器设计选用EE型磁芯，计算磁芯尺寸、绕组匝数和线径。
3. 开关器件选择根据设计指标，选择一款适合的MOSFET作为开关器件。
4. 控制电路设计采用UC3842作为控制芯片，设计控制电路，实现开关电源的稳压输出。
5. 实验验证搭建实验平台，对设计的开关电源进行测试，验证其性能指标是否符合要求。
开关电源PWM控制电路芯片的设计
开关电源PWM控制电路芯片的设计开关电源是现代电子设备中常见的电源类型，它具有高效、稳定的特点，因此在各种电子设备中被广泛应用。
而PWM（脉宽调制）控制技术则是开关电源中常用的一种控制方式，它通过调节开关管的导通时间来实现电源输出电压的稳定调节。
本文将介绍开关电源PWM控制电路芯片的设计原理和步骤。
在开关电源PWM控制电路芯片的设计中，首先需要确定所需的电源输出电压范围和稳定性要求。
根据这些要求，选择合适的功率开关管和电感元件，并根据输出电流和电源电压计算出所需的功率开关管电流和电感元件电感值。
接下来，设计PWM控制电路的核心部分——控制芯片。
常用的PWM控制芯片有TL494、UC3842等。
这些芯片具有丰富的功能和良好的稳定性，可满足大多数开关电源的控制需求。
选择合适的芯片后，需要根据电源输出电压范围和稳定性要求，调整芯片内部的参考电压和反馈电压，以实现所需的输出电压。
同时，根据电源输出电流和开关频率，设置芯片内部的电流限制和频率调节参数，以保证电源的稳定性和可靠性。
在设计完成后，需要进行电路的仿真和调试。
利用仿真软件，可以对电路进行各种参数的调节和优化，以达到更好的性能。
在进行实际调试时，需要对电路的各个部分进行逐步测试，包括输入滤波电路、PWM控制电路和输出滤波电路。
通过测量输出电压和电流的稳定性和纹波性，以及开关管和电感元件的工作状态，来评估电路的性能和稳定性。
最后，根据实际应用需求，选择合适的保护电路和反馈控制电路，以提高电路的可靠性和安全性。
常见的保护电路包括过流保护、过压保护和短路保护等，而反馈控制电路可以实现电源的恒压或恒流输出，以适应不同的负载需求。
综上所述，开关电源PWM控制电路芯片的设计需要根据电源输出要求选择合适的元件和芯片，进行仿真和调试，以实现稳定、高效的电源输出。
通过设计合理的保护电路和反馈控制电路，可以提高电路的可靠性和安全性。
这些设计原则和步骤对于开关电源PWM控制电路芯片的设计具有重要的指导意义。
开关电源设计步骤
开关电源设计步骤
1.需求分析（100字）
在设计开关电源之前，首先需要明确设计的目标和需求。
这包括输出电压、输出电流、输入电压范围、效率要求、输出电流稳定性等。
根据不同的需求，确定开关电源的拓扑和参数。
2.电路设计（300字）
在进行电路设计之前，需要选择开关电源的拓扑结构。
常见的拓扑结构有Buck、Boost、Buck-Boost、Sepic等。
根据需求和所选拓扑结构，设计主要电路模块包括开关管、滤波电感、修正电容、输出滤波电容等。
3.电路实现（300字）
根据电路设计确定的电路参数，在电路板上布线，连接各个器件和元件。
布线时需考虑到电路的稳定性和抗干扰能力。
注意分离高压和低压区域，减少互相干扰。
4.性能评估（200字）
完成电路实现后，需要进行性能评估，检验设计是否满足预期需求。
主要评估指标包括输出电压稳定性、负载调整能力、效率、开关频率、静态功耗、温度等。
通过测试数据和实际情况进行比较，查找问题和优化空间。
5.优化（200字）
根据性能评估的结果和问题分析，进行电路的优化。
优化可以包括改进布线、更换元器件、调整控制策略等。
目的是提高电路的性能，使其更加稳定、高效和可靠。
总结：
开关电源设计步骤包括需求分析、电路设计、电路实现、性能评估和优化。
通过明确需求，选择合适的拓扑结构，并根据电路设计参数进行电路实现，然后进行性能评估和优化。
这些步骤相互关联，需要不断地调整和优化，以得到满足需求的高性能开关电源设计。
开关电源制作设计(电路原理图+PCB)
一、工作原理我们先熟悉一款开关电源的工作原理，该电源可输出5V电压，如图1所示。
1. 抗干扰电路在电网输入端首先设置一个NTC5D-9负温度系数热敏电阻，作用是保护后面的整流桥，刚开机时热敏电阻处于冷态，阻值比较大，可以限制输入电流，正常工作时，电阻比较小。
这样对开机时的浪涌电流起到有效的缓冲作用。
电容CY1、CY2、CY3、CY4用以滤除从工频电网上进入开关稳压电源和从开关稳压电源进入工频电网的不对称杂散信号，电容CX1、CX2用以滤除从工频电网上进入开关稳压电源和从开关稳压电源进入工频电网的对称杂散信号，用电感L1抑制从工频电网上进入开关稳压电源和从开关稳压电源进入工频电网的频率相同、相位相反的杂散干扰电流信号。
采用高频特性好的瓷片电容和铁芯电感，实现开关稳压电源电路中的高频辐射不污染工频电网和工频电网上的杂散电磁波不会窜入开关稳压电源电路中而干扰和影响其工作，对高频分量或工频的谐波分量具有急剧阻止通过功能，而对于几百赫兹以下的低频分量近似一条短路线。
图1 开关电源的工作原理图2. 整流滤波电路在电路中D1、D2、D3、D4组成全桥整流电路，把输入的交流电压进行全波整流，然后用C1进行滤波，最后变成直流输出供电电压，为后级的功率变换器供电，整流滤波后的电压约为300V。
3. UC3842供电与振荡300V的脉动直流电压，此电压经R12降压后给C4充电，供电UC3842的7脚，当C4的电压达到UC3842的启动电压门槛值时，UC3842开始工作并提供驱动脉冲，由6脚输出推动开关管工作。
一旦开关管工作，反馈绕组的能量经过D6整流，C4滤波，又供电到UC3842的7脚，这时可以不需要R12的启动了。
C9、R11接UC3842的定时端，和内部电路构成振荡电路，振荡的工作频率计算为：f=1.8/（Rt*Ct）代入数据可计算工作频率：f=68.18K4. 稳压电路该电路主要由精密稳压源T L 4 3 1 和线性光耦P C 8 1 7 组成，假设输出电压↑→经过R 1 6 、R 1 9 、R20、RES3的取样电压↑→TL431的1脚电压↑，当该脚电压大于TL431的基准电压2.5V时，TL431的2、3脚导通，→通过光电耦合到UC3842的2脚，于是UC3842的6脚驱动脉冲的占空比↓→开关变压器T1绕组上的能量↓→输出电压↓，达到稳压作用；反之，假设输出电压下降，则稳压过程与上相反。
开关电源电路设计要点与调试
开关电源电路设计要点与调试开关电源是一种用于电子设备的电源供应，其具有高效率、稳定性和可调性等优点。
设计和调试开关电源时，需要注意一些重要要点。
一、开关电源设计要点：1.选择适当的拓扑结构：开关电源的拓扑结构有多种，如降压型、升压型、升降压型等。
要根据设备的功率需求和使用环境来选择合适的拓扑结构。
2.选择合适的功率器件：开关电源的功率器件主要包括开关管、二极管和变压器等。
需要选择具备合适功率和工作频率范围的器件，并且要考虑其可靠性和成本。
3.控制和保护电路设计：开关电源需要有稳定的控制和保护功能，如输出电压、电流的监测和调节，过载、过压、短路等故障的保护。
需要设计相应的反馈和控制电路，保证开关电源的可靠工作。
4.选择合适的滤波电路：开关电源在工作过程中会产生较大的开关干扰，需要采取合适的滤波措施，减小开关干扰对其他电子设备的影响。
5.选择合适的输出电容：开关电源的输出端需要连接电容进行滤波，以减小输出纹波。
应选择适当容量和质量的电容，保证输出电压稳定。
6.保证开关电源的安全性：开关电源设计时需要考虑一些安全因素，如避免触电危险、瞬态过电压保护等，保证电源的安全可靠性。
7.合理布局和散热设计：开关电源的布局设计要合理，器件的热量要及时散热，避免温度过高对电源稳定性的影响。
二、开关电源调试要点：1.确认电源输入输出参数：在开关电源调试之前，首先要明确电源的输入和输出参数，如输入电压范围、输出电压和电流等，以便调试和验证工作的正确性。
2.建立逐步调试的过程：开关电源调试时可以采用逐步调试的方法，即先调试一部分功能，然后逐渐增加其他功能的调试。
这样可以避免在调试过程中出现一些难以排查的问题。
3.注意开关电源的保护功能：在调试的过程中，要注意开关电源的保护功能是否正常，如过载、过压、短路等故障保护功能是否有效。
可以通过人工模拟故障情况进行测试。
4.确保开关电源的稳定性：开关电源在调试过程中需要保证输出电压和电流的稳定性。
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9
❖ 最大电流自动均流法原理 ❖ 均流母线电压正比于输出电流最大的电源的电流，即均流信
号为各电源电流的最大值。 ❖ 各电源调节自身电流方法：均流信号与本电源反馈电流信号
❖ 控制电路功能众多，相对复杂，设计内容复杂， 周期较长，甚至可能出现反复，有时一些参数的 确定还需要通过试验来得到。
2
§8.1 控制电路结构和主要组成部分的原理
❖ 控制电路的结构
uf 反馈 if
调节器
u* i*
基准源
PWM
驱动
去主电路
封锁信号 保护
电压/电流/温度
并机均流
连接并机线
图（8-1）
3
一、驱动电路
❖ 驱动电路是控制电路与主电路的接口，同开关电 源的可靠性、效率等性能密切相关。驱动电路需 要有很高的快速性，能提供一定的驱动功率，并 具有较高的抗干扰和隔离噪声能力。
二、调节器电路
❖ 调节器的作用是将给定量和反馈量进行比较和运 算，得到控制量。调节器的核心是运算放大器。
4
三、并机均流电路
护的限值。 ❖ 原理：
图（8-2）
UA*R4/(R3+R4)高于UH→比较器翻转→输出电压Uo变 为电源电压UCC。(虚断)
输入电压回落，UA+R3*(UCC-UH)/R4低于UH→比较 器再次翻转→输出电压Uo回到零。（虚短）
14
❖ 典型的过电流锁存电路
❖ 电流互感器的一次侧串 入主电路中，变压器一次 is
❖ 输入过电压、输入欠电压、过热保护电路中，应 采用滞环比较器，以便在故障情况消失后，电源 可以自动恢复工作。
❖ 过电流保护电路应采用锁存器将过电流信号锁存。 并且，锁存器应附加复位电路，以便在故障排除 后重新开始工作，或者采用时间较长的延时复位 电路，以降低过电流保护的频度。
❖ 输出过电压和欠电压通常由电源或负载的严重故 障引起，也应采用锁存器将故障信号锁存，一旦 出现，应立即停机报警，等待人工干预。
11
四、保护电路
❖ 控制电路应包含保护电路，保护电路包含自身保护 和负载保护两方面的功能。一旦出现故障，立即使 开关电路停止工作，并以声或光的形式报警，以保 证在任何情况下，自身不损坏，并且不损坏负载。
自我保护功能：
❖输入过电压
❖系统过热
❖输入欠电压、过电流
负载保护功能：
❖输出过电压
❖输出欠电压
12
第8章 控制电路的设计
§引言 §8.1 控制电路结构和主要组成部分的原理 §8.2 电压模式控制电路的设计 §8.3 峰值电流模式控制电路的设计 §8.4 平均电流模式控制电路的设计
1
§言
❖ 开关电源的主电路主要处理电能，而控制电路主 要处理电信号，属于“弱电”电路，它控制着主 电路开关器件的工作。电源的很多指标，如稳压 稳流精度、纹波、输出特性等也与控制电路相关。 控制电路的设计质量对电源的性能至关重要，是 设计工作的重点。
之差乘以比例系数，加到本电源的电压给定中。当误差增大 时，本电源电压给定略微提高，使得本电源开环电压提高， 分得更多的负载电流。 ❖ 缺点：通过调节电压给定来调节输出电流，会造成输出电压 的波动，影响稳压精度；同时若比例系数过大，则会造成输 出电压竞相上升，可能导致严重事故。若限定电压范围，则 当均流电路调节能力达到极限时，电源只能退出均流。
流变化而变化的程度，即两者之比称为输出电压调整率， 它反映了电源等效内阻的大小。人为增大各电源等效内
阻，并保证一定的一致性。）
8
主从方式均流（主控制器稳压，其电压调节器输出作为 其他从控制器的电流参考信号，其他从电源按照电流源 运行，均流精度高，可达0.5%。缺点是主控制器一旦损 坏，则系统瘫痪。）
13
❖ 典型的过电压保护电路
❖ R1、R2构成的分压电路作为
输入电压Ui的检测电路，A
R4
点电压为UA=UiR2/(R1+R2)，R3、Ui R4、 RP与比较器C1构成滞环
R1
A R2
R3 Ucc
Ucc
+ - C1
Uo
比较电路，环宽为UCCR3/R4。
RP UH
调节RP可以改变过电压保
GND
GND
7
❖ 电源并联后输出电流不相等的原因： 在输出电压相同的条件下，电压调节器误差信号 不同，这反映了电路参数的分散性。
❖ 为了补偿这种分散性，使各电源的输出电流相等， 并且电压调节器误差信号都等于零。必须采取控制 措施—设置均流电路。
❖ 并联均流方式可以分为： 利用输出电压调整率均流（电源输出电压随输出电
6
并联冗余运行 ❖N+M个电源并联工作，每个电源的功率为负 载最大功率的1/N。运行时，每个电源平均 承担负载功率。 ❖特点：发生故障的电源数量小于等于M时， 电源系统仍能提供负载所需的全部功率。电 源数量多，成本更高。用于可靠性要求非常 高的场合。
❖ 为了达到可靠性目的，应尽量使并联运行的每个 电源的输出电流分配均衡。
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自动选主的主从均流法原理 各电源公用一个电压调节器，其输出作为电源的电流给
定，每个电源含有电流调节器，由于每个电源的电流给 定相同，因此各自输出电流是一样的。实际系统中，每 个电源都含有电压调节器，在运行时电压调节器都处于 工作状态，其输出通过均流母线仲裁处最大值，对应最 大值的是主机，其他电源为从机。 ❖ 注意：均流电路的设计，不仅要使各并联开关电源模块在正 常工作情况下能够均流运行，而且应该考虑当本模块发生故 障时，不应显著影响其他模块的工作。
❖ 开关电源经常需要并机组成系统运行，以获得更 大的容量和更高的可靠性。
❖ 根据各种负载对供电可靠性要求的不同，电源可 以采用以下几种不同的运行方式： 单机运行 ❖采用单一电源向负载供电。 ❖特点：结构简单、成本低、但可靠性不高， 一旦电源发生故障，供电中断。
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并机均流控制的原理
并联运行 ❖N个电源并联构成的电源系统向负载供电，每 个电源的功率为负载所需功率的1/N。 ❖特点：每个电源发生故障时，供电不中断，仅 是最大供电能力有所降低。电源数量多，成本 上升。用于可靠性要求较高的场合。
uR1
+C
R1 uH - 1
侧支路或开关支路，用