开关型稳压电源
开关稳压电源的工作原理
开关稳压电源的工作原理
开关稳压电源的工作原理是通过采用开关器件（如MOSFET 等）和一系列电子元器件来控制输入电压的开关状态，从而实现对输出电压的稳定调节。
工作原理如下：
1. 输入电压经过整流（如桥式整流电路）并通过滤波电容进行滤波处理，以去除电源中的交流成分和波动。
2. 基于控制电路内部的反馈机制，比较输入电压与期望输出电压之间的差异，以确定开关器件的开关状态。
3. 当输入电压过低时，控制电路将开关器件导通，让电流通过电感储能，进而提高输出电压。
4. 当输入电压过高时，控制电路将开关器件断开，使电感储能的电流通过输出电容器供电，从而降低输出电压。
5. 控制电路根据反馈信息连续地监测和调整开关器件的开关状态，以使输出电压始终维持在设定的稳定值。
6. 为了提供更加稳定的输出电压，开关稳压电源通常还包括过电压保护、过载保护、短路保护等功能。
通过不断地开关和调整开关器件的状态，开关稳压电源可以实
现对输入电压的有效调节，从而保证输出电压的稳定性和可靠性。
全桥型开关稳压电源设计
电力电子课程设计说明书全桥型开关稳压电源设计摘要本次课程设计了一台输出电压为48V稳压范围宽、大功率的全桥型开关稳压电源、并给出了设计波形图。
该课程设计主要运用了软开关PWM技术。
给出了全桥整流电路、逆变电路驱动电路、控制电路的具体设计方法。
本全桥型开关稳压电源最大功率达1000W，输出电流约为20A，设计采用了AC／DC／AC／DC变换方案。
一次整流后的直流电压，经过有源功率因数校正环节以提高系统的功率因数，再经全桥变换电路逆变后，由高频变压器隔离降压，最后整流输出直流电压。
在设计中首先画出主电路图，主电路图由整流电路、逆变电路组成。
全桥电路的开关元件使用的是MOSFET。
全桥移相电路采用UC3875控制芯片，并作数据处理，MATLAB仿真作出了不同角度的仿真波形图。
并说明其工作原理，再通过基本计算，选择触发电路和保护电路的结构以及晶闸管的型号和变压器的变比及容量，完成本设计的任务。
关键词：开关电源；全桥；PWM控制电路；整流；逆变；高频变压器ABSTRACTThe curriculum design a output voltage 48V voltage wide range, high power full bridge switch regulated power supply and given the waveform diagram is designed.This course design mainly uses the soft switch PWM technology. The design method of the circuit and the control circuit of the whole bridge rectifier circuit and the inverter circuit are given.. The full bridge switch regulated power supply maximum power up to 1000W, output current is about 20a, designed using AC / DC / AC / DC converter scheme. A rectified DC voltage, by means of active power factor correction link to improve the power factor of the system, again after full bridge converter inverter circuit, by the high frequency transformer isolated buck. Finally, the output DC voltage.In the design, the main circuit diagram is drawn, the main circuit diagram is composed of the rectifier circuit and the inverter circuit.. The switching element of the whole bridge circuit is MOSFET. The full bridge phase shifted circuit uses UC3875 control chip, and data processing, MATLAB simulation to make a different angle of the simulation waveforms. And explain its working principle, again through the basic calculation, select trigger circuit and protection circuit structure and thyristor model and transformer ratio and capacity, complete the design task.Key words switching power supply; full bridge; PWM control circuit; rectifier; inverter; HF transformer目录第一章绪论 (1)1.1 开关电源概况 (1)1.2 本文设计内容 (2)第二章开关稳压电源电路设计 (3)2.1 开关稳压电源总体设计方案 (3)2.1.1 全桥稳压电路总体结构图及其说明 (3)2.1.2 总体方案论证 (3)2.2 开关稳压电源具体电路设计 (3)2.2.1 整流电路设计 (3)2.2.2 逆变电路设计 (4)2.2.3 驱动电路设计 (5)2.2.4 全桥移相开关控制电路 (5)2.3 高频变压器变比及容量 (8)2.4 系统仿真及波形 (9)2.4.1 MATLAB仿真软件介绍 (9)2.4.2 仿真电路图...............................................................10 2.4.3 仿真分析 (11)第三章课程设计总结 (14)参考文献 (15)致谢 (17)第一章绪论1.1开关电源概况随着电力电子技术的高速发展，电力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80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，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、电子检测设备电源、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。
开关型稳压电源的工作原理
开关型稳压电源的工作原理开关型稳压电源是一种通过开关元件进行高效能稳压的电源设备。
它采用开关元件（ 通常为晶体管或MOSFET）以高频率开关的方式来调整输出电压，从而实现稳压。
以下是开关型稳压电源的主要工作原理：1.整流：首先，交流电源输入会经过整流电路，将交流电转换为直流电。
这通常使用整流桥等元件实现。
2.滤波：直流电经过整流后可能会包含一些脉动成分，为了去除这些脉动，通常使用滤波电容进行滤波处理，使输出电压更趋于稳定。
3.开关调节：开关型稳压电源的核心是开关调节部分。
这部分包括一个开关元件（通常为晶体管或MOSFET）、一个能够调整开关频率的控制电路和一个输出变压器。
4.开关频率调节：控制电路会根据输出电压的变化情况，调整开关频率。
通过高频率的开关操作，可以更精细地控制输出电压，实现稳压。
5.变压器工作：输出变压器是一个重要的组成部分，通过开关调节，可以改变变压器的工作状态，从而调整输出电压。
通过变压器的变压比例，可以实现输出电压的调节。
6.反馈控制：稳压电源通常采用反馈控制，通过比较输出电压与设定的目标电压，产生一个误差信号。
这个误差信号用于调整开关频率，使输出电压保持稳定。
7.过载和过压保护：开关型稳压电源通常配备有过载和过压保护机制，以防止电源或负载发生故障时损坏设备。
这些保护机制可以通过监测电流和电压进行触发。
8.输出滤波：最后，输出电压还可能通过输出滤波电路进行进一步的滤波，以确保输出信号的纯净性。
开关型稳压电源以其高效能和小体积的特点在电子设备、通信设备、计算机等领域得到广泛应用。
由于采用开关调节的方式，开关型稳压电源相比线性稳压电源能够更有效地调整电压，减少功耗和体积。
开关型直流稳压电源的工作原理
开关型直流稳压电源的工作原理“哇塞，你们知道那个神奇的小盒子是干啥的不？”有一天，我和小伙伴们在我家做作业，突然停电了。
这时候，我爸爸拿出一个小盒子，接上一些线，然后灯就亮了。
我们都好奇得不得了，这到底是啥玩意儿呢？这个小盒子呀，就是开关型直流稳压电源。
它就像一个小魔法师，能把电变得稳稳当当的。
它有几个关键部件呢。
有个大大的变压器，就像一个大力士，能把电压变高或者变低。
还有一些电容和电感，就像小卫士一样，能把电变得更平滑。
那它是咋工作的呢？首先，它从插座里把电吸进来，就像小怪兽吃东西一样。
然后变压器开始工作啦，把高电压变成我们需要的低电压。
接着，电容和电感就上场了，它们把电变得滑溜溜的，没有一点波浪。
最后，稳稳的直流电就出来啦，可以给我们的台灯、电脑啥的供电。
开关型直流稳压电源的主要技术可厉害啦。
它就像一个聪明的小精灵，能快速地开关电，把不好的电都挡在外面。
它通过不断地开关，把交流电变成直流电，还能把电压稳定在一个固定的值。
就像我们玩游戏的时候，要遵守规则一样，电也得有个规矩，不能乱跳乱蹦。
这个小魔法师一样的电源在我们生活中的应用可多啦。
比如说，我们的手机充电器就是一种开关型直流稳压电源。
它能把家里的交流电变成手机需要的直流电，让我们的手机能充上电。
还有我们的电脑也需要它，没有它，电脑就没法工作啦。
就像我们人需要吃饭才能有力气一样，这些电器也需要稳定的电才能好好工作。
我觉得开关型直流稳压电源真的好神奇呀，它虽然小小的，但是作用可大啦。
它能让我们的生活更方便，让我们的电器都能好好工作。
我们应该好好爱护它，让它为我们的生活带来更多的好处。
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。
开关型稳压电源的设计
1．3.1 开关稳压电源的原理
开关型稳压电源的原理可用图 1.3.1 的电路加以说明。它由调整管、滤波电 路、比较器、三角波发生器、比较放大器和基准源等部分构成。
图 1.3.1 开关型稳压电源原理图
三角波发生器通过比较器产生一个方波vB，去控制调整管的通断。当调整管 导通时，向电感充电。当调整管截止时，必须给电感中的电流提供一个泄放通路。 续流二极管D即可起到这个作用，有利于保护调整管。根据电路图的接线，当三 角波的幅度小于比较放大器的输出时，比较器输出高电平，（输出波形中电位水 平高于高电平最小值的部分，对方波而言，相当方波存在的部分）。对应调整管
各点波形见图 1.3.2。由于调整管发射极输出为方波，有滤波电感的存在， 使输出电流iL为锯齿波，趋于平滑。输出则为带纹波的直流电压。 忽略电感的 直流电阻，输出电压VO即为vE的平均分量。于是有
q 称为占空比，方波高电平的时间占整个周期的百分比。在输入电压一定时， 输出电压与占空比成正比，可以通过改变比较器输出方波的宽度（占空比）来控 制输出电压值。这种控制方式称为脉冲宽度调制（PWM）。
8
图 1.3.2 开关电源波形图
由以上分析可以得出如下结论：
1． 调整管工作在开关状态，功耗大大降低，电源效率大为提高；
2． 调整管在开关状态下工作，为得到直流输出，必须在输出端加滤波器；
3． 可通过脉冲宽度的控制方便地改变输出电压值；
4． 在许多场合可以省去电源变压器； 5． 由于开关频率较高，滤波电容和滤波电感的体积可大大减
目前，由于国内微电子技术、阻容器件生产技术以及磁性材料技术与一些技 术先进国家还有一定的差距，因而造价不能进一步降低，也影响到可靠性的进一
《开关型稳压电源》PPT课件
i1
VD4
VD2
uin
uo
i1
i2
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
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
)toff
+
1 T
(VI
VCES
)ton
q称为占空比
方波高电平的时 间占整个周期的 百分比。
VI
ton T
VI
q
在输入电压一定时， 输出电压与占空比成正比。
可以通过改变比较器输出方波的宽度（占空比）
来控制输出电压值。这种控制方式称为脉冲宽度调制
(PWM)。
由以上分析可以得出如下结论：
1．调整管工作在开关状态，功耗大大降低， 电源效率大为提高；
V3和V4是或非门的输出，只要或非门的输入端有高电 平，它的输出即为低电平。 V3和V4的输出由V2、CP、Q或Q 决定。因Q和Q只能有一个是高电平，T2和T1不可能同时导 通。 T1和T2只能按推挽方式工作，轮流交替导通。
SG3524电路控制过程的波形如图10.27所示。 锯齿波由振荡器提供，V1是误差放大器的输出，它们一
10.5 开关型稳压电源
为解决线性稳压电源功耗较大的缺点，研制了开 关型稳压电源。开关型稳压电源效率可达90%以上， 造价低，体积小。现在开关型稳压电源已经比较成熟， 广泛应用于各种电子电路之中。开关型稳压电源的缺 点是纹波较大，用于小信号放大电路时，还应采用第 二级稳压措施。
10.5.1 开关型稳压电路的工作原理 10.5.2 集成开关型稳压器
由于SG3524可在较高的频率下工作，T1和T2 应选用高频 开关管。变压器应采用高频变压器，滤波电感和滤波电容都 可以选用较小的数值。
此课件下载可自行编辑修改，此课件供参考！ 部分内容来源于网络，如有侵权请与我联系删除！
2．调整管在开关状态下工作，为得到直流输出， 必须在输出端加滤波器；
3．可通过脉冲宽度的控制方便地改变输出电压值； 4．在许多场合可以省去电源变压器； 5．由于开关频率较高，滤波电容和滤波电感的体
积可大大减小。
10.5.2 集成开关型稳压器
(1)开关稳压电源概述
集成开关稳压器，一般有两大类型。一类是包 括调整管在内的集成开关稳压器;另一类称为开关电 源控制器，它不包括调整管。
反之，当VO 增加时，反 馈电压增加， V１输出减小， T1和T2的导 通时间减小， 输出电压VO 减小。
图图1106.2.156 开SG关35稳24压的电内源部应方用框电图路
当三极管的电流过大时，电阻R9上的压降增加到使限流 运算放大器的输出为低，即V1在大大下降， 使T1和T2 关断。
SG3524的10脚也有保护功能，当10脚加高电平时，可 以强迫V1下降， T1和T2关断。10脚与4脚可实现双重保护。
当V1降低时， V2加宽， T1和T2的宽度变窄，导通时间减 小。反之，当V1增加时， T1和T2 的导通时间增加。
(3) SG3524构成的开关稳压电源
现在来讨论3524构成的开关稳压电源的工作原理。 设负载电流加大，VO下降，反馈电压减小，误差放大器的 输出V1增加， T1和T2的导通时间增加，输出电压VO增加。
图10.25 SG3524的内部方框图
SG3524构成开关稳压电源的典型电路如图10.26所示。 图10.26 开关稳压电源应用电路
3524从11和14脚输出在时间上互相错开的两路控制信号，
其开关频率由6和7脚外接的RT和CT决定。1和2脚是内部运算放 大器的输入端，R1和R2构成反馈回路。16脚是基准源，由R3和 R4给误差运算放大器提供一个与反馈信号比较的给定电压。
起加到比较器上。 V2是比较器的输出。振荡器输出的时钟驱 动T '触发器，CP、Q和V2 的或非是V3，决定T1的通断。CP、 Q和V2 的或非是V4，决定T2的通断。由于Q和Q等宽，加上V2 的存在，所以V3和V4这两路信号之间有一定的死区，以保证 T1和T2 管不会同时导通。
图10.27 SG3524的波形图
推挽或单端 推挽 推挽 _
表中前三个是开关电源控制器，后一个是单片开关电源稳压器。
(2)开关稳压电源控制器SG3524
利用开关电源控制器可以方便地构成开关电源。 SG3524 是一个典型的性能优良的开关电源控制器，其内部的结构框图 如图10.25所示。
它的内部 包括误差放大 器、限流保护 环节、比较器、 振荡器、触发 器、输出逻辑 控制电路和输 出三极管等环 节。
根据电路图的接线，当三角波的幅度小于比较 放大器的输出时，比较器输出高电平，对应调整管
的导通时间为ton；反之输出为低电平，对应调整管 的截止时间toff。
为了稳定输出电压，应按电压负反馈方式引入反
馈，以确定基准源和比较放大器的连线。设输出电
压增加，FVO增加，比较放大器的输出Vf减小，比较 器方波输出的toff增加，调整管导通时间减小，输出 电压下降。起到了稳压作用。
实际上就是一个脉冲宽度调制（PWM）控制器， 经常也用于其脉宽调制场合。
典型的开关电源控制器和开关电源见下表
型号
TL494 SG3524 SG3525 LM2575
电源范围/V
7～40 8～35 8～35 3.5～35
最大输出电流 /A
0.2 0.1 0.5
1
内部参考源 /V
5 5 5 1.23
输出级形式
各点波形见图10.24。由于调整管发射极输出为方 波，有滤波电感的存在，使输出电流iL为锯齿波，趋 于平滑。输出则为带纹波的直流电压。
分 析 见 下 页
图10.24 开关电源波形图
忽略电感的直流电阻，输出电压VO即为vE的平均分 量。于是有
VO
=
1 T
t1
0
vEdt
1 T
T
t1
vE
dt
1 T
(VD
10.5.1 开关型稳压电路的工作原理
开关型稳压电源的原理可用图10.23的电路加以 说明。它由调整管、滤波电路、比较器、三角波发 生器、比较放大器和基准源等部分构成。
图10.23 开关型稳压电源原理图
三角波发生器通过比较器产生一个方波vB，去控制 调整管的通断。调整管导通时，向电感充电。当调整管 截二止极时管，D即必可须起给到电这感个中作的用电电相平当，平当流最方有最方输小波输提大波出利值存出供值不波的在波于一的存形部的形保个部在中分部中护泄分的电，分电调，部位放对。位整对分水方水通方。平管波平路波低而高。。而于言于续言低，高流，相电