小功率开关电源课程设计报告
课程设计--小功率开关电源--施小锋

电力电子应用课程设计报告院系电子与电气工程学院专业电气工程及其自动化班级电气1094 学号 ********** 姓名施小锋2012 年3 月课题摘要随着开关电源在计算机、通信、航空航天、仪器仪表及家用电器等方面的广泛应用, 人们对其需求量日益增长, 并且对电源的效率、体积、重量及可靠性等方面提出了更高的要求。
开关电源以其效率高、体积小、重量轻等优势在很多方面逐步取代了效率低、又笨又重的线性电源。
电力电子技术的发展,特别是大功率器件IGBT和MOSFET的迅速发展,将开关电源的工作频率提高到相当高的水平,使其具有高稳定性和高性价比等特性。
开关电源技术的主要用途之一是为信息产业服务,信息技术的发展对电源技术又提出了更高的要求,从而促进了开关电源技术的发展。
本次设计采用典型的反激式开关电源结构设计形式,以UC3842作为控制核心器件,运用脉宽调制的基本原理,并采用辅助电源供电方式为其供电,有利于增大主电源的输出功率。
采用场效应管作为开关器件,其导通和截止速度很快,导通损耗小,这就为开关电源的高效性提供保障。
同时,电路中辅以过压过流保护电路,为系统的安全工作提供保障,本电路注意改善负载调整率,降低了电磁串扰,达到绿色环保的目的。
输出电压可调,使其可适用于不同场合。
目录1 引言 (1)2 系统方案选择和论证 (1)2.1 设计要求 (1)2.2系统基本方案 (1)2.3方案选择和论证 (2)2.3.1 主电路方案 (2)2.3.2 主电路功率模块 (6)2.3.3 控制电路的选择 (8)2.3.3 系统方案确定 (9)3 系统设计与实现 (9)3.1系统硬件的基本组成 (9)3.2 主要单元的电路设计 (9)3.2.1 主要电路部分电路设计 (9)3.2.2 控制回路单元的设计 (14)4 主要元件介绍 (16)4.1 光电耦合器 (16)4.2肖特基二极管 (17)4.3 基准电压 (18)4.4 UC3842介绍 (19)结论............................................................................................ 错误!未定义书签。
小功率开关电源的设计

小功率开关电源的设计专业:电子信息工程姓名:陈建厂题目:小功率开关电源的设计日期:2011年1月22 日摘要本论文围绕当前流行的单片开关电源芯片进行的小功率通用开关稳压电源的设计与制作。
该开关电源共选用3片主要的集成电路——TOP246Y型6端单片开关电源、线性光耦合器PC817A及可调式精密并联稳压器TL431。
利用TOP246Y型6端单片开关电源的PWM技术控制开关的占空比来调整输出电压的,以达到稳定输出的目的。
设计主要完成的内容有:(1)根据设计需要选择开关电源电路;(2)设计输入整流滤波电路,并确定相关器件参数;(3)基于TOP246Y的开关电源设计(4)设计高频变压器,计算确定变压器的变比与绕线匝数;(5)设计输出整流滤波电路,并确定相关器件参数;关键词:单片开关电源;PWM;占空比;高频变压器2.1 开关电源的基本工作原理开关稳压电源的电路原理框图如图2.1.1所示。
图2.1.1 开关电源电路框图交流电压经整流电路及滤波电路整流滤波后,变成含有一定脉动成份的直流电压,该电压通过功率转换电路进人高频变换器被转换成所需电压值的方波,最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。
反馈控制电路为脉冲宽度调制器,它主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成。
这部分电路目前己集成化,制成了各种开关电源专用集成电路。
控制电路用来调整高频开关元件的开关时间比例,以达到稳定输出电压的目的。
2.2开关电源的种类选择1. 单端反激式开关电源单端反激式开关电源的典型电路如图2.2.1所示。
电路中所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。
所谓的反激,是指当开关管VT1导通时,高频变压器T 初级绕组的感应电压为上正下负,整流二极管VD1处于截止状态,副边上没有电流通过,能量储存在高频变压器的初级绕组中。
图2.2.1 单端反激式开关电源2. 单端正激式开关电源单端正激式开关电源的典型电路如图2.2.2所示。
开关电源课程设计报告书

12八、心得体会14、引言 1.1设计背景 1.2设计基本要求二、 功率开关管的选择 误!未定义书签。
三、 U C3842简介••… 错误!未定义书签。
3.1 UC3842的结构 3.2 UC3842的功能 四、变压器设计.五、光耦信号传输电路5.1保护采样电路 5.2微机处理芯片电路 5.3变频器的控制方式选择 六、输出滤波电路目录4.1 估算输入和输出功率 4.2 计算最小和最大输入电流 4.3 计算脉冲信号最大占空比4.4 磁芯参数确定方法 错误!未定义书签。
错误!未定义书签。
1110一、引言1.1设计背景开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关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MOSFE构成。
随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术也在不断地创新。
目前,开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用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方式。
单管的DC/DC转换器有正激式(Forward)和反激式(Flyback )两种。
双管DC/DC转换器有双管正激式(DoubleTransistor Forward Converter),双管反激式(Double Transistr Flyback Converter )、推挽式(Push-Pull Converter) 和半桥式(Half-Bridge Converter )四种。
四管DC/DC转换器就是全桥DC/DC转换器(Full-Bridge Converter )。
开关电源的工作过程相当容易理解,在线性电源中,让功率晶体管工作在线性模式,与线性电源不同的是,PWMf关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态,在这两种状态中,加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的(在导通时,电压低,电流大;关断时,电压高,电流小) /功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗。
基于THX208小功率开关电源设计说明

基于THX208⼩功率开关电源设计说明理⼯⼤学课程设计报告题⽬:基于THX208⼩功率开关电源设计专业:班级:姓名:学号:指导教师:2017年 1⽉⽬录⼀、设计要求 (2)⼆、设计⽬的 (2)三、设计的具体实现 (2)1. 系统概述 (2)2. 单元电路设计 (3)四、结论与展望 (22)五、⼼得体会及建议 (23)六、参考⽂献 (24)七、附录 (24)1、作品照⽚ (25)2、原理图 (26)3、源程序清单 (27)4、答辩PPT缩印稿 (30)基于THX208⼩功率开关电源设计--电路设计⼀﹑设计要求熟读详细使⽤⼿册,搭建电路实现5V/3W的开关电源,根据控制芯⽚原理,设计合理的辅助电路,通过计算和仿真分析,得到系统优化参数。
掌握开关电源设计的核⼼技术,并对过程做了详细阐述。
1.根据需要选择开关电源的拓扑结构2.基于THX208设计开关电源的控制核⼼部分3.输出电压可调围: +5V4.输出 5V 0.5A, CC/CV⼆、设计⽬的(1)利⽤所学开关电源的理论知识进⾏硬件整体设计,锻炼学⽣理论联系实际、提⾼我们的综合应⽤能⼒。
(2)我们这次的课程设计是以THX208为基础,设计并开发⼩功率开关电源。
(3)掌握各个接⼝芯⽚(如THX208等)的功能特性及接⼝⽅法,并能⽤其实现⼀个简单的应⽤系统。
三、设计的具体实现1.系统概述①开关电源是利⽤现代电⼒电⼦技术,控制开关开通和关断的就、时间⽐率,维持稳定输出电压的⼀种电源,开关电源是⼀般⼜脉冲宽度调制(PWM)控制IC 和MOSFET构成。
开关电源主要是进⾏交流/直流、直流/直流、直流/交流功率转换的装置,通过对主变换回路以及控制回路的控制完成⼀系列的变换。
主变换回路将输⼊的交流电转换后传递给了负载,所以它决定了开关电源电路的结构形式、转换要求以及负载能⼒等⼀系列的技术指标;⽽控制回路是按照输⼊,输出技术指标的要求来进⾏检测,控制主变换回路的⼯作状态。
开关电源课程设计报告

电力电子课程设计报告题目:开关电源课程设计专业:电气自动化班级:电气1012学号:日期:2011 年11月16日一、设计要求(1)输入电压:AC220±10%V(2)输出电压: 12V(3)输出功率:12W(4)开关频率: 80kHz二、反激稳压电源的工作原理图2-1 反激稳压电源的电路图三、反激电路主电路设计(1)(1)Np-=+(3-1)Vdc Ton Vo TrNsm1.反激变压器主电路工作原理反激式变换器以其电路结构简单,成本低廉而深受广大开发工程师的喜爱,它特别适合小功率电源以及各种电源适配器.但是反激式变换器的设计难点是变压器的设计,因为输入电压范围宽,特别是在低输入电压,满负载条件下变压器会工作在连续电流模式(CCM),而在高输入电压,轻负载条件下变压器又会工作在不连续电流模式(DCM);另外关于CCM模式反激变压器设计的论述文章极少,在大多数开关电源技术书籍的论述中, 反激变压器的设计均按完全能量传递方式(DCM模式)或临界模式来计算,但这样的设计并未真实反映反激变压器的实际工作情况,变压器的工作状态可能不是最佳.因此结合本人的实际调试经验和心得,讲述一下不完全能量传递方式(CCM) 反激变压器的设计.1)工作过程:S 开通后,VD 处于断态,W1绕组的电流线性增长,电感储能增加; S 关断后,W1绕组的电流被切断,变压器中的磁场能量通过W2绕组和VD 向输出端释放。
反激电路的工作模式:反激电路的理想化波形S i S i V D t ot o fft t t tO OO O 反激电路原理图电流连续模式:当S 开通时,W2绕组中的电流尚未下降到零。
输出电压关系: 电流断续模式:S 开通前,W2绕组中的电流已经下降到零。
输出电压高于式(8-3)的计算值,并随负载减小而升高,在负载为零的极限情况下,….因此反激电路不应工作于负载开路状态。
B B SBH图 8-18 磁心复位过2. 设计原则和设计步骤变压器设计步骤:1)计算原边绕组流过的峰值电流。
小功率开关电源课程设计报告

1.2整流滤波电路………………………………………………………………11
2控制电路设计……………………………………………………………………12
2.1 UC3842的特点………………………………………………………………12
2.2UC3842的引脚排列及内部框图…………………………………………13
《电力电子技术》
课程设计报告
题目:小功率开关电源的设计
华中科技大学
第1章课程设计目的……………………………………………………………………4
第2章课程设计题目描述与要求……………………………………………………4
1题目描述……………………………………………………………………4
2设计要求………………………………………………………………………5
(3)稳压范围宽。开关电源的交流输入电压在90~270 V内变化时,输出电压的变化在±2%以下。合理设计开关电源电路,还可使稳压范围更宽并保证开关电源的高效率;
(4)安全可靠,具有各种保护功能。在开关电源中,由于可以方便地设置各种形式的保护电路,因此当电源负载出现故障时,能自动切断电源,保障其功能可靠;
本次课程设计的安排旨在提升学生的动手能力,加强大家对专业理论知识的理解和实际运用,通过团队成员之间的密切配合,加强团员的合作协调能力。通过本次课程的历练,加强大家的自学能力,为大家做毕业设计做很好的铺垫。
第2章课程设计题目描述与要求
1题目描述
开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源。
图2.2开关电源的工作原理
上图中,a图为电路图,b图为波形图。
小功率开关电源设计
输出电路:用于将高频方波脉冲电压经整流滤波后变成直流电压输出。
控制电路:输出电压经过分压、采样后经此电路与基准电压进行比较、放大。
频率振荡发生器:由频率震荡发生器产生一种高频波段信号,该信号与控制信号叠加进行脉宽调制,达到脉冲宽度可调。
电能的转换通常使用高频电子开关,在它的一个开关周期T内,其接通时间 与整个周期之比称为接通占空比,即接通占空比D= /T,开关断开时间 与周期之比称为断开占空比,即断开占空比D'= /T。容易知道,D越大,负载上的电压就越高,这表明电子开关接通时间越长,负载感应电压、工作频率越高,这有助于开关电源的高频变压器实现小型化和增加能量传递速度。但同时开关电源中断开关功率管、高频变压器、控制集成电路以及输入整流二极管的发热量也会变高、加大损耗。
2.
2.1
开关电源的核心电路是开关电源中的电力电子电路,即主电路。对不同种类开关电源主电路的工作原理有深入的理解,是进行开关电路选型的基础,也是主电路和控制电路设计的基础。
根据电路是否具有回馈能力、输入端和输出端是否电气隔离以及电路的结构形式等三个原则,可以将开关电源中的电力电子电路分为不同的种类。不同种类的电路有着不同的特点和应用场合。总的来说,非回馈型的电路要比回馈型的电路结构简单、成本低,而绝大部分应用不需要开关电源具备回馈能力,所以,非回馈型的电路应用远比回馈型的电路广泛。非隔离型的电路要比隔离型的电路结构简单、成本低,但多数应用需要开关电源的输入端与其输出端隔离,或需要多组相互隔离的输出,因此,隔离型的电路应用更为广泛。
The thesis, completed the following:
(1)Need to select the switching power supply topology;
哈工大电力电子课程设计报告-小功率开关电源
1 R1 的功率 PR1 C1Vs 2 f 0.225 W 2
式中: 最小关断时间 toff (1 Dmax ) 缓冲电容 C1 = 0.01 μF 二极管型号:HER107
1 10 μs f
3
哈尔滨工业大学课程设计说明书(论文)
图 1 反激式变换器原理图
1.2
变压器参数计算
(1) . 计算原边绕组流过的峰值电流
I P 2 P0 /(Vs (min) Dmax ) 2 4.8 /(20 0.5) 0.98 A
式中 Po U o I o 16 (0.15 0.05 0.05 0.05) 4.8 W,为总输出功率
1.72 知,取 CT 102 ,则 RT 约为 35K,调节电位器 R7 使 RT CT
得输出 PWM 的频率约为 50K ,同时要注意输出 PWM 的幅值不能太高, 若太高则可能在接入开关管整机调试时烧毁开关管,取为 15V 即可。然后 调节电位器 R6 使得 R 6 4K ,使得在接入开关管后,辅助供电绕组的输出 电压约为 15V。
表 1 输出电压与负载电流关系
负载电流(mA)
20
40 16.1
60 16
80 15.9
100 15.8
输出电压(V) 16.2
为了调整负载调整率使得电源的带载能力更优,可以考虑更换变压器, 将绕组绕得更紧一些,同时可以加大输出虑波电容的容值,适当调整变压 器原边的缓冲电路参数及补偿回路参数。
7
哈尔滨工业大学课程设计说明书(论文)
S1 (d / 2) 2 0.075mm 2
原边绕组的截流面积 S w I P / J 0.96 / 4 0.24mm 2 则原边所需导线股数 nw (5) . 计算气隙长度
小型开关电源设计报告
目录第一章、分析开关电源的结构及功能 (5)1 开关电源的功能................. 错误!未定义书签。
2 开关电源的结构................. 错误!未定义书签。
3 开关电源的工作原理............. 错误!未定义书签。
第二章、介绍小型开关电源设计要求和方案选择.. (7)1 设计要求 (7)2 设计条件 (7)3 方案选择 (7)第三章、小型开关电源主电路设计 (7)1 主电路及主开关的选用和原则 (7)2 主电路的设计及分析 (8)3 元器件定额及选型 (10)第四章、小型开关电源控制电路设计及元器件选型 (12)1 反馈电路 (12)2 过压保护电路 (13)3 功率管驱动电路 (14)第五章、小型开关电源变压器设计 (14)第六章、设计总电路图 (18)第七章总结与体会 (19)第八章参考文献及网页 (20)第一章、分析开关电源的结构及功能1 开关电源的功能开关电源输入端直接将交流电整流变成直流电,再在高频震荡电路的作用下,用开关管控制电流的通断,形成高频脉冲电流。
在电感(高频变压器)的帮助下,输出稳定的低压直流电。
由于变压器的磁芯大小与他的工作频率的平方成反比,频率越高铁心越小。
这样就可以大大减小变压器,使电源减轻重量和体积。
而且由于它直接控制直流,使这种电源的效率比线性电源高很多。
这样就节省了能源,因此它受到人们的青睐。
开关电源有好多优点,一是稳压范围宽,在一定范围内输出电压与输入电压变化无关,电源可以在80V-240都可以正常工作,是其它方式电源无法比拟的。
二是效率高,由于采用开关震荡工作方式,热损耗特别少,发热低。
三是结构简单,相对于其它相同功率的电源,开关电源的体积与重量要少得多。
因此,在众多的电子设备中,开关式电源已经是相当普遍。
它的输出可分多组抽头,一般输出有5V、12V、14V、18V、26V、52V、115V、190V等。
电视机、显示器、打印机等都用的是开关电源。
开关电源设计报告
1开关电源主电路设计1.1主电路拓扑结构选择由于本设计的要求为输入电压176-264V交流电,输出为24V直流电,因此中间需要将输入侧的交流电转换为直流电,考虑采用两级电路。
前级电路可以选用含电容滤波的单相不可控整流电路对电能进行转换,后级由隔离型全桥Buck电路构成。
总体要求是先将AC176-264V整流滤波,然后再经过BUCK电路稳压到24V。
考虑到变换器最大负输出功率为1000W,因此需采用功率级较高的Buck电路类型,且必须保证工作在CCM工作状态下,因此综合考虑,本文采用全桥隔离型Buck变换器。
其主电路拓扑结构如下图所示:下面将对全桥隔离型BUCK变换器进行稳态分析,主要是推导前级输出电压V与后级输g 出电压V之间的关系,为主电路参数的设计提供参考。
将前级输出电压V代替前级电路,作g 为后级电路的输入,且后级BUCK变换器工作在CCM模式,BUCK电路中的变压器可以用等效电路代替。
由于全桥隔离型BUCK变换器中变压器二次侧存在两个引出端,使得后级BUCK电路的工作频率等同于前级二倍的工作频率,如图1-1所示。
在2T的工作时间内,总共可分为四种S 开关阶段,其具体分析过程如下:1)当0<t<DT时,此时Q、Q和D导通,其等效电路图如图1-2所示。
S145/?1-1) 1-2) 1-3)3) du.•川L i (t )m 严+仃(t )c 二二v (t )R图1-3在DT<t<T 时等效电路SSv=0sv=-v Li=i -v /R C当TS <t<a+D )TS 时,此时Q2、1-4) 1-5)1-6)Q 和D 导通,其等效电路图如图1-2所示。
36图1-2在0<t<DT 时等效电路Sv=nvs gv=nv -vL gi=i -v /RC2)当DT<t<T 时,此时Q ~Q 全部关断,D 和D 导通,其等效电路图如图1-3SS 1465所示。
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《电力电子技术》课程设计报告小功率开关电源的设计目:题华中科技大学录目第1章课程设计目的 (4)第2章课程设计题目描述与要求 (4)1 题目描述 (4)2 设计要求 (5)第3章开关电源的基本工作原理与电路结构 (5)1 开关电源的概述 (5)1.1开关电源的工作原理以及组成 (5)1.2开关电源的特点 (7)2 开关器件 (8)2.1 开关器件的特征 (8)2.2MOSFET (8)2.3 电力二极管 (9)3 PWM开关电源的基本原理 (9)第4章具体设计 (10)1 主电路设计 (10)1.1输入电路 (10)1.2 整流滤波电路 (11)2 控制电路设计 (12)2.1 UC3842的特点………………………………………………………………122.2 UC3842的引脚排列及内部框图 (13)2.3 基于UC3842的控制电路 (14)3 总体电路设计 (14)3.1 总体电路框图 (14)15…………………………………………………………整体电路设计说明3.23.3 总体电路设计图………………………………………………………………16第5章印质电路板的焊接及调试 (17)第6章课程设计总结 (18)参考文献 (19)章课程设计目的第1电源和驱动是电力电子技术的两大主要应用领域。
课程设计的主要任务是设计和实现一个直流电动机的脉宽调速(直流PWM)驱动电源及控制用小功率开关电源。
其目的是通过对实际电力电子装置的设计、制作和调试,深化和拓展课程所学知识,提高工程实践能力。
本次课程设计的安排旨在提升学生的动手能力,加强大家对专业理论知识的理解和实际运用,通过团队成员之间的密切配合,加强团员的合作协调能力。
通过本次课程的历练,加强大家的自学能力,为大家做毕业设计做很好的铺垫。
第2章课程设计题目描述与要求1题目描述开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源。
2 设计要求根据电压等级要求,设计主电路及控制电路,实现电路及设备的保护,选定所需的电气元件,并对系统进行制作、焊接并调试。
最后提交设计说明书和一份完整的开关电源原理图。
针对这个需求,本设计要求利用PWM控制芯片UC3842,设计一个小功率开关电源,具体指标如下:输入交流电压变动范围:AC 65~265V;输入频率:50/60Hz;输出电压:稳定的DC 36V;输出电流:≤2A;控制电路形式为它激式,采用UC3842为PWM控制电路。
电源开关频率的选择决定了变换器的特性。
开关频率越高,变压器、电感器的体积越小,电路的动态响应也越好。
但随着频率的提高,诸如开关损耗、门极驱动损耗、输出整流管的损耗会越来越突出,而且频率越高,对磁性材料的选择和参数设计的要求会越苛刻。
另外高频下线路的寄生参数对线路的影响程度难以预料,整个电路的稳定性、运行特性以及系统的调试会比较[9]。
困难。
在本电源中,选定工作频率为43kHz第3章开关电源的基本工作原理与电路结构1 开关电源的概述1.1开关电源的工作原理以及组成开关电源主要是进行交流/直流、直流/直流、直流/交流功率转换的装置,通过对主变换回路以及控制回路的控制完成一系列的变换。
主变换回路将输入的交流电转换后传递给了负载,所以它决定了开关电源电路的结构形式、转换要求以及负载能力等一系列的技术指标;而控制回路是按照输入,输出技术指标的要求来进行检测,控制主变换回路的工作状态。
本设计开关电源控制集成电路主要包括电源电路、滤波整流电路、升压斩波电路以及UC3842控制芯片构成的控制电路。
由于此为小功率开关电源,故电路设计不包括各种反馈电路以及各种保护功能电路。
在开关点的变换过程中,用高频变压器隔离称为离线式开关变换器,常用AC/DC 变换器就是离线式开关变换器。
开关电源的工作原理框图如图2.1所示。
开关稳压电源II OINDC-D隔整流=18V AC=220V A变压滤变换OIN22.1 开关电源电路框图图开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件,通过周期性通断开关,控制开关进行说明。
图中输入的元件的占空比调整输出电压,开关电源的工作原理可以用图2.2是一个受开关脉冲控制的开关为受控开关,S 经开关S加至输出端,直流不稳定电压Ui变成矩形Ui调整管,若使开关S按要求改变导通或断开时间,就能把输入的直流电压。
脉冲电压。
这个脉冲电压经滤波电路进行平滑滤波后就可得到稳定的直流输出电压Uo SUUiT0ONV UUi0ttt000(b)(a)开关电源的工作原理2.2 图图为波形图。
图为电路图,上图中,ab 为方便分析开关电源电路,定义脉冲占空比如下:T ON?D公式(2.1) T上式中,T表示开关S的开关重复周期;T表示开关S在一个开关周期中的导通时on间。
开关电源直流输出电压Uo与输入电压Ui之间有如下关系:公式(2.2Uo = Ui)由式(2.1)和式(2.2)可以看出,若开关周期T一定,改变开关S的导通时间Ton,即可改变脉冲占空比D,从而达到调节输出电压的目的。
T不变,只改变Ton来实现占空比调节的稳压方式叫做脉冲宽度调制(PWM)。
由于PWM式的开关频率固定,输出滤波电路比较容易设计,易实现最优化,因此PWM式开关电源用得较多。
若保持Ton不变,利用改变开关频率f=1/T实现脉冲占空比调节,从而实现输出直流电压Uo稳压的方法,称做脉冲频率调制(PFM)。
由于该方式的开关频率不固定,因此输出滤波电路的设计不易实现最优化。
既改变Ton,又改变T,实现脉冲占空比调节的稳压方式称做脉冲调频调宽方式。
在各种开关电源中,以上三种脉冲占空比调节的稳压方式均有应用。
1.2 开关电源的特点开关电源具有如下特点:(1) 开关器件节能(效率一般可达85%以上)。
开关电源的功率开关调整管工作在开关状态,所以调整管的功耗比较小,但是效率较高,一般在80%~90%,高的甚至可达90%以上;(2) 体积小、重量轻。
由于开关电源省掉了笨重的电源变压器,节省了大量的漆包线和硅钢片,从而使其重量大大减轻,只有同容量线性电源的1/5,体积也在很大程度上缩小了;(3) 稳压范围宽。
开关电源的交流输入电压在90~270 V内变化时,输出电压的变化在±2%以下。
合理设计开关电源电路,还可使稳压范围更宽并保证开关电源的高效率;(4)安全可靠,具有各种保护功能。
在开关电源中,由于可以方便地设置各种形式的保护电路,因此当电源负载出现故障时,能自动切断电源,保障其功能可靠;(5) 功耗小。
由于开关电源的工作频率高,一般在20KHz以上,因此滤波元件的数值可以大大减小,从而减小功耗;特别是由于功率开关管工作在开关状态下,因此损耗小,不需要采用大面积散热器,电源温升低,周围元件不致因长期工作在高温环境而损坏。
因此采用开关电源可以提高整机的可靠性和稳定性。
2开关器件2.1 开关器件的特征同处理信息的电子器件相比,开关电源的电子器件具有以下特征:(1) 能处理电功率的大小,即承受电压和电流的能力是开关器件最重要的参数,其处理电功率的能力小至毫瓦级,大至兆瓦级,大多远大于处理信息的电子器件。
(2) 开关器件一般都工作在开关状态,导通时(通态)阻抗很小,接近于短路,管压降接近于零,电流由外电路决定;阻断时阻抗很大,接近于断路,电流几乎为零,管子两端电压由外电路决定。
(3) 开关器件的动态特性也是很重要的方面,有些时候甚至上升为第一位的重要问题。
作电路分析时,为简单起见往往用理想开关来代替实际开关。
(4) 电路中的开关器件往往需要由信息电子电路来控制。
在主电路和控制电路之间,需要一定的中间电路对控制电路的信号进行放大,这就是开关器件的驱动电路。
(5) 为保证不致于因损耗散发的热量导致开关器件温度过高而损坏,不仅在开关器件封装上讲究散热设计,在其工作时一般都要安装散热器。
导通时,器件上有一定的通态压降;形成通态损耗阻断时,开关器件上有微小的断态漏电流流过;形成断态损耗时,在开关器件开通或关断的转换过程中产生开通损耗和关断损耗,总称开关损耗。
对某些器件来讲,驱动电路向其注入的功率也是造成开关器件发热的原因之一。
2.2 MOSFET开关电源中的功率开关器件是影响电源可靠性的关键器件。
在开关电源中,用作开大的安全工作区、良好的散热稳定性和非常快的开关速度。
MOSFET在大功率开关电源中用作开关,比双极性功率晶体管具有明显的优势。
所有类型的有源功率因数矫正器都是为驱动功率MOSFET而设计的。
MOSFET功率管的特点1)MOSFET是电压控制型器件因此在驱动大电流时无需推动级,电路较简单 2)输入阻抗高,可达108Ω以上;3)工作频率范围宽,开关速度快(开关时间为几十纳秒到几百秒)、开关损耗小;4)有较优良的线性区,并且MOSFET 的输入电容比双极型的输入电容小得多,所以它的交流输入阻抗极高;噪声也小,5)功率MOSFET 可以多个并联使用,增加输出电流而无需均流电阻。
2.3 电力二极管可分为普通二极管,快恢复二极管,肖特基二极管三种。
(General Purpose Diode)(1) 普通二极管)以下,多用于开关频率不高(1kHz普通二极管又称为整流二极管(Rectifier Diode)以上,这在开关频率不高时并不重要。
5s的整流电路中。
其反向恢复时间较长,一般在其正向电流定额值和反向电压定额值可以达到很高,分别可达数千安和数千伏以上。
(FRD)快恢复二极管(2)快恢复二极管是恢复过程很短,特别是反向恢复过程很短的二极管,简称为快速二结型结构,有的采用改进PN极管。
快速二极管在工艺上多采用了掺金措施,有的采用(Fast Recovery Epitaxial 结构的快恢复外延二极管结构。
采用外延型PiN的PiN,左右)可低于50 ns),正向压降也很低(0.9 V(Diodes,FRED),其反向恢复时间更短以下。
快速二极管从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个400 V但其反向耐压多在20~30 有的甚至达到ns后者则在100 以下,等级,前者反向恢复时间为数百纳秒或更长,。
ns 肖特基二极管(3),简(SBD)以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒二极管,(10~40 ns)反向恢复时间很短称为肖特基二极管。
肖特基二极管的优点很多,主要是:正向恢复过程中不会有明显的电压过冲;在反向耐压较低的情况下其正向压降也很小,明显低于快恢复二极管;其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还要小,效率高。
肖特基二极管的不足之处是:当反向耐压提高时,其正向压降也会高得不能满足要求,以下;反向漏电流较大且对温度敏感,因此反向稳态损耗不能忽略,因此多用于200 V 而且必须更严格地限制其工作温度。