开关电源的原理与设计
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。
开关电源原理与设计
开关电源原理与设计
开关电源是一种将输入电源通过开关器件进行周期性开关，从而实现电压转换的电源设计。
它具有高效率、小体积和轻负载下稳定输出电压等优点，因此被广泛应用于各类电子设备中。
开关电源的设计主要包括输入滤波、整流、滤波、功率调节电路和输出调整电路等。
其中，输入滤波电路用于消除输入电源中的高频噪声，以保证开关器件正常工作；整流电路将交流输入转化为直流；滤波电路进一步消除输出中的纹波；功率调节电路根据控制信号调节开关器件的导通和截止，控制输出电压的大小；输出调整电路用于稳压稳流，保证输出电压和电流的稳定性。
在开关电源中，最常见的开关器件是MOSFET或IGBT。
它们通过驱动电路控制开关频率和占空比，从而使开关电源输出的直流电压能够稳定在预定值。
开关频率通常在几十千赫至几百千赫之间，高频率可以减小电路尺寸和重量。
开关电源的设计需要考虑功率损耗、效率、稳定性和可靠性等因素。
为了提高效率，可以采用同步整流技术，将开关管的导通损耗降到最低；为了增加稳定性，可以对开关器件进行过热保护、电压反向保护和短路保护等设计。
总之，开关电源的设计需要充分考虑各类电路元件的选择和匹配，以及各种保护电路的设计，才能获得高效率、稳定性好的电源输出。
新型开关电源设计与应用pdf
新型开关电源设计与应用一、开关电源的基本原理开关电源是一种将电能转换成直流电的电源供应器，其工作原理主要是通过控制开关管来调节输出电压的高低。
开关管在脉冲信号的控制下快速地开启和关闭，使得变压器初级线圈上产生一个交变的电压。
这个交变的电压经过变压器耦合后，再通过整流滤波电路将输出直流电压。
二、开关电源的分类与特点根据工作原理、电路结构和输出性质的不同，开关电源可以分为很多种类型，如恒压型、恒流型、稳压型等。
各类开关电源都有其独特的优缺点，适用于不同的应用场景。
三、开关电源的设计流程设计新型开关电源一般需要遵循以下步骤：首先确定电源的规格和要求，然后选择合适的电路拓扑结构，接着进行各部分电路设计，包括输入滤波器和整流电路、开关管和高频变压器、输出整流和滤波电路、反馈控制环路等。
最后进行性能测试和优化。
四、输入滤波器和整流电路设计输入滤波器的主要作用是抑制电磁干扰，保护电源设备免受电网的干扰。
整流电路则将交流电转换成直流电，为开关管提供工作电压。
在设计输入滤波器和整流电路时，需要考虑其对电网的影响和抗干扰能力。
五、开关管和高频变压器设计开关管和高频变压器是开关电源的核心元件，其性能直接影响到电源的效率、电压和电流的调节范围。
在设计开关管和高频变压器时，需要考虑到其电气性能、机械尺寸和散热性能等。
六、输出整流和滤波电路设计输出整流和滤波电路的主要作用是将高频变压器传递的脉冲电压转换成稳定的直流电压。
在设计输出整流和滤波电路时，需要考虑其整流效率、滤波效果和稳定性等。
七、反馈控制环路设计反馈控制环路是开关电源的重要组成部分，其主要作用是维持输出电压或电流的稳定。
在设计反馈控制环路时，需要考虑到其稳定性、响应速度和精度等。
八、保护电路和异常处理为了确保开关电源的安全运行，需要设计保护电路和异常处理措施。
例如过流保护、过压保护、欠压保护等。
这些保护措施可以在电源发生异常时及时切断电源或采取其他处理措施，避免对电源设备造成损坏。
ti 开关电源的原理和设计手册
ti 开关电源的原理和设计手册开关电源是一种将电源线路与电器负载间的能量传递方式，通过快速开关电源管，将直流电源转换为特定频率、占空比可调的方波电压输出，然后变压、整流、滤波等处理使得输出电压满足电器负载的要求的电源。
开关电源由开关管和控制电路组成，其工作原理是通过不断开关和控制开关管的导通和断开，来改变输入电源的特定参数并传递给负载。
开关电源的主要工作原理如下：1.输入交流电源通过整流变成直流电压，然后输入到开关电源的输入滤波电路中。
输入滤波电路主要通过滤波电容和电感，将输入电压的纹波和高频噪声滤除，然后输出给开关电源的开关管。
2.开关管是开关电源的核心组件，主要是通过控制开关管的导通和断开，来改变电源的输出电压和电流。
3.控制电路是控制开关管工作的关键部分，主要由控制芯片、反馈电路和比较器等组成。
控制芯片能够通过反馈电路实时监测输出电流和电压，然后通过比较器将检测到的信号与设定值进行比较，控制开关管导通和断开的时间和占空比，以实现稳定的输出电压和电流。
4.输出变压器主要是通过电感耦合的方式改变电压，根据负载的需要将高压转换为所需的低压输出。
5.输出滤波电路主要是通过滤波电容和电感等元件，将输出电压的纹波滤除，使输出电压更加稳定。
开关电源的设计手册需要从以下几个方面进行考虑：1.输出电压和电流的要求：根据实际应用需求确定所需的输出电压和电流范围，并根据负载的参数选择合适的开关管和控制电路。
2.输入电源的特性：根据输入电源的电压和频率范围，选择合适的输入滤波电路和变压器。
3.效率和稳定性：通过合适的设计和电路调节，提高开关电源的转换效率，减少能量的损耗。
同时，保证输出电压和电流的稳定性，避免产生过压、过流等问题。
4.保护措施：为了保护开关电源和负载的安全，设计手册需要考虑过压保护、过流保护、过温保护等保护措施，并提供相应的电路图和说明。
5.其他特殊要求：根据实际应用需求，设计手册还可以包括一些特殊要求，比如电源的尺寸、工作环境温度范围、EMC标准等。
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。
基于单片机控制的开关电源及其设计
基于单片机控制的开关电源及其设计单片机控制的开关电源是一种高效率、高稳定性的电源系统，常用于电子设备中。
本文将介绍基于单片机控制的开关电源的原理、设计步骤以及相关注意事项。
一、原理1.1开关电源的工作原理开关电源的核心部分是一个开关管，它通过不断开闭来调整输出电压和电流。
当开关管关断时，电源输入端的电压会通过变压器产生瞬态电流，这个电流被蓄能电容器存储在电容中。
当开关管打开时，储存在电容中的能量被释放，通过滤波电感得到稳定的电压输出。
1.2单片机控制开关电源的工作原理在单片机控制的开关电源中，单片机通过控制开关管的开闭状态来调整输出电压和电流。
单片机能够实时监测电源的输入和输出情况，并根据设定的参数进行调整。
同时，单片机还可以实现一些保护功能，如过压、过流、过温等保护。
二、设计步骤2.1确定需求首先要确定开关电源的功率需求、输入电压范围和输出电压范围。
根据需求选择合适的开关管和变压器等元器件。
2.2定义控制策略根据开关电源的工作原理以及需求，确定单片机的控制策略。
可以采用PWM（脉宽调制）控制方法来控制开关管的开闭时间，以实现对输出电压的调节。
2.3确定单片机和外围电路选择合适的单片机控制器，并设计相应的外围电路，包括ADC（模拟数字转换）模块、PWM输出模块、电流传感器等。
2.4编写软件程序根据控制策略，编写单片机的控制程序，并完成软件的调试和优化。
2.5PCB设计与制造根据电路原理图设计PCB布局，并制造相关的电路板。
2.6装配与测试完成PCB板的焊接与装配，进行电源的测试和调试。
三、注意事项3.1安全性开关电源具有高电压、高电流的特点，因此在设计和使用过程中要注意安全性。
应采用合适的绝缘措施，保证电源与其他电路之间的隔离。
3.2效率和稳定性开关电源的效率和稳定性是设计过程中需要考虑的重要因素。
应合理选择元器件，控制开关管的导通和关断时间，以提高电源的效率和稳定性。
3.3EMC（电磁兼容）设计开关电源由于工作频率较高，容易产生电磁干扰。
新型开关电源优化设计与实例详解
新型开关电源优化设计与实例详解以新型开关电源优化设计与实例详解为标题，本文将从新型开关电源的基本原理、设计优化的方法以及实例分析等方面进行详细阐述。
一、新型开关电源的基本原理开关电源是一种将交流电转换为直流电的电源装置，其基本原理是通过开关管的开关动作来实现电源的开关控制。
传统的开关电源在工作过程中存在一些问题，如功率损耗大、效率低、噪声大等。
为了克服这些问题，新型开关电源采用了一些优化设计方法。
二、新型开关电源的设计优化方法1. 降低功率损耗：通过采用功率开关管的低导通电阻材料和优化电路设计，降低功率开关管的导通电阻，从而减少功率损耗。
2. 提高效率：采用高效的开关控制器和高效的变压器设计，减少能量的损耗，提高开关电源的转换效率。
3. 降低噪声：通过优化电路布局和选择低噪声元件，减少开关电源的噪声产生，提高工作环境的舒适性。
4. 提高稳定性：采用先进的控制算法和稳压电路设计，提高开关电源的稳定性，减少输出波动。
5. 减小体积：通过优化元件布局和采用高集成度的芯片设计，减小开关电源的体积，提高电源的集成度和便携性。
三、新型开关电源的实例分析以一款新型开关电源为例进行分析，该开关电源采用了先进的控制算法和高效的变压器设计，具有以下特点：1. 高效率：通过优化的开关控制器和变压器设计，该开关电源的转换效率达到了90%以上，相比传统开关电源提高了20%以上。
2. 低噪声：采用低噪声元件和优化的电路布局，该开关电源的噪声水平明显低于传统开关电源，提高了工作环境的舒适性。
3. 稳定性强：通过先进的控制算法和稳压电路设计，该开关电源的输出稳定性非常好，输出波动小于1%。
4. 小巧便携：采用高集成度的芯片设计和优化的元件布局，该开关电源的体积明显减小，非常适合便携式设备的使用。
以上是对新型开关电源优化设计与实例的详细阐述。
通过采用优化设计方法，新型开关电源在功率损耗、效率、噪声、稳定性和体积等方面都得到了显著提升，满足了现代电子设备对电源的高要求。
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。
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图8-23 半桥式变换器的工作波形
- UF
A +
U REF
C
D
构
三角波 发生电路
基准电压电 路
-
L
iL
DC
+
IO RL UO
-
采样电路
+
R1
RL UO R2
-
(二)工作原理
uA与uB占空比之间关系如图。 uA越大，uB的占空比越大。
T
+
uE
比较器
U I uB
比较放大器
u +
A
U -
F
A
C -
uT
+
U REF
UO UF uA q -
100～5000W 焊机，超声电源，计算机电源等
全桥式变换器
500W～ 30kW
焊机、高频感应加热，交换机等
1、单端反激式
图8-15 单端反激式变换器 （1） 磁通临界连续的工作情况：
临界连续状态时的电压电流波形
（2） 磁通不连续的工作状态 图8-17 磁通不连续时的工作波形
（3） 磁通连续的工作状况 图8-18 磁通连续时的工作波形
输出电压UO为 T=ton+toff是开关的周期; ton是导通时间; toff是截止时间; q=ton/T 是脉冲占空系数。
T
L
+
uE
iL
+ IO
U I uB
D C RL UO
-
如何稳压
电路根据输出电压的变化情况自动调节
uB的脉冲占空系数q,调节UO的大小，达到
稳定输出电压的目的。
电路缺点
输出电压UO的脉动成分与负载电流的大小和 滤波电路L、C的取值有关。L、C的取值越大，输
调整管工作在线性放大区，管子集电极电流IC和管压降 UCE都很大，耗散功率PC=IC·UCE很大。
开关电源的基本思想： 晶体管工作在饱和导通和截止状态时，管耗很小。开 关电源指调整管工作在开关状态。
二、开关电源的原理
晶体管串联式开关稳压电源结构
uB
(a) 0
uE
UI
(b)
Un
iL
(c) I L
0
开关电源的原理与设计
第一部分：开关稳压电源的基本原理 一、线性稳压电源的特点
晶体管串联式线性稳压电源
线性调整式直流稳压电源的优点： 稳定度高、输出电压连续可调、输出纹波小。
线性调整式直流稳压电源的最大缺点：
功耗大、效率低，为了解决散热问题须加散热片， 增加了电源体积和重量。另外抗干扰能力较差。
造成这些缺点的原因：
uO
UO
0
ton
toff
调整 管
+
t
UI
-
T
uE
uB
储能电 感
L
iL
DC
+
IO
RL UO
-
续流二极管
t
uB为高电平时
滤波电 路
T饱和导通
D截止，电感L储存能量,电容C充电
发射极电位UE =UI-UCES = UI
t
uB为低电平时
T截止
电感L储存能量通过续流二极管D
对负载释放能量。感生电动势使
t
D导通，C通过RL放电。UE ≈- UD
1.临界连续工作状态 2.电流断续的工作状态 3.电流连续的工作状态
2、升压型DC/DC变换电路
3、反转型DC/DC变换电路
五、由MC34036构成的DC/DC开关电源
CW34063的原理框图
(一)降压式电路
a）直接用于降压b） 外接NPN晶体管扩流电路 图8-12 CW34063的降压应用电路
无工频变压器开关稳压电源的不足之处： 1.输出纹波较大，约有10～100mV的峰峰值； 2.脉冲宽度调制式的电路中，电压、电流变化率大； 3.控制电路比较复杂，对元器件要求高； 4.动态响应时间至少要大于一个开关周期，不如串联式晶体管线 性稳压电源。
图8-5 高频变压器开关电源基本功能框图
这类电源的共同特点是具有高频变压器、直流稳压是从变压 器次级绕组的高频脉冲电压整流滤波而来。变压器原副方是隔离 的，或是部分隔离的，而输入电压是直接从交流市电整流得到的 高压直流。
出电压UO越平滑。通常脉动成分比线性稳压电源
要大一些。这就是开关稳压电路的缺点之一。
第三节
三、串联型开关稳压电路
T
+
uE
稳压原理
UI
uB
UO增大时减小uB的占空比，而 -
在UO减小时增大uB的占空比，那么
输出电压就可稳定。
比较器
(一)
T
比较放大 器L
电
+
uE
iL
路 结
U I uB
uu +
A
C -
T
三角波 发生电路
基准电压 电路
UO
UO UF uA q
uA ,uT
uA
uT
UO
(a)
0
稳压调节过程就是在保持调
整管周期T不变的情况下，通过改
uB
变调整管导通时间ton来调节脉冲
占空比，从而达到稳压的目的。 (b)
0
这种电源又称之为脉宽调制型开
t off
t on
关电源。
L
iL
C D
+
R1 RL UO R2
-
t
t
四、 DC/DC变换的开关电源
对于输入与输出电压不需隔离 时，用一个开关管和L、D、C 组成的变换器电路，最基本的 有如下三种： （1）降压变换器（buck）； （2）升压变换器（boost）； （3）降、升压变换器（buckboost）。
无隔离的DC→DC变换电路
1、降压型DC/DC变换电路
（二）升压式电路
（a）
（b）
a） 直接升压式 b）外接NPN管扩流式
图8-13 CW34063的Boost converter
（三）反转电路
(a)
(b)
a） 直接变换式 b）外接PNP管扩流式
图8-14 CW34063的Buck—Boost converter
六、无工频变压器开关电源
图8-3 无工频变压器的开关电源原理框图
无工频变压器开关稳压电源，有如下的优点： 1.效率高。一般在70～80%以上。 2.体积小、重量轻，随着频率的提高，收效更显著。 3.稳压范围广，一般交流输入80～265V，负载作大幅度变化时，性能 很好。 4.噪声低，声频在20kHz以上时，已是人耳听不到的超声波，而开关 电源的工作频率一般都大于此频率； 5.性能灵活，通过输出隔离变压器，可得到低压大电流、高压小电流； 一个开关控制的一路输入可得到多路输出以及同号、反号等输出； 6.电压维持时间长，为了适应交流停电时，计算机、现代自动化控制 设备电源转换的需要，开关电源可在几十毫秒内保证仍有电压输出。 7.可靠性大，当开关损坏时，也不会有危及负载的高电压出现。
用高频变压器的变换电路按其工作方式可分为五类：
电路类型
传输功率
应用环境
单端反激式变换 器
单端正激式变换 器
推换式变换器
20～100W
50～200W 100～500Ｗ
小型仪器、仪表，家用电器等电源，自动化设备中 的控制电源
小型仪器、仪表，家用电器等电源，自动化设备中 的控制电源
控制设备，计算机等电源
半桥式变换器