全桥开关稳压电源
目录
第一章前言 0
1.1 开关电源技术的发展状况 0
1.2 开关电源定义 (1)
1.3 开关电源的发展历史及其应用范围 (1)
1.4 开关电源控制技术分析研究 (3)
1.5 全桥开关电源应用技术 (3)
1.6 本设计的内容及参数 (3)
第二章电子元器件及部分电路介绍 (5)
2.1 二极管组成电路分析 (5)
2.1.1 整流桥电路 (6)
2.1.2 稳压管稳压电路 (7)
2.2 三极管及其组成电路分析 (8)
2.2.1 图腾柱驱动电路 (9)
2.2.2 共射放大电路 (9)
2.3 场效应管及其组成电路分析 (11)
2.3.1 场效应晶体管组成的开关驱动电路 (11)
第三章全桥拓扑原理 (13)
3.1基本工作原理 (13)
3.2 全桥变换器设计 (15)
3.2.1 最大导通时间、初级绕组圈数选择 (15)
3.2.2 初级电流、输出功率、输入电压的关系 (15)
3.2.3 初级线径的选择 (15)
3.3 变压器初级隔直电容的选择 (16)
第四章 UC3895芯片外围电路设计 (17)
4.1 UC3895介绍 (17)
4.1.1 UC3895原理框图及特点 (17)
4.1.2 UC3895引脚功能 (18)
4.2 UC3895 外围电路计算 (19)
第五章全桥开关电源硬件设计 (21)
5.1 稳压恒流电路的设计 (21)
5.2 辅助电源的设计 (22)
5.3 主功率板总图 (24)
5.4 驱动电路设计 (25)
结束语 (26)
参考文献 (27)
致谢 (28)
摘要：本文重点介绍了由UC3895构成的相移谐振PWM 控制器的工作原理和他的应用，进一步设计了由UC3895构成的全桥移相零电压开关（ZVS）PWM 开关电源。全桥开关电源采用了图腾柱驱动电路，并且驱动电路以隔离的方式驱动MOS开关管，以此来提高电源的稳定性；UC3895采用了ZVS技术使开关管的导通损耗减小，提高了整个电路的工作效率。此次开关电源设计重点分析了全桥开关电源开关管的零电压开通和零电流关断的过程以及全桥开关的工作原理，而且还阐述了全桥开电源相关的应用领域，以及全桥开关电源今后的发展方向和发展趋势。本文选择了全桥拓扑，分析了电源的外围电路。UC3895自身带有自适应延迟时间设置以及其他的增强逻辑功能，而且UC3895采用了BCDMOS制造工艺，这就使得UC3895的整体性能有了很大的提高。
关键词：全桥稳压技术；零电压开关技术；全桥移相控制技术。
ABSTRACT：This paper mainly introduces the composed of UC3895 phase shift resonant PWM controller working principle and application, further designed composed of UC3895 full bridge phase shifting zero voltage switching (ZVS) PWM switching power supply.Full bridge adopted the totem poles switch power supply drive circuit, and drive circuit in the form of isolated drive MOS switch tube, in order to improve the stability of the power supply;UC3895 adopted ZVS technology reduce switch tube conduction losses, improve the work efficiency of the whole circuit.The switching power supply design focuses on analyzing the whole bridge opening of zero voltage switch power switch tube and zero current turn off process and the working principle of the full bridge switch and also expounds the application of the whole bridge open power supply related fields, as well as the whole bridge switching power supply development direction and development trend in the future.This article chose the full bridge topology, the periphery of the power supply circuit is analyzed.UC3895 itself with enhanced adaptive delay time Settings, and other logic function, and BCDMOS UC3895 adopted manufacturing technology, which makes UC3895 overall performance has the very big enhancement. Keywords: zero voltage switching technology；full bridge phase shifting control；resonant converter。
第一章前言
小型开关电源主要是以反激拓扑为主，反激低噪声、抗干扰、高稳定性等优点。现在的的小型电源小型化以及高效率主要是由高频开关实现的，因此目前都在不断地开发出高效率新型元器件，特别是不断地改进次级侧二极管的管压降、变压器电容器小型化。该电源电路结构简单，工作可靠，总体发热量降低，电磁干扰能力增强，并且运行可靠，输出电源质量高，是一种高效率的小功率开关电源。
简单介绍一个小型电源的原理图，控制电路主要是由控制芯片OB2530来控制完成的，另外还加入必要的外围电路：反馈电路，它是由过流保护电路，过压保护电路，稳压电路等组成控制电路。主电路是由整流/滤波电路，Buck电容，高频变压器等组成。下图1.1 OB2530电路原理图。
图1.1 OB2530电路原理图
1.1 开关电源技术的发展状况
电力电子技术在近代社会正在以一个高速度不断的创新发展，高频开关电源应用的领域已经非常广泛：1.PC终端设备，2.通讯家用电器，3.工业电源，4.航空航天等各个领域。我国的电子行业正迅速崛起，电子产品正在经历一个迅速发展的阶段。手机，电脑等PC设备尤为突出。因此电源的需求与应用也变的很迫切。电源有几种比较常见的拓扑结构：1.Buck拓扑结构，2.Boost拓扑结构，
3.推挽拓扑结构，
4.正激拓扑结构，
5.反激拓扑结构，
6.半桥/全桥拓扑结构等。其中小功率的开关电源反激拓扑应用的很普遍，技术已经很成熟（150W）以下的开关电源。大功率的开关电源一些工业电源半桥/全桥拓扑应用的比较广泛。20世纪80年代PWM宽带脉冲调制技术得到了迅速的发展，PWM技术主要应用于电力电子行业。风力发电，电机调速，直流供电等重要领域。PWM技术的发展对节能环保方面有一定的积极的意义。正如像台达这些电源大厂的企业理念“节能，环保，爱地球”极大的提高了电源的效率，这也对应了如今国家提倡的节能减排的战略要求。PWM有很多种的控制方法:1.等脉宽PWM法2.随机PWM法3.SPWM 法等十几种方法控制方法。后面我们还会详细的讲解PWM脉宽调制技术。
1.2 开关电源定义
线性电源是高频开关电源迅速发展和进步的基础，通俗的说开关电源是在线性稳压电源的基础上发展进步的。开关电源是开关器件（如：三极管，晶体管等）工作在开关状态的电源。开关电源中有四大类基本电力电子电路： AC-DC 电路
DC-AC 电路
AC-AC 电路
DC-DC 电路
开关电源在实际应用中，比以上四种电子电路范围要窄的很多。换句话将就是要同时具备以下的三个基本条件的电源可称之为开关电源,这三个基本条件就是：1.开关 2.高频3.直流。
1.3 开关电源的发展历史及其应用范围
线性稳压电源是开关电源的发展基础。在开关电源还没有出现的时候，许多工业控制设备、PC电源等工作电源都是采用线性稳压电源。但是因为电子技术的不断跟进使得我们需要功能越来越强大更加完善的开关电源。这就使得市场迫切需要1.体积小2.效率高3.重量轻4.性能好的新型高频开关电源，开关电源技术发展最为强大的动力莫过于它巨大的市场价值当然还有能源方面的能源意义。新型电力电子器件的创新以及高频率的开关管的出现给开关电源的发展提供
条件。在上世纪 60 年代末，巨型晶体管（GTR ）的出现，在工程的不断努力下使得采用高工作频率的开关电源得以问世，那时确定的开关电源的基本拓扑结构一直沿用至今，如上文我们已经提到过的Buck 拓扑，Boost 拓扑，推挽变换器，正激变换器，反激变换器，半桥/全桥拓扑等。电源的开关频率这几年得到了很大的提升完全得益于MOSFET 在开关领域的使用，使得电源体积变得更小，重量变得更轻，功率密度也得到了改善。开关电源的开关频率不断的提高也引起了很多的问题，比如电磁干扰问题，为了能够更好的解决电磁干扰的问题就出现了一个新的技术，软开关技术开关电路它的出现使得开关电源技术进一步提升。在后来在上世纪 90 年代开始，功率因数校正（PFC ）技术成为了开关电源发展的瓶颈，工程师们也不断的去想各种办法去提高开关电源的功率因数（PFC ）。出现了功率因数校正技术（PFC ）可以分为： 1.
主动式PFC
2.被动式PFC
目前除了对直流输出电压的输出纹波要求极高的场合外，高频开关电源慢慢的取代了线性稳压电源，主要用于小功率场合。比如：电视机、电脑、计算机、各种电子仪器仪表的电源。在比较多的中大容量范围，开关电源慢慢取代了相控
电源，比如：1.通信电源领域2.
电镀装置3.电焊机4.工业设备等的电源等。开关电源的主电路是开关电源的核心部分。我们一般根据以下的三个原则对开关电源斤西瓜以下分类根据：
1. 电能回馈能力
2. 输出端与输入端是否电气隔离
3. 电路的结构形式。我们可以发现隔离型电路在实际应用中较广泛推广。而非隔离型电路较少如图 1.2 电源拓扑分布图：
图1.2 电源拓扑分布图
1.4 开关电源控制技术分析研究
开关电源可以分为电压控制模式和电流控制模式两种控制模式：
1.5 全桥开关电源应用技术 1.PWM 高频调制技术
2.软开关技术
3.处理网侧谐波电流
4.提高网侧功率因数
以上先进的的电力电子技术的应用引入高效、高性能、高功率因数和低污染的新趋势。使得电源的发展：
1.正向高频化
2.高功率密度
3.高功率因数
4.高可靠性和高智能化
1.6 本设计的内容及参数
本次设计采用相移脉宽调制谐振控制器UC3895芯片，这种介绍了UC3895的外围电路设计以及在开关源中的应用。UC3895是相移谐振DC/DC 变换的PWM 控制器，UC3895的功能及特点有以下几点。
1.UC3895增加了自我适应的延迟时间设置还有其他的逻辑功能模块设置。
2.先进的BCDMOC工艺制造用在了这颗芯片的身上，使得UC3895的性能得到了很大的提高。特别是处理信号的速度上。
3.这颗芯片也是一种DC/DC变换器的控制芯片。
4.UC3895内部设置有软开关设置，所以它能实现全桥零电压软开关功率变换电路,他也有控制电路简单,性能稳定可靠。
文中同时也有介绍 ZVS 逆变电路的各个开关管工作状态的工作模式，系统的阐述了各个电子元器件的性能参数以及他们的应用电路设计，还有设计了UC3895外围电路设计包括延迟时间的设定，逆变电路的设计，不可控整流电路的设计，电压检测反馈电路设计，过电流保护进行了设计，以及他们的动态电路的分析及简单计算，不管电路怎么设计，工程师们都尽力的使电路的稳定性和安全性进一步提高。
参数：
1．输入电压：220VAC±20%，50Hz。
2．输出48V-3.3V/15A，输出纹波≤50mV,开关噪声<200mV。
3．输入对地隔离电压≥1500VAC(10mA漏电流,1分钟打压)。
4．要求选用UC3895作为PWM控制芯片,全桥主电路。
第二章电子元器件及部分电路介绍
在开关电源中，电力电子器件是完成电能转换以及主电路拓扑中最为关键的元件。为了降低电子元器件在工作状态的功率损耗以及提高开关电源的整机效率，开关电源中的开关管一般工作在开关状态，由此我们命名他们为开关元器件开关元器件的应用极大的提高了开关电源的效率。电力电子器件种类很多，我们根据电子元器件在电路中被控制的程度进行了一下的分类。1：不可控器件，即二极管；2：半控型器件，主要包括晶闸管及其派生器件；3：全控型器件，主要包括绝缘栅双极型晶体管、电力晶体管、电力场效应晶体管等。随着电子半导体技术的不断进步和发展，他们的性能都在不断地提高，功耗不断的下降。这就极大的提高了开光电源的整机的功率密度以及电源高频话的发展。我们只有不断地探索，创新了解电力电子器件的特性，这样才能设计开发出来一个理想的开关电源。
2.1 二极管组成电路分析
二极管是最为简单普遍但在开关电源中十分重要的电力电子器件，在开关电源的输入整流电路、逆变电路、输出高频整流电路以及缓冲电路中都有所使用。二极管的基本结构及工作原理开关电源中应用的二极管除电压、电流等参数与电子电路中的二极管有较大差别外，其基本结构和工作原理是相同的，都是由半导体PN结构成，即P型半导体与N型半导体结合构成。如图2.1二极管。
图2.1 二极管
2.1.1 整流桥电路
整流桥电路就是把我们用的交流电通过整流桥转换为直流电的电路。整流电路可以分为一下三种：
1.半波整流电路
2.全波整流电路
3.桥式整流电路
这三种整流电路主要就是利用二极管的单向导电特性，整流二极管的导通电压由输入交流电压提供。下图 2.2所示整流桥电路，他就是利用二极管的单向导电的基本特性来整流的电路，使交流电转换成了直流电。达到了整流的目的。
整流桥电路是对半波整流电路的一种改进。它能获得半波整流所不能得到的下半部分的波形，这就使得整流的效率提高。
桥式整流电路的原理非常简单，它就是利用四个二极管，两两对接。正弦波是能够顺利导通，负弦波是二极管2,3的作用使得电流正向流出，得到了直流电。利用二极管单向导通的特性，但也要特别注意二极管的反向耐压值，如果超出二极管就会被击穿，桥式整流我们由定义可以看出对输入正弦波的利用效率比半波整流高出一倍，因为正弦波的负半轴也被利用了。由此也提高了电能的利用效率。
桥式整流是交流电转换成直流电的第一步后面还要有直流电的滤波整流，雷击浪涌的整改等一系列问题。桥式整流是由4只整流二极管作桥式连接，它的封装工艺现在已经很完善。桥式整流器品种多，性能优良，整流效率高，稳定性好。
二极管有以下几个参数特性：
1：最大整流电流（IF）
2：最高反向工作电压（Udrm）
3：反向电流（Idrm）
4：动态电阻（Rd）
5：最高工作最高频率（Fm）
图2.2 桥式整流器
2.1.2 稳压管稳压电路
二极管的反向击穿时它的电流在一定的范围波动但是二极管的电压保持不变，利用二极管的这一特性我们就能制作成稳压二极管，它的主要作用就是稳压作用。在临界反向击穿电压前稳压二极管都有很高电阻的半导体器件，这就使得稳压二极管的两端的电压是保持不变在一定的电流范围内，具有很好的稳压特性下图的曲线可知，串联起来的稳压二极管可以在较高的电压上使用，串联起来的稳压二极管的两端可以有很高的电压。稳压电路和限幅电路根据这个特性做成的。下图为稳压二极管的伏安特性曲线和稳压二极管符号表示如图2.3（a）（b）所示。
(a) (b)
图2.3 伏安特性曲线及符号
稳压二极管的主要参数：
1：稳定电压
2：稳定电流
3：额定功耗
4：动态电阻
5：温度系数
稳压二极管对电流的要求也很高，比如稳压二极管的反向电流要大于稳压管的最小稳定电流在稳压电路中，电流如果过小的话会造成稳压电路不稳定工作稳压二极管不稳压。稳压管的最大稳压电流我们也要注意，不能超过稳压管的最大稳压电流，超过稳压管最大稳压电流的话就会造成稳压管损坏。为了解决这个问题我们在稳压电路中要串联了一个稳压电阻图2.4中的 R来限制电流，这个电阻我们叫做限流电阻。将限流电阻的R值计算在一个合适的范围内，才能保证稳压二极管工作在稳定状态，起到稳压的作用。如图2.4稳压管稳压电路。
图2.4 稳压管电路
2.2 三极管及其组成电路分析
半导体三极管我们简称它为三极管，也有的叫法双极型晶体管和晶体三极管，三极管它是一种电流控制的半导体器件，三级管有将电流信号放大的作用，它是电源电路中的核心元件。三极管由三部分组成组成的方式如图2.5(a)(b)分别为N沟道三极管P沟道三极管。
1.基区，
2.发射区
开关稳压电源(E题)
开关稳压电源（E题） 摘要 本系统以Boost升压斩波电路为核心，以MSP430单片机为主控制器和PWM信号发生器，根据反馈信号对PWM信号做出调整，进行可靠的闭环控制，从而实现稳压输出。系统输出直流电压30V～36V 可调，可以通过键盘设定和步进调整，最大输出电流达到2A，电压调整率和负载调整率低，DC-DC变换器的效率达到93.97%。能对输入电压、输出电压和输出电流进行测量和显示。 系统特色：1）输出电压反馈采用“同步采样”方式，能有效避免电压尖峰对信号检测的影响。2）采用多种有效措施降低系统的电磁干扰（EMI），增强电磁兼容性（EMC）。3）具有完善、可靠的保护功能，如：过流保护、反接保护、欠压保护、过温保护、防开机“浪涌”电流保护等，保证了系统的可靠性。 1方案论证 1.1DC-DC主回路拓扑 方案一间接直流变流电路：结构如图1-1所示，可以实现输出端与输入端的隔离，适合于输入电压与输出电压之比远小于或远大于1的情形，但由于采用多次变换，电路中的损耗较大，效率较低，而且结构较为复杂。 方案二 Boost升压斩波电路：拓扑结构如图1-2所示。开关的开通和关断受外部PWM信号控制，电感L将交替地存储和释放能量，电感L储能后使电压泵升，而电容C可将输出电压保持住，输出电压与输入电压的关系为UO=(ton+toff)，通过改变PWM控制信号的占空比可以相应实现输出电压的变化。该电路采取直接直流变流的方式实现升压，电路结构较为简单，损耗较小，效率较高。 E L C U O R L VD 图1-1 间接直流变流电路 图1-2 Boost升压斩波电路拓扑结构
综合比较，我们选择方案二。 1.2 控制方法及实现方案 方案一 利用PWM 专用芯片产生PWM 控制信号。此法较易实现，工作较稳定，但不易实现输出电压的键盘设定和步进调整。 方案二 利用单片机产生PWM 控制信号。让单片机根据反馈信号对PWM 信号做出相应调整以实现稳压输出。这种方案实现起来较为灵活，可以通过调试针对本身系统做出配套的优化。但是系统调试比较复杂。 在这里我们选择方案二。 1.3 系统总体框图 1） B oost 升压斩波电路中开关管的选取：电力晶体管（GTR ）耐压高、工作频率较低、开关损耗大；电力场效应管（Power MOSFET ）开关损耗小、工作频率较高。从工作频率和降低损耗的角度考虑，选择电力场效应管作为开关管。 2） 选择合适的开关工作频率：为降低开关损耗，应尽量降低工作频率；为避免产生噪声，工作频率不应在音频内。综合考虑后，我们把开关频率设定为20kHz 。 3） B oost 升压电路中二极管的选取：开关电源对于二极管的开关速度要求较高，可从快速恢复二极管和肖特基二极管中加以选择。与快速恢复二极管相比，肖特基二极管具有正向压降很小、恢复时间更短的优点，但反向耐压较低，多用于低压场合。考虑到降低损耗和低压应用的实际，选择肖特基二极管。 4） 控制电路及保护电路的措施：控制电路采取超低功耗单片机MSP430，其工作电流仅280μA ；显示采取低功耗LCD ；控制及保护电路的电源采取了降低功耗的方式，具体实现见附录图2，单片机由低功耗稳压芯片HT7133单独供电。 2 电路设计与参数计算 2.1 Boost 升压电路器件的选择及参数计算 B oost 升压电路
开关式稳压电源的各种电路类型概述
开关式稳压电源的各种电路类型概述 1、基本电路 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。 控制电路为一脉冲宽度调制器，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。这部分电路目前已集成化，制成了各种开关电源用集成电路。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．单端反激式开关电源 单端反激式开关电源的典型电路：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VD 1处于截止状态，在初级绕组中储存能量。当开关管VT1截止时，变压器Ｔ初级绕组中存储的能量，通过次级绕组及VD1 整流和电容Ｃ滤波后向负载输出。 单端反激式开关电源是一种成本最低的电源电路，输出功率为20－100Ｗ，可以同时输出不同的电压，且有较好的电压调整率。唯一的缺点是输出的纹波电压较大，外特性差，适用于相对固定的负载。 单端反激式开关电源使用的开关管VT1 承受的最大反向电压是电路工作电压值的两倍，工作频率在20－200kHz之间。 ３．单端正激式开关电源 单端正激式开关电源的典型电路：这种电路在形式上与单端反激式电路相似，但工作情形不同。当开关管VT1导通时，VD2也导通，这时电网向负载传送能量，滤波电感Ｌ储存能量；当开关管VT1截止时，电感Ｌ通过续流二极管VD3 继续向负载释放能量。 在电路中还设有钳位线圈与二极管VD2，它可以将开关管VT1的最高电压限制在两倍电源电压之间。为满足磁芯复位条件，即磁通建立和复位时间应相等，所以电路中脉冲的占空比不能大于５０％。由于这 种电路在开关管VT1导通时，通过变压器向负载传送能量，所以输出功率范围大，可输出50－200 Ｗ的功率。电路使用的变压器结构复杂，体积也较大，正因为这个原因，这种电路的实际应用较少。 ４．自激式开关稳压电源 自激式开关稳压电源的典型电路：这是一种利用间歇振荡电路组成的开关电源，也是目前广泛使用的基本电源之一。 当接入电源后在R1给开关管VT1提供启动电流，使VT1开始导通，其集电极电流Ic在L1中线性增长，在L2 中感应出使VT1 基极为正，发射极为负的正反馈电压，使VT1 很快饱和。与此同时，感应电压给C1充电，随着C1充电电压的增高，VT1基极电位逐渐变低，致使VT1退出饱和区，Ic 开始减小，在L2 中感应出使VT1 基极为负、发射极为正的电压，使VT1 迅速截止，这时二极管VD1导通， 高频变压器Ｔ初级绕组中的储能释放给负载。在VT1截止时，L2中没有感应电压，直流供电输人电压又 经R1给C1反向充电，逐渐提高VT1基极电位，使其重新导通，再次翻转达到饱和状态，电路就这样重复振荡下去。这里就像单端反激式开关电源那样，由变压器Ｔ的次级绕组向负载输出所需要的电压。 自激式开关电源中的开关管起着开关及振荡的双重作从，也省去了控制电路。电路中由于负载位于变压器的次级且工作在反激状态，具有输人和输出相互隔离的优点。这种电路不仅适用于大功率电源，亦适 用于小功率电源。 ５．推挽式开关电源 推挽式开关电源的典型电路：它属于双端式变换电路，高频变压器的磁芯工作在磁滞回线的两侧。电
开关式稳压电源的工作原理
开关式稳压电源的工作原理 随着全球对能源问题的重视，电子产品的耗能问题将愈来愈突出，如何降低其待机功耗，提高供电效率成为一个急待解决的问题。传统的线性稳压电源虽然电路结构简单、工作可靠，但它存在着效率低（只有40%－50%）、体积大、铜铁消耗量大，工作温度高及调整范围小等缺点。为了提高效率，人们研制出了开关式稳压电源，它的效率可达85%以上，稳压范围宽，除此之外，还具有稳压精度高、不使用电源变压器等特点，是一种较理想的稳压电源。正因为如此，开关式稳压电源已广泛应用于各种电子设备中，本文对各类开关电源的工作原理作一阐述。 一、开关式稳压电源的基本工作原理 开关式稳压电源接控制方式分为调宽式和调频式两种，在实际的应用中，调宽式使用得较多，在目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数也为脉宽调制型。因此下面就主要介绍调宽式开关稳压电源。 调宽式开关稳压电源的基本原理可参见下图。 对于单极性矩形脉冲来说，其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其直流平均电压值就越高。直流平均电压Ｕ。可由公式计算，即 Uo=Um×T1/T式中Um —矩形脉冲最大电压值； T —矩形脉冲周期；
T1 —矩形脉冲宽度。 从上式可以看出，当Um与T不变时，直流平均电压Uo将与脉冲宽度T1成正比。这样，只要我们设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄，就可以达到稳定电压的目的。 二、开关式稳压电源的原理电路 1、基本电路 开关式稳压电源的基本电路框图如图二所示。 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。 控制电路为一脉冲宽度调制器，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。这部分电路目前已集成化，制成了各种开关电源用集成电路。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．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三所示。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，
开关型直流稳压电源
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。 整流 滤波 电路 开关管 滤波电路 采样电路 比较放大 脉冲调宽 输出 输入 基准电压 + - + -
开关稳压电源设计说明书
开关稳压电源设计说明书 学生姓名： 学号： 专业班级：物电学院电子2班报告提交日期： 2014年5月20日 湖南理工学院物电学院
目录 一、设计任务及要求 (2) 1、设计任务 (2) 2、设计要求 (2) 二、基本原理与分析 (2) 三、方案设计 (5) 1、开关器件的选择 (5) 2、参数的设定 (5) 四、电路设计 (5) 1、电路整体设计 (5) 2、电路工作原理 (5) 五、总结 (7) 六、参考文献 (7)
一、设计任务及要求 1、设计任务 设计一手机开关型电池充电器，满足： （1）开关电源型充电； （2）输入电压220V，输出直流电压自定； （3）恒流恒压； （4）最大输出电流为:I max＝1.0 A; 2、设计要求 （1）合理选择开关器件； （2）完成全电路理论设计、绘制电路图； （3）撰写设计报告。 二、基本原理与分析 随着电子技术和集成电路的飞速发展，开关稳压电源的类型越来越多，分类方法也各不相同，如果按照开关管与负载的连接方式分类，开关电源可以分为串联型、并联型和变压器耦合（并联）型3种类型。下面分别对这三种类型的开关电源做一些简单的介绍。 （1）串联型。 图1所示的开关电源是串联型开关电源，其特点是开关调整管VT与负载R L串联。因此，开关管和续流二极管的耐压要求较低。且滤波电容在开关管导通和截止时均有电流，故滤波性能好，输出电压U0的纹波系数小，要求储能电感铁心截面积也较小。其缺点是：输出直流电压与电网电压之间没有隔离变压器，即所谓“热地盘”，不够安全；若开关管部短路，则全部输入直流电压直接加到负载上，会引起负载过压或过流，损坏元件。因此，输出端一般需加稳压管加以保护。 根据稳压条件可得：（U i-U0）T1/L=U0T2/L 即 U0=U1T1/（T1+T2）=（T1/T）U i，σ=T1/T 由上式可见，可以通过控制开关管激励脉冲的占空比σ来调整开关电源的输出电压U0。
开关稳压电源设计
开关电源的设计 同组参与者：李方舟、周恒、张涛开关式直流稳压电源的控制方式可分为调宽式和 调频试两种，实际应用中，而调宽式应用的较多，在 目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数也 为脉宽调制（PWM）型。 开关稳压电源具有效率高，输出功率大，输入电 压变化范围宽，节约能耗等优点。 开关电源的工作原理就是通过改变开关器件的开 通时间和工作周期的比值即占空比来改变输出电压； 通常有三种方式：脉冲宽度调制（PWM），脉冲频率 调制（PFM）和混合调制。PWM调制是指开关周期 恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式，因为 周期恒定，滤波电路的设计比较简单，也是应用能够 最广泛的调制方式。开关稳压电源的主要结构框架如 图1-1所示，有隔离变压器产生一个15-18V的交流电 压，在经过整流滤波电路，将交流电变成直流电，然 后再经过DC—DC变换，由PWM的驱动电路去控 制开关管的导通和截止，从而产生一个稳定的电压源， 如图1-1所示；
图1-1 一开关转换电路 1：滤波电路 输入滤波电路具有双向隔离作用，它可以抑制交流电网输入的干扰信号，同时也防止开关电源工作时产生的谐波和电磁干扰信号影响交流电网。如图1-2所示滤波电路中C1用以滤除直流份量中的交流成分，隔离电容应选用高频特性较好的碳膜电容,电阻R给电容提供放电回路，避免因电容上的电荷积累而影响滤波器的工作特性，C2、C3跨接在输出端，能有效地抑制共模干扰，为了减小漏电流C2、C3宜选用陶瓷电容器. 图1-2 2.电压保护电路 如图1-3所示为输出过压保护电路。稳压管VS的
击穿电压稍大于输出电压额定值，输出电压正常时，VS不导通，晶闸管VS的门极电压为零，不导通，当输出过压时，VS击穿，VS受触发导通，使光电耦合器输出三极管电流增大，通过UC3842控制开关管关断。 图1-3 输出过压保护电路 3.电压反馈电路 电压反馈电路如图1-4所示。输出电压通过集成稳压器TL431和光电耦合器反馈到的1脚，调节R1 R2的分压比可设定和调节输出电压，达到较高的稳压精度。如果输出电压U0升高，集成稳压器TL431的阴极到阳极的电流在增大,UC3842的输出脉宽相应变窄，输出电压U0变小,同样，如果输出电压U0减小，可通过反馈调节使之升高。
开关稳压电源和线性稳压电源
开关稳压电源和线性稳压电源 根据调整管的工作状态，我们常把稳压电源分成两类：线性稳压电源和开关稳压电源。 线性稳压电源，是指调整管工作在线性状态下的稳压电源。而在开关电源中则不一样，开关管（在开关电源中，我们一般把调整管叫做开关管）是工作在开、关两种状态下的：开——电阻很小；关——电阻很大。 开关电源是一种比较新型的电源。它具有效率高，重量轻，可升、降压，输出功率大等优点。但是由于电路工作在开关状态，所以噪声比较大。通过下图，我们来简单的说说降压型开关电源的工作原理。如图所示，电路由开关K（实际电路中为三极管或者场效应管），续流二极管D，储能电感L，滤波电容C等构成。当开关闭合时，电源通过开关K、电感L给负载供电，并将部分电能储存在电感L以及电容C中。由于电感L的自感，在开关接通后，电流增大得比较缓慢，即输出不能立刻达到电源电压值。一定时间后，开关断开，由于电感L的自感作用（可以比较形象的认为电感中的电流有惯性作用），将保持电路中的电流不变，即从左往右继续流。这电流流过负载，从地线返回，流到续流二极管D的正极，经过二极管D，返回电感L的左端，从而形成了一个回路。通过控制开关闭合跟断开的时间（即PWM——脉冲宽度调制），就可以控制输出电压。如果通过检测输出电压来控制开、关的时间，以保持输出电压不变，这就实现了稳压的目的。 在开关闭合期间，电感存储能量；在开关断开期间，电感释放能量，所以电感L叫做储能电感。二极管D在开关断开期间，负责给电感L提供电流通路，所以二极管D叫做续流二极管。 在实际的开关电源中，开关K由三极管或场效应管代替。当开关断开时，电流很小；当开关闭合时，电压很小，所以发热功率U×I就会很小。这就是开关电源效率高的原因。 看过完两个关于电源的FAQ后，大家可能对电源的效率计算还不了解。在后面的FAQ中，我们将专门给大家介绍。 常见的用于开关电源的芯片有：TL494，LM2575，LM2673，34063，51414等等。
开关型稳压电路的工作原理
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 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）。对应调整管的导通时间为ton；反之为低电平，（输出波形中电位水平低于低电平最大值的部分，对方波而言，相当方波不存在的部分）。对应调整管的截止时间为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。 各点波形见图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）。
图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小。
降压型直流开关稳压电源
降压型直流开关稳压电源（A题） 学校：东北石油大学 参赛选手：卢鑫坡曲记锋宋忠民 指导教师：张明 摘要:本系统以TI公司的LM5117及CSD18532KCS场效应管为核心，设计制作了该降压型开关直流稳压电源。额定输出电压为5V，输出电流最大值为3A。该系统前端是以LM5117为核心构成的DC-DC直流转直流降压电路，从而确定所需的PWM调制方式，经过几级滤波最终去除纹波，完成了总体电路的设计。该作品很好地满足了竞赛题目要求。 关键词：开关电源LM5117 CSD18532KCS场效应管 1．设计任务 1.1基本要求 （1）额定输入电压下，输出电压偏差：； （2）额定输入电压下，最大输出电流：； （3）输出噪声纹波电压峰峰值：； （4）从满载变到轻载时，负载调整率： ； （5）变化到17.6V和13.6V，电压调整率： （6）效率； （7）具有过流保护功能，动作电流；
（8）增加1个二端子端口，即输出控制端口，端口可外接电阻R （1k-10k ）。电源输出电压由下式确定： ； （9）尽量减小电源重量，使电源不含负载的重量不大于0.2Kg ； 2.系统方案 2.1方案提出 利用LM5117制作一个恒流稳压器，经查该芯片数据手册知，可以通过调节电流控制，电压控制两部分的开合关系，来实现升压和降压的功能，最终达成DC-DC 变换的目的。 具体电路原理图如后图5-1所示。 2.2系统整体框图 图2-1降压型开关稳压电源设计总体框图 3.电路理论分析 3.1具体实现方法 去耦滤波 消除高频噪音 直流输入部分 负载 RC 滤波 DC-DC 降压部分 5V 、3A 直流输出 去耦滤波 环形路型补偿 仿真电流检测
开关稳压电源电路设计及应用
摘要：在对线性稳压集成电路与开关稳压集成电路的应用特性进行比较的基础上，简单介绍了LM2576的特性，给出了基本开关稳压电源、工作模式可控的开关稳压电源和开关与线性结合式稳压电路的设计方案及元器件参数的计算方法。 关键词：LM2576 电源设计 MCU 嵌入式控制系统的MCU一般都需要一个稳定的工作电压才能可靠工作。而设计者多习惯采用线性稳压器件（如78xx系列三端稳压器件）作为电压调节和稳压器件来将较高的直流电压转变M CU所需的工作电压。这种线性稳压电源的线性调整工作方式在工作中会大的“热损失”（其值为V压降×I负荷），其工作效率仅为30%～50%[1]。加之工作在高粉尘等恶劣环境下往往将嵌入式工业控制系统置于密闭容器内的聚集也加剧了MCU的恶劣工况，从而使嵌入式控制系统的稳定性能变得更差。 而开关电源调节器件则以完全导通或关断的方式工作。因此，工作时要么是大电流流过低导通电压的开关管、要么是完全截止无电流流过。因此，开关稳压电源的功耗极低，其平均工作效率可达70%～90%[1]。在相同电压降的条件下，开关电源调节器件与线性稳压器件相比具有少得多的“热损失”。因此，开关稳压电源可大大减少散热片体积和PCB板的面积，甚至在大多数情况
下不需要加装散热片，从而减少了对MCU工作环境的有害影响。 采用开关稳压电源来替代线性稳压电源作为MCU电源的另一个优势是：开关管的高频通断特性以及串联滤波电感的使用对来自于电源的高频干扰具有较强的抑制作用。此外，由于开关稳压电源“热损失”的减少，设计时还可提高稳压电源的输入电压，这有助于提高交流电压抗跌落干扰的能力。 LM2576系列开关稳压集成电路是线性三端稳压器件（如78xx 系列端稳压集成电路）的替代品，它具有可靠的工作性能、较高的工作效率和较强的输出电流驱动能力，从而为MCU的稳定、可靠工作提供了强有力的保证。 一、LM2576简介 LM2576系列是美国国家半导体公司生产的3A电流输出降压开关型集成稳压电路，它内含固定频率振荡器（52kHz）和基准稳压器（1.23V），并具有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。LM2576系列包括LM2576（最高输入电压40V）及LM257 6HV（最高输入电压60V）二个系列。各系列产品均提供有3.3
开关直流稳压电源设计
毕业设计说明书（论文） 课题名称开关直流稳压电源设计 专业航空电子设备维修 081331 班 学生姓名罗亨林学号 26号 指导老师贺国灿技术职称______________ 2011年04 月05 日
毕业设计（论文）任务书 学生姓名：罗亨林班级：081331 1.毕业设计（论文）题目：开关直流稳压电源设计 2.毕业设计（论文）使用的原始资料数据及设计技术要求： （1）交流输入电压220V±20％，50Hz； （2）直流输出电压30V～36V可调； （3）直流输出电流0～2A； （4）负载调整率S I≤5%； （5）DC-DC变换器的效率 ≥70%； （6）具有过流保护功能，动作电流I O（th）=2.5±0.2A。 3.毕业设计（论文）工作内容及完成时间： 本设计主要以MC34063芯片的DC-DC电源变换控制器为控制核心设计一开关直流稳压电源 日期：自2010年12月01日至2011年04月05日 指导老师评语： __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ ____________________________________________ 指导老师：贺国灿系主任：姚卫华
前言 开关电源是一种利用开关功率器件并通过功率变换技术而制成的直流稳压电源.它具有体积小、重量轻、效率高、对电网电压及频率的变化适应性强、输出电压保持时间长、有利于计算机信息保护等优点,因而广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通讯设备,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源.开关电源又被称为高效能节能电源,内部电路工作在高频开关状态,自身消耗的能量很低,一般电源效率可达80%左右,比普通线性稳压电源进步一倍.目前生产的无工频变压器式中,开关电源仍然采用脉冲宽调制器PWM或脉冲频率调制器PFM的原理.本文根据PWM原理,以MC34063芯片的DC-DC电源变换控制器为控制核心设计出的一开关直流稳压电源。
开关稳压电源原理
一、开关式稳压电源的基本工作原理 开关式稳压电源接控制方式分为调宽式和调频式两种，在实际的应用中，调宽式使用得较多，在目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数也为脉宽调制型。因此下面就主要介绍调宽式开关稳压电源。 调宽式开关稳压电源的基本原理可参见下图。 对于单极性矩形脉冲来说，其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其直流平均电压值就越高。直流平均电压Ｕ。可由公式计算，即Uo=Um×T1/T 式中Um —矩形脉冲最大电压值； T —矩形脉冲周期； T1 —矩形脉冲宽度。 从上式可以看出，当Um与T不变时，直流平均电压Uo将与脉冲宽度T1成正比。这样，只要我们设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄，就可以达到稳定电压的目的。 二、开关式稳压电源的原理电路 1、基本电路
图二开关电原基本电路框图 开关式稳压电源的基本电路框图如图二所示。 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。 控制电路为一脉冲宽度调制器，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。这部分电路目前已集成化，制成了各种开关电源用集成电路。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．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三所示。
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，在初级绕组中储存能量。当开关管VT1截止时，变压器Ｔ初级绕组中存储的能量，通过次级绕组及VD1整流和电容Ｃ滤波后向负载输出。 单端反激式开关电源是一种成本最低的电源电路，输出功率为20－100Ｗ，可以同时输出不同的电压，且有较好的电压调整率。唯一的缺点是输出的纹波电压较大，外特性差，适用于相对固定的负载。单端反激式开关电源使用的开关管VT1承受的最大反向电压是电路工作电压值的两倍，工作频率在20－200kHz之间。 ３．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四所示。 这种电路在形式上与单端反激式电路相似，但工作情形不同。当开关管VT1导通时，VD2也导通，这时电网向负载传送能量，滤波电感Ｌ储存能量；当开关管VT1截止时，电感Ｌ通过续流二极管VD3继续向负载释放能量。 在电路中还设有钳位线圈与二极管VD2，它可以将开关管VT1的最高电压限制在两倍电源电压之间。为满足磁芯复位条件，即磁通建立和复位时间应相等，所以电路中脉冲的占空比不能大于５０％。 由于这种电路在开关管VT1导通时，通过变压器向负载传送能量，所以输出功率范围大，可输出50－200Ｗ的功率。电路使用的变压器结构复杂，体积也较大，正因为这个原因，这种电路的实际应用较少。４．自激式开关稳压电源 自激式开关稳压电源的典型电路如图五所示。
2007年开关稳压电源_国赛一等奖
开关稳压电源 作者：陈国贞陈涛李强 一等奖作品 摘要：使用PWM控制器SG3524设计并制作了一种推挽型DC/DC变换器，输出电压可在30～36V可调，系统效率可以达到92%。整个变换器由C8051F020型单片机作为控制核心，可以将输入输出电压、电流和系统效率显示出来，并可以对输出电压预设和步进调整，还可以实现过流保护和过压欠压指示，完成了基本部分和发挥部分的所有要求。 关键词：推挽 SG3524 C8051F020 Abstract: Using PWM controller SG3524, we designed and produced a push-pull DC/DC converter ,whose output voltage can be adjustable from 30V to 36V .The system efficiency can reach 92%.The converter uses C8051f020 as a controller .The input and output voltage ,input and output current ,and system efficiency can be displayed . It also has over-current protection , over-voltage and under-voltage instructions. You can preset and step the output voltage. The converter realizes all the basic part and exertion part requirements. Keywords:push-pull SG3524 C8051F020
开关直流稳压电源开题报告
毕业设计开题报告 题目名称 开关直流稳压电源设计选题方向电力电子技术 学生姓名专业电气工程及其自 年级、班级2010级电气（1）班 动化 一、选题的来源、目的、意义和基本内容 来源：新华学院毕业设计题目指南 目的： 采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比调整输出电压，利用DC-DC变换器，启动电路、过流与过压保护电路、噪声滤波器等组成部分。将交流电先整流成直流电，在将直流逆变成交流电，在整流输出成所需要的直流电压， 意义： 开关直流稳压电源具有体积小，重量轻，效率高，对电网电压及频率的变化适应性强，输出电压保持时间长，有利于计算机信息保护等优点。因而广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备，通信设备。是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源。开关直流稳压电源又被称为高效能节能电源，内部电路工作在高频开关状态，自身消耗的能量很低，一般电源效率可达80%左右，比普通线性稳压电源进步一倍。现今开关电源仍然采用脉冲宽度调制器PWM。 基本内容： <1> 设计并制作一个开关稳压直流电源，主要技术指标要求：输入交流220伏，输出12伏直流电压，电流2.5A，尽可能提高效率。 <2> 设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。 <3> 设计各个状态间的转换。 <4> 根据各个模块的连接设计进行程序编写，调试程序。
二、国内外研究综述 随着电力电子技术的告诉发展，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，开关电源是利用现代电力电子技术， 控制开关晶体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MOSFET 构成。稳压电源是使用子电路调整输出电压达到稳定目的的电源，有串联型稳压电源、并联型稳压电源、开关稳压电源， 开关电源也是稳压电源，但稳压电源不能直接称为开关电源。而开关稳压电源根据开关管在电路中的连接方式分类，可分为串联型开关稳压电源，并联型开关稳压电源和脉动变压器耦合式开关电源。开关稳压电源的效率高，电压范围宽，输出电压相对稳定，由于开关管工作在开关状态，功耗小，所以开关电源的工作效率可达80﹪～90﹪。而通常的线性调整式稳压电源的效率仅达50﹪左右。为了追求低成本，高效益。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广泛的发展空间。 三、参考文献 [1] 王唯一. 一个4W开关型5V直流稳压电源[J]. 电子科技. 2000(02) [2] 杨明生. 开关型直流稳压电源主体电路分析[J]. 电气开关. 1998(05) [9] 马乐. 直流稳压电源的工作原理[J]. 黑龙江科技信息. 2008(24) 四、指导教师指导意见 指导教师签名：年月日五、系毕业设计领导小组审核意见 领导小组组长签名：年月日
线性稳压器和开关模式电源的基本概念
线性稳压器和开关模式电源的基本概念 关键字：线性稳压器开关模式电源SMPS 摘要 本文阐述了线性稳压器和开关模式电源(SMPS)的基本概念。目的是针对那些对电源设计和选择可能不很熟悉的系统工程师。文章说明了线性稳压器和SMPS的基本工作原理，并讨论了每种解决方案的优势和劣势。以降压型转换器为例进一步解释了开关稳压器的设计考虑因素。 引言 如今的设计要求在电子系统中有越来越多的电源轨和电源解决方案，且负载范围从几mA(用于待机电源)到100A以上(用于ASIC电压调节器)。重要的是必需选择针对目标应用的合适解决方案并满足规定的性能要求，例如：高效率、紧凑的印刷电路板(PCB)空间、准确的输出调节、快速瞬态响应、低解决方案成本等。对于系统设计师来说，电源管理设计正成为一项日益频繁和棘手的工作，而他们当中许多人可能并没有很强的电源技术背景。 电源转换器利用一个给定的输入电源来产生用于负载的输出电压和电流。其必需在稳态和瞬态情况下满足负载电压或电流调节要求。另外，它还必须在组件发生故障时对负载和系统提供保护。视具体应用的不同，设计师可以选择线性稳压器(LR)或开关模式电源(SMPS)解决方案。为了选择最合适的解决方案，设计师应熟知每种方法的优点、不足和设计关注点，这是十分重要。 本文将着重讨论非隔离式电源应用，并针对其工作原理和设计的基本知识作相关介绍。 线性稳压器 线性稳压器的工作原理 我们从一个简单的例子开始。在嵌入式系统中，可从前端电源提供一个12V总线电压轨。在系统板上，需要一个3.3V电压为一个运算放大器(运放)供电。产生3.3V电压最简单的方法是使用一个从12V总线引出的电阻分压器，如图1所示。这种做法效果好吗？回答常常是―否‖。在不同的工作条件下，运放的V CC引脚电流可能会发生变化。假如采用一个固定的电阻分压器，则IC V CC电压将随负载而改变。此外，12V总线输入还有可能未得到良好的调节。在同一个系统中，也许有很多其他的负载共享12V电压轨。由于总线阻抗的原因，12V总线电压会随着总线负载情况的变化而改变。因此，电阻分压器不能为运放提供一个用于确保其正确操作的3.3V稳定电压。于是，需要一个专用的电压调节环路。如图2所示，反馈环路必需调整顶端电阻器R1的阻值以动态地调节V CC上的3.3V。
开关式交流稳压电源的设计
开关式交流稳压电源的设计 目前，空间技术、计算机、通信、雷达及家电中的电源逐渐被开关电源所取代。现在一般应用的串联调整稳压电源是连续控制的线性稳压电源。这种传统的串联稳压器、调整管总是工作在放大区，流过的电流是连续的，这种稳压器的缺点是承受过载和短路的能力差，效率低，一般只有35％～60％。由于调整管要损耗较大的功率，所以需要采用大功率调整管，并装有体积很大的散热器。而开关电源的调整管工作在开关状态，功率损耗小，效率可达 70％～95％，稳压器的体积小，重量轻，调整管的功率损耗较小，散热器也随之减小。此外，开关频率工作在几十kHz，可用数值较小的滤波电感、电容元件，故可以大大提高允许的环境温度。l 电路组成及工作原理开关式交流稳压电源电路框图如图1 所示。工作原理描述：由三角波发生电路产生150 kHz 的三角波，由低频正弦波产生电路产生50 Hz 的正弦波。两个信号分别同时送到比较器的同相和反相输入端，在比较器的输出端将产生矩形波。该矩形波的频率与150 kHz 的三角波相同，该矩形波的脉冲宽度受50 Hz 正弦波实时幅度的调制后，随50 Hz 正弦波实时幅度而变化，即已调制矩形波。将其送到高速电子开关中一个输入端，并经过一级反向器反向，送到高速电子开关的另外一个输入端。 市电整流滤波获得的倍于输入交流电压(典型值约为311 V)的直流高电压送到高速电子开关的电源输入端。高速电子开关的两个输出端由两个反向的输入矩形波驱动，从约311 V 直流电源取得能量后，分别经过一级短时间常数的LC 滤波电路连接到高频开关变压器的初级。该LC 滤波电路的作用是使进入高频开关变压器初级的矩形波脉冲拐角趋于圆滑，以降低其高频谐波。高频开关变压器的初、次级还起到对市电隔离的作用，高频开关变压器的次级获得交变、
开关稳压电源的优缺点
开关稳压电源的优缺点 结构 图1 图1画出了开关稳压电源的原理图及等效原理框图，它是由全波整流器，开关管V，激励信号，续流二极管Vp，储能电感和滤波电容C组成。实际上，开关稳压电源的核心部分是一个直流变压器。 逆变器，它是把直流转变为交流的装置。逆变器通常被广泛地应用在采用电平或电池组成的备用电源中。 直流变换器，它是把直流转换成交流，然后又把交流转换成直流的装置。这种装置被广泛地应用在开关稳压电源中。采用直流变换器可以把一种直流供电电压变换成极性、数值各不同的多种直流供电电压。 优点 [1].功耗小，效率高。在图1中的开关稳压电源电路中，晶体管V在激励信号的激励下，它交替地工作在导通—截止和截止—导通的开关状态，转换速度很快，频率一般为50kHz左右，在一些技术先进的国家，可以做到几百或者近1000kHz。这使得开关晶体管V的功耗很小，电源的效率可以大幅度地提高，其效率可达到80%。 [2].体积小，重量轻。从开关稳压电源的原理框图可以清楚地看到这里没有采用笨重的工频变压器。由于调整管V上的耗散功率大幅度降低后，又省去了较大的散热片。由于这两方面原因，所以开关稳压电源的体积小，重量轻。[3].稳压范围宽。从开关稳压电源的输出电压是由激励信号的占空比来调节的，输入信号电压的变化可以通过调频或调宽来进行补偿，这样，在工频电网电压变化较大时，它仍能够保证有较稳定的输出电压。所以开关电源的稳压范围很宽，稳压效果很好。此外，改变占空比的方法有脉宽调制型和频率调制型两种。
这样，开关稳压电源不仅具有稳压范围宽的优点，而且实现稳压的方法也较多，设计人员可以根据实际应用的要求，灵活地选用各种类型的开关稳压电源。[4].滤波的效率大为提高，使滤波电容的容量和体积大为减少。开关稳压电源的工作频率目前基本上是工作在50kHz，是线性稳压电源的1000倍，这使整流后的滤波效率几乎也提高了1000倍。就是采用半波整流后加电容滤波，效率也提高了500b倍。在相同的纹波输出电压下，采用开关稳压电源时，滤波电容的容量只是线性稳压电源中滤波电容的1/500—1/1000。 [5].电路形式灵活多样。例如，有自激式和他激式，有调宽型和调频型，有单端式和双端式等等，设计者可以发挥各种类型电路的特长，设计出能满足不同应用场合的开关稳压电源。 缺点 开关稳压电源的缺点是存在较为严重的开关干扰。开关稳压电源中，功率调整开关晶体管V工作在开关状态，它产生的交流电压和电流通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐振干扰，这些干扰如果不采取一定的措施进行抑制、消除和屏蔽，就会严重地影响整机的正常工作。此外由于开关稳压电源振荡器没有工频变压器的隔离，这些干扰就会串入工频电网，使附近的其他电子仪器、设备和家用电器受到严重的干扰。 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步提高。所以在中国的电子仪器以及机电一体化仪器中，开关稳压电源还不能得到十分广泛的普及及使用。特别是对于无工频变压器开关稳压电源中的高压电解电容器、高反压大功率开关管、开关变压器的磁芯材料等器件，在中国还处于研究、开发阶段。在一些技术先进国家，开关稳压电源虽然有了一定的发展，但在实际应用中也还存在一些问题，不能十分令人满意。这暴露出开关稳压电源的又一个缺点，那就是电路结构复杂，故障率高，维修麻烦。对此，如果设计者和制造者不予以充分重视，则它将直接影响到开关稳压电源的推广应用。当今，开关稳压电源推广应用比较困难的主要原因就是它的制作技术难度大、维修麻烦和造价成本较高。
可调直流稳压电源的工作原理
可调直流稳压电源设计 摘要 可调直流稳压电源是采用当前国际先进的高频调制技术，其工作原理是将开关电源的电压和电流展宽，实现了电压和电流的大范围调节，同时扩大了目前直流电源供应器的应用。直流稳压电源的控制芯片是采用目前比较成熟的进口元件，功率部件采用现国际上最新研制的大功率器件，可调直流稳压电源设计方案省去了传统直流电源因工频变压器而体积笨重。与传统电源相比高频直流电源就较具有体积小、重量轻、效率高等优点，同时也为大功率直流电源减小体积创造了条件，此电源又称高频可调式开关电源。可调直流稳压电源保护功能齐全，过压、过流点可连续设置并可预视，输出电压可通过触控开关控制。 关键词：开关稳压电源；开关变压器；高频直流电源
目录 1可调直流稳压电源 (1) 1.1 可调直流稳压电源的工作原理 (1) 1.2电路图 (2) 1.2.1电路框图 (2) 1.2.2电路原理图 (2) 2硬件电路设计 (2) 2.1整流电路 (2) 2.2滤波电路 (3) 2.3 稳压电路 (3) 总结 (4)
1可调直流稳压电源 1.1 可调直流稳压电源的工作原理 参数稳压器在输入交流电压150V-260V时，输出稳压在220V效果效于和高于这个范围，其效率要下降。采用单片微机进行第一步控制，使310V以下和90V以上的输入电压，调整控制在190V—250V范围，再用参数稳压器进行稳压效果很好。 由市电输入的交流电压变化波动很大，经过过压吸收滤波电路将高频脉冲等干扰电压滤去后，送入直流开关稳压电源、交流取样电路和控制执行电路。 直流开关稳压电源的功率小，但能把60-320V的交流电压娈换成+5V，+12V，-12V 的直流电压。+5V电压供给单片微机使用，±12V电压供给控制电路的大功率开关模块使用。 单片微机把取样电路采集到的输入电压数据，分析判断并发出控制信号送到触发电路，控制调节输出电压。 控制执行电路由SSR过零开关大功率模块和带抽头的自耦变压器组成。SSR之间采用RC吸收电路吸收过电压和过电流，使SSR在开关时不会损坏。控制执行电路把90-310V的输入电压控制在190V-240V范围，再送到参数稳压器进行精确稳压。 参数稳压器由电感和电容组成LC振荡器，振荡频率50HZ。无论市电怎么变化，其振荡频率不会改变，因此输出电压不会变化，稳压精度高。即使输入电压波形失真很大，经参数稳压器振荡输出后却是标准的正弦波，因此稳压电源有强的抗干扰能力和净化能力。 保护告警电路：当有危害设备安全情况时，只发出声光告警，提示操作人员注意采取措施，而不用切断输出电压。在无输出电压，控制箱的温度过高，市电输入高过300V，市电输入低于130V时都会声光告警。当输入电流过大时，输入（输出）空气自动开关自动跳开。