高频开关电源的设计33173

目录

1绪论 (1)

1.1高频开关电源概述 (1)

1.2意义及其发展趋势 (2)

2高频开关电源的工作原理 (3)

2.1 高频开关电源的基本原理 (3)

2.2 高频开关变换器 (5)

2.2.1 单端反激型开关电源变换器 (5)

2.2.2 多端式变换器 (6)

2.3 控制电路 (8)

3高频开关电源主电路的设计 (9)

3.1 PWM开关变换器的设计 (9)

3.2 变换器工作原理 (10)

3.3 变换器中的开关元件及其驱动电路 (11)

3.3.1 开关器件 (11)

3.3.2 MOSFET的驱动 (11)

3.4高频变压器的设计 (13)

3.4.1 概述 (13)

3.4.2 变压器的设计步骤 (13)

3.4.3 变压器电磁干扰的抑制 (15)

3.5 整流滤波电路 (15)

3.5.1 整流电路 (15)

3.5.2 滤波电路 (16)

4 总结 (19)

参考文献 (20)

1 绪论

1.1高频开关电源概述

八十年代,国内高频开关电源只在个人计算机、电视机等若干设备上得到应用。由于开关电源在重量、体积、用铜用铁及能耗等方面都比线性电源和相控电源有显著减少,而且对整机多相指标有良好影响,因此它的应用得到了推广。近年来许多领域,例如电力系统、邮电通信、军事装备、交通设施、仪器仪表、工业设备、家用电器等都越来越多应用开关电源,取得了显著效益。究其原因,是新的电子元器件、新电磁材料、新变换技术、新控制理论及新的软件(简称五新)不断地出现并应用到开关电源的缘故。五新使开关电源更上一层搂,达到了频率高、效率高、功率密度高、功率因数高、可靠性高(简称五高)。有了五高,开关电源就有更强的竞争实力,应用也更为扩大,反过来又遇到更多问题和更实际的要求。这些问题和要求可归纳为以下五个方面:

(l)能否全面贯彻电磁兼容各项标准?

(2)能否大规模稳定生产或快捷单件特殊生产?

(3)能否组建大容量电源?

(4)电气额定值能否更高(如功率因数)或更低(如输出电压)?

(5)能否使外形更加小型化、外形适应使用场所要求?

这五个问题是开关电源能否在更广泛领域应用的关键,是五个挑战。(简称五挑战)把挑战看成开关电源发展的动力和机遇,一向是电源科技工作者的态度。以功率因数为例,AC-DC开关电源或其他电子仪器输入端产生功率因数下降问题,用什么办法来解决?毫无疑问,利用开关电源本身的工作原理来解决开关电源应用中产生的问题是最积极的态度。实践中,用DC-DC开关电源和有源功率因数校正的开关电源,(成本比单机增加20%):成功解决了这个问题。现在,又进一步发展成单级有功率因数校正的开关电源,(成本只增加5%);在三相升压式单开关整流器中减少谐波方法,有人采用注入六次谐波调脉宽控制,抑制住输入电流的五次谐波,解决了电流谐波畸变率小于100k的要求。

1.2意义及其发展趋势

发电厂和变电所中,为了供给控制、信号、保护、自动装置、事故照明、直流油泵和交流不停电电源装置等的用电,要求有可靠的直流电源。为此,发电厂和ll0KV以上的变电所通常用蓄电池作为直流电源,对上述的电源要求有高度的可靠性和稳定性,电源容量和电压质量均应在最严重的事故情况下保证用电设备的可靠工作。根据电力系统的要求,蓄电池直流系统的电压等级为:

1、控制负荷专用的蓄电池组的电压采用11OV。

2、动力负荷和直流事故照明专用的电压采用220V。

3、国内的发电厂和变电所的直流电压大多采用220V。

所以,22OV直流电源在电力系统的操作电源系统中占有非常重要的地位。高频开关电源的设计目前,直流电源主要包括三种:相控电源、线性电源、开关电源。相控电源即相位控制型稳压电源,它的主要原理就是将市电直接经过整流滤波提供直流,由改变晶闸管的导通相位角来控制整流器的输出电压,所以如果采用适当的控制电路使晶闸管的导通相位根据输入电压或负载电流变化自动调整,整流器的输出电压就能稳定不变。线性电源也是一种常用的稳压电源,通过串联调整管可以连续控制,它的功率调整管总是工作在放大区,流过的电流是连续的。线性稳压电源通常包括:调整管、比较放大器、反馈采样部分以及基准电压部分。开关电源的功率调整管工作在开关状态,功率损耗小,效率高,由于开关工作频率高,变压器的体积大大减小,滤波电感、电容数值较小。

在目前的电力系统中,大部分用的都是相控电源,但是,相控电源用的是工频变压器,体积大,而且输出电压的纹波系数大,监控系统不完善,采用主从备份方式,用户使用不方便,对电力系统新的要求也达不到标准,另外,由于充电设备与蓄电池并联运行,纹波系数较大,会出现蓄电池脉动充电放电,影响蓄电池的使用寿命。而高频开关电源体积小、重量轻、频率高、输出纹波小、模块叠加、N+1热备份设计、便于计算机管理等优点,符合现代电源的潮流。所以,电力系统中的操作电源有高频开关电源取代相控电源的趋势。

2 高频开关电源的工作原理

2.1 高频开关电源的基本原理

高频开关电源是将交流输入(单相或三相)电压变成所需的直流电压的装置。基本的隔离式高频开关电源的原理框图如图2-1-1所示,高频开关电源主要由输入电网滤波器、输入整流滤波器、高频变换器、输出整流滤波器、控制电路、保护电路、辅助电源等几部分组成。其基本原理是:交流输入电压经电网滤波、整流滤波得到一直流电压,通过高频变换器将直流电压变换成高频交流电压,再经高频变压器隔离变换,输出所需的高频交流电压,最后经过输出

整流滤波电路,将变换器输出的高频交流电压整流滤波得到需要的高质量、高品质的直流电压。

图 2-1-1 开关电源基本原理框图

以全桥式变换器高频开关电源为例,图2-1-2表示了交流输入电压到最后输出所需直流电压的各环节电压波形变换流程。

图 2-1-2 高频开关电源的波形变化

下面就图2-1-1中每一部分的作用、原理分别简述如下:

(1)输入电网滩波器:消除来自电网的各种干扰,如电动机起动,电器开关的合闸与关断,雷击等产生的尖峰干扰。同时也防止开关电源产生的高频噪声向电网扩散而污染电网。一个典型的三相输入电网滤波器如图2-1-3所示:

图 2-1-3 三相电网滤波器示意图

(2)输入整流滤波器:将电网输入的交流电进行整流滤波,为变换器提供波纹较小的直流电压。而且,当电网瞬时停电时,滤波电容器储存的能量尚能使开关电源输出维持一定的时间。对三相交流电输入,其典型电路如图2-1-4所示:

图 2-1-4 输入整流滤波器电路图

(3)高频开关变换器(DC\AC):它是开关电源的关键部分。它把直流电压变换成高频交流电,经过高频变压器再变成所需要的隔离输出交流电压。

(4)输出整流滤波:将变换器输出的高频交流电压滤波得到需要的直流电压。同时还防止高频噪音对负载的干扰。电路原理与输入滤波器相同。

(5)控制电路:检测输出直流电压,与基准电压比较,进行隔离放大,调制振荡器输

出的脉冲宽度,从而控制变换器以保持输出电压的稳定。一般控制电路还包括启动及禁止电路。

(6)保护电路:在开关电源发生过电压、过电流或短路时,保护电路使开关电源停止工作以保护负载和开关电源本身。有的还有发出报警信号的功能。

(7)辅助电源:为控制电路和保护电路提供满足一定技术要求的直流电源,以保证它们工作稳定可靠。辅助电源可以是独立的,也可以由开关电源本身产生。

2.2 高频开关变换器

在高频开关电源中,高频开关变换器是核心部分,围绕开关变换器将会有很多的控制和保护电路,变换器的种类的选取将会影响整个功率器件耐压程度等很多参数,也会对系统的其它各部分产生相应的影响,所以,高频开关变换器的设计是很重要的一个环节,我们在后面的章节将会对它进行详细地分析和介绍。

按电力电子技术的习惯称谓,AC-DC称为整流,包括整流及离线式变换,DC-AC称为逆变,AC-AC称为交-交变频(包括变压),DC-DC称为直流一直流变换。所以,广义地说,凡用半导体功率器件作为开关,将一种电源形态转变成另一种形态的主电路叫作开关变换器电路。转变时用自动控制闭环稳定输出并有保护环节则称开关电源。开关电源的主要部分是DC-DC变换器,它是转换的核心,涉及频率变换。值得指出,常见到离线式开关变换器名称,是AC-DC变换,也常称开关整流器,它不单是整流的意义,而且整流后又作了DC-DC变换,离线是指变换器中有高频变压器隔离。

2.2.1单端反激型开关电源变换器

图2-2-1所示为单端反激型开关电源的主回路,当功率晶体管T导通时,高频变压器的原边电压等于输入电源电压U,其极性为上正下负。与之对应的高频开关电源的设计频变压器副边电压为上负下正,此时整流二极管D承受的是反向偏置电压,故不导通。负载R L上的电流是靠输出电容C0的放电电流来提供,此时,高频变压器将电能变为磁能储存起来,而在晶体管受控截止时,高频变压器原、副边电压极性改变。整流二极管D(和反相型开关电源中的续流二极管相对应)由反偏变为正偏导通,高频变压器就将原先储存的磁能变为电能,通过整流二极管向负载供电和向输出电容C0充电。此电路的整流二极管D是在功率晶体管截止时才导通的。故称此电路为反激型电路。

图 2-2-1 单端反激型开关电源主回路

2.2.2多端式变换器

多端式变换器的主要回路最基本的有以下三种:推挽、半桥、全桥。如图2-2-3所示:

a. 推挽式开关电源主回路

b. 半桥式式开关电源主回路

C. 全桥式开关电源主回路

图 2-2-3（a.b.c) 三种多端式变换器

这里以全桥变换器说明它的功率变换原理:

全桥式开关电源变换器的原理图如图2-2-3c所示,VT1、VT4与VT2、VT3由基极激励驱动而轮流通断,从而将直流电压Vi变换成高频矩形波交流电压,然后通过Dl、D2整流,L、C2滤波后给负载提供稳定的直流电压。

四个功率开关管组成桥的四臂,桥的一对交点输入直流电压,另一对交点接高频变压器原边绕组。VT1和VT4由一组开关信号驱动,VT1和VT4导通时电流方向对原边绕组是又上向下。过半个周期,VT1和VT4截止,VT2和VT3在另一组驱动信号下导通,导通电流由电源Vi正端经VT3,原边绕组由下向上,VT2流向电源负端。两对开关管是轮流导通,导通时绕组电压近似等于Vi。每只开关管均为并联一只高速功率二极管,其钳位作用以减小开关管由导通转换为截止时,变压器产生的电压尖峰,以保护开关管不被击穿。

全桥式变换器的优点是:主变压器原边绕组比推挽式少了一半,变压器利用率提高;开关管可用低耐压(如400V)、大电流的功率管输出功率大。DC-DC可分为PWM 式、谐振式和它们的结合式。为保证输出电压不随输入电压和负载变化,谐振式主要靠调节开关频率,属于调频系统。PWM型开关电源具有控制简单,稳态直流增益,与负载无关等优点,缺点是开关损失随开关频率的提高而增加。调频系统不如PWM 开关那样易控,加上谐振电压和电流峰值高,开关应力大。

根据我们的设计要求,我们选用PWM,即脉宽调制型变换器。

2.3 控制电路

控制电路是高频开关电源的很重要的部分,是电源系统可靠工作的保证,在图2-3-1的原理框图中,虚线框内为控制部分电路。开关电源的控制方式基本上都采用时间比率控制(TRC)方式。这种方式又大致分为三大类:

l、脉冲宽度调制(简称PWM)方式，它用调整脉冲宽度和控制占空比的方法来达到输出电压的稳定。

2、脉冲频率调制(即PFM)方式,它采用脉冲频率来改变脉冲占空比来控制输出电压的稳定。

3、混合调制方式,即前二者兼而有之的方式,既控制脉冲宽度,又改变脉冲频率,用综合技术来改变脉冲占空比和脉冲周期来控制输出电压的稳定。

目前,以脉冲调制PWM应用最多。图2-3-1是脉宽调制器的基本原理图。

图 2-3-1 脉宽调制原理图

基准电压:芯片内大部分电路由它供电,同时,兼作误差放大器的基准电压输入。振荡器:由恒流充电快速放电电路以及电压比较器组成,振荡频率由外接RC元件所决定,频率f=1/RC。

误差放大器:将取样电压和基准电压比较放大,送至脉宽调制电路输入端。

脉宽调制器:输入为误差放大器输出。输出分两路,一路送给门电路,另一路送给振荡器输入端。

门电路:门电路输入分别受分频器和脉宽调制器的输入控制。分频器:将振荡器的输入分频后输出,控制门电路输出脉冲的频率。

从总体上说,开关电源的控制电路还包括过压、过流保护、均流控制等。

3 高频开关电源主电路的设计

3.1 PWM开关变换器的设计

我们知道PWM开关变化器按工作方式可分为: 单端反激变换器、单端正激变换器、推挽式变换器、半桥式变换器、全桥式变换器。

其中3、4、5统称为多端变换器,在以上的各种变换器中,通过第一章第二节的介绍,我们可知,全桥式变压隔离器开关承受最小的开关电压和最小的开关电流,根据我们所设计的高频开关电源的实际情况,输出功率较大(22OV、5A),工作频率较高(100KHZ),我们选用全桥隔离式PWM变换器。这种线路的优点:

1、主变压器只需要一个原边绕组,通过正、反向的电压得到正、反向磁通,副边绕组采用全桥全波整流输出。因此,变压器铁芯和绕组最佳利用,使效率、功率密度得到提高。

2、功率开关在非常安全的情况下运作。在一般情况下,最大的反向电压不会超过电源电压Vs,四个能量恢复(再生)二极管能消除一部分由漏感产生的瞬时电压。这样,无需设置能量恢复绕组,反激能量便得到恢复利用。缺点:

1、需要功率元件较多;在导通回路上,至少有两个管压降,因此功率损耗也比双晶体管推挽式变换器大一倍。但是在高压离线开关系统中,这些损耗还是可以接受的。另外,能量恢复(再生)方式,由于四个二极管,因此,损耗略有增加。

2、值得注意的是,全桥变换器易发生桥臂直流短路及变压器原边偏磁饱和,其可靠性难以保证。但是,这种缺点我们将采取一定的措施进行避免。

图 3-1-1 MOSFET全桥式变换器

整个变换器的电路如图4-1-1所示。图中每个MOSFET旁均并联有组容吸收回路(R、C)作为缓冲器,在MOSFET瞬间断开时,缓冲器元件R、C将通过提供交流通道减少功率管断开时的集电极电压应力。作为后级整流的二极管选用德国IXYS公司的DSIE 30-10A。

3.2 变换器工作原理

在图4-l-1中,P1、P4和P2、P3分别构成全桥的两臂,我们设定P1、P4

由驱动信号S1驱动,其中,Pl是驱动信号S1通过变压器隔离后驱动的；P2、P3由驱动信号S2驱动,其中,P2是驱动信号S2通过变压器隔离后驱动的;驱动信号S1、S2是由PWM信号控制器UC3825产生的,它们是一对互补的、占空比都不超过50%的信号,也就是说,同一时间,不可能出现两个信号同时为高电平的情况。当Sl信号来时,Pl和P4导通,电流经过Pl进入变压器原边,再经P4形成回路;当S2信号来时,P2和P3导通,电流经过P2进入变压器原边,再经P3形成回路,但是电压的极性与Sl驱动的相反。这样,直流电压K经过变换器变换以后,得到的为一高频变化的交流电压,完成了从DC到AC的变换。具体的波形见图4-1-2。

图 3-2-1 开关变换器工作波形图

3.3 变换器中的开关原件及其驱动电路

3.3.1开关器件

前面已经介绍了高频变换器的分类和原理,根据它们的优缺点及课题设计的要求,功率变换部分选择由4只MOSFET管构成的全桥变换器,每一个MOSFET管源极与漏极间的电容和电阻用于吸收MOSFET管通断时所产生的尖脉冲,保护MOSFET 管。

根据设计要求,4只MOSFET功率管选用功率管SSH11N90,可替换元件为IRFPE50、IRFPE52、2SK684、2SK1032。由于全桥式变换器需要两路独立的驱动电路,所以电路较复杂,每路驱动信号选用PWM控制集成芯片输出控制。控制电路和主电路要通过变压器隔离。

3.3.2 MOSFET的驱动

由上所知,功率MOSFET工作频率可以达到很高,但是,当功率MOSFET工作在高频时,就会出现振荡。为了防止振荡,应注意两点:

1、尽可能减少功率MOSFET各端点的连线长度,特别是栅极引线。或者在靠近栅极处串联一个小电阻以便抑制寄生振荡；

2、由于功率MOSFET的输入阻抗高,驱动电源的阻抗必须比较低,以避免正反馈所引起的振荡。

功率MOSFET的驱动我们采用UC3825的输出直接驱动,在桥路的高电压端采用变压器隔离驱动。具体电路图如图4-1-5所示。图中的隔离变压器要求频率响应要好,能量的传输效率要高,磁芯一般采用铁氧体,使得变压器不容易出现磁饱和。

由SS11N90的参数可知,MOSFET的关断时间与开通时间比较起来,要大很多,所以,MOSFEF的关断比较慢,这样将导致同一桥臂上两个开关管同时

图 3-3-1 MOSFET的驱动电路

导通而造成短路的严重情况,特别是在频率很高的时候。我们通过查阅资料和实验,发现在电阻R1的两端加上如图3-3-5中的由二极管D和三极管T组成的电路,对于缩短MOSFET的截止时间很有效,从波形图上看,下降沿沿明显地陡峭了。电路中,D 为防止三极管T雪崩击穿的,T为PNP管,整个工作波形图如图3-5-6所示。

图3-5-6中,V GS表示驱动波形,其占空比小于50%,V O1表示未加快恢复电路的输出波形,V O2表示加了快恢复电路的输出波形,t d1表示V O1对应的截止延迟时间,t d2表示V O2对应的截止延迟时间,由图可以看出,t d1明显地大于t d2,实验证明,MOSFET管的截止时间较长,驱动电路需要加合适的快恢复电路,以防止两路同时导通造成电路短路的情况的发生。

图 3-3-2 MOSFET的驱动波形图

3.4 高频变压器的设计

3.4.1概述

在前面的章节我们已经分析了升压和降压等变换器,它们可以完成直流电压的变换,但是,它们实际上存在着转换功能上的局限性,例如,输入输出不隔离,输入输出电压比或电流比不能过大以及无法实现多路输出等。这些局限只能通过变压隔离器来克服。高频变压器在电路中,主要起隔离和降压的作用。

理想的变压隔离器有如下的特征:

(1)从输入到输出能够通过所有的信号的频率,即从理想的直流到不理想的直流都能变换；

(2)变换时可不考虑能量损耗；

(3)能使输入输出之间完全隔离；

(4)变换中,无论从原边到副边,或副边到原边,都是一样方便有效。

3.4.2变压器的设计步骤

桥式变压器的设计相对比较容易,两个半周期都用同一个原边绕组,磁芯和绕组使用率都比较高。为了减少磁化电流,最好原边绕组匝数较多,电感量大,为此,选用高导磁率合金材料的磁芯是合适的,而且磁芯不带气隙。

具体设计步骤如下:

1、选择铁芯型号

根据输出功率、效率求出输入功率。我们设计的电源为220V、SA的直流电源,用于电力系统的直流操作电源系统。输出功率为:

PO=220×5=1100W

效率按90%计算,则输入功率:

Pi=1100/0.9≈1200w

又知工作频率为l00KHZ,所以由铁芯选择图可以选择EE55/55/21磁芯。

2、选择最佳磁感应强度

变压器设计为求有最佳效率,均从铜耗等于铁耗出发的。对于每一个设计者,有一个最佳磁感应强度幅值Bopt,它依赖于工作频率、铁芯损耗,所加的电压和原、副边的匝数比等等。

3、线圈匝数计算

原边线圈匝数:

式中:

V S------原边线圈所加直流电压,在有波动时取小值(V)；

T on-----最大导通时间(us)；

ΔB---总磁感应强度增量(T)；

A e----磁芯有效面积(mm2)；

4、副边线圈匝数

从3中确定每伏所需匝数.输出回路压降大小加上输出额定电压Vo即为副边电压V S.根据这两个参数可以确定副边线圈的匝数。

对于高频变压器的设计,常用的有两种方法,第一种是先求出磁芯窗口面积A w 与磁芯有效截面积A e的乘积AP(AP=A w×A e,称磁芯面积乘积)。

根据Ap值,查表找出所需磁性材料的编号,称为AP法：第二种是先求出几何参数,查表找出磁芯编号,再进行设计,称为Kg法。

3.4.3变压器电磁干扰的抑制

变压器产生的瞬变干扰可能传导和辐射到负载上,而且还返回到电源配电系统。当电源电压通过零点改变极性时,非线性磁滞回线特性使不同数量的剩余磁通残留在变压器铁芯中。这种情况往往增加了剩磁通而使铁芯饱和,因而导致了电流过流。磁化电流的瞬变,即传导性电磁干扰,既影响到变压器的次级,而且也返回到配电系统。对于变压器所产生的传导、辐射干扰,有如下的措施:

(l)选择高导磁通的铁芯材料,减少变压器漏磁通：

(2)变压器采取静电屏蔽措施：

(3)静电屏蔽的目的是使变压器初次级绕组间的电容减到最少,并且对共模噪声提供一个低阻抗的对地通路:

(4)在变压器的外围中部做一短路环,以抵消变压器的漏磁通:

(5)减小铁芯中磁通密度将会使杂散磁场的幅度大约按磁通密度的平方而减小。这样做虽然变压器的体积增大了,但却有利于减小电磁干扰和散热,比屏蔽变压器更为经济有效。

3.5 整流滤波电路

3.5.1整流电路

高频电源系统还包括整流滤波部分,整流电路分为两个部分:前级整流和后级整流。前级整流是指三相交流电经滤波后需要整流变为直流以后才能输入到开关变换器进行频率变换,完成DC-AC的变换。前级整流部分的电路如图3-5-1所示。

图 3-5-1 前级整流电路图

图4-3-1中EMI表示防电磁干扰的环节,选用EMI滤波器模块来完成防电磁干扰的工作,U1和U2是整流模块,由于,U1和U2的正极和正极相接,负极和负极相接,所以输入部分有一个AC端悬空是不影响三相交流的全波整流的。三相交流输入的是380V、50HZ的工频交流电,经过全波整流以后,电压将有一定的上升,大约510V

左右,这一点在以后部分中是值得注意的。

后级整流部分,是将高频变压器变压后的高频交流电进行整流,这一部分比较简单,根据我们设计的要求,选用了四只IXYS公司的DSEI 30-10A功率二极管组成桥式全波整流即可完成工作。

3.5.2滤波电路

由于电源模块工作于高频状态,而我们又必须获得无谐波的直流电压,因此,相对于相控型整流器,开关电源必须有更复杂的抑制干扰与滤除杂音的电路。共模与差模原理常被用来衰减及消除输入谐波,并将滤波器件封装在磁屏蔽盒内,并要可靠接地。布局上为输入输出隔离,输出线用绞合线或平行配线(短且粗)。机架地线与信号线分设。变压器初次级或开关管管脚之间配置高频抑射元件。输出滤波电容器用四端高频电解电容器、叠层式无感电容器。降低噪声经常采用消除或抑制干扰源并同时隔断干扰祸合途径的方式。在高频开关电源的设计开关电源中,采用电源输入滤波、工频滤波、电源输出滤波与抗辐射干扰等主要措施来减少噪声的传递与影响。

（1）电源输入滤波

开关电源的高速开关瞬态往往会产生很高的射频分量,从而污染交流馈电线路,交流电源能传递电气噪声和电磁辐射,导致开关电源中的瞬变再辐射和传递到其它负载。电源输入滤波主要由工频低通滤波器和共模扼制元件组成,封闭在磁屏蔽盒内且可靠接地。电源输入滤波又称电磁干扰(EMI)或射频干扰(RFI)滤波器。

在电源输入滤波器中,通常用高频旁路电容和共模扼流圈来衰减和吸收纵向共模噪声,用常态滤波电感、常态滤波电容抑制差模常态噪声。图4-3-2为开关电源实际使用的三相三级输入滤波器。

图 3-5-2 三相输入滤波器

图中,Ll、L2、L3——常态滤波电感

L4、LS——共模扼流圈

Cl、CZ、C3——共模滤波电容

C4～Cg一一常态滤波电容

其中L4、L5共模扼流圈实际上是三线并绕的环形磁芯电感,绕制时适当加大匝间距离以减少分布电容提高高频特性,其电感量不宜过大,一般为几十微亨。常态滤波电容C4-Cg一般为0.01-0.luF的小电容。C1、C2、C3为共模电流提供低阻抗通路。在实际应用中,我们采用图3-5-l中EMI滤波模块。

（2）工频滤波

开关电源中工频滤波器接在工频整流与开关变换器之间,既能将脉动电流变为平滑的直流,还能抑制高频干扰,尤其是开关变换中产生的高频干扰,图3-5-3为开关电源的工频滤波器。

图 3-5-3 开关电源工频滤波器

其中L1、C5、C6滤除共模噪声,C1、C2滤除差模噪声,C1、C2、C5、C6为小容量高频电容器,L2、C3、C4、C7、C8为常态滤波元件,C3、C4为大容量电解电容,C7、C8为小容量无感电容,用来补偿大容量电解电容器的高频性能,起高频旁路作用,L2、C3、C4组成低频滤波器,其余电感电容组成高频滤波器。

（3）电源输出滤波

开关电源在开关变换器之后,还需要高频变压器进行隔离降压,而后经过桥式整流后再接电源输出滤波器,以得到高质量的符合设计要求的直流电压,所以电源的输出滤波部分是很重要的一个环节。图3-5-4所示为电源的输出滤波器。

图 3-5-4 高频开关电源的输出滤波器

其中C4为400V/220uF的电解电容,C1、C2、C7、C8为小容量的无感电容,C3、C5、C6为luF的无极性电容,L2为一个用于抑制共模信号的扼流圈。

（4）滤波电容与滤波电感

滤波电容、电感是组成滤波电路的重要器件,而电容、电感通常不是理想的电容电感,实际上是一个R、L、C的综合器件。

图 3-5-5 电容器的等效电路图 3-5-6 电感等效电路

图3-5-5中,电感L是由引线和电容器圈绕的结构形成的:Rl为电容器等效串联电阻,其值是电容器品质因数的函数;R2为并联泄漏电阻,是介质材料电阻率的函数。选择电容器,考虑上述因素的同时,电容器所工作的频率也是一重要依据。在电源输入滤波器中,共模与常模滤波电容器用于抗高频干扰,应选用小容量高频电容器。在工频滤波器中,除了将工频整流器输出的脉动电流变为平滑直流外,对高频干扰也起到抑制作用。在输出滤波器中,电解电容通过的锯齿波电流频率一般达几百KHz,滤波电容的容抗与工作频率成反比:X C=l/WC=1/2πfC,即工作频率越高,阻抗越小,则电容器的容量相对可取的较小。此时,电容器容量已不是主要指标,而电容器的阻抗、等效电阻、等效电感等参数则是衡量其质量的重要依据。普通的电解电容的介质电器性能、温度特性、频率稳定性较差,只适用于低频或要求不高的场合。若在高频情况下工作,其分布电感的存在使电容器等效电感随频率不同变化显著,阻抗甚至会呈感性。因此,一般的电解电容器不能满足开关电源的输出滤波要求,须选用高性能的特殊电容器,例如:四端高频电解电容器、大型高频电解电容器、叠层式无感电容器或高频高压无极性聚丙烯介质电容器。这些电容器具有较低的等效阻抗,适用于高频开关电源。

图3-5-6表示电感的等效电路,R为线圈绕组铜线电阻,C为绕组间的分布电容。在电源输入滤波器中,常态滤波电感与共模扼流圈用于抑制各种高频干扰,电感量不宜太大,同时必须考虑绕制时的分布电容、铁芯的导磁率,并采用屏蔽防止辐射干扰以及耐压绝缘等措施。

4 总结

本课题是面向实际应用的工程项目。通过对高频开关电源基本理论的研究,对开关变换器各种拓扑结构的分析论证,期望设计出一种实用于电力系统直流操作电源的高频开关电源整流模块,以替代现在使用的相控整流电源,为电力系统提供一种重量更轻、体积更小、效率更高、安全性更好的一种整流模块，通过对这个课题的研究分析，学会并且对各种电路有新的认识，据我们所设计的系统的频率和功率要求,选用MOSFET作为功率变换器器件,用变压器进行隔离,构成了完整的桥式开关变换器,完成DC-AC的变换。解决了MOSFET的截止时间过长的固有问题,使得桥式变换器容易造成桥臂短路和在高频情况下容易谐振的缺点得到克服,安全性能大幅度提高。从理论上可以看出,此开关变换器能在开关频率200KHZ左右安全工作。

通过此课题的研究，加深了对模电，电路等课程的理解，也将所学知识得以灵活运用，今后的日子还较长，还有很多问题有待我们去解决和认识。也将更加投入于其中。

高频开关电源的设计与实现资料

电力电子技术课程设计报告 题目高频开关稳压电源 专业电气工程及其自动化 班级 学号 学生姓名 指导教师 2016年春季学期 起止时间：2016年6月25日至2016年6月27日

设计任务书11 高频开关稳压电源设计√ 一、设计任务 根据电源参数要求设计一个高频直流开关稳压电源。 二、设计条件与指标 1.电源：电压额定值220±10%，频率：50Hz； 2. 输出:稳压电源功率Po=1000W,电压Uo=50V； 开关频率:100KHz 3.电源输出保持时间td=10ms(电压从280V下降到250V)； 三、设计要求 1.分析题目要求，提出2~3种电路结构，比较并确定主电路 结构和控制方案； 2.设计主电路原理图、触发电路的原理框图，并设置必要的 保护电路； 3.参数计算，选择主电路及保护电路元件参数； 4.利用PSPICE、PSIM或MATLAB等进行电路仿真优化； 5.撰写课程设计报告。 四、参考文献 1.王兆安，《电力电子技术》，机械工业出版社； 2.林渭勋等，《电力电子设备设计和应用手册》； 3.张占松、蔡宣三，《开关电源的原理与设计》，电子工业 出版社。

目录 一、总体设计 (1) 1．主电路的选型（方案设计） (1) 2.控制电路设计 (4) 3.总体实现框架 (4) 二、主要参数及电路设计 (5) 1.主电路参数设计 (5) 2.控制电路参数设计 (7) 3.保护电路的设计以及参数整定 (8) 4.过压和欠压保护 (8) 三、仿真验证（设计测试方案、存在的问题及解决方法） (9) 1、主电路测试 (9) 2、驱动电路测试 (10) 3、保护电路测试 (10) 四、小结 (11) 参考文献 (11)

高频开关电源的设计55400

目录 1绪论 (1) 1.1高频开关电源概述 (1) 1.2意义及其发展趋势 (2) 2高频开关电源的工作原理 (3) 2.1 高频开关电源的基本原理 (3) 2.2 高频开关变换器 (5) 2.2.1 单端反激型开关电源变换器 (5) 2.2.2 多端式变换器 (6) 2.3 控制电路 (8) 3高频开关电源主电路的设计 (9) 3.1 PWM开关变换器的设计 (9) 3.2 变换器工作原理 (10) 3.3 变换器中的开关元件及其驱动电路 (11) 3.3.1 开关器件 (11) 3.3.2 MOSFET的驱动 (11) 3.4高频变压器的设计 (13) 3.4.1 概述 (13) 3.4.2 变压器的设计步骤 (13) 3.4.3 变压器电磁干扰的抑制 (15) 3.5 整流滤波电路 (15) 3.5.1 整流电路 (15) 3.5.2 滤波电路 (16) 4 总结 (19) 参考文献 (20)

1 绪论 1.1高频开关电源概述 八十年代,国高频开关电源只在个人计算机、电视机等若干设备上得到应用。由于开关电源在重量、体积、用铜用铁及能耗等方面都比线性电源和相控电源有显著减少,而且对整机多相指标有良好影响,因此它的应用得到了推广。近年来许多领域,例如电力系统、邮电通信、军事装备、交通设施、仪器仪表、工业设备、家用电器等都越来越多应用开关电源,取得了显著效益。究其原因,是新的电子元器件、新电磁材料、新变换技术、新控制理论及新的软件(简称五新)不断地出现并应用到开关电源的缘故。五新使开关电源更上一层搂,达到了频率高、效率高、功率密度高、功率因数高、可靠性高(简称五高)。有了五高,开关电源就有更强的竞争实力,应用也更为扩大,反过来又遇到更多问题和更实际的要求。这些问题和要求可归纳为以下五个方面: (l)能否全面贯彻电磁兼容各项标准? (2)能否大规模稳定生产或快捷单件特殊生产? (3)能否组建大容量电源? (4)电气额定值能否更高(如功率因数)或更低(如输出电压)? (5)能否使外形更加小型化、外形适应使用场所要求? 这五个问题是开关电源能否在更广泛领域应用的关键,是五个挑战。(简称五挑战)把挑战看成开关电源发展的动力和机遇,一向是电源科技工作者的态度。以功率因数为例,AC-DC开关电源或其他电子仪器输入端产生功率因数下降问题,用什么办法来解决?毫无疑问,利用开关电源本身的工作原理来解决开关电源应用中产生的问题是最积极的态度。实践中,用DC-DC开关电源和有源功率因数校正的开关电源,(成本比单机增加20%):成功解决了这个问题。现在,又进一步发展成单级有功率因数校正的开关电源,(成本只增加5%);在三相升压式单开关整流器中减少谐波方法,有人采用注入六次谐波调脉宽控制,抑制住输入电流的五次谐波,解决了电流谐波畸变率小于100k的要求。

(完整版)高频开关电源设计毕业设计

目录 引言......................................................... 1本文概述 ................................................. 1.1选题背景............................................................................................................................ 1.2本课题主要特点和设计目标 ........................................................................................... 1.3课题设计思路.................................................................................................................... 2SABER软件................................................ 2.1SABER简介 ..................................................................................................................... 2.2SABER仿真流程 ............................................................................................................. 2.3本章小结............................................................................................................................ 3三相桥式全控整流器的设计.................................. 3.1工作原理............................................................................................................................ 3.1.1 三相桥式全控整流电路的特点 ..................................................................................... 3.2保护电路............................................................................................................................ 3.2.1 过电压产生的原因.......................................................................................................... 3.2.2 过压保护 (1) 3.2.3 过电流产生的原因 (1) 3.2.4 过流保护 (1) 3.3SABER仿真 (1) 3.3.1 设计规范 (1) 3.3.2 建立模型 (1)

高频开关电源设计与应用

电源网讯传统的工频交流整流电路，因为整流桥后面有一个大的电解电容来稳定输出电压，所以使电网的电流波形变成了尖脉冲，滤波电容越大，输入电流的脉宽就越窄，峰值越高，有效值就越大。这种畸变的电流波形会导致一些问题，比如无功功率增加、电网谐波超标造成干扰等。 功率因数校正电路的目的，就是使电源的输入电流波形按照输入电压的变化成比例的变化。使电源的工作特性就像一个电阻一样，而不在是容性的。 目前在功率因数校正电路中，最常用的就是由BOOST变换器构成的主电路。而按照输入电流的连续与否，又分为DCM、CRM、CCM模式。DCM模式，因为控制简单，但输入电流不连续，峰值较高，所以常用在小功率场合。C CM模式则相反，输入电流连续，电流纹波小，适合于大功率场合应用。介于DCM和CCM之间的CRM称为电流临界连续模式，这种模式通常采用变频率的控制方式，采集升压电感的电流过零信号，当电流过零了，才开通MO S管。这种类型的控制方式，在小功率PFC电路中非常常见。 今天我们主要谈适合大功率场合的CCM模式的功率因数校正电路的设计。 要设计一个功率因数校正电路，首先我们要给出我们的一些设计指标，我们按照一个输出500W左右的APFC电路来举例： 已知参数： 交流电源的频率fac——50Hz 最低交流电压有效值Umin——85Vac 最高交流电压有效值Umax——265Vac 输出直流电压Udc——400VDC 输出功率Pout——600W 最差状况下满载效率η——92% 开关频率fs——65KHz 输出电压纹波峰峰值Voutp-p——10V 那么我们可以进行如下计算： 1，输出电流Iout=Pout/Udc=600/400=1.5A 2，最大输入功率Pin=Pout/η=600/0.92=652W 3，输入电流最大有效值Iinrmsmax=Pin/Umin=652/85=7.67A 4，那么输入电流有效值峰值为Iinrmsmax*1.414=10.85A 5，高频纹波电流取输入电流峰值的20%，那么Ihf=0.2*Iinrmsmax=0.2*10.85=2.17A 6，那么输入电感电流最大峰值为：ILpk=Iinrmsmax+0.5*Ihf=10.85+0.5*2.17=11.94A 7，那么升压电感最小值为Lmin=(0.25*Uout)/(Ihf*fs)=(0.25*400)/(2.17*65KHz)=709uH 8，输出电容最小值为：Cmin=Iout/(3.14*2*fac*Voutp-p)=1.5/(3.14*2*50*10)=477.7uF，实际电路中还要考虑hold up时间，所以电容容量可能需要重新按照hold up的时间要求来重新计算。实际的电路中，我用了1320uF，4只330uF的并联。 有了电感量、有了输入电流，我们就可以设计升压电感了！ PFC电路的升压电感的磁芯，我们可以有多种选择：磁粉芯、铁氧体磁芯、开了气隙的非晶/微晶合金磁芯。这几种磁芯是各有优缺点，听我一一道来。

开关电源-高频-变压器计算设计

要制造好高频变压器要注意两点： 一是每个绕组要选用多股细铜线并在一同绕,不要选用单根粗铜线,简略地说便是高频交流电只沿导线的表面走,而导线内部是不走电流的实习是越挨近导线中轴电流越弱,越挨近导线表面电流越强。选用多股细铜线并在一同绕,实习便是为了增大导线的表面积,然后更有效地运用导线。 二是高频逆变器中高频变压器最好选用分层、分段绕制法,这种绕法首要目的是削减高频漏感和降低分布电容。 1、次级绕组：初级绕组绕完，要加绕(3~5 层绝缘垫衬再绕制次级绕组。这样可减小初级绕组和次级绕组之间分布电容的电容量，也增大了初级和次级之间的绝缘强度，契合绝缘耐压的需求。减小变压器初级和次级之间的电容有利于减小开关电源输出端的共模打扰。若是开关电源的次级有多路输出，而且输出之间是不共地的为了减小漏感，让功率最大的次级接近变压器的初级绕组。 若是这个次级绕组只要相对较少几匝，则为了改善耦合状况，仍是应当设法将它布满完好的一层，如能够选用多根导线并联的方法，有助于改善次级绕组的填充系数。其他次级绕组严密的绕在这个次级绕组的上面。当开关电源多路输出选用共地技能时，处置方法简略一些。次级能够选用变压器抽头方式输出，次级绕组间不需要采用绝缘阻隔，从而使变压器的绕制愈加紧凑，变压器的磁耦合得到加强，能够改善轻载时的稳压功能。 2、初级绕组：初级绕组应放在最里层，这样可使变压器初级绕组每一匝用线长度最短，从而使整个绕组的用线为最少，这有效地减小了初级绕组自身的分布电容。通常状况下，变压器的初级绕组被规划成两层以下的绕组，可使变压器的漏感为最小。初级绕组放在最里边，使初级绕组得到其他绕组的屏蔽，有助于减小变压器初级绕组和附近器材之间电磁噪声的相互耦合。初级绕组放在最里边，使初级绕组的开始端作为衔接开关电源功率晶体管的漏极或集电极驱动端，可削减变压器初级对开关电源其他有些电磁打扰的耦合。 3、偏压绕组：偏压绕组绕在初级和次级之间，仍是绕在最外层，和开关电源的调整是依据次级电压仍是初级电压进行有关。若是电压调整是依据次级来进行的则偏压绕组应放在初级和次级之间，这样有助于削减电源发生的传导打扰发射。若是电压调整是依据初级来进行的则偏压绕组应绕在变压器的最外层，这可使偏压绕组和次级绕组之间坚持最大的耦合，而与初级绕组之间的耦合减至最小。 初级偏压绕组最佳能布满完好的一层，若是偏压绕组的匝数很少，则能够采用加粗偏压绕组的线径，或许用多根导线并联绕制，改善偏压绕组的填充状况。这一改善方法实际上也改善了选用次级电压来调理电源的屏蔽才干，相同也改善了选用初级电压来调理电源时，次级绕组对偏压绕组的耦合状况。 高频变压器匝数如何计算？很多设计高频变压器的人都会有对于匝数的计算问题，那么我们应该

高频开关电源设计

高频开关电源设计

目录 引言 (1) 1本文概述 (2) 1.1选题背景 (2) 1.2本课题主要特点和设计目标 (2) 1.3课题设计思路 (3) 2SABER软件 (4) 2.1SABER简介 (4) 2.2SABER仿真流程 (5) 2.3本章小结 (5) 3三相桥式全控整流器的设计 (7) 3.1工作原理 (7) 3.1.1 三相桥式全控整流电路的特点 (8) 3.2保护电路 (8) 3.2.1 过电压产生的原因 (8) 3.2.2 过压保护 (8) 3.2.3 过电流产生的原因 (10) 3.2.4 过流保护 (10) 3.3SABER仿真 (13) 3.3.1 设计规范 (13) 3.3.2 建立模型 (13) 3.3.3 仿真结果 (14) 3.3.4 结果分析 (16) 3.4本章小结 (16) 4功率因素校正技术 (16) 4.1谐波 (16) 4.1.1 谐波的危害 (16) 4.1.2 谐波补偿和功率因素校正 (17) 4.2有源功率因数校正 (17) 4.2.1 APFC技术分类 (17) 4.2.2 临界导电模式APFC的控制原理 (18) 4.2.3 功率因素校正电路的缺点及解决方法 (20) 4.3本章小结 (20) 5软开关功率变换技术 (21)

5.1软开关技术的提出 (21) 5.1.1 开关损耗的成因 (22) 5.2软开关技术 (23) 5.2.1 软开关技术的一般实现方法 (24) 5.2.2 软开关的发展历程主要分类 (26) 5.3本章小结 (26) 6双管正激变换器的设计 (27) 6.1工作原理 (27) 6.2SG3525的功能介绍以及应用 (28) 6.2.1 SG3525基本工作原理和应用特点 (29) 6.2.2 SG3525在双管正激开关电源中的应用 (29) 6.3启动电路的改进 (31) 6.4SABER仿真 (31) 6.4.1 设计步骤简介 (31) 6.4.2 设计规范 (32) 6.4.3 开环设计（功率电路设计） (32) 6.4.4 调制器设计和闭环仿真 (36) 6.5仿真结果 (39) 6.6本章小结 (39) 7BOOST变换器的设计 (40) 7.1工作原理 (40) 7.2SABER仿真 (42) 7.2.1 设计规范 (42) 7.2.2 参数设计 (42) 7.2.3 仿真结果 (43) 7.3本章小结 (44) 8系统集成调试 (45) 9结论与展望 (46) 谢辞 (47) 参考文献 (48) 附录 (49)

基于UC3875的高频开关电源的设计

引言 近年来，随着电子技术的发展，邮电通信、交通设施、仪器仪表、工业设施、家用电器等越来越多地应用开关电源，随着科学技术的不断进步，对大功率电源的需求也就越来越大。与此同时大量集成电路、超大规模集成电路等电子通信设备日益增多，要求电源的发展趋势是小型化、轻量化。通常滤波电感、电容和变压器的体积和重量比较大，因此主要是靠减少它们的体积来实现小型化、轻量化。 我们可以通过减少变压器的绕组匝数和金减小铁心尺寸来提高工作频率，但在提高开关频率的同时，开关损耗会随之增加，电路效率会严重下降。针对这些问题出现了软开关技术，它利用以谐振为主的辅助换流手段，解决了电路中的开关损耗和开关噪声问题，使开关电源能高频高效地运行，从20世纪70年代以来国内外就开始不断研究高频软开关技术，目前已比较成熟，下面以2KW的电源为例进行设计。 1.设计内容和方法 1.1主电路型式的选择 变换电路的型式主要根据负载要求和给定电源电压等技术条件进行选择。在几种常用的变换电路中，因为半桥、全桥变换电路功率开关管承受的电压比推挽变换电路低一倍，由于市电电压较高，所以不选推挽变换电路。半桥变换电路与全桥变换电路在输出同样功率时，半桥变换电路的功率开关管承受二倍的工作电流，不易选管，输出功率较全桥小，所以采用全桥变换电路。 传统的全桥变换电路开关元件在电压很高或电流很大的条件下，在门极的控制下开通或关断，开关过程中电压、电流均不为零，出现重叠，导致了开关损耗。开关损耗随开关频率增加而急剧上升，使电路效率下降，阻碍了开关频率的提高。在移相控制技术的基础上，利用功率管的输出电容和输出变压器的漏电感作为谐振元件，使全桥变换器四个开关管依次在零电压下导通，实现恒频软开关。由于减少了开关过程损耗，变换效率可达80%-90%，并且不会发生开关应力过大。所以选用移相控制全桥型零电压开关脉宽调制（PSC FB ZVS-PWM）变换电路。 移相控制全桥变换电路是目前应用最为广泛的软开关电路之一，它的特点是电路简单，与传统的硬开关电路相比，并没有增加辅助开关等元件。原理如图1所示，主要由四个相同的功率管和一个高频变压器压器组成。E为输入直流电压， T1～T4 为开关管， D1～D4 为体内二极管，C1 ～C4 为开关的输出电容。以第一个桥臂为例介绍，利用变压器漏感和功率输出电容C1 谐振，漏感储能向电容 C1释放过程中，使电容上的电压逐步下降到零，体内二极管D1开通，创造了T1 的ZVS条件。

30kHz半桥高频开关电源变压器的设计

30kHz半桥高频开关电源变压器的设计 Designof30kHzHigh－frequencySMPSTransformer 在传统的高频变压器设计中，由于磁心材料的限制，其工作频率较低，一般在20kHz左右。随着电源技术的不断发展，电源系统的小型化，高频化和高功率比已成为一个永恒的研究方向和发展趋势。因此，研究使用频率更高的电源变压器是降低电源系统体积，提高电源输出功率比的关键因素。本文根据超微晶合金的优异电磁性能，通过示例介绍30kHz超微晶高频开关电源变压器的设计。 1变压器的性能指标 电路形式：半桥式开关电源变换器原理见图1： 工作频率f：30kHz 变换器输入电压Ui:DC300V 变换器输出电压U0:DC2100V 变换器输出电流Io:0.08A 整流电路：桥式整流 占空比D：1％～90％ 输出效率η:≥80％ 耐压：DC12kV 温升：＋50℃ 工作环境条件:－55℃～＋85℃ 2变压器磁心的选择与工作点确定 从变压器的性能指标要求可知，传统的薄带硅钢、铁氧体材料已很难满足变压器在频率、使用环境方面的设计要求。磁心的材料只有从坡莫合金、钴基非晶态合金和超微晶合金三种材料中来考虑，但坡莫合金、钴基非晶态价格高，约为超微晶合金的数倍，而饱和磁感应强度Bs却为超微晶合金2/3左右，且加工工艺复杂。因此，综合三种材料的性能比较（表1），选择饱和磁感应强度Bs高，温度稳定性好，价格低廉，加工方便的超微晶合金有利于变压器技术指标的实现。 表1（1）钴基非晶态合金和超微晶合金的主要磁性能比较

磁心工作点的选择往往从磁心的材料，变压器的工作状态，工作频率，输出功率，绝缘耐压等因素来考虑。超微晶合金的饱和磁感应强度Bs较高约为1.2T，在双极性开关电源变压器的设计中，磁心的最大工作磁感应强度Bm一般可取到0.6～0.7T，经特别处理的磁心，Bm可达到0.9T。在本设计中，由于工作频率、绝缘耐压、使用环境的原因，把最大工作磁感应强度Bm定在0.6T，而磁心结构则定为不切口的矩形磁心。这种结构的磁心与环形磁心相比具有线圈绕制方便、分布参数影响小、磁心窗口利用率高、散热性好、系统绝缘可靠、但电磁兼容性较差。 3变压器主要参数的计算 3.1变压器的计算功率 半桥式变换器的输出电路为桥式整流时，其开关电源变压器的计算功率为： Pt=UoIo(1＋1/η)(1) 将Uo=2100V,Io=0.08A,η=80％代入式（1），可得Pt=378W。 3.2变压器的设计输出能力 变压器的设计输出能力为： Ap=(Pt·104/4BmfKWKJ)1.16（2） 式中：工作频率f为30kHz，工作磁感应强度Bm取0.6T，磁心的窗口占空系数KW取0.2，矩形磁心的电流密度（温升为50℃时）KJ取468。经计算，变压器的设计输出能力AP=0.511cm4。 3.3变压器的实际输出能力 铁基超微晶铁心及超微晶软磁合金通过省级技术鉴定 1999年10月24日，由江西省科委等机关委托主持的对江西大有科技有限公司研制的新产品DY－ON型铁基超微晶磁铁心和超微晶软磁合金通过了省级技术鉴定，获得与会专家学者的高度评价，一致认为这两项产品性能稳定，各项技术指标分别达到美国UL94－P标准和国标GBm292－89技术要求，在国内同类产品中具有特色。 非晶态（超微晶）软磁合金，是90年代世界六大高科技新型材料之一，它具有优异的特点，目前国内市场供不应求，前景广阔。 联系人：江西省宜春市东风大街62号宜春地区粮食局（336000）方华平

高频开关电源的设计与制作(论文)

高频开关电源的设计与制作(论文) 《高频开关电源的设计与制作》论文版本,是提取了重点来简单论述的。这也是在毕业设计最后学校要求进行缩减后拿去参评校级优秀毕业设计的,当然这是获奖的啦!欢迎下载 参考!高频开关电源的设计与制作洛阳理工学院电气工程与自动化系黄贝利指导老师杨文方2011摘要：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。我们设计了以MOSFET作为功率开关器件采用脉宽调制(PWM)技术，输 出实时采样电压反馈信号，来控制输出电压变化的。本文具体介绍了其系统构成，工作原理，基本控制器结构、功能和特点。关键词：高频开关电源变换器SG3525 过流保护0. 前言随着电力电子技术的高速发展，开关电源不断向高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化方向发展。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。现在迫切需要物美价廉，能满足多种不同工况要求的多规格、多品种、系列化的高质量、高性能的高频高压开关电源。虽国内已有少数厂家生产高频高压开关电源，但价格昂贵。因此设计开发价格低廉的高频高压开关电压是大势所趋，具有良好的市场。[1] [2]1. 系统设计原理及其框图开关电源采用功率半导体器件作为开关器件，通过

周期性间断工作，控制开关器件的占空比来调整输出电压。其中DC／DC变换器进行功率转换，它是开关电源的核心部分，此外还有起动、过流与过压保护、噪声滤波等电路。输出采样电路检测输出电压变化，与基准电压研比较，误差电压经过放大及脉宽调制(PWM)电路，再经过驱动电路控制功率器件的占空比，从而达到调整输出电压大小的目的。开关电源结构框图如图1所示：图1 开关电源结构框图2. 高频开关电源的电路设计2.1 电源输入滤波及桥式整流电源输 入滤波又称电磁干扰(EMI)，主要用于抑制电气噪声和消除电磁干扰。经滤波后送入桥式整流电路，将其整流得到所需的300V高压直流电，然后再送入功率变换器。图2 输入滤波电路图3桥式整流电路 《高频开关电源的设计与制作》论文版本,是提取了重点来简单论述的。这也是在毕业设计最后学校要求进行缩减后拿去参评校级优秀毕业设计的,当然这是获奖的啦!欢迎下载参考! 2.2 软启动电路 软启动电路是防止在开机瞬间产生浪涌电 流对电路个器件造成损坏而设置的。图4为采用 继电器K1和限流电阻R2构成。通过限流电阻R 2来对电容器充电，为了不使该限流电阻消耗过

基于UC3875的高频开关电源的设计

基于UC3875的高频开关电源的设计 (2011-10-13 16:42) 分类：开关电源 引言 近年来，随着电子技术的发展，邮电通信、交通设施、仪器仪表、工业设施、家用电器等越来越多地应用开关电源，随着科学技术的不断进步，对大功率电源的需求也就越来越大。与此同时大量集成电路、超大规模集成电路等电子通信设备日益增多，要求电源的发展趋势是小型化、轻量化。通常滤波电感、电容和变压器的体积和重量比较大，因此主要是靠减少它们的体积来实现小型化、轻量化。 我们可以通过减少变压器的绕组匝数和金减小铁心尺寸来提高工作频率，但在提高开关频率的同时，开关损耗会随之增加，电路效率会严重下降。针对这些问题出现了软开关技术，它利用以谐振为主的辅助换流手段，解决了电路中的开关损耗和开关噪声问题，使开关电源能高频高效地运行，从20世纪70年代以来国内外就开始不断研究高频软开关技术，目前已比较成熟，下面以2KW的电源为例进行设计。 1.设计内容和方法 1.1主电路型式的选择 变换电路的型式主要根据负载要求和给定电源电压等技术条件进行选择。在几种常用的变换电路中，因为半桥、全桥变换电路功率开关管承受的电压比推挽变换电路低一倍，由于市电电压较高，所以不选推挽变换电路。半桥变换电路与全桥变换电路在输出同样功率时，半桥变换电路的功率开关管承受二倍的工作电流，不易选管，输出功率较全桥小，所以采用全桥变换电路。 传统的全桥变换电路开关元件在电压很高或电流很大的条件下，在门极的控制下开通或关断，开关过程中电压、电流均不为零，出现重叠，导致了开关损耗。开关损耗随开关频率增加而急剧上升，使电路效率下降，阻碍了开关频率的提高。在移相控制技术的基础上，利用功率管的输出电容和输出变压器的漏电感作为谐振元件，使全桥变换器四个开关管依次在零电压下导通，实现恒频软开关。由于减少了开关过程损耗，变换效率可达80%-90%，并且不会发生开关应力过大。所以选用移相控制全桥型零电压开关脉宽调制（PSC FB ZVS-PWM）变换电路。 移相控制全桥变换电路是目前应用最为广泛的软开关电路之一，它的特点是电路简单，与传统的硬开关电路相比，并没有增加辅助开关等元件。原理如图1所示，主要由四个相同的功率管和一个高频变压器压器组成。E为输入直流电压，T1～T4 为开关管， D1～D4 为体内二极管，C1 ～C4 为开关的输出电容。以第一个桥臂为例介绍，利用变压器漏感和功率输出电容C1 谐振，漏感储能向电容C1释放过程中，使电容上的电压逐步下降到零，体内二极管D1开通，创造了T1 的ZVS条件。

大功率高频开关电源的设计要点

大功率高频开关电源的设计要点 摘要开关电源设计需要综合分析电力电子、电磁学、微电子技术、热力学等多门学科，具有较强的综合性。同时电源为电力设备正常运行的核心，尤其是现在资源需求与环保节能理念下，需要在原有基础上，对开关电源设计方法进行更为深入的研究。本文重点分析了大功率高频开关电源设计要点。 【关键词】大功率高频开关电源系统设计 开关电源即交互式电源，为高频化电能转换装置，可以利用不同形似架构，将一个准电压转换成用户端需要的电压或电流。大功率高频开关电源现在已经被广泛的应用到军工设备、LED照明、通讯设备、科研设备、电力设备等领域，具有功耗小、效率高的优点。在对其进行设计时，需要结合其运行原理，确定系统各环节设计要点，对各节点功能进行优化。 1 大功率高频开关电源 1.1 开关电源特点 电气设备容量持续增大，为满足实际应用需求，市场上逐渐出现更多的大功率高频开关电源，同时与传统开关电源相比，还可以有效降低对电网的影响，更符合节能环保发展

理念。另外，开关电源的高频化设计，可以进一步减小其体积大小，并可根据实际需求来灵活控制电容、电感容量，将生产成本控制到最低。因此，在对大功率高频开关电源进行设计时，需要充分发挥出其所具有的优点，便于更好的满足实际发展需求。 1.2 开关电源原理 基于线性开关，开关电源开关管工作处于开关状态，将基础降压电路作为例子进行分析，确定开关电源工作过程与所处状态。如图1所示，当开关处于闭合状态时，持续电压将会对电感LO两端产生作用，电感电流将呈直线上升趋势，可用公式表达：iL（on）=（Vin-V out）ton/L。当开关处于开通状态时，电能将被存储在电感中，来满足关断时间内对负载的输出需求，其中存储能量可用公式表示：Estored=1/2Lo （I2pk-I2min）。开关断开后，电感Lo输入端电压会降为零，电感上能量需要通过续流二极管D维持负载，整个区间内电感电流可以用公式描述：iL（off）=（V out-VD）toff/L。通过伏秒平衡来表示输出电压与输入电压关系：V out=D?Vin，其中D表示开关占空比，取值ton/T。在开关电源再次开通后，结束整个运行过程。 2 大功率高频开关电源设计要点 2.1 拓扑结构选择 开关电源功率拓扑主要负责DC/DC高频逆变的实现，

开关电源设计

课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目: 开关电源设计 初始条件： 输入交流电源：单相220V，频率50Hz。 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、输出两路直流电压：12V，5V。 2、直流最大输出电流1A。 3、完成总电路设计和参数设计。 时间安排： 课程设计时间为两周，将其分为三个阶段。 第一阶段：复习有关知识，阅读课程设计指导书，搞懂原理，并准备收集设计资料，此阶段约占总时间的20%。 第二阶段：根据设计的技术指标要求选择方案，设计计算。 第三阶段：完成设计和文档整理，约占总时间的40%。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日

目录 引言 (1) 1设计意义及要求 (2) 1.1设计意义 (2) 1.2开关电源的组成部分 (2) 1.3开关电源的工作过程 (2) 1.4开关电源的工作方式 (3) 1.5脉宽调制器的基本原理 (3) 2方案设计 (5) 2.1设计要求 (5) 2.2方案选择 (5) 2.3整流滤波部分 (6) 2.4降压斩波电路 (7) 2.5脉宽调制电路 (8) 2.6MOSFET管的驱动电路 (9) 2.7总电路图 (11) 3主电路参数设定 (12) 3.1变压器、二极管、MOSFET管选择 (12) 3.2反馈回路的设计 (13) 3.3MOSFET的驱动设计 (14) 结束语 (15) 参考文献 (16) 附录一 (17)

引言 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，远程控制交换机、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。 开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。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IGBT和MOSFET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。 开关电源根据输入输出的性质不同可分为AC/DC和DC/DC两大类。AC/DC称为一次电源，也常称为开关整流器。值得指出的是，AC-DC变换不单是整流的意义，而是整流后又做DC-DC变换。所以说，DC-DC变换器是开关电源的核心。DC/DC称为二次电源，其设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，所以学习设计开关电源有重要的意义。

用SG3525来设计的半桥高频开关电源

毕业论文 题目基于SG3525的半桥高频 开关电源设计 专业 班级 学生姓名 指导教师 答辩日期

学院毕业论文任务书 系：机电工程系专业：电气自动化技术班学号：姓名： 指导教师：教研室主任：

目录 第1章绪论 (1) 1.1 课题背景 (1) 1.1.1开关电源原理 (1) 一、开关电源的电路组成： (1) 二、输入电路的原理及常见电路： (2) 2、 DC输入滤波电路原理： (3) 第2章 SG3525芯片的工作原理 (4) 2.1 本章PWM控制芯片SG3525功能简介： (4) 2.1.1 SG3525引脚功能及特点简介： (4) 2.1.2 SG3525的工作原理 (6) 第3章电源系统介绍 (7) 3.1 主电路结构及其工作原理 (7) 3.2 控制电路 (8) 第4章高频变压器的设计 (9) 4.1 原副边电压比n (9) 4.2 磁芯的选取及变压器的结构 (9) 4.3 变压器初、次级匝数 (9) 4.4 确定绕组的导线线径和导线股数 (10) 结论 (10) 致谢： (13) 参考文献： (14)

第1章绪论 1.1 课题背景 随着PWM技术的不断发展和完善，开关电源具有体积小、效率高等一系列 优点，在各类电子产品中得到广泛的应用。但由于开关电源的控制电路比较复杂、输出纹波电压较高，所以开关电源的应用也受到一定的限制。 电子装置小型轻量化的关键是供电电源的小型化，因此需要尽可能地降低电源电路中的损耗。开关电源中的调整管工作于开关状态，必然存在开关损耗，而且损耗的大小随开关频率的提高而增加。另一方面，开关电源中的变压器、电抗器等磁性元件及电容元件的损耗，也随频率的提高而增加。 目前市场上开关电源中功率管多采用双极型晶体管，开关频率可达几十kHz；采用MOSFET的开关电源转换频率可达几百kHz。为提高开关频率必须 采用高速开关器件。对于兆赫以上开关频率的电源可利用谐振电路，这种工作方式称为谐振开关方式。它可以极大地提高开关速度，原理上开关损耗为零，噪声也很小，这是提高开关电源工作频率的一种方式。采用谐振开关方式的兆赫级变换器已经实用化。 开关电源的集成化与小型化已成为现实。然而，把功率开关管与控制电路都集成在同一芯片上，必须解决电隔离和热绝缘的问题。 开关电源以其高的性价比得到了广泛的应用。开关电源的电路拓扑结构很多, 常用的电路拓扑有推挽、全桥、半桥、单端正激和单端反激等形式。其中, 在半桥电路中, 变压器初级在整个周期中都流过电流, 磁芯利用充分，且没有偏磁的问题，所使用的功率开关管耐压要求较低，开关管的饱和压降减少到了最小，对输入滤波电容使用电压要求也较低。由于以上诸多原因, 半桥式变换器在高频开关电源设计中得到广泛的应用。 1.1.1开关电源原理 一、开关电源的电路组成： 开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。

高频开关电源的设计[1]

学校代码10126学号00812032分类号密级 本科学期论文（设计） 学院、系电子信息工程学院电子工程系 专业名称电子信息科学与技术 年级2008级 学生姓名孙哲琦 指导教师窦海峰 2010年9 月28 日

高频开关电源的设计 摘要： 通信电源是电信网的能源，其供电质量的好坏直接关系到整个电信网的畅通，本课题首先分析了近年来国内外高频通信开关电源的发展状况，在理论分析和电路实验的基础上，开发出了一种新型的高频通信开关电源（交流配电模块、直流配电模块、4只高频开关整流模块和监控模块置于同一机架内），该电源优化了电路的主要参数，设计了相移脉宽调制零电压开关谐振（PS-ZVS PWM）全桥变换器电路和以集成控制器UC3875芯片为核心的控制电路，实现了功率开关管的零电压开通和近似零电压关断，研制出高效率（达93%）、高稳定度(±0.5%）、高可靠性、低电磁干扰的高频开关整流模块。同时文中还提到了以MCS-51单片机电路为核心的的电源监控模块与监控设计思路。保证了整机能够安全可靠工作。 关键词：高频开关电源，相移脉宽调制，模块

High Frequency Switching Power Supply's Design Author: Sun zhe qi Tutor: Dou hai feng ABSTRACT： The correspondence power switch is the telecommunication network energy, its power supply quality relates directly to the entire telecommunication network unimpededness, this topic has first analyzed the recent years domestic and foreign communications switching power supply development condition, tests in the theoretical analysis and the electric circuit in the foundation, developed one kind of new communication switching power supply (alternating-current distribution module, direct current power distribution module, 4 high frequency switches rectification module and monitoring module puts in identical rack), this power source optimized the electric circuit main parameter, has designed the phase-shift pulse-duration modulation zero potential switch resonance (PS-ZVS PWM) the entire bridge converter electric circuit and take integrates the controller UC3875 chip as the core control circuit, Realized the power switching valve zero potential to clear with the approximate zero potential shuts off, develops the high efficiency (to reach 93%), the high stability (±0.5%), redundant reliable, the low electronmagetic interference high frequency switch rectification module. At the same time in the article also proposed based on MCS-51 is the core power source monitoring module and monitoring design mentality. It has guaranteed entire machine safe reliable work. Keywords: High frequency switching power, Phase-Shifting PWM ZVS, Modules