大规模和超大规模集成电路的快速发展特别是微处理器和半导体存储器的开发 利用孕育了电子系统的新代产品。显然那种体积大而笨重的使用工频变压器的线性 调节稳压电源已经过时。取而代之的是小型化重量轻效率高的隔离式开关电源。隔离 式开关电源的核心是种高频电源变换电路。它使交流电源高效率地产生路或多路经调 整的稳定直流电压。 早在年代随着电子技术的不断发展集成化的开关电源就已被广泛地应用于电子 计算机彩色电视机卫星通信设备程控交换机精密仪表等电子设备。这是由于开关 电源能够满足现代电子设备对多种电压和电流的需求。 随着半导体技术的高度发展高反压快速开关晶体管使无工频变压器的开关电源迅速 实用化。而半导体集成电路技术的迅速发展又为开关电源控制电路的集成化奠定了基础 适应各类开关电源控制要求的集成开关稳压器应运而生其功能不断完善集成化水平也 不断提高外接元件越来越少使得开关电源的设计生产和调整工作日益简化成本也 不断下降。目前己形成了各类功能完善的集成开关稳压器系列。近年来高反压大功 率管的迅速发展又将开关电源的工作频率从提高到其结果是使 整个开关电源的体积更小重量更轻效率更高。开关电源的性能价格比达到了前所未有 的水平使它在与线性电源的竞争中具有先导之势。当然开关电源能被工业所接受首先 是它在体积重量和效率上的优势。在年代后期功率在以上的开关电源是有竞 争力的。到年功率在以上就具有竞争力了。随着开关电源性能的改善到 年代后期电子设备的消耗功率在以上就要考虑使用开关电源了。过去开关电源 在小功率范围内成本较高但进入年代后其成本下降非常显著当然这包括了功率元 件控制元件和磁性元件成本的大幅度下降。此外能源成本的提高也是促进开关电源发 展的因素之。 隔离式高频开关电源 隔离式开关电源的变换器具有多种形式。主要分为半桥式全桥式推挽式单端反 激式单端正激式等等。在设计电源时保护电路。当出现过压现象时保护电路开关电源设计 启动将电源输出端电压快速短路。 占空比在高频开关电源中开关元件的导通时间和变换器的工作周期之比。 开关电源设计 第章输入电路 电压倍压整流技术 在前面已经提到隔离式开关电源是直接对输入的交流电压进行整流而不需要低频 线性隔离变压器。现代的电子设备生产厂家般都要满足国际市场的需求所以他们所设 计的开关电源必须要适应世界范围的交流输入电压通常是交流和 的范围。为了实现两种输入电源的转换要利用倍压整流技术如图所示。 在图中两种输入交流电压的转换由开关来完成此外本电路中的压敏电 阻和可控硅具有浪涌电流抑制瞬间输入电压保护的功能。 电路工作过程如下当开关闭合时电路在交流输入电压下作。在交流 电的正半周通过二极管和电容器被充电到交流电压的峰值。即 在交流电的负半周电容器通过二极管也被充电到。这样电路输出的直流 电压应该是电容器和上充电电压之和即十。当开关打开时 二极管组成了全桥式整流电路对输入的交流进行整流也同样产生 的直流电压。 输入保护器件 隔离式开关电源在加电时会产生极高的浪涌电流设计者必须在电源的输入端采取 些限流措施才能有效地将浪涌电流减小到允许的范围之内。浪涌电流主要是由滤波电容 充电引起的在开关管开始导通的瞬间电容对交流呈现出很低的阻抗般情况下只开关电源设计 是电容的值。如果不采取任何保护措施浪涌电流可接近几百安培。 通常广泛采用的措施有两种种方法是利用电阻双向可控硅并联网络另种方 法是采用负温度系数的热敏电阻。用以增加对交流线路的阻抗把浪捅电流减小到 安全值。 电阻双向可控硅技术采用此项浪涌电流限制技术时将电阻与交流输入线相串联。 当输入滤波电容充满电后由于双向可控硅和电阻是并联的可以把电阻短路对其进行 分流。这种电路结构需要个触发电路当些预定的条件满足后触发电路把双向可控 硅触发导通。设计时要认真地选择双向可控 硅的参数并加上足够的散热片因为在它导通时要流过全部的输入电流。图中的 和为双向可控硅和电阻的并联网络。 热敏电阻技术这种方法是把负温度系数的热敏电阻串联在交流输入端或者串 联在经过桥式整流后的直流线上。 图中的和是热敏电阻的电阻温度特性和温度系数关系如图 所示。 在图中是热敏电阻的温度系数用每度百分比表示。当开关电源接通 时热敏电阻的阻值基本上是电阻的标称值。这样由于阻值较大它就限制了浪涌电流。 当电容开始充电时充电电流流过热敏电阻开始对其加热。由于热敏电阻具有负温度系 数随着电阻的加热其电阻值开始下降如果热敏电阻选择得合适在负载电流达到稳 定状态时其阻值应该是最小。这样就不会影响整个开关电源的效率。 输入阳间电压保护 在般情况下交流电网上的电压为或左右但有时也会有高压的尖峰出 现。比如电网附近有电感性开关暴风雨天气时的雷电现象都是产生高尖峰的因素。受 严重的雷电影响电网上的高压尖峰可达。开关电源设计 另方面电感性开关产生的电压尖峰的能量满足下面的公式 公式中是电感器的漏感是通过线圈的电流。 由此可见虽然电压尖峰持续的时间很短但是它确有足够的能量使开关电源的输入 滤波器开关晶体管等造成致命的损坏。所以必须要采取措施加以避免。 用在这种环境中最通用的抑制干扰器件是金局氧化物压敏电阻瞬态电压抑制 器。如图所示把压敏电阻连在交流电压的输入端。压敏电阻起到个可变阻抗 的作用。也就是说当高压尖峰瞬间出现在压敏电阻两端时它的阻抗急剧减小到个低 值消除了尖峰电压使输入电压达到安全值。瞬间的能量消耗在压敏电阻上在选择压敏 电阻时应按下述步骤进行。 选择压敏电阻的电压额定值应该比最大的电路电压稳定值大 计算或估计出电路所要承受的最大瞬间能量的焦尔数 查明器件所需要承受的最大尖峰电流 上述几步完成后就可以根据生产厂家的压敏电阻参数资料选择合适的压敏电阻器件。 届毕业论文学号 成绩 江西城市职业学院 开关电源设计 学院机电工程学院 专业电子信息工程技术 姓名龚小尾 指导教师李俊 二〇二年三月开关电源设计 摘要 摘要内容 本论文题目是学校根据学生的实际情况和所学的专业而设计的它体现了学校对学生 的理论知识和实践动手能力的考察。 随着大规模和超大规模集成电路的快速发展特别是微处理器和半导体存储器的开发 利用孕育了电子系统的新代产品。显然那种体积大而笨重的使用工频变压器的线性 调节稳压电源已经过时。取而代之的是小型化重量轻效率高的隔离式开关电源。隔离 式开关电源的核心是种高频电源变换电路。它使交流电源高效率地产生路或多路经调 整的稳定直流电压。 本论文共分七章内容包括开关电源概述输入电路隔离单端反激式变换器电路 的原理及技术参数常用的电压反馈电路的选用在开关电源电路 的应用电源市场的概况。 关键词 变压器 滤波 过载 开关电源设计 目录 第章开关电源概述 开关电源的产生与发展„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 隔离式高频开关电源„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 开关电源所用的术语„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 第章输入电路 电压倍压整流技术 输入保护器件 输入阳间电压保护 第章隔离单端反激式变换器电路 单端反激式变换器电路中的开关晶体管 单端反激式变换器电路中的变压器绕组 第章的原理及技术参数 原理与特点 工作描述 技术参数 第章常用的电压反馈电路的选用 概述 常用的电压反馈电路 输出电压直接分压作为误差放大器的输入 辅助电源输出电压分压作为误差放大器的输入 采用线性光偶改变误差放大器的输入误差电压 结语„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 第章在开关电源电路的应用开关电源设计 组成的开关电源电路 启动过程 稳压过程 过流保护原理 过压保护原理 开关保护电路 起动电路的设计 反馈绕组的设计 显示器开关电源电路 特点 采用开关稳压电源激励行输出的优缺点如下 在显示器电路的应用 第章电源市场的概况 直流稳压电源出口购市场概况 开关电源的市场概况 开关电源的市场规模 开关电源的生产倾向 致谢 参考文献