開關(guān)電源原理設(shè)計精選(九篇)

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第1篇：開關(guān)電源原理設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：氣隙；RCD；離線式；變換器；電磁輻射

中圖分類號：TP212文獻標識碼：Adoi: 10.3969/j.issn.1003-6970.2011.03.039

0引 言

以往對于小于10W以下的離線式直流電源來說，在效率要求不高的地方，一般認為采用工頻變壓器加整流電路及線性穩(wěn)壓電路比較合理。因為那時10W以下的工頻變壓器成本相對于開關(guān)變換器來說并不高，而線性穩(wěn)壓器的半導體器件比開關(guān)電源的環(huán)路控制成本要低，至于說工頻變壓器轉(zhuǎn)換效率低的問題那是用戶的事情，研發(fā)者并不關(guān)心。而如今提倡節(jié)能環(huán)保，電子設(shè)備高度集成化，體積做得越來越小。相同功率的工頻變壓器要比開關(guān)變換器的重量（體積）大幾倍，對于原材料、人工費不斷攀升的今天來說用離線式10W小功率開關(guān)電源取代線性電源是當勿之急。

110W開關(guān)電源的設(shè)計制作要點：

1.1頻率問題

選擇工作頻率高的芯片，可以使變換器的體積減小、容性器件的容量及體積減小，PCB尺寸將減小，制作的開關(guān)電源體積自然減小，但它所帶來的缺點是對變換器的磁芯要求提高，人工纏繞變換器的難度增加，高頻磁芯不但成本高而且在國內(nèi)不易購買；而選擇工作頻率過低的芯片，所制作出的開關(guān)電源其效率降低、體積增大，這不是我們所追求的。

1.2器件是否容易購買

阻容器件在電子市場上容易購買，濾波電感可以自行繞制，磁芯、控制芯片的選取上是令人郁悶的事情。對于小批量生產(chǎn)，為了購買到器件不得不修改合理的設(shè)計初宗，但不管怎樣，制作出性能穩(wěn)定的產(chǎn)品才是硬道理。

1.3成本

盡量選用國產(chǎn)器件，以便降低成本。

設(shè)計一個離線式10W開關(guān)電源并不是一件容易的事情，因為它涉及到許多電學、磁學、安全規(guī)范方面的知識，在器件的選定上要經(jīng)過反復(fù)大量的計算，試驗才能最終敲定。如何利用先人的經(jīng)驗撇開繁瑣的計算快速地設(shè)計出性能穩(wěn)定的開關(guān)電源，我想這是每個電路設(shè)計者所期望的。在芯片高度集成的今天，開關(guān)電源的控制、驅(qū)動、振蕩、比較等電路都集成到一個芯片里，這為對開關(guān)電源的拆分設(shè)計提供了條件。在離線式10W開關(guān)電源應(yīng)用領(lǐng)域，芯片制造商推出多種型號的開關(guān)電源控制芯片，這些芯片雖然型號不同但在性能和使用的方式上卻雷同。THX203H是南京通華芯微電子公司制造，它性能穩(wěn)定、功能多、價格低，工作頻率在60KHz左右，易于買到與之相適應(yīng)的磁芯，是一款比較實用的離線式10W開關(guān)電源控制芯片。

2離線式10W開關(guān)電源基本框架說明

圖1是基于THX203H的離線式10W開關(guān)電源的基本框架。

Fuse：選用1.5A保險絲。

Bridge：選用1N4007

Cin：在VAC 85～265V時，一般認為3uF/1W，10W應(yīng)選30uF/400V的電容。

R1、R2、CT：是THX203H固定搭配電路，按要求設(shè)定即可。當然CT、R2盡量選用貼片件，以減少器件的分布電感，且在PCB布線時盡量靠近THX203H。

Clamp Zener、Blocking Diode ：兩個二極管組合成箝位電路用以消除THX203H內(nèi)部功率管關(guān)斷時變換器漏感儲能所引起的尖峰，當然這個電路在小于10W功率輸出時完全可以用RCD電路替代。 RCD即電阻、電容、二極管。

Clamp Zener選用P6KE200，Blocking Diode選用BYV26C。

光藕、RB、RZ：完成對開關(guān)電源輸出端的取樣、反饋。DZ可選BZX79-B4V7，RB可選39Ω。一般認為選用這種反饋電路VOUT精度較低，約為±5%，利用TL431構(gòu)成的反饋電路VOUT精度更高，約為±1%。

VDB：可選1N4148，Cb可選47uF/50V。

VD：整流管，可選肖特基1N5822。

Cm：VOUT輸出5-24V，1A時選330uF/35V。VOUT輸出5-24V，2A時選1000uF/35V。這種選擇是有條件的，要求電解的ESR（等效內(nèi)阻）要低。我們在市場上購得的電解性能優(yōu)劣不一，所以在選定電解容量時，要比上述容量大100-200uF 比較合理。

Lf、Cf：起消除紋波作用。Lf選8-12uH，Cf選470uF/35V。

磁芯的選定[1]：有一個非常簡單的預(yù)測典型鐵氧體反激變器的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系式，PO≈100×f×Ve(W)。這里f為工作頻率，單位為HZ，Ve鐵氧體體積單位為m3，EE25磁芯

Ve=1890×10-9m3。設(shè)f=60kHZ，則磁芯轉(zhuǎn)換出的功率PO≈11.34W。滿足10W要求。

初級線圈匝數(shù)的確定[2] ：首先確定初級線圈的電感量，10W離線式開關(guān)電源工作頻率在100KHz時，初級線圈電感量一般在1～2mH之間，我們所設(shè)計的開關(guān)電源工作頻率為60kHz，所以首先設(shè)定初級線圈電感量為2mH。氣隙的設(shè)定，氣隙就是在組裝變換器時在變換器的兩個E型磁芯之間保留一段距離，大批量生產(chǎn)通過研磨E型磁芯中間柱實現(xiàn)，小批量生產(chǎn)通過在E型磁芯的兩邊柱中間加墊絕緣層來實現(xiàn)。為了便于加工，氣隙要大于0.051mm。氣隙即不能太小也不能太大，太大會大大降低磁導率。在磁芯中加上氣隙是為了防止磁飽和。 青稞紙，防靜電、絕緣性好、耐壓性強。用0.12mm厚度的青稞紙作為氣隙絕緣層。磁芯、初級電感量、氣隙確定之后初級線圈匝數(shù)基本確定。

初級線圈要排繞、密繞、布滿整個骨架的繞線窗，留夠爬線距離。直徑0.21mm漆包線繞3層，每層40圈，實測變換器初級繞組電感量為1.9mH±0.1mH。

次級線圈、偏置繞組線圈匝數(shù)的確定：對于VOUT=5V這類開關(guān)電源匝比多設(shè)在14：1左右?，F(xiàn)在按照14：1匝比進行設(shè)置，次級線圈的匝數(shù)為8圈。那么，次級每圈對應(yīng)0.625V。偏置繞組設(shè)為9圈，則偏執(zhí)繞組產(chǎn)生的電壓約為5.6V接近THX203H的典型供電值。如果次級還有其它繞組，只需按照 0.625V/1圈 進行推算即可。

3一款完整離線式10W開關(guān)電源電路的推薦

下面介紹一個成型電路，AC輸入電壓范圍：130V―250V；DC輸出：5V、5V、15V；第二繞組輸出電流可達1A，精度±0.2V，紋波小于30mV。第四繞組輸出電流可達200mA，電壓精度在10%以內(nèi)，紋波小于30mV。

原理圖如圖2所示：

4變換器的繞制

磁芯參數(shù)：EE25，TDK PC40，骨架：10腳，立式。

4.1變換器的繞制方法

4.2變換器繞制要點

1.變換器1、2腳爬線距離大于6mm，不同繞組之間的爬線距離大于3mm，每層排繞。

2.第一繞組的電感量=19mH±0.1mH，通過調(diào)整磁芯的氣隙實現(xiàn)。氣隙的實現(xiàn)：在E型磁芯的兩端的柱上，分別加上約0.12mm厚的青稞紙。

3.PCB布線問題，器件盡量緊湊，以減少分布電容、分布電感、電磁輻射。

4.THX203H的散熱問題[3]，在THX203H的7、8腳上鋪設(shè)200mm 以上的銅箔，最好將鋪設(shè)的銅箔定義成焊盤，在焊盤上加焊錫以提高其散熱能力。

5.漆包線繞的一定要緊。如果制作的開關(guān)電源用于商品出售，變換器要浸漆，要是自用可不必浸漆。

5結(jié)論

本文介紹了離線式10W開關(guān)電源的設(shè)計制作方法，提供了一些經(jīng)驗數(shù)據(jù)及相關(guān)公式，對離線式10W開關(guān)電源的設(shè)計制作要點進行了闡述。文中所用電路是經(jīng)過實踐檢驗的，所選磁芯、芯片只要上網(wǎng)查找均可輕松查到，文中公式、數(shù)據(jù)多數(shù)是筆者查閱相關(guān)資料獲得，也有些是筆者長期工作經(jīng)驗的總結(jié)。希望對此方面感興趣的朋友閱讀此文時，剔除糟粕汲取精華。

參考文獻

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第2篇：開關(guān)電源原理設(shè)計范文

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第3篇：開關(guān)電源原理設(shè)計范文

關(guān)鍵詞aber;反激式開關(guān)電源;仿真

中圖分類號TM359.4 文獻標識碼A文章編號1673-9671-(2010)042-0020-01

開關(guān)電源被譽為高效節(jié)能電源,它代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向。目前,隨著各種新科技不斷涌現(xiàn),新工藝被普遍采用,新產(chǎn)品層出不窮,開關(guān)電源正向小體積、高功率密度、高效率的方向發(fā)展,開關(guān)電源的保護電路日趨完善,開關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)計及取得突破性進展,專用計算機軟件的問世為開關(guān)電源的優(yōu)化設(shè)計提供了便利條件。

Saber是美國Analogy公司開發(fā),現(xiàn)由Synopsys公司經(jīng)營的系統(tǒng)仿真軟件,被譽為全球最先進的系統(tǒng)仿真軟件,也是唯一的多技術(shù),多領(lǐng)域的系統(tǒng)仿真產(chǎn)品,現(xiàn)已成為混合信號、混合設(shè)計技術(shù)和驗證工具的業(yè)界標準,可用于電子、機電一體化、機械、光電、光學、控制等不同類型系統(tǒng)構(gòu)成的混合系統(tǒng)仿真,與其他由電路仿真軟件相比,其具有更豐富的元件庫和更精致的仿真描述能力,仿真真實性更好。

1反激式開關(guān)電源基本原理

反激式開關(guān)電源其拓撲結(jié)構(gòu)如圖1。

其電磁能量儲存與轉(zhuǎn)換關(guān)系如下

如圖2(a)當開關(guān)管導通,原邊繞組的電流Ip將線形增加,磁芯內(nèi)的磁感應(yīng)強度將增大到工作峰值,這時可以把變壓器看成一個電感,逐步儲能的過程。

如圖2(b)當開關(guān)管關(guān)斷,初級電流降到零。副邊整流二極管導通,感生電流將出現(xiàn)在復(fù)邊。從而完成能量的傳遞。按功率恒定原則,副邊繞組安匝值與原邊安匝值相等。

2基于UC3842的反激式開關(guān)電源電路設(shè)計

由Buck-Boost推演并加隔離變壓器后而得反激變換器原理線路。多數(shù)設(shè)計中采用了穩(wěn)定性很好的雙環(huán)路反饋(輸出直流電壓隔離取樣反饋外回路和初級線圈充磁峰值電流取樣反饋內(nèi)回路)控制系統(tǒng),就可以通過開關(guān)電源的PWM(脈沖寬度調(diào)制器)迅速調(diào)整脈沖占空比,從而在每一個周期內(nèi)對前一個周期的輸出電壓和初級線圈充磁峰值電流進行有效調(diào)節(jié),達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。這種反饋控制電路的最大特點是:在輸入電壓和負載電流變化較大時,具有更快的動態(tài)響應(yīng)速度,自動限制負載電流,補償電路簡單。以UC3842為控制芯片設(shè)計一款50W反激式開關(guān)電源,其原理圖如圖3所示。

2.1高頻變壓器設(shè)計

1)原邊匝數(shù)

因為作用電壓是一個方波,一個導通周期的伏秒值與原邊匝數(shù)關(guān)系如式(1)

Np=(1)

式中 Np――原邊匝數(shù);

Vp――原邊所加直流電壓(V);

ton ――導通時間(us);

Bac――交變工作磁密(mT);

Ae――磁心有效面積(mm2)。

2)副邊繞組

由原邊繞組每匝伏數(shù)=母線電壓/原邊匝數(shù)可得

副邊繞組匝數(shù)=(輸出電壓+整流二極管壓降+繞組壓降)/原邊繞組每匝伏數(shù)

3)氣隙

實用方法:插入一個常用氣隙,例如0.5mm,使電源工作起來在原邊串入電流探頭。注意電流波形的斜率,并調(diào)整氣隙達到所要求的斜率。

也可用式(2)計算氣隙。

lg=(2)

式中l(wèi)g ――氣隙長度(mm);

u0 ――4n×107;

Np――原邊匝數(shù);

Lp――原邊電感;

Ae ――磁心面積(mm2)。

2.2反饋環(huán)節(jié)

圖3中反饋環(huán)節(jié)由光耦PC817和TL431組成,適用于電流控制模式。輸出電壓精度1%。電壓反饋信號經(jīng)分壓網(wǎng)絡(luò)引入TL431的Ref段,裝換為電流反饋信號,經(jīng)過光耦隔離后輸入UC3842的控制段。

TL431是由美國德州儀器生產(chǎn)的2.5V-36V可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器。內(nèi)有參考電壓2.5V,它與參考端一起控制內(nèi)部的比較放大器。在輸出陰極和參考端可加反饋網(wǎng)絡(luò),影響整個開關(guān)電源的動態(tài)品質(zhì)特性。

2.3控制芯片電路

UC3842由4腳外接RC生成穩(wěn)定的振蕩波形,振蕩頻率=1.8/R12×C15。6腳輸出驅(qū)動脈沖,驅(qū)動MOSFET在導通和截至之間工作。8腳提供一個穩(wěn)定的5V基準源。

3Saber電路仿真

利用 Saber 軟件進行仿真分析主要有兩種途徑,一種是基于原理圖進行仿真分析,另一種是基于網(wǎng)表進行仿真分析。基于原理圖進行仿真分析的基本過程如下:

1)在Saber Sketch中完成原理圖錄入工作;

2)然后使用net list命令為原理圖產(chǎn)生相應(yīng)的網(wǎng)表;

3)在使用simulate命令將原理圖所對應(yīng)的網(wǎng)表文件加載到仿真器中,同時在Sketch中啟動Saber Guide界面;

4)在Saber Guide界面下設(shè)置所需要的仿真分析環(huán)境,并啟動仿真;

5)仿真結(jié)束以后利用Cosmos Scope工具對仿真結(jié)果進行分析處理。

在這種方法中,需要使用Saber Sketch和Cosmos Scope兩個工具,但從原理圖開始,比較直觀。所以,多數(shù)Saber的使用者都采用這種方法進行仿真分析。但它有一個不好的地方就是仿真分析設(shè)置和結(jié)果觀察在兩個工具中進行,在需要反復(fù)修改測試的情況下,需要在兩個窗口間來回切換,比較麻煩。

4系統(tǒng)仿真及實測

在Saber Sketch中完成原理圖。并進行DC/AC分析。

如圖4(a)為開關(guān)電源在220V交流輸入時的MOSFET驅(qū)動電壓波形仿真結(jié)果(b)為實測樣機MOSFET驅(qū)動電壓波形。作為專業(yè)級開關(guān)電源仿真軟件,Saber在控制環(huán)路設(shè)計上,能夠真實且直觀的檢驗設(shè)計的穩(wěn)定性。

如圖5(a)為開關(guān)電源電流采樣電阻上的電壓波形的仿真結(jié)果(b)為實測波形。涉及開關(guān)電源部分器件選型的重要參數(shù)也同樣可以通過仿真波形得到,例如開關(guān)器件MOSFET額定工作時通態(tài)最大電流等參數(shù),同樣可以從仿真波形中得出。

5結(jié)束語

在電路設(shè)計初期,借用Saber的電路級仿真可以很直觀的對開關(guān)電源電路設(shè)計進行的評估,并在控制環(huán)路的設(shè)計上會有很大的幫助。在完成樣機的初步測試后,同樣可以借助仿真對電路功能進行校驗。該電路廣泛應(yīng)用于小功率場合,具有體積小,成本低,結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。

(a)仿真(b)實測

圖4MOSFET驅(qū)動電壓波形

(a)仿真 (b)實測

圖5電流采樣電阻電壓波形

測試結(jié)果(圖5b)為220V,50Hz交流輸入時,實驗樣機測試波形。

參考文獻

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第4篇：開關(guān)電源原理設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；反激式電路；高頻變壓器

引言

開關(guān)電源是綜合現(xiàn)代電力電子、自動控制、電力變換等技術(shù)，通過控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時間比率，來獲得穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，因其具有體積小、重量輕、效率高、發(fā)熱量低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，在現(xiàn)代電力電子設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用，代表著當今穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向，已成為穩(wěn)壓電源的主導產(chǎn)品。文章設(shè)計了一種基于TOP-Switch系列芯片的小功率多路輸出DC/DC的反激式開關(guān)電源。

1 電源設(shè)計要求

文章設(shè)計的開關(guān)電源將用于軌道車輛電動門控制系統(tǒng)中，最大的功率為12W，分四路輸出，具體設(shè)計參數(shù)如下：（1）輸入電壓Vin=110V；（2）開關(guān)頻率fs=132kHz；（3）效率η=80%；（4）輸出電壓/電流 48V/0.2A，15V/0.02A-15V/0.02A，5V/0.3A；（5）輸出功率12W；（6）電壓精度1%；（7）紋波率1%。（8）負載調(diào)整率±3%，電源最小輸入電壓為Vimin=77V，最大輸入電壓為Vimax=138V?？紤]到設(shè)計要滿足結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，經(jīng)濟性及電磁兼容性等要求，結(jié)合本設(shè)計輸出功率小的特點，最終選用了單端反激式開關(guān)電源，它具有結(jié)構(gòu)簡單，所需元器件少，可靠性高，驅(qū)動電路簡單的特點，適合多路輸出場合。

2 單端反激式開關(guān)電源的基本原理

單端反激式開關(guān)電源由功率MOS管，高頻變壓器，無源鉗位RCD電路及輸出整流電路組成。其工作原理是當開關(guān)管Q被PWM脈沖激勵而導通時，輸入電壓就加在高頻變壓器的初級繞組N1上，由于變壓器次級整流二極管D1反接，次級繞組N2沒有電流流過；當開關(guān)管關(guān)斷時，次級繞組上的電壓極性是上正下負，整流二極管正偏導通，開關(guān)管導通期間儲存在變壓器中的能量便通過整流二極管向輸出負載釋放。反激變壓器在開關(guān)管導通期間只存能量，在截止期間才向負載傳遞能量，因為能量是單方向傳導，所以稱為單端變化器[1]。

圖1 單端反激式開關(guān)電源的原理圖

3 TOP-Switch系列芯片的介紹及選型

TOP-Swtich單片開關(guān)電源是開關(guān)電源專用集成電路，它將脈寬調(diào)制電路與高壓MOSFET開關(guān)管及驅(qū)動電路等集成在一起，具備完善的保護功能。使用該芯片設(shè)計的小功率開關(guān)電源，可大大減少電路，降低成本，提高可靠性[4]。

對于芯片的選擇主要考慮輸入電壓和功率，由設(shè)計要求可知，輸入電壓為寬范圍輸入，輸出功率不大于12W，故選擇TOP264VG。

4 電路設(shè)計

本設(shè)計開關(guān)電源的總體設(shè)計方案如圖2所示。

4.1 主電路設(shè)計

4.1.1 變壓器設(shè)計

變壓器的設(shè)計是整個電源設(shè)計最重要的部分，它的設(shè)計好壞直接影響到整個電源性能。

（1）磁芯和骨架的確定

由參考文獻[1]可查出，當P0=12W時可供選擇的鐵氧體磁芯型號，由于采用包線繞制，而且EE型鐵芯廉價，磁損耗小且適用性強，故選擇EEL19。從廠家提供的磁芯產(chǎn)品手冊中可以查到磁芯有效截面積Ae=0.23cm2，磁路有效長度Le=3.94cm2，磁芯等效電感AL=1250Nh/T2

（2）確定最大占空比

（式中VOR為初級感應(yīng)電壓，VDS為開關(guān)管漏源導通電壓，其中VOR=135V，VDS=10V）

（3）初級波形參數(shù)計算

初級波形的參數(shù)主要包括輸入電流平均值IAGV、初級峰值電流IP

輸入電流平均值

初級峰值電流

（其中KRP為初級紋波電流IR與初級峰值電流IP的比值，當反激式開關(guān)電源工作在不連續(xù)狀態(tài)時取KRP=1）

（4）確定初級繞組電感

（5）計算各繞組的匝數(shù)

初級繞組的匝數(shù) 實取33匝

次級為5v輸出的繞組定義為NS=4turn

對于±15V輸出 實取12匝

對于48V輸出 實取36匝

對于偏置繞組 實取10匝

4.1.2 無源鉗位電路的設(shè)計

反激式開關(guān)電源，每當功率MOSFET由導通變?yōu)榻刂箷r，在開關(guān)電源的一次繞組上就會產(chǎn)生尖峰電壓和感應(yīng)電壓，和直流高壓一起疊加在MOSFET上，漏極電壓

這就要求功率MOSFET至少能承受450V的高壓，并且要求鉗位電路吸收尖峰電壓來保護功率MOSFET。本電源的鉗位電路由穩(wěn)壓管和二極管D1組成，其中VR1為瞬態(tài)電壓抑制器P6KE200，D1為快恢復(fù)二極管IN4936，當MOSFET導通時，原邊繞組電壓上正下負，使D1截止，鉗位電路不起作用；當MOSFET截止瞬間，原邊繞組電壓上負下正，使得D1導通，電壓被鉗位在200V左右。

4.1.3 輸出環(huán)節(jié)的設(shè)計

以+5V輸出為例，次級繞組高頻電壓經(jīng)肖特基二極管SB120整流后，用超低的ESR濾波，為了得到獲得更小的紋波電壓，在設(shè)計時又加入了次級LC濾波器，實驗表明，輸出的電壓更符合期望值。

4.2 反饋環(huán)節(jié)的設(shè)計

反饋回路主要由PC817和TL431組成，這里用的TL431型可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器來代替普通的穩(wěn)壓管，構(gòu)成外部誤差放大器，進而對輸出電壓作精密調(diào)整，當輸出電壓發(fā)生波動時，經(jīng)過電阻R13、R14分壓后得到取樣電壓與TL431中的2.5V的基準電壓進行比較，在陰極K上形成誤差電壓，使光耦合器中的LED工作電流產(chǎn)生相應(yīng)變化，再通過光耦合器去改變單片開關(guān)電源的控制端電流，進而調(diào)節(jié)輸出占空比，使輸出電壓維持不變，達到穩(wěn)壓目的。

5 結(jié)束語

文章設(shè)計的開關(guān)電源具有結(jié)構(gòu)簡單，所需元器件少，體積小，成本低的特點，并且滿足所有設(shè)計要求，在軌道車輛電動門控制系統(tǒng)中有很好的應(yīng)用前景。

參考文獻

[1]楊立杰.多路輸出單端反激式開關(guān)電源的設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2007.

[2]沙占友.開關(guān)電源實用技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2011.

第5篇：開關(guān)電源原理設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：開關(guān)電源 重啟 反激式電源

中圖分類號：TM46 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）11-0073-01

開關(guān)電源具有高效率、低功耗、體積小、重量輕等顯著優(yōu)點，其電源效率可達到80%以上，遠遠高于傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源從而使得開關(guān)電源應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。根據(jù)負載功率的不同，往往采用自激振蕩式，即反激式和正激式不同的方法。隨著開關(guān)電源的使用的不斷發(fā)展，反激式開關(guān)電源也在更多的領(lǐng)域使用，但該開關(guān)經(jīng)常存在著不斷重啟的缺點，導致設(shè)備工作不夠穩(wěn)定，所以，探索和研究有效的技術(shù)策略，就有著非常重要的意義。

1 反激式電源的基本原理

本文以其中一種反激式開關(guān)電源為例進行說明。該電源通過220V電壓供電，通過整流橋整流和電容濾波將交流電變成直流電，通過兩個1M歐的電阻限流給LD7535啟動電流，LD7535啟動，控制MOSFET，不斷開關(guān)，形成高頻開關(guān)電壓來使變壓器工作，變壓器通過芯片供電繞組給芯片供電，通過副繞組轉(zhuǎn)換成為想要得到的高頻電壓，再通過高頻二極管整流，形成需要得到的電壓，同時通過TL431中的內(nèi)部設(shè)定基準電壓（2.5V）和電阻的串聯(lián)分壓來設(shè)定輸出電壓，并通過光電耦合器來進行反饋調(diào)節(jié)。

其中NTC為防止啟動時電流過大，電阻R5和電阻R8負責啟動時對LD7535供電，啟動后改為變壓器通過R9和D5給予供電，C8和C8A負責儲能。R6的10歐姆電阻防止MOS管的電壓斜率過于陡峭，R1大功率小電阻負責電流檢測，從而改變保護電流；R19和C9串聯(lián)防止TL431自激，R20和R21為了確定輸出電壓。

2 LD7535特點及其在反激式電源中的應(yīng)用

但是，在反激電源制作過程中會遇到開關(guān)電源空載時不斷重啟的過程，并且伴隨著這種現(xiàn)象，往往能夠聽到變壓器的響聲。其空載不斷重啟，需要通過LD7535控制器加以技術(shù)改進。

LD7535是一種低成本，低啟動電流，電流模式，PWM控制的省電模式控制器，具有包括電流檢測的前沿消隱、內(nèi)部斜率補償，采用SOT-26封裝。常用于高效率，較少元器件的AC/DC電源設(shè)備。其特點是高壓CMOS工藝，具有優(yōu)良的ESD保護，僅需要極低的啟動電流（

各個引腳定義為：第1引腳GND，接地端，第2引腳COMP，電壓反饋引腳，通過連接光電耦合器，以使控制環(huán)路閉合，實現(xiàn)調(diào)節(jié)，第3引腳RT，設(shè)置開關(guān)頻率，通過連接一個電阻對地設(shè)置開關(guān)頻率，第4引腳CS，位電流檢測引腳，連接到感應(yīng)電流MOSFET，第5引腳VCC，為電源電壓引腳，第6引腳OUT，柵極驅(qū)動輸出，以驅(qū)動外部MOSFET。

3 重啟的解決方法

在反激電源制作過程中開關(guān)電源空載時不斷重啟的原因是由于IC供電不足或者光耦供電不足引起。對于此種不斷重啟的現(xiàn)象，有以下幾點方法進行克服。

3.1 設(shè)立假負載

設(shè)立假負載是最有效的解決開關(guān)電源不斷重啟的方法，只需要在輸出端增加一個大電阻，使得開關(guān)電源一直處于工作狀態(tài)，這種方法簡單易行，對產(chǎn)品的價格也沒有太大影響，但是這種方法會對開關(guān)電源真正的使用轉(zhuǎn)換效率有一定的影響，造成轉(zhuǎn)換效率有所降低，對于轉(zhuǎn)換效率要求不是很高的或者需要大電流輸出的開關(guān)電源來說最為合適。

3.2 采用較好的二極管對芯片供電

出現(xiàn)不斷重啟的原因往往是供電芯片的供電電壓介于滿足啟動和不滿足啟動的臨界狀態(tài)，當采用較好的供電二極管（D7）時，如FR107二極管，可以提高了二極管的開關(guān)速度，并且也降低供電二極管的管壓降，從而能夠滿足控制芯片的供電電壓，從而解決二極管不斷重啟的現(xiàn)象。

3.3 采用增加芯片供電繞組的匝數(shù)

采用增加對芯片供電繞組的匝數(shù)對產(chǎn)品價格沒有太大影響，也不會增加產(chǎn)品工序，但是由于繞組匝數(shù)的增加會增加變壓器的電感量，造成變壓器性能有一定的改變，致使很多參數(shù)需要重新計算或修訂，更嚴重的會造成變壓器不適合本產(chǎn)品而需要重新設(shè)計變壓器。

4 結(jié)語

本文通過一個具體的電路設(shè)計為例，簡要的說明針對開關(guān)電源不斷重啟現(xiàn)象的一些改進的方法。本文并通過實際使用，證明了其有效性。

參考文獻

[1]張占松，蔡宣三.開關(guān)電源的原理與設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，1998.

第6篇：開關(guān)電源原理設(shè)計范文

關(guān)鍵詞： 并聯(lián)均流；開關(guān)電源；技術(shù)領(lǐng)域

中圖分類號：TM919 文獻標識碼：A 文章編號：1671－7597（2012）0220022－01

1 技術(shù)領(lǐng)域

“開關(guān)電源模塊并聯(lián)均流” 的應(yīng)用是由于一臺直流穩(wěn)定電源的輸出的電壓、電流、功率不能滿足要求，因此在實用中采用模塊化的構(gòu)造方法，用一定規(guī)格的模塊式電源，按照并聯(lián)的方式，分別達到輸出電壓、輸出電流、輸出功率擴展的目的。

開關(guān)電源的一種結(jié)合恒壓橫流的技術(shù)，提高電源輸出功率，增強的帶負載的能力，能夠更好地提高能源的利用率，實現(xiàn)了節(jié)能的目的。

2 背景技術(shù)

傳統(tǒng)的電源是通過板半整流電路、全橋整流電路等，但是這些方法實現(xiàn)的只是恒壓源或者恒流源，輸出額定的恒定的電壓或者電流，在我們的日常生活中大功率的電器很多，這就需要提供一個穩(wěn)定的電源給他供電，但是往往在生活中由于一些原因造成功率不夠等現(xiàn)象，這樣嚴重的影響了電器的使用壽命。如何提供一個可靠地電源成為了一個重要應(yīng)用問題。

開關(guān)電源模塊并聯(lián)均流它所對應(yīng)的就是一些大功率的電器，但是如何制作一個可靠穩(wěn)定的即能恒定輸出恒定的電壓，又能恒定輸出恒定的電流，且工作穩(wěn)定、智能化的電源是我們必須深刻研究的問題。

3 發(fā)明內(nèi)容

開關(guān)電源模塊并聯(lián)均流系統(tǒng)包括系統(tǒng)供電模塊：1）線性電源模塊；2）電壓型開關(guān)電源模塊；3）電流型開關(guān)電源模塊；4）和單片機最小系統(tǒng)模塊；5）各模塊單獨使用/組合使用完成并聯(lián)均流控制。

開關(guān)電源模塊并聯(lián)均流系統(tǒng)所述的系統(tǒng)供電模塊1）包括市電（11）、EMI濾波（12）、降壓變壓器（13）和整流濾波電路（14），市電（11）為系統(tǒng)供電；EMI濾波（12）濾除電網(wǎng)對系統(tǒng)的干擾，消除系統(tǒng)對電網(wǎng)的污染；降壓變壓器（13）將市電降至安全電壓；整流濾波電路（14）完成整流和濾波，獲得直流電壓為電壓型開關(guān)電源模塊（3）、電流型開關(guān)電源模塊（4）供電。

開關(guān)電源模塊并聯(lián)均流系統(tǒng)所述的系統(tǒng)線性電源模塊2）為電壓型開關(guān)電源模塊（3）、電流型開關(guān)電源模塊（4）、和單片機最小系統(tǒng)模塊（5）中各芯片的工作電源。

開關(guān)電源模塊并聯(lián)均流系統(tǒng)所述的系統(tǒng)電壓型開關(guān)電源模塊3）包括電壓型PWM芯片（31）、驅(qū)動隔離電路（32）和電壓型DC/DC（33），電壓型PWM芯片（31）根據(jù)輸出電壓采樣反饋信號產(chǎn)生相應(yīng)PWM信號，經(jīng)驅(qū)動隔離電路（32）后接至電壓型DC/DC。

開關(guān)電源模塊并聯(lián)均流系統(tǒng)所述的系統(tǒng)電流型開關(guān)電源模塊4）包括電流型PWM芯片（41）、驅(qū)動隔離電路（42）和電流型DC/DC（43），電流型PWM芯片（41）根據(jù)負載電流采樣反饋信號產(chǎn)生相應(yīng)的PWM信號經(jīng)驅(qū)動隔離電路（42）接至電流型DC/DC。

開關(guān)電源模塊并聯(lián)均流系統(tǒng)所述的系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)模塊5）包括4×4鍵盤（51）、單片機核心板（52）和顯示模塊（53），由單片機核心板（52）接口與電壓型開關(guān)電源模塊（3）、電流型開關(guān)電源模塊（4）和恒流電源模塊（5）的數(shù)控接口連接進行數(shù)控電源操作，4×4鍵盤（51）完成對輸出電壓/電流的設(shè)置和步進調(diào)整功能，顯示模塊（53）完成對設(shè)定電壓/電流和實際輸出電壓/電流的顯示。

開關(guān)電源模塊并聯(lián)均流系統(tǒng)所述的系統(tǒng)系統(tǒng)供電模塊（1）、線性電源模塊（2）、電壓型開關(guān)電源模塊（3）和單片機最小系統(tǒng)模塊（5）組合使用完成開關(guān)電源模塊并聯(lián)均流系統(tǒng)的并聯(lián)均流操作。

本系統(tǒng)還設(shè)置了安全保障系統(tǒng)，通過傳感器時時監(jiān)測它的電壓和電流，對超過額定值的電壓和電流進行保護，以免發(fā)生事故和意外，對電器和電網(wǎng)造成危害。

4 附圖說明

圖1為開關(guān)電源模塊并聯(lián)均流系統(tǒng)原理圖；

圖2為集成線性穩(wěn)壓電路；

圖3為開關(guān)電源模塊并聯(lián)均流系統(tǒng)電路圖；

其中圖3：

D8：為反相器；

R12、R14、R30：為采樣電阻D6：為電流二極管。

5 具體實施方式

下面結(jié)合附圖對開關(guān)電源模塊并聯(lián)均流系統(tǒng)進行詳細說明。

如圖1所示，將市電220V的交流電先經(jīng)EMI濾波之后分別接入系統(tǒng)供電模塊進行降壓處理、整流濾波輸出電壓為后面的開關(guān)電源的恒壓和恒流源提供電壓和電流，以實現(xiàn)電壓和電流的控制和線性電源模塊進行整流濾波處理輸出穩(wěn)定的線性電壓，為后面的單片機和一些線路板供電。在運行中，電路始終提供一個穩(wěn)定的電壓，并且通過單片機的AD端口檢測霍爾傳感去輸出的電流的大小通過采樣電阻測出電壓的大小，并時時進行監(jiān)測，之后調(diào)節(jié)負載的大小是電流發(fā)生變化，通過電流的變化使單片機的DA端口輸出一個電壓給恒流源的控制電阻，使恒流源輸出一個恒定的電流，另一部分電流則由恒壓源提供，并且恒流恒壓源提供的電流可以按比列輸出。

如圖2所示，將市電220V的交流電先經(jīng)EMI濾波之后給線性電源模塊整流降壓實現(xiàn)12v和5v的直流輸出分別給控制電路板和單片機供電，為系統(tǒng)的控制和保障提供了保障。

如圖3所示，為實現(xiàn)均流的電路圖，通過單片機的監(jiān)測和輸出控制恒壓和恒流輸出電壓和電流的大小。

6 結(jié)語

在大功率DC/DC開關(guān)電源中經(jīng)常采用多個電源并聯(lián)的方法來提高功率，開關(guān)電源并聯(lián)均流可以安全可靠的不間斷供電。如果采用單臺電源供電該變換器勢必要要處理更大的功率給功率器件的選擇，開關(guān)平率和功率密度的提供帶來困難，并且一旦單臺發(fā)生故障整個系統(tǒng)就會崩潰。采用兩個開關(guān)電源模塊來運行不但可以提高功率是每個開關(guān)電源的功率變小同時也減少了單臺開關(guān)電源遇到故障所帶來的問題。

參考文獻：

[1]王水平，開關(guān)穩(wěn)壓電源原理及設(shè)計[M].人民郵電出版社，2008.7.

[2]周志敏、周紀海、紀愛華，開關(guān)電源實用技術(shù)[M].人民郵電出版社，2007.8.

第7篇：開關(guān)電源原理設(shè)計范文

摘 要：以UC3842和FQP12N60C為基礎(chǔ)設(shè)計了一款可編程序控制器專用電源。意在介紹通用開關(guān)電源的工作原理與設(shè)計過程，并且著重介紹高頻變壓器的設(shè)計以及整板調(diào)試過程，突出以理論為基礎(chǔ)，工程設(shè)計為主導的設(shè)計方法。該電源經(jīng)過實際測試，符合可編程序控制器專用電源的標準。

關(guān)鍵詞：變頻器；開關(guān)電源；UC3842

引言

現(xiàn)應(yīng)用UC3842芯片設(shè)計了一款可編程序控制器用的開關(guān)電源，經(jīng)過大量實驗。在輸入有很大波動的時候，該電源也能穩(wěn)定工作。其中為CPU供電的+5V電源誤差范圍在0.1V，達到了設(shè)計目標。而且本開關(guān)電源也可作為其它電力電子控制設(shè)備的電源，可移植性能好。

1 設(shè)計要求

本電源利用PWM控制技術(shù)實現(xiàn)DC-DC轉(zhuǎn)換，通過FQP12N60C的電流檢測端口與控制電路要求精度最高的電源相連，當輸入有干擾的情況下，通過調(diào)節(jié)占空比來穩(wěn)定對多路電源的輸出。

具體指標如下：輸入：直流250V±40%，輸出：直流+24V、6A；+5V、2A。輸出全部采用共地方式，控制系統(tǒng)對電源輸出的紋波電壓小于5%。

2 原理圖功能分析與設(shè)計過程

基于UC3842和FQP12N60C所組成的開關(guān)電源的電路原理圖。包括整流、濾波、PWM控制器等結(jié)構(gòu)。電源內(nèi)部采用單端反激式拓撲結(jié)構(gòu)，具有輸入欠電壓保護、過電壓保護、外部設(shè)定極限電流、降低最大占空比等功能。

2.1輸入側(cè)整流、濾波、保護電路設(shè)計。從AC（L）線路進線串聯(lián)保險絲（F1），起到過流保護作用。從AC（N）線路進線串聯(lián)熱敏電阻（RT110D-9），對接通AC電源時產(chǎn)生的浪涌電流起限制作用。在熔斷器與熱敏電阻的出線端并聯(lián)壓敏電阻（VR1），對接通AC電源時產(chǎn)生的浪涌電壓起限制作用。之后并聯(lián)安規(guī)電容CX1，泄流電阻R5。防止大電容失效后漏電，危及用電人員安全。之后串聯(lián)電感，出線端并聯(lián)X2電容。然后經(jīng)過整流橋D1整流，在直流側(cè)并聯(lián)電解電容C10濾除整流后的交流分量以及諧波成份。

2.2功率管參數(shù)調(diào)整與外圍電路設(shè)計。電阻R1提供電壓前饋信號，使電流可隨電壓而降低，從而限定在高輸入電壓時的最大過載功率。電阻R2實現(xiàn)線電壓檢測。由電阻R6，電容C30，開關(guān)管ZD1，二極管D88組成簡單的RCD箝位電路。達到保護開關(guān)管的目的。因而T1可以使用較高的初次級匝數(shù)比，以降低次級整流管D3上的峰值反向電壓。電路采用簡單的齊納檢測電路來降低成本。輸出電壓穩(wěn)壓由齊納二極管（IC2）電壓及光耦合器（IC1）決定。電阻R9提供進入齊納二極管的偏置電流，產(chǎn)生對+5V輸出電平、過壓過載和元件變化時±5%的穩(wěn)定度。

2.3高頻變壓器磁路設(shè)計。由于反激變換器對多組輸出的應(yīng)用特別有效。即單個輸入電源使用同一磁路有效地提供多個穩(wěn)定輸出。因此本文設(shè)計的開關(guān)電源采用反激式變換結(jié)構(gòu)。高頻變壓器的設(shè)計過程主要包括：磁芯大小的選擇、最低直流輸入電壓的計算、工作時的磁通密度值的選擇等。

（1）設(shè)計參數(shù)。設(shè)計使其工作在132KHz模式下。輸入：直流250V±40%，輸出：+24V、6A；+5V、2A。

（2）功率計算。

P=24×6×1+5×2×1=154W （1）

（3）磁芯選擇。由公式（2）、（3）

Sj=0.15■=2.01cm2 （2）

P1=■=■=181.18W （3）

再由實際中輸出引腳個數(shù)等因素，查磁芯曲線可得選擇磁芯EER40。

（4）工作時的磁通密度計算。對于EER40的磁芯，振幅取其一半Bac=0.195T。

（5）原邊感應(yīng)電壓的選擇。這個值是由自己來設(shè)定的，但是這個值決定了電源的占空比。其中D為占空比，VS為原邊輸入電壓，VOR為原邊感應(yīng)電壓。D=■本文選定占空比D=0.5。

（6）計算變壓器的原邊匝數(shù)：Np=■=42匝。

（7）計算變壓器的副邊匝數(shù)。對于+5V，考慮到整流管的壓降0.7V以及繞組壓降0.6V。則副邊+5V電壓值：V2=（5+0.7+0.6）V=6.3V。

原邊繞組每匝伏數(shù)=■=■=3.57伏/匝。

則+5V副邊繞組匝數(shù)為：N5=■=1.76匝。由于副邊低壓大電流，應(yīng)避免應(yīng)用半匝線圈，考慮到E型磁芯磁路可能產(chǎn)生飽和的情況，使變壓器調(diào)節(jié)性能變差，因此取1.76的整數(shù)值2匝。計算選定匝數(shù)下的占空比輔助輸出繞組匝數(shù)，因為+5V副邊匝數(shù)取整數(shù)2匝，反激電壓小于正向電壓，新的每匝的反激電壓為6.3伏/匝。占空比必須以同樣的比率變化來維持V-S值相等。由此可得：+24V副邊繞組匝數(shù)為：N24=■=7.08匝。取整數(shù)值為7匝。

對于反饋線圈的匝數(shù)，反饋電壓是反激的，其匝數(shù)比要和幅邊對應(yīng)。NS=■=1.76匝。取整數(shù)值為2匝。

（8）確定磁芯氣隙的大小。首先求出原邊電感量（mH），根據(jù)LP=VS■則全周期TS的平均輸入電流IS=■=■=1A。

相應(yīng)的Im=■=2A，IP1=■=1A。

IP2=3IP1=3A在ton期間電流變化量i=IP2-IP1=2A，LP=VS■=150×■=0.56mH。所以電感系數(shù)Al=■=■=0.00049×■。根據(jù)所選磁芯的AL=f（lg）曲線，可求得氣隙

lg=■=■=0.45mm

（9）變壓器設(shè)計合理性檢驗。首先利用磁感應(yīng)強度與直流磁密相關(guān)的關(guān)系計算直流成分Bdc。根據(jù)公式計算可以得到：Bdc=?滋H=185mT

而交流和直流磁感應(yīng)強度相加之和得到的磁感應(yīng)強度最大值Bmax=?滋H=■+Bdc=282.5mT，而從磁性材料曲線可知BS=390mT，故工作時留有余量，設(shè)計通過。

（1、煙臺德爾自控技術(shù)有限公司，山東 煙臺 264006 2、沈陽工業(yè)大學，遼寧 沈陽 110178）

摘 要：以UC3842和FQP12N60C為基礎(chǔ)設(shè)計了一款可編程序控制器專用電源。意在介紹通用開關(guān)電源的工作原理與設(shè)計過程，并且著重介紹高頻變壓器的設(shè)計以及整板調(diào)試過程，突出以理論為基礎(chǔ)，工程設(shè)計為主導的設(shè)計方法。該電源經(jīng)過實際測試，符合可編程序控制器專用電源的標準。

關(guān)鍵詞：變頻器；開關(guān)電源；UC3842

引言

現(xiàn)應(yīng)用UC3842芯片設(shè)計了一款可編程序控制器用的開關(guān)電源，經(jīng)過大量實驗。在輸入有很大波動的時候，該電源也能穩(wěn)定工作。其中為CPU供電的+5V電源誤差范圍在0.1V，達到了設(shè)計目標。而且本開關(guān)電源也可作為其它電力電子控制設(shè)備的電源，可移植性能好。

1 設(shè)計要求

本電源利用PWM控制技術(shù)實現(xiàn)DC-DC轉(zhuǎn)換，通過FQP12N60C的電流檢測端口與控制電路要求精度最高的電源相連，當輸入有干擾的情況下，通過調(diào)節(jié)占空比來穩(wěn)定對多路電源的輸出。

具體指標如下：輸入：直流250V±40%，輸出：直流+24V、6A；+5V、2A。輸出全部采用共地方式，控制系統(tǒng)對電源輸出的紋波電壓小于5%。

2 原理圖功能分析與設(shè)計過程

基于UC3842和FQP12N60C所組成的開關(guān)電源的電路原理圖。包括整流、濾波、PWM控制器等結(jié)構(gòu)。電源內(nèi)部采用單端反激式拓撲結(jié)構(gòu)，具有輸入欠電壓保護、過電壓保護、外部設(shè)定極限電流、降低最大占空比等功能。

2.1輸入側(cè)整流、濾波、保護電路設(shè)計。從AC（L）線路進線串聯(lián)保險絲（F1），起到過流保護作用。從AC（N）線路進線串聯(lián)熱敏電阻（RT110D-9），對接通AC電源時產(chǎn)生的浪涌電流起限制作用。在熔斷器與熱敏電阻的出線端并聯(lián)壓敏電阻（VR1），對接通AC電源時產(chǎn)生的浪涌電壓起限制作用。之后并聯(lián)安規(guī)電容CX1，泄流電阻R5。防止大電容失效后漏電，危及用電人員安全。之后串聯(lián)電感，出線端并聯(lián)X2電容。然后經(jīng)過整流橋D1整流，在直流側(cè)并聯(lián)電解電容C10濾除整流后的交流分量以及諧波成份。

2.2功率管參數(shù)調(diào)整與外圍電路設(shè)計。電阻R1提供電壓前饋信號，使電流可隨電壓而降低，從而限定在高輸入電壓時的最大過載功率。電阻R2實現(xiàn)線電壓檢測。由電阻R6，電容C30，開關(guān)管ZD1，二極管D88組成簡單的RCD箝位電路。達到保護開關(guān)管的目的。因而T1可以使用較高的初次級匝數(shù)比，以降低次級整流管D3上的峰值反向電壓。電路采用簡單的齊納檢測電路來降低成本。輸出電壓穩(wěn)壓由齊納二極管（IC2）電壓及光耦合器（IC1）決定。電阻R9提供進入齊納二極管的偏置電流，產(chǎn)生對+5V輸出電平、過壓過載和元件變化時±5%的穩(wěn)定度。

2.3高頻變壓器磁路設(shè)計。由于反激變換器對多組輸出的應(yīng)用特別有效。即單個輸入電源使用同一磁路有效地提供多個穩(wěn)定輸出。因此本文設(shè)計的開關(guān)電源采用反激式變換結(jié)構(gòu)。高頻變壓器的設(shè)計過程主要包括：磁芯大小的選擇、最低直流輸入電壓的計算、工作時的磁通密度值的選擇等。

（1）設(shè)計參數(shù)。設(shè)計使其工作在132KHz模式下。輸入：直流250V±40%，輸出：+24V、6A；+5V、2A。

（2）功率計算。

P=24×6×1+5×2×1=154W （1）

（3）磁芯選擇。由公式（2）、（3）

Sj=0.15■=2.01cm2 （2）

P1=■=■=181.18W （3）

再由實際中輸出引腳個數(shù)等因素，查磁芯曲線可得選擇磁芯EER40。

（4）工作時的磁通密度計算。對于EER40的磁芯，振幅取其一半Bac=0.195T。

（5）原邊感應(yīng)電壓的選擇。這個值是由自己來設(shè)定的，但是這個值決定了電源的占空比。其中D為占空比，VS為原邊輸入電壓，VOR為原邊感應(yīng)電壓。D=■本文選定占空比D=0.5。

（6）計算變壓器的原邊匝數(shù)：Np=■=42匝。

（7）計算變壓器的副邊匝數(shù)。對于+5V，考慮到整流管的壓降0.7V以及繞組壓降0.6V。則副邊+5V電壓值：V2=（5+0.7+0.6）V=6.3V。

原邊繞組每匝伏數(shù)=■=■=3.57伏/匝。

則+5V副邊繞組匝數(shù)為：N5=■=1.76匝。由于副邊低壓大電流，應(yīng)避免應(yīng)用半匝線圈，考慮到E型磁芯磁路可能產(chǎn)生飽和的情況，使變壓器調(diào)節(jié)性能變差，因此取1.76的整數(shù)值2匝。計算選定匝數(shù)下的占空比輔助輸出繞組匝數(shù)，因為+5V副邊匝數(shù)取整數(shù)2匝，反激電壓小于正向電壓，新的每匝的反激電壓為6.3伏/匝。占空比必須以同樣的比率變化來維持V-S值相等。由此可得：+24V副邊繞組匝數(shù)為：N24=■=7.08匝。取整數(shù)值為7匝。

對于反饋線圈的匝數(shù)，反饋電壓是反激的，其匝數(shù)比要和幅邊對應(yīng)。NS=■=1.76匝。取整數(shù)值為2匝。

（8）確定磁芯氣隙的大小。首先求出原邊電感量（mH），根據(jù)LP=VS■則全周期TS的平均輸入電流IS=■=■=1A。

相應(yīng)的Im=■=2A，IP1=■=1A。

IP2=3IP1=3A在ton期間電流變化量i=IP2-IP1=2A，LP=VS■=150×■=0.56mH。所以電感系數(shù)Al=■=■=0.00049×■。根據(jù)所選磁芯的AL=f（lg）曲線，可求得氣隙

lg=■=■=0.45mm

（9）變壓器設(shè)計合理性檢驗。首先利用磁感應(yīng)強度與直流磁密相關(guān)的關(guān)系計算直流成分Bdc。根據(jù)公式計算可以得到：Bdc=?滋H=185mT

而交流和直流磁感應(yīng)強度相加之和得到的磁感應(yīng)強度最大值Bmax=?滋H=■+Bdc=282.5mT，而從磁性材料曲線可知BS=390mT，故工作時留有余量，設(shè)計通過。

3 結(jié)論

24V輸出電壓波形

參考文獻

[1]張占松，蔡宣三.開關(guān)電源的原理與設(shè)計[M].第一版.北京：電子工業(yè)出版社，1999，7.

[2]趙書紅，謝吉華，曹曦.一種基于TOP Switch的變頻器開關(guān)電源[J].電氣傳動，2007，26（9）：76-80.3 結(jié)論

24V輸出電壓波形

參考文獻

第8篇：開關(guān)電源原理設(shè)計范文

關(guān)鍵詞 開關(guān)電源；熱分析；ANSYS；熱設(shè)計

中圖分類號TN86 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2011）47-0034-02

0 引言

開關(guān)電源被廣泛的應(yīng)用于國防軍事，工業(yè)自動化，家用電氣等領(lǐng)域的電子系統(tǒng)中。隨著開關(guān)電源逐步向小型化、高頻化、高功率密度發(fā)展，用戶對開關(guān)電源的可靠性設(shè)計提出了更高的要求。溫升是影響開關(guān)電源可靠性的關(guān)鍵性因素，如何將熱量高效快速的導出，成為電源工程師的首要任務(wù)[1]。熱設(shè)計的好壞直接影響著開關(guān)電源的可靠性和壽命，因而熱設(shè)計是開關(guān)電源可靠性設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。

本文以一個工作于密閉電源盒的開關(guān)電源為例，利用有限元軟件ANSYS對開關(guān)電源進行熱設(shè)計，來提高整個開關(guān)電源的散熱性能，使得開關(guān)電源的主要發(fā)熱器件的溫度控制在允許的范圍內(nèi)，保證開關(guān)電源安全可靠的運行。

1 開關(guān)電源的熱分析

本文中開關(guān)電源為反激式，具有有源功率因數(shù)校正(APFC)環(huán)節(jié)，主要發(fā)熱元件有開關(guān)管，整流二極管，大功率電阻，變壓器與電感等[2]。

首先利用ANSYS分析工作在空氣中開關(guān)電源的溫度分布情況。

1.1 仿真邊界條件和載荷說明

1）環(huán)境溫度：25℃；

2）對流系數(shù)：6W/m?K；

3）載荷：器件的生熱率（P為器件的發(fā)熱功率，V是器件等效熱源的體積）。

1.2 模型的簡化處理

1）對于簡化線圈模型來說，由于線圈在實際中是由一圈一圈的漆包線繞制的，而且這樣的繞線也不規(guī)則，在模型建立中使用單一圓柱體來代替多圈的導體；

2）芯片熱源等效為長方體。

1.3 網(wǎng)格模型

模型中有些部分的尺寸微小，如MOSFET的等效熱源，尺寸為13.8×8×0.2mm3。選用ANSYS軟件中的SOLIDTO單元．通過設(shè)置MSHKEY和MSHAPE兩個選項，完成對單元形狀的控制。在建立網(wǎng)格處理不規(guī)則體的時候，特別是連接處理后的非六面體的情況，采用退化的四面體單元進行網(wǎng)格劃分，可以通過設(shè)定ESIZE，LESIZE的大小來決定單元網(wǎng)格的大小，則模型網(wǎng)格單元數(shù)目為324532。

1.4 仿真結(jié)果分析

表1中是工作在空氣中開關(guān)電源的溫度分布情況。利用紅外熱像儀測得的溫度，與仿真的溫度值對照，相對誤差較小，具有很好的準確性。實際上，此開關(guān)電源工作在一個封閉的電源盒內(nèi)，內(nèi)部的空氣流動速度很慢，在理想狀態(tài)下，認為內(nèi)部空氣處于絕熱狀態(tài)，幾乎不導熱。因而各器件的實際工作時溫度會更高。因此。為保證開關(guān)電源安全可靠的運行。必須采取有效的散熱措施，迅速的將電源盤內(nèi)部的熱量導出，降低主要熱源的溫度。

2 開關(guān)電源的熱設(shè)計分析

如何尋找低熱阻通路來將熱最迅速導出是設(shè)計開關(guān)電源熱設(shè)計的關(guān)鍵問題，因為只有開關(guān)電源器件的結(jié)點溫度降低后，這樣才能避免高溫而導致開關(guān)電源可靠性下降的問題。此開關(guān)電源工作在一個封閉的電源盤內(nèi)，由于工作環(huán)境特殊，不允許加風扇，只能采取自然散熱的措施。其熱設(shè)計的內(nèi)容包括電源盤的內(nèi)部熱設(shè)汁和電源盤的外部熱設(shè)計。

通過設(shè)計將開關(guān)電源的前后級MOSFET，后級二級管，整流橋的溫度控制在60℃以內(nèi)，變壓器的溫度低于65℃。

2.1 電源盒的內(nèi)部熱設(shè)計

開關(guān)電源的電源盒內(nèi)部熱設(shè)計主要是調(diào)整器件布局和改變內(nèi)部介質(zhì)。

1）電路布局的熱設(shè)計

密封電源盤內(nèi)熱源的主要散熱途徑有以下幾個方面：首先，通過熱源經(jīng)盒內(nèi)介質(zhì)向殼體傳導的熱量，可以通過對流和輻射在殼體的表面將熱量發(fā)散到大氣中；其次，通過盒體內(nèi)部的介質(zhì)可以把熱量傳遞到其他部件上，這樣就可以形成溫度的疊加效應(yīng)。

所以，在設(shè)計過程中，在考慮不影響電路性能的情況下，應(yīng)該使得發(fā)熱部件盡可能分散，且在電路板邊緣分布，另外，固定在電源盒的導熱鋁板應(yīng)該與其相連。電路板的后邊緣則應(yīng)該放置前后級MOSFET和整流橋，與電源盒的側(cè)壁相連靠的是2mm的導熱鋁板；而電路板的前側(cè)邊緣放置后級二極管，同樣，電源盒的側(cè)壁相連靠的是同樣厚度表2是開關(guān)電源電路靠局調(diào)整前后的溫度對照表，通過表2可以得出如下結(jié)論：

首先，可以看出前后級的MOSFET、整流橋和后級二極管溫度都有明顯的降低變化，其主要的原因是因為由于低熱阻通路-導熱鋁板的存在，使得電路布局為這些器件與外殼之間存在這樣一種合理的通路，這樣就可以使得器件產(chǎn)生的熱量傳導到電源盒體，從而溫度梯度也得以降低。

其次，對于變壓器來說，溫度變化很小。通過內(nèi)部空氣傳導到電源盒的變壓器的熱量，在加上空氣的熱阻很大的原因，這樣可以認為在密閉條件較好的情況下的絕熱狀態(tài)。同時，最高結(jié)點溫度和環(huán)境溫度梯度也很大，這樣來說對于變壓器溫度沒有明顯的降低。

變壓器的溫度變化很小。這是因為變壓器的熱量主要通過內(nèi)部空氣傳導到電源盒，而空氣的熱阻很大，在密閉條件很好的情況下，可以認為處于絕熱狀態(tài)。變壓器的最高結(jié)點溫度與環(huán)境的溫度梯度很大，導致溫度沒有明顯的降低。所以盡管電路布局的調(diào)整改善了開關(guān)電源的溫度分布情況， 有些器件的還存在較高的溫度梯度，無法滿足安全可靠運行的要求。

2）電源盒內(nèi)部介質(zhì)的熱設(shè)計

熱量主要以傳導方式由內(nèi)部器件傳到電源盒，這一點可以從前面的電源盒內(nèi)熱源的散熱途徑獲得，經(jīng)過對流換熱的方式散發(fā)到空氣中。根據(jù)傳導散熱的原理，內(nèi)部介質(zhì)的導熱系數(shù)可以看做是影響電源盒內(nèi)部溫度梯度的主要因素，其中，由于介質(zhì)的導熱系數(shù)與內(nèi)部熱源的溫度梯度成反比的原因，說明了質(zhì)的導熱系數(shù)越大，內(nèi)部器件的溫度梯度就越小，熱源的結(jié)點溫度就越低。

根據(jù)開關(guān)電源主要器件溫度與內(nèi)部介質(zhì)的導熱系數(shù)的關(guān)系曲線可以得出如下的結(jié)論：

（1）器件的溫度和內(nèi)部介質(zhì)導熱系數(shù)變化成反比，并且基本上所有器件最終趨于同一溫度。

（2）變壓器的溫度曲線存在一定區(qū)別，表現(xiàn)在介質(zhì)導熱系數(shù)為1.2 W/m?K時有一定的上升，這可能是因為變壓器的溫度低于其他熱源的溫度，但是需要注意熱量具有從溫度高的流向溫度低物體的規(guī)律，這樣由于變壓器溫度相對較低時，當存在其他熱源的影響，變壓器溫度也是可以理解的。

2.2 電源盒的外部熱設(shè)計

電源盒的壁厚和殼體表面肋片的設(shè)計構(gòu)成了電源盒的外部熱設(shè)計，需要注意，其表面的散熱方式為對流和輻射，這樣，根據(jù)流散熱的原理，表面散熱面積則是影響散熱的主要因素，其中，電源盒的表面散熱面積與外殼肋片的高度影響直接相關(guān)。

開關(guān)電源的傳導散熱主要受到電源盒的壁厚的影響，同時，電源盒表面的對流散熱則受到外殼的肋片高度影響。因此，對于多熱源的封閉盒體來說，在限定電源盒尺的條件下，外殼的肋片高度對于散熱的影響一般大于壁厚的影響，所以對于封閉盒體來說，主要的散熱形式為表面的對流散熱，這樣能有效的散發(fā)熱量，降低盒體內(nèi)部器件的結(jié)點溫度。

所以根據(jù)上述結(jié)果分析可知，對于電源熱設(shè)計中需要采用內(nèi)部灌膠，而對于主要發(fā)熱器件來說則需要通過導熱鋁板與電源盒外殼相連，同時采取電源盒外殼加肋片的綜合散熱措施，這樣可以有效控制開關(guān)電源溫度，達到預(yù)定目標，從而滿足設(shè)計要求。

3 結(jié)論

本文開共電源因其工作環(huán)境的要求，限制了散熱措施的選擇。在只能采取自然散熱措施，且功耗很大，電源盒的尺寸和重量受到嚴格限制的條件下，分別對電路板和電源盒的結(jié)構(gòu)進行了熱設(shè)計，尋找一種有效的散熱措施，降低了主要器件的溫度，提高開關(guān)電源的可靠性，延長了壽命。

參考文獻

第9篇：開關(guān)電源原理設(shè)計范文

【關(guān)鍵詞】直流開關(guān)電源；工作原理；保護

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開可靠的電源，因此直流開關(guān)電源開始發(fā)揮著越來越重要的作用，并相繼進入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機、通訊、電子檢測設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了直流開關(guān)電源。同時隨著許多高新技術(shù)，包括高頻開關(guān)技術(shù)、軟開關(guān)技術(shù)、功率因數(shù)校正技術(shù)、同步整流技術(shù)、智能化技術(shù)、表面安裝技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)電源技術(shù)在不斷地創(chuàng)新，這為直流開關(guān)電源提供了廣泛的發(fā)展空間。但是由于開關(guān)電源中控制電路比較復(fù)雜，晶體管和集成器件耐受電、熱沖擊的能力較差，在使用過程中給用戶帶來很大不便。為了保護開關(guān)電源自身和負載的安全，根據(jù)了直流開關(guān)電源的原理和特點，設(shè)計了過熱保護、過電流保護、過電壓保護以及軟啟動保護電路。

1．開關(guān)電源的原理及特點

1.1 工作原理

直流開關(guān)電源由輸入部分、功率轉(zhuǎn)換部分、輸出部分、控制部分組成。功率轉(zhuǎn)換部分是開關(guān)電源的核心，它對非穩(wěn)定直流進行高頻斬波并完成輸出所需要的變換功能。它主要由開關(guān)三極管和高頻變壓器組成。

1.2 特點

為了適應(yīng)用戶的需求，國內(nèi)外各大開關(guān)電源制造商都致力于同步開發(fā)新型高智能化的元器件，特別是通過改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體材料上加大科技創(chuàng)新，以提高在高頻率和較大磁通密度下獲得高的磁性能，同時SMT技術(shù)的應(yīng)用使得開關(guān)電源取得了長足的進展，在電路板兩面布置元器件，以確保開關(guān)電源的輕、小、薄。因此直流開關(guān)電源的發(fā)展趨勢是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。

2.直流開關(guān)電源的保護

基于直流開關(guān)電源的特點和實際的電氣狀況，為使直流開關(guān)電源在惡劣環(huán)境及突發(fā)故障情況下安全可靠地工作，本文根據(jù)不同的情況設(shè)計了多種保護電路。

2.1 過電流保護電路

在直流開關(guān)電源電路中，為了保護調(diào)整管在電路短路、電流增大時不被燒毀。其基本方法是，當輸出電流超過某一值時，調(diào)整管處于反向偏置狀態(tài)，從而截止，自動切斷電路電流。當出現(xiàn)負載短路，過載或者控制電路失效等意外情況時,會引起流過穩(wěn)壓器中開關(guān)三極管的電流過大，使管子功耗增大,發(fā)熱,若沒有過流保護裝置，大功率開關(guān)三極管就有可能損壞。故而在開關(guān)穩(wěn)壓器中過電流保護是常用的，最經(jīng)濟簡便的方法是用保險絲。由于晶體管的熱容量小,普通保險絲一般不能起到保護作用,常用的是快速熔斷保險絲，這種方法具有保護容易的優(yōu)點。

2.2 過電壓保護電路

直流開關(guān)電源中開關(guān)穩(wěn)壓器的過電壓保護包括輸入過電壓保護和輸出過電壓保護。如果開關(guān)穩(wěn)壓器所使用的未穩(wěn)壓直流電源的電壓如果過高，將導致開關(guān)穩(wěn)壓器不能正常工作，甚至損壞內(nèi)部器件，因此開關(guān)電源中有必要使用輸入過電壓保護電路。采用集成電路電壓比較器來檢測開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出電壓，是目前較為常用的方法，利用比較器的輸出狀態(tài)的改變跟相應(yīng)的邏輯電路配合，構(gòu)成過電壓保護電路，這種電路既靈敏又穩(wěn)定。

2.3 軟啟動保護電路

開關(guān)穩(wěn)壓電源的電路比較復(fù)雜，開關(guān)穩(wěn)壓器的輸入端一般接有小電感、大電容的輸入濾波器。在開機瞬間，濾波電容器會流過很大的浪涌電流，這個浪涌電流可以為正常輸入電流的數(shù)倍。這樣大的浪涌電流會使普通電源開關(guān)的觸點或繼電器的觸點熔化，并使輸入保險絲熔斷。另外，浪涌電流也會損害電容器，使之壽命縮短，過早損壞。為此，開機時應(yīng)該接入一個限流電阻，通過這個限流電阻來對電容器充電。為了不使該限流電阻消耗過多的功率，以致影響開關(guān)穩(wěn)壓器的正常工作，而在開機暫態(tài)過程結(jié)束后，用一個繼電器自動短接它，使直流電源直接對開關(guān)穩(wěn)壓器供電，這種電路稱之謂直流開關(guān)電源的“軟啟動”電路。

2.4 過熱保護電路

直流開關(guān)電源中開關(guān)穩(wěn)壓器的高集成化和輕量小體積，使其單位體積內(nèi)的功率密度大大提高，因此如果電源裝置內(nèi)部的元器件對其工作環(huán)境溫度的要求沒有相應(yīng)提高，必然會使電路性能變壞，元器件過早失效。因此在大功率直流開關(guān)電源中應(yīng)該設(shè)過熱保護電路。采用溫度繼電器來檢測電源裝置內(nèi)部的溫度，當電源裝置內(nèi)部產(chǎn)生過熱時，溫度繼電器就動作，使整機告警電路處于告警狀態(tài)，實現(xiàn)對電源的過熱保護，亦可將溫度繼電器置于開關(guān)三極管的附近，一般大功率管允許的最高管殼溫度是75℃，調(diào)節(jié)溫度整定值為60℃。當管殼溫度超過允許值后繼電器就切斷電器，對開關(guān)管進行保護。

3.開關(guān)電源的應(yīng)用

開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制功率半導體器件開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。與線性穩(wěn)壓電源相比，開關(guān)電源具有體積小、效率高、重量輕等一系列優(yōu)點，在各種電子設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。

3.1開關(guān)電源的分類

根據(jù)分類的原則不同，開關(guān)電源有很多種分類方法：

(1)根據(jù)輸入輸出類型，可分為DC/DC變換器和AC/DC變換器。

(2)根據(jù)驅(qū)動方式，可分為自勵式和他勵式。

(3)根據(jù)控制方式，可分為脈沖寬度調(diào)制式（PWM）、脈沖頻率調(diào)制式（PFM）、PWM和PFM混合式。

(4)根據(jù)電路組成，可分為諧振型和非諧振型。

此外還可分為單端正激式和反激式、推挽式、半橋式、全橋式、降壓式、升壓式和升降壓式等等。

3.2 開關(guān)電源的發(fā)展趨勢

高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化是開關(guān)電源的發(fā)展趨勢。目前市場上的開關(guān)電源中采用雙極性晶體管制成的100kHz、用MOS-FET制成的500kHz電源，其頻率有待進一步提高。提高開關(guān)頻率，需要有高速開關(guān)元器件。同時為了保證效率，要減少開關(guān)損耗。開關(guān)速度提高后，會受電路中分布電感和電容或二極管中存儲電荷的影響而產(chǎn)生浪涌或噪聲。為了控制浪涌，針對不同的情況，可采用R-C或L-C緩沖器、非晶態(tài)等磁芯制成的磁緩沖器、諧振式開關(guān)。諧振式開關(guān)在控制浪涌的同時還可將可開關(guān)損耗。

在可靠性方面，開關(guān)電源生產(chǎn)商通過降低運行電流，降低結(jié)溫等措施以減少器件的應(yīng)力，使得產(chǎn)品的可靠性大大提高。若單獨追求高頻化，必將導致噪聲增大。理論上，采用部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù)，可實現(xiàn)高頻化又可降低噪聲。但在這實用化方面存在著技術(shù)問題，因此在此領(lǐng)域仍須進行大量研究工作。