基于单管正激式的高效率开关电源的设计

南京信息职业技术学院毕业设计(论文)作者 学号 系部 专业 计算机控制技术（电力控制技术） 题目 基于单管正激式的高效率开关电源的设计 指导教师 评阅教师 完成时间： 2015 年 4 月 20 日 1毕业设计(论文)中文摘要(题目)：基于单管正激式的高效率开关电源的设计摘要：单管正激式开关电源设计的主要问题是如何保持变压器的复位电压值，如何保证磁通复位和变压器磁路不能进入饱和状态，同时也要注意耐压 800V 的开关管的性能如何，最后就是挑选便宜合适的控制芯片。这篇文章争对相应的问题做出的解决方案：零气系变压器的单管正激式开关电源的电路拓扑可以有效降低变压器一次侧励磁电感储能，降低变压器复位对复位电容器的要求。使得开关电源的最大占空比不大于 0.5 可以使得变压器的磁通复位不进入饱和状态。对于主回路结构可选择带有去磁绕组的电路结构，选择 COOLMOS 作为开关管，选择 UC3844 作为开关电源的控制芯片。关键词：稳压电源 单管正激式 变压器设计 整流滤波电路2毕业设计(论文)外文摘要Title： Based on the single pipe is shock type high efficiency switching power supply design Abstract： This article expounds the prospects of the development of switch power supply from multiple angles and influence on peoples lives can not be ignored. In turn from its history, classification of previous application, design and other aspects. Single tube converter is the most simple switch power supply circuit structure, the switching loss. And, as a result of the switch tube pressure increases, increase the conduction loss, single tube converter can work normally one of the most important problem is the transformer magnetic flux reset, changes in bridge type, push-pull converter in the magnetic flux is reset circuit itself can meet, and in the design of the single tube converter must consider how to reset the transformer magnetic flux, otherwise the transformer magnetic circuit saturation of serious problem may come up. Keywords: Regulated power supply Single pipe is shock rectifier filter circuit transformer design3目录1 引言 .42 开关电源的概述 .52.1 开关电源的定义 .52.2 开关电源的分类 .52.3 常规开关电源的损耗分析 .72.4 开关电源技术的发展动向 .82.5 开关电源的工作原理和特点 .93 本设计方案思路 .103.1 稳压源的技术指标与要求 .103.2 各电路内部细节 .103.3 基于方案思路的细节讲述 .114 系统设计 .134.1 主变换器设计 .134.2 变压器设计 .144.3 输出整流滤波电路 .154.4 PCB 及工艺设计 .16结论 .17致谢 .17参考文献 .18附录 A总原理图 .1941 引言电子线路包含模拟电路，数字电路，信息电子电路等.多是需要直流电供电。同样电子线路对电源有着多种要求，因此我们必须应对不同的场合设计出不一样的电源。时代进步的同时，我们的产品也必须适应它的变化。电子线路发展至今约有 100 多年的历史。最初的电源既不需要稳压也不需要严格的滤波，最初的真空管时代，电子线路并不需要稳定的供电电源，仅需要整流，滤波。电子的线路要求多种电源供电，最初的真空管电子线路往往有电源变压器当时用不同的绕组得到不同电压，晶体管的发明，使得脉冲电路，数字电路运用于微型计算机，功效远优于真空管计算机，电子线路得体积变化缩后对电源的要求，由于体积的减小导致线性稳压电源的不适应，此时出现了开关型稳压电源，开关型的稳压电源，使计算机微型化不在只是想像。电源自身损耗的影响非常大，争对微型计算机和电视机工作以及待机状态、同时较于电子设备体积减小电源体积也要减小同时面临着散热功能的改善。所以提高电源效率刻不容缓。如何降低开关电源的损耗同时也是人们关注的问题之一。开关和线性，成本与输出功率有关，二者增长速率不同。线性的成本在某一输出功率点上，instead higher than 开关电源.With the power electronic technology to change，使得开关电源的技术在不断地变化，这种 cost 反转点日益向低输出的电力端转向，此举为 Switching power supply提供了广泛得发展空间。Switching power supply 得高频化是它以后发展的 trend，高频化使Switching power supply 变得小型化，并使之进入更大的领域，Especially in the field of high new technology 推动了高新技术发展的小型，轻便的改变。In addition 开关电源的 development 与应用在 安防监控，Save energy and resources 和保护环境方面都具有非常重要的意义52 开关电源的概述2.1 开关电源的定义又称交换式电源、开关变换器，是一种高频化电能转换装置。它的功能是要将一个位准的电压,通过不同的形式得形状转变为用户端所需求的那种特定的电流或电压。开关电源中应用的电子电力的器件主要为 IGBT，二极管，以及MOSFET。开关电源的三个条件：（1）switch：电力电子的器件工作在开关的状态并非在 A linear state （2）高频：电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频（3）dc：开关电源输出的是 DC 而不是交流主要特点：（1）Light weight, small volume：由于没有工频变压器，所以体积和重量只有线性电源的 2030%。（2）Low consumption, high efficiency：功率晶体管工作在开关状态，所以晶体管上的 Low consumption and high efficiency，一般为 6070% ，而线性电电源只有 3040%。2.2 开关电源的分类(1)微型低功率开关电源开关电源逐步变得普遍，和小型便利。显而易见，它会代替变压器在生活中的位置更加便利人们的生活，Low power miniature switch power supply的应用在数显表、Smart meters 以及手机充电器上应用普遍。如今 country 在大力宣传智能电网的建设，同时这样的话电能表的质量和要求也不尽相同，开关电源取代变压器的作用指日可待。(2)反转式串联开关电源反转式串联和串联式开关电源相比较而言，区别体现在反转式的 the power supply 输出的电压为负的，想较于串联式开关电源输出的正向电压不同；and 由于 Energy storage inductors L 只在开关 K 关断时才会向负载输出电流，6So under the condition of the same，反转式的输出的 current 比串联式的输出的 current 小了近一倍。2.2.1 DC/DC变换 Refers to a fixed dc voltage transform into a variable dc voltage亦叫直流斩波器。这样的技术被广泛的应用于类似无轨电车、电动车，地铁列车、的无级控制和变速，此外使上述控制获得快速响应，加速平稳的性能，并且能同时收到列如节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(2030)%。直流斩波器能起调压的作用， 此外可以有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。对于 DC/DC 变换，这是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。其具体的电路由以下几类： （1）Boost 电路升压 chopper，其 Average output voltage Uo 大于输入电压 Ui，Polarity is the same。 （2）Buck-Boost 电路Ascending or descending 压斩波器，其Average output voltage Uo 小于或大于输入电压 Ui，极性相反，电感传输（3）Cuk 电路升或降压 chopper，其 Average output voltage Uo 大于或小于输入电压 UI,极性是相反的，电容传输。 （4） Buck 电路降压 chopper，其 Average output voltage Uo 小于输入电压 Ui，极性相同。 先进和突越在半导体技术上显现为是 DC/DC 技术的变化。(1)MOSFET 的 The progress of technology 给 DC/DC 模块带来了 The big progress of technology，同步整流技术的巨大进步。(2)SchottkyThe progress of technology。(3)控制了并带动了 IC 的改变和改进。High-pressure direct starting 高压电平位移驱动取代变压器驱动ZVS，ZCS 驱动器贡献给同步整流最佳效果The light coupling feedback 直接接口 PWM IC 经历了多重变化从电压型到电流型再到电压型，同时也有硬开关一直到软开关然后到硬开关的否定之7否定变化。前提来创造出优秀的 DC/DC 的至关重要的点在于 First to master good control (4)技术的突破重在 Micro controller 及 DSP 进入 DC/DC。(5)对于以后的 DC/DC 技术进步的要害在于 Core technology breakthrough ，可想而知很大的困难。2.2.2 AC/DC变换 AC/DC 开关电源是开关电源的其中一类。此类电源也称一次电源DC 是直流。AC 是交流，它从电网那获得能量，然后通过高压整流滤波从而得到一个直流高压，以此供 DC/DC 在输出端得到多个稳定的直流电压，功率从几瓦至几千瓦都有产品，根据特性应用于不一样的地方。要归这类产品的规格和型号众多，然后跟据用户的需要来制定通信电源中的一次电源电源设计线路归于电源效率有密切的关系，高效率电源可以用来提高电能的实际的使用效率，在某种程度上可以用来降低电源的发热量和自身功耗。2.3 常规开关电源的损耗分析要想设计出高效率的开关电源就一定要 Clear the wastage of the switching power supply each link ，从而可以找到一切降低损耗的可靠机会，从而寻求出各种解决损耗的方法。The conventional ac voltage input switching power supply ，输入和整流滤波这二个部分是他主要的部分架构，包含了输出整流与滤波部分以及控制与保护电路部分，高频逆变部分。2.3.1 输入与整流滤波部分 对于交流电如果用为电源输入里的 switch 电源，至关重要的环节当属输入滤波与整流环节，要完成将 Alternating current (ac)转换成直流电的功能，同时还要抑制开关电源所产生的电磁干扰进入交流电网，去干扰其他电子设备，抑制上电时浪涌电流，抑制瞬态过电压。 82.3.2 输入浪涌电流抑制电路的损耗Most of the switch power supply 为了抑制在上电时由于整流滤波电容器的电压跃变从而导致的 The electric surge current.这种温度系数类型的热敏电阻通常需要消耗 0.52W 的功率2.3.3 电源滤波器的损耗对于电源滤波器既然是不可缺少的，则电源滤波器必然会产生相应的损耗，所产生的损耗主要由共模电感绕组的电阻产生的，如若有差模电感，损耗也会因差模电感绕组的电阻产生。2.4 开关电源技术的发展动向因为开关电源轻、薄，小的关键技术多为高频化的，可想而知国外多个电源的厂家都花了大把金钱和精力在开发新型高智能化的产品上，希望生产处相应的产品，着重在于如何减少损耗类似于二次整流器件，同时需要改进功率铁氧体材料，同时也要加入多种有力的创新元素，以此来提高获得高的效率也就是磁性能在较大磁通密度（Bs）和高频率下，同时也致力于获得小型化便利的电容器，这也是一项重大的拓展项目和创新技术。在应用 SMT 技术上，获得进步良多的开关电源，想要获得更加轻便的开关电源在电路板两面布置元器件。想要使得开关电源变得高频化，创新改进传统的 PWM 开关技术是明智和必须的，实现 ZVS、ZCS 的软开关技术如今成了开关电源的重点技术，同时改进并提高了开关电源的 The work efficiency。而较高可靠性的指标，美国的开关电源生产商则通过 Reduce running current，应用类似于降低结温的方法从而来减少器件的应力，使得很大的提高了产品的的可靠性。92.5 开关电源的工作原理和特点Switch power means 应用通过电路控制开关管从而来进行 Hi