(论文)高频开关电源研究课程设计最新优秀毕业论文资料搜集呕血奉献

毕业设计说明书(论文)作 者:学 号：学院(系):自动化学院专 业:电气工程及其自动化题 目:高频开关电源研究毕业设计说明书（论文）中文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时间比率，从而维持稳定输出电压一种电源。 论文简要描述了开关电源的整体概况和TEA1623芯片的主要功能，重点分析总结了开关电源的几种拓扑结构，给出了结构框图和主要的电压电流波形。利用TEA1623芯片独立设计外围电路，详细解析了反激式变压器的设计步骤，设计出了合格的变压器。最后做出了实物，并对整个开关电源电路进行了调试，给出了测试结果。关键字：开关电源，拓扑结构，变压器，反激式，TEA1623毕业设计说明书（论文）外文摘要Title High Frequency Switching Mode Power Supply AbstractSMPS (Switching Mode Power Supply) is a kind of power that using the technology of modern power electronics, controlling the open and closed time of the switch, so getting a stable output voltage.The paper gives a general description of SMPS and TEA1623. Some kinds of electric topologies of SMPS are mainly discussed, then the key structure diagrams and waveforms are given. Using the chip TEA1623，a SMPS circuit is designed。 Also the design steps of the transform of fly-back SMPS are given in detail. At last, the SMPS module is made successfully, the circuit is tested, and the experiment data and waveform are given. Key words：SMPS，topology，transform，fly-back，TEA1623目 次1 绪论11.1 引言11.2 发展现状与未来11.3 本文的任务和主要工作22 开关电源的工作原理22.1 开关电源的基本构成22.2 开关电源主电路的拓扑结构分析32.2.1 降压型32.2.2 升压型42.2.3 极性反转型52.2.4 反激式62.2.5 正激式72.2.6 推挽式83 开关电源变压器的设计113.1 反激式变压器的原理113.2 反激式变压器的设计步骤123.3 变压器设计结果173.3.1 电气原理图173.3.2 绕制结构图183.3.3绕制顺序表183.3.4 材料184 基于TEA1623开关电源电路的设计与实现184.1 TEA1623芯片简介184.1.1 特点184.1.2 引脚图194.1.3 引脚简介194.1.4 功能简介204.2 开关电源电路的设计224.2.1 开关电源电路的总体简介224.2.2 基于TEA1623的开关电源流程图224.2.2 各部分电路具体分析224.2.4 外围主要器件的选取235 开关电源设计结果255.1 开关电源的原理图255.2 开关电源的PCB图255.3 开关电源实物图265.4 测试结果26结论28致谢29参考文献30 本科毕业设计说明书（论文） 第30页 共30页1 绪论1.1 引言信息时代离不开电子设备，而开关电源（switch power supply）在效率，重量，体积等方面相对于传统晶体管电源方面具有显著的优势，所以如今高频开关电源成为最广泛使用的电源。目前所有的开关电源都由功率级和控制级组成，功率级的主要任务是，根据不同的应用选用不同的拓扑结构，同时兼顾半导体元件，成本，参数等现状进行适当程度的调整。控制级采用的控制方式主要为经典的PID控制，实现时一般选用集成电路芯片。半导体技术，主功率电路，控制方式是开关电源设计和制造的三大方面。1.2 发展现状与未来目前开关电源以小型，轻量和高效率的特点被广泛应用于电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等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。市场上的DC-DC开关电源中，用MOS管制成的300-500KHZ电源早已经实用化，其频率可以进一步提高。但是频率的提高会产生浪涌或噪声，这样不仅影响周围的电子设备，还会大大降低电源本身的可靠性。所以如何抑制高频噪声现在也是开关电源的一个研究方向。开关电源的技术趋势和未来可以概括为以下四个方面：（1）小型化、薄型化、轻量化、高频化开关电源的体积、重量主要是由储能元件（磁性元件和电容）决定的，因此开关电源的小型化实质上就是尽可能减小其中储能元件的体积；在一定范围内，开关频率的提高，不仅能有效地减小电容、电感及变压器的尺寸，而且还能够抑制干扰，改善系统的动态性能。因此，高频化是开关电源的主要发展方向。（2）高可靠性开关电源使用的元器件比连续工作电源少数十倍，因此提高了可靠性。从寿命角度出发，电解电容、光耦合器及排风扇等器件的寿命决定着电源的寿命。所以，要从设计方面着眼，尽可能使用较少的器件，提高集成度。这样不但解决了电路复杂、可靠性差的问题，也增加了保护等功能，简化了电路，提高了平均无故障时间。（3）低噪声开关电源的缺点之一是噪声大。单纯地追求高频化，噪声也会随之增大。采用部分谐振转换回路技术，在原理上既可以提高频率又可以降低噪声。所以，尽可能地降低噪声影响是开关电源的又一发展方向。（4）采用计算机辅助设计和控制采用CAA和CDD技术设计最新变换拓扑和最佳参数，使开关电源具有最简结构和最佳工况。在电路中引入微机检测和控制，可构成多功能监控系统，可以实时检测、记录并自动报警等。开关电源的发展从来都是与半导体器件及磁性元件等的发展休戚相关的。高频化的实现，需要相应的高速半导体器件和性能优良的高频电磁元件。发展功率MOSFET、IGBT等新型高速器件，开发高频用的低损磁性材料，改进磁元件的结构及设计方法，提高滤波电容的介电常数及降低其等效串联电阻等，对于开关电源小型化始终产生着巨大的推动作用。1.3 本文的任务和主要工作本文在对开关电源结构进行研究的基础上，设计制作了小功率开关电源，调试了电路并且测试了结果。2 开关电源的工作原理 2.1 开关电源的基本构成图2-1为开关电源电路的基本构成，它包括整流滤波电路，DC-DC控制器，开关占空比控制器及取样比较电路等模块。图2-1 开关电源的基本构成 2.2 开关电源主电路的拓扑结构分析作为电源设计的核心组件,可靠性升级的基础,轻薄小型化的关键,电磁兼容性的保障的DC-DC直流变换电路,引导着开关电源设计的方向,从本质上来说绝大部分开关控制器都具有常规的几种拓扑结构。 2.2.1 降压型降压型又称为BUCK控制器，图2-2为其典型电路结构。图2-2 降压型典型电路结构基本工作原理:当开关管导通(Ton)时,电感L将能量以磁场的形式储存起来。随着电源电压Vin对电感L 的充电，L电流IL对输出电容CO 充电，并提供负载电流Io， VD 被反向偏置而截止。当开关管截止(Toff)时，L 中消失的磁场使其极性颠倒VD 加正向偏压而导通，L 和CO 在Toff提供负载电流Io。输出电压： (其中为占空比) （2-1）图2-3为降压型电路的二极管电压和电感电流的波形如下。图2-3 降压型电路的二极管电压和电感电流波形 2.2.2 升压型升压型又称为BOOST控制器，图2-4为其典型电路结构。图2-4 升压型典型电路结构基本工作原理：当开关管导通时，能量储存在L 中，由于VD 截止，所以Ton 期间，负载的电压和电流由CO供给在开关管。 截止时，储存在L 中的能量通过正向偏置的VD 传送到负载和CO， L 放电电压的极性与VIN相同，且与Vin 相串联因而提供了一种升压作用。输出电压：（其中为占空比） （2-2）图2-5为升压型电路的开关管电压和电感电流的波形图2-5 升压电路的开关管电压和电感电流波形 2.2.3 极性反转型极性反转型又称为BUCK-BOOST控制器，图2-6为其典型电路结构。图2-6 极性反转型典型电路结构基本工作原理：当Q1 导通时，接在Vin 两端的L被充电，由于VD 截止，所以TON 期间，负载的电压和电流由CO供给。当开关管截止时，储存在L 中的能量通过VD 传送到负载和CO ，因为L 上消失的磁场颠倒了电感器电压的极性。因而提供了一种极性转换的作用。输出电压： （2-3）图2-7为极性反转型电路电感两端的电压和电流图2-7 极性反转型电路电感的电压与电流波形 2.2.4 反激式反激式又称为Fly-back型，它能产生在输入电压范围内的输出电压，不同于降压升压控制器。这是反激式控制器所独有的特点。图2-8为其典型电路结构。图2-8 反激式典型电路结构基本工作原理：当开关管导通时，电流流过变压器T1 的初次线圈N1 ，变压器将能量以磁场的形式储存起来。由于初次级圈不同相位，所以当电流流过初次线圈时，次级线圈N2 中没有电流流过。当开关管截止时，消失的磁场使初次次线圈中电压极性反转，整流二极管VD 导通。电流通过VD 流向负载，变压器的能量释放，提供负载电压电流。输出电压：（1）电流连续状态下 （2-4）（2）电流断续状态下 （2-5）图2-9为反激式电路的在电流断续情况下的电压电流波形如下。图2-9 反激式电路的电压与电流波形 2.2.5 正激式正激式不同于反激式，在原边导通的同时，副边向负载释放能量。当开关管关断时，变压器处于“空载”状态，其中储存的磁能将被积累到下一个周期。这是它的特点。图2-10为其典型电路结构。图2-10 正激式典型电路结构基本工作原理：当开关管导通时，电流流过变压器T1 的初次线圈N1 。由于初次级圈同相位，所以当电流流过初次线圈时，整流二极管VD导通，次级线圈N2 中也有电流流过。当开关管截止时，初次级线圈均没有电流流过。输出电压: （2-6）图2-11为正激式电路开关管电压和原边电流波形。图2-11 正激式电路开关管电压和电流波形 2.2.6 推挽式推挽式又称为Push-Pull控制器，图2-12为其典型电路结构。图2-12 推挽式典型电路结构基本工作原理:Q1和Q2 交替导通和截止,且导通和截止时间必须严格错开,当Q1 导通Q2 截止时,由于次级绕组两线圈匝数相等,绕向相反,能量通过变压器T1 以磁通方式耦合过来的正电压使VD1 正向导通,负电压使VD1 导通.次级电压整流、滤波后加到输出端。当Q2 导通Q1 截止时，这个过程重复进行，T1 的次级绕组开关工作频率为加在Q1 Q2 上PWM频率的两倍。输出电压： （2-7）图2-13为推挽式电路开关管Q1的电压和电流的波形如下。图2-13 推挽式电路开关管电压和电流波形开始设计开关电源时，主要考虑的是采用何种基本拓扑。开关电源设计中，拓扑的类型与电源各个组成部分的布置有关。这种布置与电源可以在何种环境下安全工作以及可以给负载提供的最大功率密切相关。这也是设计中性能价格折中的关键点。每种拓扑都有自己的优点，有的拓扑可能成本比较低，但输出的功率受到限制；而有的可以输出足够的功率，但成本比较高等。在一种应用场合下，有好几种拓扑可以工作，但只有一种是在要求的成本范围内性能最好的。表2-1总结了各个拓扑结构的情况和优点。表2-1 开关电源拓扑结构的比较拓扑功率范围/W输入电压范围 /V输入输出是否隔离典型效率/%相对成本降压电路01000540无701.0升压电路0150540无801.0BUCK-BOOST电路0150540无801.0正激式电路01505500有781.4反激式电路01505500有801.2推挽式电路1001000501000有752.0半桥电路100500501000有752.2全桥电路4002000+501000有752.5选择最合适的拓扑要考虑的主要因素有：（1）输入输出是否需要变压器隔离?（2）加在变压器一次侧或电感上的电压值有多大?（3）通过开关管的峰值电流多大?（4）加在开关管上的最高电压是多少?无变压器隔离的拓扑可以用在分布式电源系统中的板载变换器中。在分布式电源系统中，通过直流电压总线向系统中各个模块供电，每个模块都有自己的板载电源。母线电压一般来说是安全的，也就是对使用该装置的操作人员来说不至于致命，因此可选择无隔离变换器。在大部分应用场合下，通过变压器进行隔离。相对于变压器隔离对负载的保护来说，这种成本的增加很小。在输入直流电压高于40V的情况下，开关电源都要求用变压器隔离。加在变压器一次侧上的电压大小决定了通过开关管的峰值电流。由于开关电源的功率一定，一次电压越低，峰值电流就越大，以满足输出功率的要求。对于TO-220封装的功率晶体管和MOSFET来说，推荐的最大峰值电流是20A。如果超过20A，开关管就容易损坏，对功率器件进行保护也很困难。应用其他拓扑，也许可以减小峰值电流。开关管承受的最大电压越大，开关管就越有可能超过它的安全工作区（SOA）。在开关电源中，电压尖峰是很常见的，所以经常出现电压尖峰超过开关开关管击穿电压的情况。对于有变压器隔离的拓扑，工业上根据不同的应用范围使用某一相应的拓扑，见图2-14。图2-14 各种拓扑应用情况通过表2-1和图2-14，可以对何种应用场合下选用哪种拓扑有一个比较清晰的认识，从而可以选择合适的拓扑。3 开关电源变压器的设计 3.1 反激式变压器的原理反激式开关电源的变压器实质上是一个耦合电感，它承担着储能、变压、传递能量等工作。基于TEA1623的反激式电源电路如图1所示，T1为反激式变压器。当芯片内部开关管导通时，变压器的初级有电流流过，在次级产生感应电压，由于初级与次级同名端相反，次级整流二极管截止，没有电流流过二极管，能量储存在初级线圈中，负载由电容C1供电，此时变压器T1相当于一个电感。当开关管截止时，初级磁通减少，初级电压反向，次级整流二极管导通，存储在变压器中的能量传递给负载，同时给C1充电。此时 相当于一个普通的变压器，起到能量的传递作用。根据初级电流是否减少到零，反激变压器一般工作在二种工作模式下。(1)连续电流模式(CCM)这种模式下，在开关管导通周期存储在变压器中的能量在开关管截止周期没有完全转移到输出端；(2)断续电流模式(DCM)这种模式下，在开关管导通周期存储在变压器中的能量在开关管截止周期完全转移到输出端。两种模式下的初级电流波形如图3-1所示。 （1） （2）图3-1 (1)变压器工作在连续状态下的电流波形 (2)变压器工作在断续状态下的电流波形 3.2 反激式变压器的设计步骤由于CCM与DCM在小信号传递函数方面不相同，在设计变压器时通常采用两套不同的公式。为了方便计算,引入脉冲电流IL与峰值电流Ip的比例系数K,使得两种模式下的变压器设计统一于一套公式，简化设计步骤。（1）确定已知参数这些参数根据需求和电路的特点确定，包括直流输入电压范围UiminUimax、输出电压Uo、输出功率Po、工作效率，开关频率f，开关管导通压降Uds。根据应用需求，本设计中，输入电压为40V276V；输出电压为两路，分别为5V和15V（记5V为Uo1，15V为Uo2）；Uo1输出功率Po1为1.5W，Uo2输出功率Po2为6W；两路输出效率均为70%；开关频率f为典型值100KHZ；开关管导通压降Uds为0.003V。（2）确定最大占空比Dmax或者反激电压Vor之一最大占空比: （3-1）反激电压: （3-2）在反激式变压器中,次级反射电压与输入电压之和不能高于开关管的耐压,同时还要留有一定的裕量。在此设计中Dmax为70%，Vor为90V；（3）确定初级脉动电流Ir与峰值电流Ip的比值K根据经验对于宽输入电压范围，K取0.411。对于窄输入电压范围，K取0.61此处选取K值为0.8；（4）确定初级电流平均值Iavg，峰值电流Ip，有效值Irms初级电流平均值（公式）： （3-3）5V绕组产生电流平均值： 15V绕组产生电流平均值： 初级绕组电流平均值： 初级电流的峰值Ip（公式）： （3-4）同理，5V绕组产生的峰值电流为： 15V绕组产生的峰值电流为：所以初级峰值电流为： 初级电流有效值Irms(公式)： （3-5）初级电流有效值为:（5）确定初级导线直径（公式）（J电流密度取） （3-6）初级导线直径值为：（6）确定初次级匝数比（公式） （为次级整流二极管压降）（3-7）根据计算，则： （7）确定次级电流峰值Isp，有效值Isrms电流峰值公式： （3-8）5V绕组： 15V绕组： 电流有效值公式： （3-9）5V绕组：15V绕组：（8）确定次级导线直径公式：（J电流密度取） （3-10）5V绕组导线直径： 15V绕组导线直径： （9）确定变压器初级电感公式： （3-11）初级电感值：（10） 选择磁芯开关电源变压器磁芯多是低磁场下使用的软磁材料，具有较高磁导率、低的矫顽力、高的电阻率。磁导率高，在一定线圈匝数时，通过不大的励磁电流就能有较高的磁感应强度，线圈就能承受较高的外加电压。因此在输出一定功率要求下，可减少磁芯体积。磁芯矫顽力低，磁滞回环面积小，则铁损耗也小。磁芯有高的电阻率，则涡流小，铁耗小。金属软磁材料在开关电源中用得较少，只有铁镍合金、铁铝合金薄片的磁芯基本合适。软磁铁氧体是经过复合氧化物烧结而成的一种软磁材料，他的电阻率很高，适合在高频下使用，普遍使用在开关电源中。在设计中要综合考虑所设计电源的功率、频率、拓扑结构选择合适的磁芯。磁芯材料定了以后可以按照面积乘积法(AP)初选磁芯型号。 （3-12）式中：为磁芯工作磁感应强度(T)；为窗口有效使用系数一般为0.20.4。根据求得的AP值选择合适的磁芯，一般尽量选择窗口长宽比较大的磁芯，这样磁芯的窗口使用系数较高，同时可以减少漏感。经过综合考虑，磁性形状选为立式EE13 磁芯材料为 PC40（11） 确定初级次级匝数N1,N2 （3-13）式中：为磁芯截面积；为工作频率；为交流磁通密度。 （3-14）根据计算：N1=134 （匝）N2=8 （匝）N3=17 （匝）（12） 辅助绕组Na （3-15）式中：为辅助绕组整流二极管压降。根据计算约为22匝。 （13） 确定气隙宽度lg为了避免磁饱和，应该在磁回路中加入一个适当的气隙lg ，计算公式如下： （3-16）由于气隙的大小较难控制，一般根据经验来掌握。习惯的情况是在磁芯的中间腿上加um级的气隙。 3.3 变压器设计结果3.3.1 电气原理图图3-2 变压器电气原理图3.3.2 绕制结构图图3-3 变压器绕制结构图3.3.3 绕制顺序表表3-1 变压器绕制顺序图绕组引脚漆包线规格匝数N11-20.15mmX1134N26-70.31mmX18N39100.31mmX117Na450.31mmX1223.3.4 材料（1）磁芯 : 立式EE13 PC40（2）骨架: 5+5（3）漆包线 0.15mm 0.31mm4 基于TEA1623开关电源电路的设计与实现 4.1 TEA1623芯片简介4.1.1 特点TEA1623是一款开关电源控制器芯片，它具有以下特点：（1） 芯片专为通用电源设计（2） 内部集成大功率开关，导通阻值为6.5，耐压值650V（3） 可输入的交流电压范围为80V270V（4） 频率可调，设计灵活（5） RC振荡器对负载不敏感（6） 谷值转换，使开关损耗最小（7） 输出功率降低时频率也降低，待机功率小于100mW（8） 可调的过流保护（9） 欠压保护（10）温度保护（11）绕组短路保护（12）有初级辅助绕组及次级光耦反馈两种反馈方式4.1.2 引脚图图4-1 芯片引脚图4.1.3 引脚简介表4-1 芯片引脚简介符号引脚功能Vcc1电源电压GND2接地RC3频率设置REG4稳压输入AUX5辅助绕组电压输入端（定时，去磁化）SOURCE6MOS管的源极NC7空脚DRAIN8MOS管漏极，谷值传感，启动电流输入4.1.4 功能简介TEA1623处在密集的反激式变化器的初级边，起核心作用。变压器的辅助绕组可用于间接反馈控制隔离输出，同时还为本电路供电。为了对输出电压和电流反馈实现更精确的控制，还采用了次级传感电路及光耦反馈。TEA1623使用电压方式控制，其工作频率由变压器去磁化时间最大值和振荡器的时间来决定。当转化器工作在自振荡电源状态，其工作频率由编译器去磁化时间决定。当转化器工作在恒定频率，并可由外接元件R和C来调整时，则由振荡器的时间来决定工作频率，这种方式叫做脉宽调制（PWM）。此外，只有在第二个振铃的谷底初级行程才会开始，这个谷转换原理使导通损耗最小。（1）启动和欠压锁定最初芯片是由整流器后的电源电压供电。一旦在Vcc腿上的电压超过了Vcc（start）电平，芯片的供电开始转换。只有当Vcc足够高时，芯片的供电才会由变压器的辅助绕组取代，同时由电网的供电停止，从而使芯片工作频率提高。一旦Vcc腿的电压降到Vcc（stop）电平之下，芯片停止转换，然后重新开始由整流后的电源电压供电。（2）振荡器振荡器的频率由RC腿上的外接电阻和电容设定，外加电容快速充电至Vrc（max）电平，并开始新的基本行程，然后放电至Vrc（min）电平。因为放电是指数型的，脉冲占空比对稳压值相对灵敏，并且在低占空比的敏感度总是与高占空比的敏感度相等，这样在整个占空比范围内，在带有线性锯齿振荡器的PWM系统比较，指数型放电的振荡器其增益更加稳定。低占空比的系统稳定的工作更容易实现，为了获得更高效率，一旦占空比降到某个值之下时，频率就要降低。这是由增加振荡器的充电时间来实现。要确保电容器能在充电时间内充电。振荡器电容器的值应当限定至大约1nF之内。（3）占空比的控制占空比由内部稳定电压和RC腿上的振荡器信号控制，内部稳定的电压由外部稳定电压（减2.5V）乘以误差放大器的增益。开关电源的最小占空比为0%，最大占空比设定为75%。（4）谷值转换技术开关导通时，初级行程开始一个新的周期，经过一定时间（由RC振荡电压和内部稳压电平决定）之后，开关断开，第二个行程开始。内部稳压电平由REG腿上的电压决定。在二次行程之后，漏极电压表明振荡频率近似为： （4-1）一旦振荡器电压再次升高，则第二次行程终止，在开始下一个新的行程之前，电路在等待漏极电压变低。（5）去磁化技术本电路组成的开关电源系统，始终工作在不连续导通方式（DCM）。只要次级行程不结束，振荡器将会开始一个新的初级行程。在关断时间内，去磁化识别也被关断。在变压器漏感较大以及输出电压较低的应用场合，这种关断是必要的。（6）保护过流保护漏极峰值电流限制电路使用外接源极电阻，逐个周期来测量电流。在上升沿间隔时间之后此电路才启动。保护电路把源极电压限制至Vsource（max）之下，这样就限制了初级峰值电流。绕组和短路保护绕组短路保护线路也是在上升沿间隔时间之后启动。如果源极电压超过绕组短路保护电压Vswp，则TEA1623停止转换。此时，只有接通清除才能重新开始正常操作。绕组短路保护也对次级二极管短路进行保护。过温保护TEA1623提供精确的温度保护。当结温超过热关断温度，芯片停止工作，在热保护期间，芯片电流低于启动电流。只要过温状态不出现，则芯片将连续正常工作。过压保护把REG腿上的电平提升到正常工作电平之上或者使AUX腿上的电平保持在Vdemag之上，就能实现过压保护。此时，初级行程的电流将立即终止，在REG腿上的电压降至正常工作电压之前，不会启动新的初级电流行程。REG腿上有一个内部钳位，供给至REG腿的电流必须被限制。 4.2 开关电源电路的设计4.2.1 开关电源电路的总体简介输入整流滤波器将交流输入电压进行整流滤波，为变压器器提供直流电压。 变压器把直流电压变换成高频交流电压，并且起到将输出部分与输入电网隔离的作用。输出整流滤波器将变换器输出的高频交流电压整流滤波得到需要的直流电压，同时还防止高频噪声对负载的干扰。控制电路检测输出直流电压，并将其与基准电压比较，进行放大。调制振荡器的脉冲宽度，从而控制变换器以保持输出电压的稳定。保护电路在开关电源发生过电压或者过电流时，使开关电源停止工作以保护负载和电源本身。4.2.2 基于TEA1623的开关电源流程图图4-2 基于TEA1623的开关电源方框图4.2.2 各部分电路具体分析（1） 输入整流滤波电路开关电源的输入整流部分采用的是一个全桥整流芯片。滤波部分采用的是电容滤波，滤除输出电压中的交流分量，使得整流出的直流电压尽量平滑。（2） 钳位保护电路为抑制开关管关断瞬间变压器原边尖峰电压的冲击，采用瞬变二极管和快恢复二极管组成钳位保护电路，对芯片内部的MOS管进行保护。（3） 反馈电路电阻构成分压电路，若取样电压较小，则取样电压与外部误差放大器内部的带隙基准电压进行比较后，使得阴极流向阳极的电流下降，同理光耦合器内的光敏二极管工作电流减小，使得光敏三极管电流下降，从而输入TEA1623芯片Ureg下降，令TEA1623P的输出占空比增大，迫使输出端电压增高。（4） 输出滤波电路滤波电路由两块组成：输出的两路高频电压首先经过一个二极管将负半边的电压滤除，使它变为单向的电压，然后再经过一个LC滤波单元滤除高频电压，这样就可以得到所要的直流电压量。4.2.4 外围主要器件的选取（1）输入端的滤波电容滤波稳压电容E1可按照输出功率1uF/W来选择，交流输入电压的范围为40V250V，设整流桥导通时间Tc=3ms，由式（4-2）可得电容耐压值 （4-2）式中，为系统效率，选择为80%，为交流电网频率；为系统输出总频率；考虑到一定的裕量，最终取E1=47uF/400V。（2）快恢复二极管和瞬变二极管的选择由于开关电源的每个开关周期内MOS管的关断将导致变压器产生尖峰电压，因此，可通过设置Z1和D1构成箝位电路，以防高压对TEA1623芯片的损坏，Z1和D1的选择由反射电压Uor决定，Uor取值为135V，Z1的箝位电压U1可由经验公式U1=1.5Uor得出，D1的耐压值应大于最大直流输入电压值，这里Z1选择反向击穿电压为200 V的P6KE200，D1选择反向耐压为600 V的超快恢复二极管BYV26C。（3）输出整流滤波电路器件的选择输出整流滤波电路由整流二极管和滤波电容构成。由于肖特基二极管导通时正向压降较低、反向恢复时间短，因此，选用肖特基二极管作为整流二级管；对输出滤波电容,等效串联阻抗(ESR)和纹波电流是两个重要参数，当电容两端电压小于3. 5V时， ESR只与电容的体积有关,在保证控制回路带宽足够的前提下，应选择耐压值高、电容值低的滤波电容器，这里选E5=E6=50 V/10 uF,E3=E4=16 V/120 uF。（4）反馈电路的参数反馈回路依据输出电压精度而决定,本次采用“光耦和TL431”相互配合，可使输出精度控制在1%以内。电压反馈信号经分压网络(R9，R10)引入TL431的Ref端，转换为电流反馈信号，经过光耦隔离后输入到TEA1623控制端。光耦工作在线性状态，起隔离作用，如果所选光耦的电流放大率(CRT)上限超过200%，容易造成TEA1623过压,相反,若CRT下限小于40%，占空比D将不能随反馈电流的增大而减小，从而导致过流。因此，应选择CRT范围接近100%的光藕。本次设计选用PC 817B型光藕。5 开关电源设计结果 5.1 开关电源的原理图图5-1 开关电源的原理图 5.2 开关电源的PCB图图5-2 开关电源PCB图5.3 开关电源实物图图5-3 开关电源实物图5.4 测试结果输出功率最大时(5V接42,15V接72)的波形图如下。图5-4 测试波形图其中5V端的纹波约为1.2V，15V端的纹波约为1V，由于已经能满足负载要求，暂时未做改进。如果需要降低纹波系数，我们可以采用如下几种方式。（1） 在电源输入端采用EMI滤波器，它对共模干扰和差模干扰都有很好的抑制作用。（2） 在开关电源输出后端增加线性稳压芯片，在保证高效的情况下对输出进行线性稳压。（3） 加大电感电容参数（输入滤波电感电容），降低低频纹波。（4） 高频变压器是产生尖峰干扰的主要原因，在绕制变压器时提高工艺操作水平表5-1 测试数据表输入电压/V5V端输出/V15端输出/V5V、15V两端均空载204.9517.75504.9521.201004.9522.601504.9522.635V端接42 15V端空载203.4017.30504.5825.001004.7925.451504.8025.565V端空载15V端接72 204.9511.54504.9612.001004.9612.341504.9612.455V端接42 15V端接72 203.5410.95503.6511.421004.6711.451504.8511.40由表可知，5V输出一般稳在4.84.9V之间，误差系数较小，在2%4%之间。但15V输出根据负载情况输出电压变化较大，带载能力一般，这是由反馈方式决定的，此应用中采用了5V单端电压反馈。为达到更加精准的多路输出电压，可以采用不同的输出控制方式，包括变压器耦合调节式、耦合电感调节式、加权电压调节式、后置调节式等等。结 论单片开关电源克服了以往外围元件和辅助电路复杂，设计周期长的弊端，有力的促进了开关电源的高效化、模块化、小型化和轻量化。本文在对开关电源拓扑结构和高频变压器设计方法进行分析的基础上，采用TEA1623芯片作为核心器件，设计