电脑开关电源电路的设计

1、湖 南 科 技 大 学毕 业 设 计（ 论 文 ）题目电脑开关电源电路设计作者刘奇学院物理与电子科学学院专业电子信息科学与技术学号0908020109指导教师周达林二 一三年 五 月 二十日湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）任务书 院 系（教研室）系（教研室）主任: （签名） 年 月 日学生姓名: 刘奇 学号: 0908020109 专业: 电子信息科学与技术 1 设计（论文）题目及专题： 电脑开关电源电路设计 2 学生设计（论文）时间：自 2013 年 2 月 15 日开始至 2013 年 5 月 30 日止3 设计（论文）所用资源和参考资料：1 陈纯锴,开关电源原理、设计及实例M，电子

2、工业出版社，2012.5 2 辛伊波,陈文清. 开关电源基础与应用M. 西安电子科技大学出版社，20093 陆治国.使用电源技术手册开关电源分册M沈阳 辽宁科学技术出版社4 侯建军.数字电子技术基础M,北京:高等教育出版社,2008,44-925 康华光.电子技术基础（模拟部分）M,北京:高等教育出版社,2008,101-1336 史平君.实用电源技术手册：电源元器件分J册.沈阳：辽宁科技出版社，19997 周纪海.周志敏,开关电源实用技术设计与应用M.北京：人民邮电出版社.2003.8 8 蔡宣三.张占松,开关电源的原理与设计M.电子工业出版社,1999.4 设计（论文）应完成的主要内容：对

3、电脑开关电源的原理进行系统分析与设计。介绍开关电源的基本拓扑结构、工作原理，分输入电路（EMI滤波整流）、变换电路（变压器和开关管）、输出电路（整流滤波）、反馈控制电路（反馈环路设计和IC芯片选用）四大部分，对一个输入交流85264V，输出正、负12V；正、负5V；正3.3V；输出功率350W的电脑开关电源的设计过程过程进行详细阐述。5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求：文章论述清楚，文字准确，层次结构清晰，概念准确，逻辑性强，图表格式正确规范。6 发题时间： 年 月 日指导教师： （签名）学 生： （签名）湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）指导人评语主要对学生毕业设计

4、（论文）的工作态度，研究内容与方法，工作量，文献应用，创新性，实用性，科学性，文本（图纸）规范程度，存在的不足等进行综合评价指导人： （签名）年 月 日 指导人评定成绩： 湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）评阅人评语主要对学生毕业设计（论文）的文本格式、图纸规范程度，工作量，研究内容与方法，实用性与科学性，结论和存在的不足等进行综合评价评阅人： （签名）年 月 日 评阅人评定成绩： 湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）答辩记录日期： 学生： 学号： 班级： 题目： 提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料：1 设计（论文）说明书共页2 设计（论文）图 纸共页3 指导人、评阅人评语共页毕业设

5、计（论文）答辩委员会评语：主要对学生毕业设计（论文）的研究思路，设计（论文）质量，文本图纸规范程度和对设计（论文）的介绍，回答问题情况等进行综合评价答辩委员会主任： （签名）委员： （签名）（签名）（签名）（签名） 答辩成绩： 总评成绩： 摘要本文首先从理论方面详细阐述了开关电源的理论原理，接着从基本概念、主功率变换电路的设计、控制电路的设计、电路原理图的绘制、软件调试与仿真入手，详细的介绍了电脑开关电源的原理与设计。以拓扑结构学习、主功率变换电路设计和软件调试与仿真为重点，在基本概念和拓扑分析中讲述了开关电源的一些基本原理并重点介绍了半桥式开关电源的相关知识。在主功率变换电路设计中，又着重地

6、介绍了TL494和LM339工作方式和原理，控制电路的设计中，介绍了为完善电源的功能而设计的一系列过压、过流、欠压等功能模块。最后简单的介绍了调试过程和软件测试结果。关键词：开关电源；PWM；TL494- 27 -ABSTRACTThis article first expounded the theory of switch power supply theory principle, and then from the design of the basic concept, main power conversion circuit, control circuit design, th

7、e circuit principle diagram, software debugging and simulation, this paper detailed introduces the principle and design of computer switching power supply. With topological structure learning, main power conversion circuit design and software debugging and simulation as the key point, in the basic c

8、oncepts and topology analysis about the basic principle of switch power supply and focus on a half bridge switching power supply of the relevant knowledge. In main power conversion circuit design, and emphatically introduces the TL494 and LM339 work way and the principle, the design of control circu

9、it, designed to improve power function are introduced a series of functions such as over-voltage, over-current and under-voltage module. The simple introduces the debugging process and software testing results.KeyWords：switching power supply；PWM；TL494湖南科技大学本科生毕业设计（论文）目录第一章绪论11.1引言11.2电脑开关电源国内外研究现状及发

10、展方向11.3研究的目的与意义2第二章 开关电源的基本原理32.1开关电源的基本定义32.2开关电源的特点32.2.1开关电源的优点32.2.1开关稳压电源缺点32.3开关电源的分类42.3.1按驱动方式分类42.3.2按控制方式分类42.3.3按电路组成分类42.3.4按DC/DC变换器的工作方式分类42.3.4按电源是否隔离和反馈控制信号耦合方式分类42.4基本PWM变换器的主电路拓扑42.4.1 Buck变换器42.4.2 Boost变换器52.4.3 Buck-Boost变换器52.5变压器隔离的DC-DC变换器拓扑结构52.5.1单端正激式开关电源52.5.2单端反激式开关电源62.

11、5.3推挽式开关电源72.5.4半桥式开关电源72.5.5全桥开关电源8第三章 设计任务与方案93.1设计任务93.2技术指标93.2.1输入特性93.2.2输出电气特性93.2.3保护功能93.3设计方案9第四章 控制芯片114.1TL494型PWM控制电路114.1.1 TL494引脚图114.1.2 TL494的内部逻辑电路图124.1.3 TL494工作原理124.2电压比较器LM339134.2.1 LM339主要特点如下：134.2.2 LM339引脚图134.2.3 LM339工作原理13第五章 电路模块设计145.1输入部分145.1.1防雷击电路单元145.1.2电磁干扰滤波

12、器145.1.3整流滤波电路155.2输出单元165.3辅助电源电路165.4主功率变换电路175.5控制电路185.5.1稳压185.5.2过流保护195.5.3过压保护195.5.4 PG信号产生电路19第六章 调试与仿真206.1 EMI电路和整流滤波调试与仿真206.1.1仿真电路图206.1.2仿真结果206.2主功率变换电路的仿真216.2.1输出电压12V的仿真电路原理图216.2.2仿真结果226.3辅助电源电路的仿真226.3.1仿真原理图236.3.2仿真结果23第七章 结论24参考文献25致 谢26附录 27第一章绪论1.1引言任何电子设备都离不开可靠的电源，他们对电源的

13、要求也越来越高,电脑作为现代社会必不可少的工具，对电源的要求更是严格。电脑开关电源的作用是将220V市电转换为电脑(PC)工作所需要的直流电的转换器，电气行业中称其为开关电源。其是根据的电脑电源标准设计和生产的，在电脑高速发展的这几十年间，电脑电源标准也跟着不断地发生变化，以适应计算机高速发展的要求。发展到今天，电脑的主板上已经集成了大容量硬盘、固态硬盘、CDROM、可移动硬盘、快速内存、显卡、电视卡等诸多外设，因此整个电脑所需的功率越来越大，为了满足这种需求，电脑电源已全面进入到了ATX 标准。现代电脑的小型化、高性能和高集成化使电脑电源向轻、小、薄和高效率的方向发展。IBM公司在1983年

14、推出个人PC/XT 电脑时制定的标准，我们称其为PC/XT 电源。接着IBM又推出了PC/AT机，AT电源也应运而生，支持+5.0V，+12V，-5V，-12V电压，当时能提供的最高功率为192W。然而随着电脑硬件的发展，AT电源逐渐无法满足需求。1995年，随着INTEL的ATX工业标准提出，其配套ATX电源也成为了电脑界的标准，并随着版本的升级，一直沿用至今。相对于早期AT结构的电脑来说，ATX结构的电脑在许多方面做出了改进，比如ATX电源首次引进了+3.3V 的电压输出端，与主板的连接接口上也有了明显的改进，以适应低电压的CPU及内存芯片等组件。目前的ATX 结构的电脑电源主要供应六路输

15、出：1.+3.3VAT/PSII电源上没有这一路输出；2.+5V用于驱动除磁盘、光盘驱动器马达以外的大部分电路；3.+12V用于驱动磁盘驱动器马达、冷却风扇，或通过主板的总线槽来驱动其它板卡；4.-12V主要用于某些串口电路，其放大电路需要用到+12V和-12V；5.-5V在较早的PC中用于软驱控制器及某些ISA总线板卡电路，通常输出电流小于1A。在许多新系统中已经不再使用-5V电压；6. +5V Stand-By最早在ATX 提出，在系统关闭后，保留一个+5V的待机电压，用于电源及系统的唤醒服务。1.2电脑开关电源国内外研究现状及发展方向伴随着能源问题越来越突出,世界各国对能源也越来越重视，

16、电子产品对能源的利用率备受关注，怎样降低其功率损耗，如何提高电能的利用率成为一个 亟待解决的问题。开关电源研究者现在都在致力研究新型的、高智能化的元器件，关键是减少二次整流器件的损耗，并在新型材料上加大科技创新，来提高在高频率和较大磁通密度开关电源下获得较高的磁性能。另外，电容器件的小型化也是其中的一项核心技术。现在发展起来的SMT技术（表面组装技术的,是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺）使开关电源取得了较大发展，由于可以在电路板的两面放置元器件，使得开关电源变得更轻、更小、更薄。开关电源要实现高频化还要求对传统的PWM开关技术进行改进，ZVS（零电压开关）、ZCS(零电流开关)的软开

17、关技术已越来越成熟，是今后的发展方向之一。开关稳压电源的技术追求和发展趋势可以概括为以下四个方面。1.小型化、高频化、微型化、轻量化开关稳压电源的重量和体积主要是由储能元件（磁性元件和电容）决定的，因此，开关稳压电源的小型化关键在于尽可能减小其储能元件的体积；在一定范围内，提高开关频率，不但能有效地减小电容、电感及变压器的尺寸，而且还能够抑制干扰，改善系统的性能。因此，高频化是开关电源的主要发展方向之一。2.高可靠性和稳定性开关稳压电源使用的元件数量比连续工作电源的少数十倍，提高了可靠性。所以，要尽可能的减少使用的器件，提高集成度。这样不但可以解决电路复杂、可靠性差的问题，也简化了电路，提高了

18、平均无故障时间。3.低噪声开关电源显著的缺点之一是有很大的噪声。片面地追求高频化，噪声也会随之加强。利用部分谐振转换回路技术，在提高频率的同时又能降低噪声。4. 利用电子计算机的辅助设计和智能控制在电路设计中引入计算机的智能检测和控制，可以实现多功能的监测、实时检测、记录并自动报警等功能。开关稳压电源代表着今后电源的发展方向，现在已经成为稳压电源的主流产品。回望电脑开关电源技术的发展历程，可以看出，高集成化、高效率、微型化、智能化以及高可靠性是今后的发展方向。1.3研究的目的与意义电源是各类电子设备必不可少的一部分，开关稳压电源被誉为高效节能型电源。开关电源技术作为电源电压变换的一种基础技术，

19、由于变换方式简单，成本低，体积重量小、容易控制、输出电压稳定等，因此，产生了这种电源变换技术即开关电源技术。随着电脑市场的变革，电脑的功耗越来越大，再加上双硬盘、双光驱、高功耗的显卡更加剧了这种趋势，对于电源的输出功率的要求越来越高；另一方面CPU等核心芯片对电压输出精度、输出品质的要求也越来越高。电源的质量好坏直接影响了电脑工作的安全和稳定。在经济与科技高速发展的时代过程中，电源起到至关重要的作用。因此，对电脑开关电源电路的学习与研究是很有必要的第二章 开关电源的基本原理2.1开关电源的基本定义开关电源（Switching Power Supply）是开关稳压电源的简称，它是一种用半导体功率

20、器件作开关，将一种电源形态转换成另一种形态,通过控制开关管开通和关断时间的比率，维持稳定输出电压的一种电源。2.2开关电源的特点2.2.1开关电源的优点1) 功耗小，效率高 晶体开关管工作在开关状态,转换速度很快，频率一般在50kHz左右，在一些技术先进的国家，现在可以做到几百或者近1000kHz。这使得开关晶体管的功耗很小，电源的转换效率大幅度地提高,一般在80%以上,高的可达90%.2) 体积小，重量轻开关稳压电源省掉了笨重的工频变压器,节省了大量的漆包线和硅钢片,从而使其重量大大减轻,体积也缩小很多。3) 稳压范围宽开关电源的输出电压是通过调节激励信号的占空比来控制的，输入电压信号的变化

21、同样可以通过调节频率或改变脉冲宽度来进行补偿。因此，在实际电网电压变化较大的情况下，它照样能够保证稳定的输出电压。4) 滤波效率大幅提高，滤波电容的体积和容量可以大大减小开关稳压电源的工作频率一般是在50kHz左右，这个频率是线性稳压电源的1000倍，这样就使得整流后的滤波效率差不多也提高了1000倍。因此，在相同的输出纹波电压下，采用开关稳压电源结构，滤波电容的容量与体积可以小很多。2.2.1开关稳压电源缺点1) 开关稳压电源最明显的缺点是存在较为严重的开关干扰开关电源中，功率调整开关管工作在开关状态，它产生的交流电压和电流经过电路中的其他元件很容易产生谐振干扰和尖峰干扰，如果不采取一定的措

22、施来抑制、消除这些有害的干扰，将会严重地影响电源的正常工作。另外，开关电源没有工频变压器的隔离，这些干扰就会很容易的串入到电网中，严重干扰电网中的其他电子仪器、设备和家用电器。2) 开关电源的制作技术难度大、造价成本较高和维修麻烦目前，由于国内电子技术起步晚，阻容器件生产技术及磁性材料技术等技术与一些先进国家还有一定差距，因而造价很难进一步的降低。另外，对于不采用工频变压器的开关电源中的高耐压电解电容、高反压大功率开关管等器件，在我国现在正处于研究阶段。在一些技术先进国家，开关电源虽然有了一定的发展，但在实际应用中也还存在一些突出问题，这也是开关稳压电源的又一个明显的缺点，那就是电路结构较复杂

23、，故障率较高，维修不便。2.3开关电源的分类2.3.1按驱动方式分类开关电源按驱动方式分类，可分为自激式和他激式。在自激式开关电源中，由开关管和高频变压器构成正反馈环路来完成自激振荡；他激式开关电源必须附加一个振荡器，振荡器产生的开关脉冲加载开关管上，控制开关管的导通和截止。2.3.2按控制方式分类开关电源按控制方式分类，有脉冲宽度调制（PWM）式、脉冲频率调制（PFM）式、PWM与PFM混合式2.3.3按电路组成分类开关电源按电路组成分类分为谐振型和非谐振型2.3.4按DC/DC变换器的工作方式分类开关电源按DC/DC变换器的工作方式分类，可分为单端正激式和反激式、推挽式、半桥式、全桥式等；

24、降压型、升压型和升降压型等。2.3.4按电源是否隔离和反馈控制信号耦合方式分类开关电源按电源是否隔离和反馈控制信号耦合方式分类，可分为隔离式、非隔离式、变压器耦合式和光电耦合式等。2.4基本PWM变换器的主电路拓扑开关电源中基本的DC-DC变换器的拓扑结构有以下六种： Buck变换器、Boost变换器、Buck-Boost变换器、Cuk变换器、Sepic变换器、Zeta变换器。这里我们介绍一下前三种比较常用的拓扑。2.4.1 Buck变换器Buck变换器的特征：输出电压低于输入电压；输入电流断续;输出电流连续。图2.1 Buck变换器2.4.2 Boost变换器Boost变换器的特征：输出电压

25、高于输入电压；输入电流连续；输出电流断续。图2.2 Boost变换器2.4.3 Buck-Boost变换器Buck-Boost变换器的特征：输出电压可高于、也可低于输入电压；输入电流断续；输出电流断续。图2.3 Buck-Boost变换器2.5变压器隔离的DC-DC变换器拓扑结构2.5.1单端正激式开关电源正激式变压器开关电源，是指当变压器的初级线圈正被直流电压激励时，变压器的次级线圈正好有功率输出。它是在BUCK电路的开关管Q与续流二极管D之间加入单端变压隔离器而得到的。它具有以下优点：1) 正激变换器利用高频变压器的一次侧、二次侧绕组隔离的特点，可以方便的实现交流电网和直流输出之间的隔离。

26、2) 正激变换器电路简单，成本很低，能方便的实现多路输出。3) 正激变换器只有一个开关管，只需一组驱动脉冲；其对控制电路的要求比双端变换器低。图2.4单端正激式开关电源2.5.2单端反激式开关电源反激式变压器开关电源，是指当变压器的初级线圈正好被直流电压激励时，变压器的次级线圈没有向负载提供功率输出，而仅在变压器初级线圈的激励电压被关断后才向负载提供功率输出，这种变压器开关电源称为反激式开关电源。反激式开关电源是在反极性（BuckBoost）变换器的基础上演变而来的，它具有以下优点：比正激式开关电源少用一个大储能滤波电感及一个续流二极管，因此，体积比正激式开关电源的要小，且成本也要低。图2.5

27、单端反激式开关电源2.5.3推挽式开关电源在双激式变压器开关电源中，推挽式开关电源是最常用的开关稳压电源。由于推挽式变压器开关电源中的两个控制开关S1和S2轮流交替工作，其输出电压波形非常对称，而且开关电源在整个工作周期之内都向负载提供功率输出，它在输入电压很低的情况下，仍能维持很大的功率输出，所以推挽式变压器开关电源被广泛应用于DC/AC逆变器，或DC/DC变换电路中。它具有以下优点：功率开关器件的发射极是共地的，所以无须隔离基极驱动电路；推挽式开关电源变压器的漏感及铜阻损耗很小，因此其工作效率很高。图2.6推挽式开关电源2.5.4半桥式开关电源半桥式变压器开关电源属于双激式变压器开关电源，

28、从原理上来说，半桥式变压器开关电源也属于推挽式变压器开关电源，它是多种推挽式变压器开关电源家庭成员之一。在半桥式变压器开关电源中，也是两个控制开关管S1和S2轮流交替工作，开关电源在整个工作周期之内都向负载提供功率输出，因此，其输出电流瞬间响应速度很高，电压输出特性也很好。由于半桥式变压器开关电源的两个开关器件工作电压只有输入电压的一半，截止开关管极间承受的电压低；抗不平衡能力强，因此，半桥式变压器开关电源比较适用于工作电压比较高的场合。图2.7半桥式开关电源2.5.5全桥开关电源全桥式变压器开关电源也属于双激式变压器开关电源。它同时具有推挽式变压器开关电源电压利用率高，又具有半桥式变压器开关

29、电源耐压高的特点。因此，全桥式变压器开关电源经常用于电压高，输出功率大的场合。全桥式变压器开关电源工作原理图如下。图中，K1、K2、K3、K4是4个控制开关管；开关管K1和K4，K2和K3同时开通和关断，两对开关管以PWM方式交替的开通和关断。它具有以下优点：对4个开关器件的耐压要求比推挽式对2个开关器件的耐压要求可以降低一半；全桥式开关电源的输出功率要比推挽式开关电源的输出功率大很多且其变压器的初级线圈只需要一个绕组。图2.9全桥开关电源第三章 设计任务与方案3.1设计任务在进行电脑开关电源设计之前，我们需要知道我们所设计的电源要达到怎样的指标，我们的最终目的是设计出符合各项指标的电源。而这

30、些指标是我们设计电路时的重要参考，我们可以根据设计指标来选择合适的拓扑结构，从而实现其功能。3.2技术指标3.2.1输入特性项目单位最小值典型值最大值输入电压VAc165220270输入频率Hz4550653.2.2输出电气特性输出电压输 出 电 流负载稳定度纹波最小值额定值最大值1+5V2A20A20A550mv2+12V0.5A10A15A5100mv3+3.3V0.3A15A17A550mv4-5V0A0.2A0.3A 10100mv5-12V0A0.5A0.8A 10100mv6+5VSB0.1A1.5A2A550mv最大输出功率350W103.2.3保护功能项目过压保护（输出、输入）

31、输出过流保护输出短路保护3.3设计方案通过对各种开关电源DC-DC拓扑结构特点的学习，结合电脑开关电源电路的设计要求，本电路设计采用他激式半桥式拓扑结构。系统原理框图如下：主电源开关管推动级变压器待机电源开关管待机电源开关变压器主电源开关变压器推动管IC TL494 振荡 稳压保护 控制整流和滤波EMI滤波全桥整流和滤波220V-12V-5V+5V+12V+3.3VPGON/OFF+5VSB图3.1系统原理框图第四章 控制芯片4.1 TL494型PWM控制电路TL494是典型的脉宽调制型开关电源控制器，广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源。内部集成了误差放大器、可调频率振荡器、死区

32、时间控制比较器、脉冲同步触发器、基准电压源及输出控制电路等。其主要特性如下：1) 具有功能完善的脉宽调制控制电路2) 内置线性锯齿波振荡器，通过外接电阻和电容可调借工作频率3) 具有误差放到功能4) 内置5V精密基准电压5) 可控制死区时间6) 内置功率晶体管可提供最大500mA的驱动能力7) 输出可控制推拉电路或单端电路8) 欠压保护4.1.1 TL494引脚图图4.1 TL494引脚图4.1.2 TL494的内部逻辑电路图图4.2 TL494的内部逻辑电路图4.1.3 TL494工作原理TL494是固定频率的脉冲宽度调制电路，内置了控制开关电源所需的主要模块。其中内置的锯齿波振荡器的震荡频

33、率可以通过引脚6外接的定时电阻RT 引脚5外接的定时电容CT 进行调节。RT 的取值通常为5100K，CT 通常取0.0010.1uF，其振荡频率的近似计算公式如下：TL494有两种输出方式，若输出控制端连接到基准电压源，则通过引脚8和引脚11向外输出相位相差1800 的脉宽调制控制脉冲使两个输出晶体管轮流导通和截止，TL494工作在推挽模式下；TL494还可以工作在单端模式下，当需要较大的驱动电流输出时，可以将两个输出晶体管并联使用，这时，需要将引脚13接地，此时出发信号被封锁，集电极最大输出电流可达500mA，输出信号的频率等于锯齿波振荡器的频率。利用TL494引脚4的“死区控制”功能，当

34、该脚微高电平时，TL494的引脚8和引脚11无输出脉冲，使两个开关管都截止，电源处于待机状态，没有电压输出；当引脚4为低电平时，TL494就有触发脉冲提供给开关管，电源进入正常工作状态。4.2电压比较器LM339 4.2.1 LM339主要特点如下：1）输入失调电压很小，典型值为2mV；2）工作电源电压范围较宽，可以工作在单电源和双电源状态；3）对比较信号源的内阻限制较宽；4）共模输入电压范围很宽；5）差动输入电压上下限范围大，大到可以近似等于电源电压；6）输出端电位与TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容。4.2.2 LM339引脚图图4.3 LM339引脚图4.2.3 LM339工作原理

35、LM339内部具有四个独立的电压比较器，每个比较器具有两个输入端和一个输出端。两个输入端中用“+”表示同相输入端，用“-”表示反相输入端，。当LM339用于比较两个电压的大小时，在任意一个输入端加一个固定电压做为参考电压，另一输入端输入待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端电压时，输出管截止，相当于输出端开路。相反，当“-”端电压高于“+”端电压时，输出管导通，相当于输出端接低电位。LM339精确度很高，只要两个输入端的电压差大于10mV就能保证输出能从一种状态有效地转换到另一种状态，因此，把LM339在微弱信号检测等场所是很有效的。在本次电脑开关电源电路的设计中，利用LM339精确地电

36、压比较功能，实现对电路的有效保护。第五章 电路模块设计5.1输入部分5.1.1防雷击电路单元电脑在现代社会越来越普及，给人类生活带来了极大的便利，与此同时，电脑被雷击的意外时常发生，给人们带来了不可估量的损失。因此，电脑开关电源防雷电路的设计显得格外重要。最常见的电子设备危害不是雷击直接引起的，而是由于雷击发生时在电源和通信线路中感应的电流浪涌引起的。下面设计的是一种基于压敏电阻和陶瓷气体放电管的并联式抗雷击浪涌电路。气体放电管的绝缘电阻非常高，可以达到千兆欧姆的量级。极间电容的值非常小，一般在2pF以下，极间漏电流非常小，为nA级。因此气体放电管并接在线路上对线路基本不会构成什么影响。当两极

37、间电压足够大时，极间间隙将放电击穿，由原来的绝缘状态转化为导电状态，类似短路，保护后面的电路。图5.1防雷击电路5.1.2电磁干扰（Electromagnetic Interference简称EMI）滤波器开关电源工作在高频开关状态,对开关电源产生电磁干扰的噪声源可以分为两类：一类是外部的电磁噪声，比如通过电网传输进入的差模噪声和共模噪声，以及外部电磁辐射对开关电源控制电路的干扰等等。另一类是开关电源本机产生的电磁噪声，诸如开关管和整流管的电流尖峰产生的谐波及电磁辐射干扰。考虑到电磁兼容性的有关要求,应采用EMI电源滤波器来抑制开关电源上的干扰。图5.2EMI电路5.1.3整流滤波电路整流滤波

38、电路：交流220V市电经整流桥D1整流后，经电容C2、C3滤波后得到较为纯净的300V左右的直流电压。一路输到开关电路，一路输到辅助电源电路。图5.3整流滤波电路A.整流二极管的选取整流二极管的选取要符合一般的选取原则，本设计中选择的是集成整流桥堆，其正向压降VDF较小，反向恢复时间trr短，正向恢复电压低，反向漏电流IR小。B.滤波电容的选择开关电源输入滤波电容器工作电压及容量的选取可根据不同的侧重面进行计算，如可根据纹波电流、纹波电压进行设计或输出、输入功率进行设计，也能根据滤波电容器一个周期需提供的能量进行设计等。在交流输入电压供电的情况下，电容器的工作电压：上式中，VinAC为输入交流

39、电源电压额定值，为输入交流电压相对额定值允许的变化率。本设计主要根据纹波电流进行计算，选择330V/250uF的极性电容。5.2输出单元由于流经T2初级绕组工作电流是大小相等、方向相反，因此在次级绕组两端所感应的脉冲电压也是大小相等、方向相反，这样就可以方便地利用“共阴极”二极管或“共阳极”二极管进行全波整流，用“共阴极”整流得正极性直流电压，用“共阳极”整流得负极性直流电压。SBL2040和FR302外形像大功率三极管，内部是共阴极肖特基二极管，他们都是快恢复二极管。各路输出采用LC 滤波， L3 有5 个线圈（其中3、4 并联）担任5V、12V 滤波，为了利用这种正负关系，使L3 发挥“共

40、模”扼流的效应，线圈采取共用磁芯，并将两路负电压进行反接。再经过滤波电路得到+5V、+12V、+3.3V、-5V、-12V输出电压。图5.4输出电路5.3辅助电源电路辅助电源本身就是一个完整的开关电源。220V市电经整流滤波电路变为+300V左右的直流电，再经R30送到辅助电源变压器T3，只要ATX电源一上电，辅助电源电路就开始工作，输出两路电压，其中一路是+5VSB，该电压连接到ATX主板的“电源监控电路部分”，作为它其工作电压，使电脑操作系统可以准确对电源进行管理。通过这个功能，能实现很多智能功能，如远程开机，电脑唤醒等；另一路电压通过二极管D21整流，为后面的保护、控制电路等电路提供所需

41、的工作电压。尽管辅助电源电路结构很简单，但在电脑系统中有着非常重要的作用，它不仅给主控 PWM 电路和各种控制保护电路供电，保证ATX 开关稳压电源的正常稳定运行，而且它又像是永不熄灭的“火种”，向电源系统提供待机所需的各种电压。图5.5辅助电源电路5.4主功率变换电路主功率变换电路是开关电源的主要部分，也是最重要的部分。该电路设计采用半桥式拓扑结构，它起着把直流电压变换成高频交流电压，并且起着将输出部分与输入电网隔离的作用。两个推挽开关管是该电路部分的核心元件，脉宽调制电路TL494送来的PWM信号作激励驱动信号，当脉宽调制电路因保护电路动作或因本身故障不工作时，推挽开关管因无驱动脉冲就停止

42、工作，电源电路处于不工作状态，这种工作方式称作它激式工作方式。在该电路中，两个控制开关管Q1和Q3轮流交替工作，开关电源在整个工作周期之内都向负载提供功率输出，因此，其输出电流的瞬间响应速度很高，电压的输出特性也很好。其主要优点是开关管关断时承受的电压为，而不像推挽拓扑或单端正激式变换那样为。图5.6主功率变换电路5.5控制电路控制电路也就是脉宽调制电路，它的功能是检测输出直流电压，通过与基准电压比较，再进行放大，控制振荡器的脉冲宽度，从而控制推挽开关电路以保持输出电压的稳定，控制电路主要由U1 TL494和U2 LM339及周围元件组成。TL494的5脚、6脚外接定时电容和定时电阻，在本开关

43、开关电源电路中13脚接5V基准电压，这样TL494内部的三极管Q1、Q2 工作在推挽输出方式。ATX电源接通市电后,辅助电源即刻开始工作一方面输出+5VSB电源,同时向TL494的12脚提供十几伏到二十多伏的直流电源TL494的14脚输出+5V基准电源,锯齿波振荡器也开始起振工作若主机未开机,PS-ON信号为高电平,即比较器LM339的6脚也为高电平,LM339输出端2脚呈高电平,使TL494的4脚为高电平,这样TL494的 8脚和11脚均无脉冲输出,ATX电源无5V12V+3.3V电源输出,主机处于待机状态得到主机启动指令后TL494立刻由待机状态转入工作状态，8脚、11脚输出相位差为180

44、的PWM 信号，使T1 初级一侧的Q2、Q8轮流导通或截止，并经T2次级绕组的耦合，驱动Q1、Q3也为轮流导通或截止，共处于“双管推挽”工作方式。图5.7控制电路5.5.1稳压494的2脚经R32与基准电压+5V相连,有较好的稳定电压,而其1脚与取样电阻R44R47分别与+5V+12V相连接,在电源正常工作的情况下,TL494的1脚电压与2脚电压相等当输出电压(+5V或+12V)升高时,使得TL494的1脚电压高于2脚电压,比较器输出误差电压与锯齿波振荡脉冲在PWM比较器进行比较,使输出脉冲的占空比变小,输出电压降落到设定值。反之,则促使振荡脉冲占空比增大增加,输出电压回升由于TL494内部放

45、大器的增益很高,因此，该电路的稳压精度很好5.5.2 过流保护过流保护的原理是基于负载愈大,Q1Q3集电极的脉冲电压也愈高,也即是R13上的电压也愈高,从这里采样经D15整流反应到494的4脚随着负载的加重,4脚的电平也随之上升,当TL494的4脚为高电平时，则其8、11脚无脉冲输出，两个开关管都截止，电源就进入待机状态，起到保护电源的作用。5.5.3 过压保护输出+5V、-12V、-5V电压经采样电路处理，经由二极管D26、D27送到LM339的2、7脚、TL494的4脚，当检测到输出电压升高后，TL494的4脚变为高电平,就会封锁5V12V+3.3V电源的输出,达到过电压保护的目的5.5.

46、4 PG信号产生电路Power Good信号简称PG信号或POK信号，ATX电源将3V，5V，12V等电压正常输出，并稳定100-500ms后，ATX电源认为输出电压都OK了，就会发出这个ATX的PG信号，告诉主板各部分的基本工作电压正常。其作用是证明这个信号所代表的电源输出正常。本设计电路的PG信号由LM339产生。第六章 调试与仿真电脑开关电源的整体电路原理图已经设计好，下面将要使用电路仿真软件Multisim对电脑开关电源电路进行软件调试，使开关电源的输出能达到我们设定的指标。调试时主要对EMI和整流滤波电路、主功率变换电路、辅助电源电路三部分电路进行调试与仿真，对电脑开关电源的主要电路

47、进行更深入的学习。6.1 EMI电路和整流滤波调试与仿真该电路的功能是把输入220V市电转化为比较稳定的+300V直流电，元件较少且简单，因此这部分电路的调试就显得比较容易了。将该部分电路与后面的电路断开，输入220V的交流电，输出端接示波器观察其输出波形，通过调整元器件的参数，使输出达到设计要求。6.1.1仿真电路图图6.1 EMI仿真电路图6.1.2仿真结果其中红色代表输出电压的波形，绿色代表输入电压的波形，示波器每一小格表示100V。由示波器的现实可以看出输出电压在150V左右，与实际电压300V有很大的差别，是什么原因造成了仿真与实际的不同呢？经过向老师请教知道了是参考点选取不同造成的，在软件仿真中只有实际电压的一半，加上负半轴的150V，就是实际电压的结果300V。图6.2 EMI电路仿真输入与输出波形6.2主功率变换电路的仿真由于在Multisim中没有设计电路所采用的控制芯片TL494的仿真模型，因此采用外加两组相位相差1800 的方波信号来代替实际PWM控制信号，设置频率为50kHz。实际使用中，经整流滤波后的电压约为300V，所以在此仿真中设置直流电压为300V，PWM的占空比这只为50%，要使得输出电压为12V，经计算变压器的匝数比为75:3。同理，通过改变变压器的匝数比，可以的到5V 、3.3V的输出电压。6.2.1输出