课程设计正文—《开关电源的设计与制作》(李强正式版)

1、摘 要摘 要随着科技的发展，电源已经在计算机、航空航天、通信、仪表、以及家用电器等领域广泛应用。对其的需求量亦是日益增长。同时也对电源的效率、体积、重量、可靠性等方面有更高的要求。开关电源以其小体积、重量轻、高效率的优势在很多方面取代了效率不高、体积大、笨重的线性电源。现在电力电子技术的发展，将开关电源的工作频率提高到了一个很高的水平，使其有了更高的稳定性和性价比。开关电源常用的变换电路有推完、全桥、半桥、单端正激和单端反击等。本文介绍了两种电源的设计与制作方案，分别为串联可调式线性稳压电源和开关稳压电源。并且详细阐述了开关电源的电路设计，并组装出样机予以测试。关键字：电源，电力电子技术，线性

2、电源，开关电源，设计与制作25AbstractABSTRACTWith the development of science and technology, power supply has been widely used in computer, aerospace, communications, instrumentation, as well as household appliances and other fields. The demand is also growing. At the same time, the efficiency of the power, size,

3、 weight, reliability has a higher requirement. Switching power supply with its small size, light weight, high efficiency advantages instead of linear power supply efficiency is not high, large volume, heavy in many aspects. Now the development of power electronic technology, the switching power supp

4、ly operating frequency up to a very high level, which has higher stability and price. Circuit switching power supply commonly used are pushed out, full bridge, half bridge, single ended forward and single end counter etc.This paper introduces the design and fabrication of two kinds of power supply s

5、cheme, respectively series adjustable linear regulated power supply and switch regulated power supply. And expounds the circuit design of switching power supply, and assembling a prototype.Key Words: power, electronics, power electronic technology, switching power supply, design and manufacture目录目 录

6、第1章引言1第2章电源概述42.1 电源42.2 电源的分类42.3 电源的常见类型5第3章线性稳压电源的工作原理与制作63.1 线性稳压电源63.2 直流线性稳压电源的工作原理63.3 直流稳压电源电路的总体组成框图73.4 直流电源各模块分析73.5 线性直流稳压设计指标83.6 直流线性电源的电路原理图103.7 安装与测试10第4章开关电源的工作原理与设计制作134.1 开关型稳压电源与串联型稳压电源的对比134.2 开关电源的常见分类134.3 开关电源的基本工作原理154.4 开关电源器件的选用164.5 开关电源的设计184.6 安装与测试20第5章结论和展望22参考文献23致谢

7、24附录25附录一：直流线性稳压电源输入端波形图25附录二：直流稳压电源滤波后波形图25第1章 引言第1章 引言如今电子技术发展迅猛，电子系统广泛的运用于各个领域，电子产品的种类也越来越多样化，人们的工作、生活越来越离不开电子产品。而任何电子产品都需要一个可靠的电源，因而电子产品的多样化使得它们对电源的要求也越来越苛刻。电子产品的小型化和低成本化使电源向轻、薄、小和高效率的方向发展。传统的晶体管串联调整稳压电源是连续控制的线性稳压电源。这种稳压电源有着比较成熟的技术，并且有很多线性稳压电源模块已经集成化，具备着输出波纹很小、稳定性高、可靠性高的优点。但是一般需求体积大质量较笨重的变压器和滤波器

8、。由于调整管工作在线性放大状态，为了使输出电压稳定，调整管的集电极与发射极之间需要承受比较大的电压差，从而导致调整管功耗较大，电源效率低，一般只有45%左右。因为较大的功率消耗在调整管上，所以需要采用装有体积很大的散热器的大功率调整管，这样很难满足现代电子产品发展的要求。20世纪50年代，美国宇航局以小型化、重量轻为目标，为搭载火箭开发了开关电源。经过了将近半个世界的发展，具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点的开关电源开始逐渐取代传统技术制造的连续工作电源，并且广泛应用于电子整机与设备中。20世纪80年代，计算机全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代。20世纪90年代，

9、开关电源更是广泛应用在电子、电器、家电等领域，开关电源技术进入快速发展期。开关型稳压电源采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关的占空比调整输出电压。以功率晶体管为例，当开关管饱和导通时，集电极和发射极两端的压降接近零;当开关管截止时，其集电极电流为零。所以其功耗小，效率可高达70%-95%。而功耗小，散热器也随之减小。开关型稳压电源直接对电网电压进行整流、滤波、调整，然后由开关调整管进行稳压，因而不需要电源变压器。此外，开关工作频率为几十千赫，滤波电容器、电感器数值较小。因此开关电源具有重量轻、体积小等优点。由于开关电源功耗小，机内温升较低，从而将整机的稳定性和可靠性提高了。而且它有更强的电

10、网适应能力，一般串联稳压电源允许电网波动范围为22010%，而开关型稳压电源在电网电压在110-260伏范围内变化时，仍可以得到稳定的输出电压。开关电源的高频化是电源技术发展的创新技术，高频化带来的效益是使开关电源装置空前地小型化，并使开关电源进入更广泛的领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约资源及保护环境方面都具有深远的意义。目前市场上开关电源中功率管多采用双极型晶体管，开关频率可达几十千赫；采用MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物场效应管晶

11、体管)的开关电源转换频率可达几百千赫。为提高开关频率，必须采用高速开关器件。对于兆赫以上开关频率的电源可利用谐振电路，这种工作方式称为谐振开关方式。它可以极大地提高开关速度，理论上开关损耗为零，噪声也很小，这是提高开关电源工作频率的一种方式。采用谐振开关方式的兆赫级变换器已经实用化。开关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、薄型化、轻量化、高频化2. 高可靠性3. 低噪声4. 采用计算机辅助设计和控制总之，人们在开关电源技术领域里，边研究低损耗回路技术，边开发新型元器件，两者相互促进并推动着开关电源以每年超过两位数的市场增长率向小型、薄型、高频、低噪声以及高可靠性方向发

12、展。第2章 电源概述第2章 电源概述2.1 电源将其他形式的能转化为电能的装置叫做电源。发电机能把机械能转换成电能，干电池能把化学能转换成电能。发电机，电池本身并不带电，它的两极分别有正负电荷，由正负电荷产生电压(电荷在电压的作用下定向移动而形成电流)，导体里本身就带有电荷，只需要加上电压就可以产生电流。干电池这一类叫做供电电源；通过变压器的变压和整流器的整流，把交流电转换成直流电的装置叫做供电整流电源。能提供信号的电子设备叫做信号源。晶体三极管能把前面送来的信号加以放大，又把放大了的信号传送到后面的电路中去。晶体三极管对后面的电路来说，也可以看做是信号源。整流电源、信号源有时也叫做供电电源。

13、2.2 电源的分类电源可分为普通电源和特种电源。普通电源可分为：开关电源、逆变电源、稳压电源、通信电源、模块电源、移动电源、变频电源、不间断电源、紧急电力供给电源、净化电源、PC电源、整流电源、定制电源、加热电源、焊接电源/电弧电源、电镀电源、网络电源、电力操作电源、适配器电源、线性电源、电源控制器/驱动器、功率电源、其他普通电源。特种电源指的就是特殊种类的电源。所谓特殊主要是由于衡量电源的技术指标要求不同于常用的电源，其主要是输出电压特别高，输出电流特别大，或者对稳定度、动态响应及纹波要求特别高，或者要求电源输出的电压或电流是脉冲或其它一些要求。这就使得在设计及生产此类电源时有比普通电源有更

14、特殊甚至更严格的要求。特种电源可分为：岸电电源、安防电源、高压电源、医疗电源、军用电源、航空航天电源等。2.3 电源的常见类型1. 交流稳压电源能够提供一个稳定电压和频率的电源称交流稳定电源。包括参数调整（谐振）型电源、自耦（变比）调整型电源、开关型交流稳压电源。参数调整型电源：稳压的基本原理是LC串联谐振，早期出现的磁饱和型稳压器就属于这一类。它的优点是结构简单，无众多的元器件，可靠性相当高稳压范围相当宽，抗干扰和抗过载能力强.缺点是能耗大、噪声大、笨重且造价高。自耦（变比）调整型电源：又可分为机械调压型、改变抽头型、大功率补偿型这三种类型。机械调压型：就是以伺服电机带动炭刷在自耦变压器的的

15、绕组滑动面上移动，改变Vo对Vi的比值，以实现输出电压的调整和稳定。该种稳压器可以从几百瓦到几千瓦。它的特点是结构简单，造价低，输出波形失真小；但由于炭刷滑动接点易产生电火花，造成电刷损坏以至烧毁而失效；且电压调整速度慢。改变抽头型：改变抽头型将自耦变压器做成多个固定抽头，通过继电器或可控硅（固态继电器）做为开关器件，自动改变抽头位置，从而实现输出电压的稳定。这种稳压器优点是电路简单，稳压范围宽，效率高，价格低，而缺点是稳压精度低工作寿命短，它适用于家庭给空调器供电。大功率补偿型：它用补偿环节实现输出电压的稳定，易实现微机控制。优点是抗干扰性能好，稳压精度高、响应快、电路简单、工作可靠。缺点是

16、：带计算机，程控交换机等非线性负载时有低频振荡现象；输入侧电流失真度大，源功率因数较低；输出电压对输入电压有相移。对抗干扰功能要求较高的单位，在城市里应用为宜，计算机供电时，必须选用计算机总功率的2-3倍左右稳压器来使用。因具有稳压、抗干扰，响应速度快、价格适中等优点，所以应用广泛。开关型交流稳压电源：它应用于高频脉宽调制技术，与一般开关电源的区别是它的输出量必须是与输入侧同上频、同相的交流电压。它的输出电压波型有准方波、梯型波、正弦波等，市场上的不间断电源抽掉其中的蓄电源和充电器，就是一台开关型交流稳压电源的稳压性好，控制功能强，易于实现智能化，是非常具有前途的交流稳压电源。但因其电路复杂，

17、价格较高，所以推广较慢。2. 直流稳定电源直流稳定电源按习惯可分为化学电源，线性稳定电源和开关型稳定电源。化学电源：平常所用的干电池、铅酸蓄电池、镍镉、镍氢、锂离子电池均属于这一类，各有其优缺点。随着科学技术的发展，又产生了智能化电池；在充电电池材料方面，美国研制人员发现锰的一种碘化物，用它可以制造出便宜、小巧、放电时间长，多次充电后仍保持性能良好的环保型充电电池。线性稳定电源：它的特点是功率器件调整管工作在线性区，靠调整管之间的电压降来稳定输出。优点是稳定性高，纹波小，可靠性高，易做成多路，输出连续可调的成品。缺点是体积大、较笨重、效率相对较低。这类稳定电源又有很多种，从输出性质可分为稳压电

18、源和稳流电源及集稳压、稳流于一身的稳压稳流（双稳）电源。从输出值来看可分定点输出电源、波段开关调整式和电位器连续可调式几种。从输出指示上可分指针指示型和数字显示式型等等。开关型直流稳压电源：它的电路型式主要有单端反激式，单端正激式、半桥式、推挽式和全桥式。它的它变压器不工作在工频而是工作在几十千赫兹到几兆赫兹。功能管不是工作在饱和就是截止区即开关状态。优点是体积小，重量轻，稳定可靠；缺点相对于线性电源来说纹波较大。第4章 开关电源的工作原理与设计制作第3章 线性稳压电源的工作原理与制作3.1 线性稳压电源线性稳压电源指的就是当调整管工作在线性状态下的直流稳压电源，是一种电源变换电路。线性稳压电

19、源有一个共同的特点就是它的功率器件调整管工作在线性区，靠调整管之间的电压降来稳定输出。由于调整管静态损耗大，需要安装一个很大的散热器给它散热。而且由于变压器工作在工频（50Hz)上，所以重量较大。这类电源优点是它的稳压性能很好，而且输出波纹很小，工作产生的噪声低、可靠性高、线路结构简单便于维修、易做成多路,输出连续可调的成品；但是功耗大、效率相对较低（一般只有45%左右）、体积大质量笨重，不便于微小化和携带、必须有较大容量的滤波电容。3.2 直流线性稳压电源的工作原理线性稳压电源指的就是当调整管工作在线性状态下的直流稳压电源，是一种电源变换电路。原理是将220V/50HZ的交流高电压经过变压器

20、转换为较为低的电压，经过整流桥的整流作用得到脉动比较大的直流电，再将得到的直流电经过滤波电路滤去电压中的交流成分保留直流部分最后在经过稳压电路的稳压就可以得到较为平滑的输出电压。3.3 直流稳压电源电路的总体组成框图图3-1 直流稳压电源电路总体组成框图3.4 直流电源各模块分析1.电源变压器电源变压器是一个降压变压器，将220V的交流电压变换成符合需要的低交流电压，送给整流电路。变压器的变压比是初级电压与次级电压的比值，因此由变压器的副边输出来确定。变压器有以下5个主要参数：1. 变压比：变压器的变压比是初级电压与次级电压的比值。2. 额定功率：是指变压器在指定频率和电压下能连续工作而不超过

21、规定温升的输出功率。3. 效率：是输出功率与输入功率之比，它反映了变压器的自身损耗。4. 空载电流：变压器在工作电压下次级空载时（次级电流为零），初级线圈流过的电流称为空载电流。空载电流大的变压器损耗大、效率低。5. 绝缘电阻和抗电强度：绝缘电阻是指变压器线圈之间、线圈与铁心之间及引线之间的电阻。抗电强度是在规定的时间内变压器可承受的电压，它是变压器特别是电源变压器安全工作的重要参数。2.整流电路整流电路将经过变压器变压后的低交流电压转换成脉动直流，再送与滤波电路进行滤波。常用的整流电路有单相半波整流、桥式整流。单相半波整流：利用二极管的单向导电性，只输出交流中的正电压部分。优点是电路非常的简

22、单，使用的二极管也非常的少。但是由于他只利用了交流电压的半个周期，所以输出电压低、交流分量大、效率就很低。因此这种整流电路只适合整流电流小，对脉动要求也不是很高的地方。单相桥式整流：桥式整流是对二极管半波整流的一种改进。半波整流利用二极管单向导通特性，在输入为标准正弦波的情况下，输出获得正弦波的正半部分，负半部分则损失掉。桥式整流器利用四个二极管，两两对接。输入正弦波的正半部分时两只管导通，得到正的输出；输入正弦波的负半部分时，另外两只管导通，由于这两只管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分。保证了整个周期内负载上的电压电流方向始终不变。 实现了全波整流，将输出电压负半周期也利用起来了。

23、所以桥式整流器对输入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。因此，综合考虑，直流线性稳压电源电路设计采用单相桥式整流，桥式整流如图3-2所示。图3-2 桥式整流电路图3.滤波电路滤波电路的作用是滤除整流电路输出电压中的大部分交流成分，以此得到较为平滑的直流电压。4.稳压电路稳压电路的目的是为了确保输出的电压是稳定的，不随着交流电网和负载的变化而改变。它的原理是通过调节流过稳压管自身的电流大小来满足负载电流的改变，并且与限流电阻配合将电流的变化转化为电压的变化从而适应电网的波动。常用的稳压器有固定式和可调式三端稳压器两种。3.5 线性直流稳压设计指标1. 电网调整率它表示输入电网电压由额定值变化10%

24、时，稳压电源输出电压的相对变化量，有时也以绝对值表示。一般稳压电源的电网调整率等于或小于1%、0.1%，甚至0.01%。2. 稳压系数稳压系数有绝对稳压系数和相对稳压系数两种。绝对稳压系数表示负载不变时，稳压电源输出直流变化量与输入电网电压变化量之比，即 (3-1)它表示输入电网电压变化量引起多大输出电压的变化。所以绝对稳压系数K值越小越好。K越小，说明同一引起的越小，也就是输出电压越稳定。但是，在稳压电源中更重视相对稳压系数。相对稳压系数S表示在负载不变时，稳压器输出直流电压的相对变化量与输入电网电压的相对变化量之比，即 (3-2)稳压系数通常是指相对稳压系数S，而不是绝对稳压系数K。3.

25、输出电阻在额定电网电压下，由于负载电流变化引起输出电压变化，则输出电阻为 (3-3)4. 纹波电压（1）最大纹波电压在额定输出电压和负载电流下，输出电压的纹波（包括噪声）的绝对值大小，通常以峰峰值或有效值表示。（2）纹波系数 在额定负载电流下，输出纹波电压的有效值与输出直流电压之比 （3-4）（3）纹波电压抑制比纹波电压抑制比是指在规定的纹波频率（例如50Hz）下，输入电压中的纹波电压与输出电压中的纹波电压之比，即纹波电压抑制比 。3.6 直流线性电源的电路原理图图3-3 直流线性电源电路原理图从图3-3的电路图可以看出，该电路包括整流滤波电路和稳压电路两个部分，其中稳压电路由取样电路、基准电

26、压形成电路、误差比较放大电路和调整电路4部分组成。VD1-4组成桥式整流电路，C1-2组成滤波电路，将脉动直流电转化成为非直流电。R3、RP1/R4组成取样电路，R2、VD5组成基准电压形成电路，Q3为误差比较放大管，Q1、Q2组成复合调整管，C3为有源滤波电容，R1为复合管提供驱动电流。C4为输出滤波电容，L1为负载，其亮度可以直观的看出输出电压的高低。3.7 安装与测试整个安装用万能板走锡法在万能板上安装。安装时，先安装比较小的元件，因此安装时先安装整流电路，接着安装稳压电路最后安装电容滤波电路。安装时需要注意的是二极管和电解电容的极性不要接反。在焊接的过程当中要仔细，细心，尽量保持手不要

27、大幅度的摆动，尽量使得焊点成一个光滑的圆锥形。检查确定无误后再将整流、滤波电路和电源变压器进行连接。接着通电，调节RP1的阻值，观察输出电压是否符合设计的指标，若符合，说明稳压电源的各个电路工作正常，此时可以进行各项指标的测试。图3-4 直流线性稳压电源实物正面照片图3-5 直流线性稳压电源实物反面照片测试得到输出电压为7.21V，各三极管的各端电压如表3-1所示。表3-1 三极管各端测试数据输出电压（V）整流电压（V）输出电压(V)9.509.307.9211.2412.9311.54第4章 开关电源的工作原理与设计制作4.1 开关型稳压电源与串联型稳压电源的对比稳压电源是通过电子电路调整输

28、出电压使其达到稳定目的的电源。常见的分类有串联型稳压电源、并联型稳压电源、开关稳压电源。稳压电源包括开关电源，但是不能直接说稳压电源就是开关电源。一般串联稳压电源都安装有电源变压器，有着输出电压稳定、波纹较小等优点，但是缺点是电压范围比较小，效率低。并联稳压电源有特别稳定的电压输出，但是又有很差的负载能力，所以一般只在仪表内部做基准用。开关稳压电源拥有很高的效率，较宽的电压范围，相对稳定的输出电压，由于开关管工作在通和关断状态，功耗小，所以开关电源的工作效率可达8090。而通常的线性调整式稳压电源的效率仅达50左右因而近代普遍推广开关电源，比如现在笔记本电脑电源适配器、打印机电源、手机充电器等

29、等。开关电源通过开关器件周期性间断工作，控制开关器件的占空比来调整输出电压。其中DC/DC变换器进行功率转换，它是开关电源的核心部分，此外还有起动、过流与过压保护、噪声滤波等电路。输出采样电路检测输出电压变化，与基准电压比较，误差电压经过放大及脉宽调制（PWM）电路，再经过驱动电路控制功率器件的占空比，从而达到调整输出电压大小的目的。开关型直流稳压电源它的电路型式主要有单端反激式，单端正激式、半桥式、推挽式和全桥式。它和线性电源的根本区别在于它变压器不工作在工频而是工作在几十赫兹到几兆赫兹。功能管不断工作在饱和及截止区即开关状态，因此被称做开关电源。4.2 开关电源的常见分类1. 由开关管在电

30、路中的连接方式的不同来分类，可分为串联型开关稳压电源，并联型开关稳压电源和脉动变压器耦合式开关电源。串联型开关稳压电源：指的是开关管（或储能电感）与负载通过串联连接接的方式连接的一种电源电路。并联型开关稳压电源：指的是开关管（或储能电感）与负载通过并联连接的方式连接的一种电源电路。脉冲变压器耦合型开关稳压电路电源：指的是开关管与脉冲变压器一次绕组串联后与整流电路并联，负载电路与脉冲变压器二次绕组并联的一种电源电路。2. 按开关管的激励方式的不同来分类分类，开关电源可分为自激式开关稳压电源和它激式开关稳压电源。利用电源电路中的正反馈电路来完成自激振荡，启动电源，这样的电路称之为自激式开关稳压电源

31、。而它激式开关稳压电源电路则是专门的设有一个振荡器来启动电源。3. 按照使用器件的不同来分类，开关稳压电源可分为分立元器件组成的开关稳压电源和集成电路组成的开关稳压电源。4. 按照不同稳压控制方式来分类，开关稳压电源可分为脉冲调宽式和脉冲调频式这两种。所谓脉冲调宽式开关稳压电源：指的是利用相关电路通过对开关的脉冲宽度进行调制的一种稳压电路。所谓脉冲调频式开关稳压电源：指的是通过相关电路调制开关的脉冲频率的一种稳压电路。5. 按照功能的不同又可分为AC/DC电源、DC/DC电源、通信电源、台电电源、模块电源和特种电源等。AC/DC电源：电源也称一次电源，它自电网取得能量，经过高压整流滤波得到一个

32、直流高压，供DC/DC变换器在输出端获得一个或几个稳定的直流电压，功率从几瓦几千瓦均有产品，用于不同场合。属此类产品的规格型号繁多，据用户需要而定通信电源中的一次电源。DC/DC电源：在通信系统中也称二次电源，它是由一次电源或直流电池组提供一个直流输入电压，经DC/DC变换以后在输出端获得一个或几个直流电压。通信电源：通信电源其实质上就是DC/DC变换器式电源，只是它一般以直流-48V或24V供电，并用后备电池作DC供电的备份，将DC的供电电压变换成电路的工作电压，一般它又分中央供电、分层供电和单板供电三种，以后者可靠性最高。电台电源：电台电源输入AC220V/110V，输出DC13.8V,功

33、率由所供电台功率而定,几安几百安均有产品.为防止AC电网断电影响电台工作,而需要有电池组作为备份,所以此类电源除输出一个13.8V直流电压外,还具有对电池充电自动转换功能。模块电源：随着科学技术飞速发展，对电源可靠性、容量/体积比要求越来越高，模块电源越来越显示其优越性，它工作频率高、体积小、可靠性高，便于安装和组合扩容，所以越来越被广泛采用。目前，目前国内虽有相应模块生产，但因生产工艺未能赶上国际水平，故障率较高。DC/DC模块电源目前虽然成本较高，但从产品的漫长的应用周期的整体成本来看，特别是因系统故障而导致的高昂的维修成本及商誉损失来看，选用该电源模块还是合算合算的，在此还值得一提的是罗

34、氏变换器电路，它的突出优点是电路结构简单，效率高和输出电压、电流的纹波值接近于零。特种电源：高电压小电流电源、大电流电源、400Hz输入的AC/DC电源等，可归于此类，可根据特殊需要选用。4.3 开关电源的基本工作原理开关电源的工作过程相当容易理解。在线性电源中，让功率晶体管工作在线性模式，与线性电源不同的是，PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断状态。在这两种状态中，加在功率晶体管上的伏安乘积总是很小的（在导通时，电压低，电流大；关断时，电压高，电流小）。功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗。与线性电源相比，PWM开关电源更为有效的工作过程是通过“斩波”，即把输入的直流

35、电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。脉冲的占空比是开关电源的控制器来调节。一旦输入电压被斩成交流方波，其幅值就可以通过变压器来生高或降低。通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压组数。最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。控制器的主要目的式保持输出电压稳定，其工作过程与线性形式的控制器很类似。也就是说控制器的功能模块电压参考和误差放大器，可以设计成与线性调节器相同。它们的不同之处在于，误差放大器的输出（误差电压）在驱动功率管之前要经过一个电压脉冲转换单元。开关电源有两种主要的工作方式：正激式变换和升压式变换。尽管它们各部分的布置差别很少，但是工作过程相差很大，在特

36、定的场合下个有优点。正激式变换器的优点式：输出电压的纹波峰峰值比升压式变换器低，同时可以输出比较高的功率，正激式变换器可以提供数千瓦的功率。升压式变换器中峰值电流较高，因此只适合功率不大于150W的应用场合，在所有拓扑中，这类变换器所用的元器件最小，因而在中小功率的应用场合中和流行。开关电源的工作过程：交流电源输入经整流滤波成直流；通过高频PWM(脉冲宽度调制)信号控制开关管，将那个直流加到开关变压器初级上；开关变压器次级感应出高频电压，经整流滤波供给负载；输出部分通过一定的电路反馈给控制电路，控制PWM占空比，以达到稳定输出的目的。4.4 开关电源器件的选用1. 基准稳压器件TL431TL4

37、31是一个有着良好热稳定性的三端可调分流基准稳压源。它的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从2.5V到36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2，在很多应用中用它代替稳压二极管，例如，数字电压表，运放电路，可调压电源，开关电源等。TL431的特点：(1)最它输出电压为36V。(2)电压参考误差：0.4% ，典型值25（TL431B）。(3)低输出噪声电压。(4)低动态输出阻抗，典型0.22。(5)等效全范围温度系数典型值为50 ppm/。(6)负载电流能力1.0mA to 100mA。图4-1 TL431外观和引脚2. 电力二极管电力二极管的主要类型可分为：肖特基二极管、快恢复二极管

38、和普通二极管。（1）肖特基二极管以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒二极管（Schottky Barrier Diode，简称SBD），简称为肖特基二极管。肖特基二极管的优点在于：反向恢复时间很短（1040ns），正向恢复过程中也不会有明显的电压过冲；在反向耐压较低的情况下其正向压降也很小，明显低于快恢复二极管。因此，其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还要小，效率高。肖特基二极管的弱点在于：当反向耐压提高时其正向压降也会高得不能满足要求，所以多用于200V以下的低压场合；反向漏电流较大且对温度敏感，因此反向稳态损耗不能忽略，而且必须更严格地限制其工作温度。（2）快恢复二

39、极管快恢复二极管是反向恢复过程很短的二极管，简称为快速二极管。它在工艺上曹勇了掺金措施，有的采用PN结型结构，有的采用改进PiN，结构采用外延性PiN结构的快恢复外延二极管它的反向恢复时间更加短暂，而且正向压降也很低。（3）普通二极管普通二极管又称之为整流二极管，多用于开关频率不高的整流电路。它的恢复时间较长，一般在5s以上,这在开关频率不高时并不重要。其正向电流定额值和反向电压定额值可以达到很高，分别可达数千安和数千伏以上。3. 光耦器件JC817和PC817一样是常用的线性光耦，在各种要求比较精密的功能电路中常被当做耦合器件，其具有上下级电路完全隔离的作用，相互不产生影响。当输入端加载上电

40、信号时，发光器发出光线，照射在受光器上，受光器接收光线后导通，产生光电流从输出端输出，从而实现了“光-电-光”的转换。普通光耦合器只能传输数字信号（开关信号），不适合传输模拟信号。线性光耦合器是一种新型的光电隔离器件，能够传输连续变化的模拟电压或电流信号，这样随着输入信号的强弱变化会产生相应的光信号，从而使光敏晶体管的导通程度也不同，输出的电压或电流也随之不同，光耦合器不但可以起到反馈的作用还可以起到隔离的作用。光耦合器主要应用在开关电源、充电器、适配器、USP、空调、DVD以及其他家用电上。图4-2 JC817实物图4.5 开关电源的设计功率因素校正频率震荡发生器控制电路输出电路功率转换 输

41、入电路直流输出交流输入电压220V低通滤波平滑滤波二次整流脉宽调制误差放大一次整流有源调整电子开关高频变压器采样输出基准电压比较器脉冲驱动图4-3 开关电源的组成框图图4-3第一部分是输入电路，它包含有低通滤波和一次整流环节。220V 交流电直接经低通滤波和桥式整流后得到未稳压的直流电压Vi，此电压送到 第二部分进行功率因数校正，其目的是提高功率因数，它的形式是保持输入电流与输入电压同相。功率因数校正的方法有无源功率因数校正和有源功率因数校正两种。所谓有源功率因数校正（Active Power Factor Correction，APFC），是指电源在校正过程中常采用三极管和集成电路。开关电源

42、电路常采用有源功率因数校正。第三部分是功率转换，它是由电子开关和高频变压器来完成的，是把高功率因素的直流电压变换成受到控制的、符合设计要求的高频方波脉冲电压。第四部分是输出电路，用于将高频方波脉冲电压经整流滤波后变成直流电压输出。第五部分是控制电路，输出电压经过分压、采样后于电路的基准电压进行比较、放大。第六部分是频率振荡发生器，它产生一种高频波段信号，该信号与控制信号叠加进行脉宽调制，达到脉冲宽度可调。有了高频振荡才有电源变换，所以说开关电源的实质是电源变换。考虑到样品机的成本以及实用性，设计一个手机直充。其设计电路原理图如图4-4所示。图4-4 开关电源（手机直充）电路原理图从图4-4的电路图可知该电路包括了典型的开关电源的各组成单元。其中由D2、C1、R1组成的低频整流滤波电路将220V交流转化为300V的非稳直流，R1兼做保险功能；电阻R7作为启动电阻为开关管Q1提供启动电流；开关变压器T1的初级绕组1-2，反馈绕组4-5，正反馈网络R6、C2以及开关管组成自激振荡电路；Q2为分流管，脉冲宽度调制及各种保护局通过他对开关管基极