多路精密开关电源的设计

1、青岛农业大学 毕 业 论 文（设计） 题 目：多路精密开关电源的设计 姓 名： 学 院： 专 业： 班 级： 学 号： 指导教师： 年 月 日毕业论文（设计）诚信声明本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得青岛农业大学或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日 毕业论文（设计）版权使用授权书本毕业论文（设计）作者同意学

2、校保留并向国家有关部门或机构送交论文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。本人授权青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设计） 。本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文（设计）直接相关的学术论文或成果时，单位署名为青岛农业大学。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日 指 导 教 师 签 名： 日期： 年 月 日目 录摘摘 要要.IABSTRACT .II1 绪绪 论论.11.1 开关电源的概念和分类.11.2 开关电源设计中的问题与未来发展.32 开关电源元器件的使用开关

3、电源元器件的使用.52.1 开关晶体管.52.2 光电耦合器.62.3 二极管.72.4 自动恢复开关.83 保护电路的设计保护电路的设计.103.1 钳位保护电路的设计.103.2 熔断器的选择.113.3 电阻 电感并联接入电路的保护作用.114 输入整流滤波电路的设计输入整流滤波电路的设计.124.1 整流电路.124.2 输入滤波电路.145 TOP244TOP244 核心电路及高频变压器电路的设计核心电路及高频变压器电路的设计.165.1 TOP244 主电路 .165.2 高频变压器电路.176 输出整流滤波电路与反馈电路的设计输出整流滤波电路与反馈电路的设计.206.1 输出整流

4、滤波电路.206.2 反馈电路.21总结总结.23参考文献参考文献.24致谢致谢.26附附 录录 1 1.27附附 录录 2.28多路精密开关电源的设计摘 要随着当代科学技术的进步与发展，人们对开关电源(SMPS)的需求日益提高，并且对其精密度要求越来越高，而现在单路开关电源可以做到足够的精度，但是没有一款产品能够满足多路精密电压输出的电源系统。因此有必要制作一款多路精密开关电源满足人们的需求。本毕业设计的选定是以研发并生产功能更完善、输出电压更稳定、效率更高、造价更低的多路输出开断电源来满足小型电子设备的用电需要为目的，在分析国内外同类产品的基础上，为提高产品质量、性能、增加功能和提高关键的

5、技术指标而进行研制。论文首先介绍了开关电源的原理及发展状况，然后采用 TOP244 芯片及多种电路模式设计多路输出开关电源，完成以后可实现输出电压分别为+5V、+12V 和+24V。关键词：开关电源；关键词：开关电源；TOP244；精密；精密; ;多路多路Multiple Precision Switch Power SupplyAbstractWith the development and the progress of science and technology, peoples demand for switching power supply (SMPS) is increasin

6、g day by day, and the precision demand is higher and higher.Now single channel switching power supply can be done enough accuracy, but not as much a product can satisfy the precision voltage output of the power system. So it is necessary to make a multi-channel precision switch power supply to satis

7、fy peoples needs.The selection of graduation design is based on research and development and production function more perfect, more stable output voltage, higher efficiency and lower cost of multiplexed output open circuit power supply to meet the small electronic devices, for the purpose of meeting

8、 the needs of the based on the analysis of similar products at home and abroad, in order to improve product quality, performance, adding features and improving the key technical indicators of the developed. Paper first introduces the principle and the development of switch power supply, and then ado

9、pt TOP244 chip and a variety of circuit pattern design multiplexed output switching power supply, complete output voltage can be realized respectively to + 5 v, + 12 v and + 24 v.Key words: Switching power supply; TOP244; Precision；Multichannel青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 01 绪 论1.1 开关电源的概念和分类1.1.1 开关电源的概述

10、随着人类社会的科学技术的不断开拓与创新，人类社会不得不对电源进行下一步开发和利用以满足人类生活生产的需要。开关电源在电力电子技术的不断发展下也出现了多种创新。现如今体积小、操作简便、效率高并且电压输出稳定的开关电源，被人们所接受使用，是未来电源发展的一种主要趋势1。开关电源主要组成部分，如图 1-1 所示。低通滤波有源调整一次整流电子开关高频变压器采样输出平滑滤波二次整流脉宽调制基准电压误差放大比较器脉冲驱动输入电路功率因数校正功率转换输出电路直流输出V0控制电路频率振荡发生器交流输入电压220V图 1-1 开关电源工作原理框图由上图可知输入电路主要是由低通滤波和一次整流两部分组成，没有被稳压

11、的直流电压 Vi是由 220V 交流电直接经低通滤波和桥式整流后得到的2。图中第二部分是有源调整，主要是用于功率因数的校正，经过校正后可以在一定程度上提高功率因数，它的形式是保持输入电流与输入电压同相。第三部分是功率转换，由电子开关和高频方波脉冲电压组成。第四部分是输出电路，包括二次整流和平滑滤波，主要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，包括比较器和误差放大电路，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。第六部分是频率振青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 1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

12、度可调。开关电源的优点：(1) 节能。(2) 体积小，重量轻。(3) 开关电源保护功能强大。(4) 能够输出稳定的电压跟电流，并且可以很好地控制和改变输出电流、电压。(5) 设计简单、高效，能制作出满足人们所需要的开关电源。1.1.2 开关电源的分类(1)AC/DC 电源AC/DC 电源也被叫做一次电源,它从电网获取能量后，要想得到一个高压的直流电，必须要经过高压、整流和滤波三个环节，供 DC/DC 变换器在输出端获得一个或几个稳定的直流电压,这种只留或者交流电源有很多种功率不尽相同的产品，被广泛应用于不同场合的不同设备中.也正是由于这种产品种类众多,通常需要是根据用户的需求来进行选择。(2)

13、DC/DC 电源通常也叫二次电源，有升压和降压两种模块，主要应用于电力、工业控制、医疗、军事工业等领域。体积小，可靠性高，能产生多种输入输出电压。(3)通信电源通信系统的核心就是通信电源，只有保障通信电源的正常工作才能使得通信系统的稳定、高效、精确的运行。(4)电台电源电台电源的功率是根据电台的功率来确定的，产品有多种型号.用电池组作备份防止电网断电影响电台工作，这类电源一个最大的长处就是具备对电池充电自动转换功用。(5)模块电源由于技术的不断革新，人类对电源的需求不断增大，对它的可靠性的要求和电源容电量要求也在不断的提高,由于模块电源体积小便于安装、工作频率高可靠性强，在市场上占据了很大的优

14、越性，目前被广泛应用于很多方面。目前国内的生产工艺较国外而言还有一定的差距。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 2就现在而言，生产 DC/DC 模块电源需要花费高额的成本费,但从使用长远的角度看，该产品使用周期长，不容易产生系统故障，可以降低系统的维修成本，因而选用该电源模块还是能够考虑的。(6)特种电源特种电源种类比较多，用户在使用时，可根据特殊需要来选用不同的产品.然而特殊小功率和大功率电源价格比普通电源要高很多。 （例如：高电压小电流电源、大电流电源等） 。1.2 开关电源设计中的问题与未来发展1.2.1 开关电源设计中的问题开关电源的发展优势远远超越了其他种类的电源。它所使用

15、的都是一些新型材料、同时也被应用于多种领域，这些因素都是推动它快速发展的重要性因素。开关电源中现如今待解决的问题包括：(1) 器件效果。电源控制集成度低，使电源的稳定性和高效功用变得越来越低，此外，电源的体积过大，不容易焊装，效率过低都是很大的问题。(2) 材料效果。开关电源使用的材料在工作过程中会消耗大量的能量。(3) 能源变换效果。主要的能源变换有：AC/DC 变换、DC/AC 变换以及 DC/DC 变换等。(4) 软件效果。要想实现全程自动检测控制软件操作，还需要在功率转换的便捷及功率因数改善方面多做功课。(5) 生产工艺效果。现在仅仅只能在试验中可以实现其技术指标，在现实生活中还不能达

16、到预期的标准1.2.2 开关电源的发展现状开关电源是一种高效能电源，目前开关电源已经在稳压电源的市场上占据了主导地位。就长远的发展来看，生产一种采用控制集成电路和高频变压器的开关电源是必要的发展趋势，因为这种电源能够高效工作、可以稳定输出，在今后电源的能发展的历程中会有着非常可观的前景。我们要在今后的研究与发展中尽量做到以下几点：青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 3第一，使开关电源能够全方位的满足电磁兼容性的各项技术标准；第二，使开关电源能在现实工业生产中得到批量快速的生产；第三，使开关电源能得到广大消费者的认同，得以生产出高效率、节能的电源；第四，使开关电源完成更小的电源模块，方

17、便人们的使用。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 42 开关电源元器件的使用2.1 开关晶体管元器件的好坏直接决定了开关质量的优劣，我们目前所设计的开关电源大多在实验室中试用是成功的，一到产品流水线上进行规模生产时，就会呈现各种问题3。当然，有设计、工艺、焊接方面的问题，最重要的还是器件选择上的问题。但是一旦追求器件的优化又会造成资本的提高。从而需要在制作开关电源的过程给出最优的电源设计方案，在不影响产品大规模长时间运行的情况下，缩减成本。2.1.1 功率开关 MOSFETMOSFET 有多种类型。增强型 MOSFET 具备“常闭”特性，所谓的常闭特性就是指驱动信号和输出电流均为零，

18、由于 MOSFET 的这一特性，使用者在很多方面使用起来就相当方便。MOSFET 在工作过程中需要依靠多数载流子才能正常工作，MOSFET 具备较大的安全工作区，而且它的主要特点是散热快，稳定性好，开关速度快等。MOSFET 是一种典型的场控制器件。MOSFET 的电流温度系数很小，是负值，基于它自身的这一特性，在使用过程中可以有效的避免热不稳定性和二次击穿事故的发生，在大功率和大电流条件下应使用具有很好的效果。MOSFET 的主要缺点是需要较大的电阻才能使其导通，用在大电流开关状态时，开关导通过程中需求耗费较大的能量。而这部分电阻消耗的能量有必然会影响到开关电源总功率的输出，因此我们有必要寻

19、找最适合的 MOSFET。2.1.2 绝缘栅双极型晶体管绝缘栅双极型晶体管（IGBT）主要特点是：(1) 电流密度大。(2) 输入阻抗高，通态电压低，栅极驱动功率小。(3) 导通电阻相当低。IGBT 的导通电阻只有 MOSFET 的 10%。(4) 开关速度快，关断时间短。(5) 击穿电压高，安全工作区大。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 5绝缘栅双极型晶体管主要由 MOSFET 和 IGBT 构成。其图形符号见图 2-1 和图 2-2。G门极D 漏极S 源极图 2-1 MOSFET C 集电极G栅极E 发射极G栅极C(D)集电极(漏极）E(S)发射极(源极)图 2-2 IGBT

20、2.2 光电耦合器通过光媒介将输入端的电信号耦合到输出端的光电耦合器是由发光源跟受光体两部分组成的。在开关电源电路中利用光电耦合器构成反馈电路，为了使电压输出更加稳定，一般都是通过光电耦合器来调整、控制输出电压，利用光电耦合器来提供脉冲转换的功能。12345vCPU12340.65k11K图 2-3 光电耦合器及其典型用法 光耦合器的性能特点：（1）光耦合器体积小，寿命长，可以长期使用，有效的降低了维修成本，受温度影响较小，抗干扰能力强。在电气设备上的输出端与输入端，基本处于全面隔离的状态。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 6（2）光电耦合器与一般干扰源相比，它的输入阻抗相对较小。

21、（3）光电耦合器本身的隔离电阻相对较大、隔离电容相对较小，从而能很好的阻止电路性耦合产生的电磁干扰，利于电源的设备的稳定输出。光耦合器产品的选取原则：（1）我们要遵循国内和国际上关于隔离击穿电压的标准以此来选取光电耦合器。（2）光耦合器的型号和参数要选择正确。（3）光电耦合器要选择一个合适的 CTR 值。因此选择一款优质的光电耦合器能够很好的保护电路，降低因电源系统隔离不合理带来的电源系统损坏。2.3 二极管二极管就是半导体二极管的简称，主要是利用外壳将 PN 结进行封装，再加上电极引线构成。二极管在电子电路中用得较多，从结构上分为点接触型和面接触型。按照功能来分，有快速恢复及超快速恢复二极管

22、、整流二极管、稳压二极管及开关二极管等。2.3.1 开关二极管在开关电源的电力设计应用中常用到的开关二极管。这里的开关二极管主要是具有过压保护的作用。开关二极管具有开关速度快、体积小、寿命长、可靠性高等特点。在电子设备中应用相对较多。2.3.2 稳压二极管稳压二极管具备单向导电性，它正常工作的条件是电压反向击穿。当反向电压稳定电压时，反向的电流会发生一个突变，其电流值增大，然而二极管两端的电压却维持恒定稳固，这就叫做稳压4。（1）稳压二极管的选用条件：第一，选用稳压二极管时要注意该二极管的稳定电压的标准适用值。第二，选用稳压二极管时要注意该二极管的适宜电压范围内的温度系数。第三，选用稳压二极管

23、时要注意该二极管的压强，通常低压稳压二极管的稳压值低于 40V；高压稳压二极管的稳压值高于 200V。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 7(2) 稳压二极管具有以下几个作用：第一， 稳压二极管在电路中可以对漏极和源极经行有效地钳位维护；第二， 稳压二极管在电路中可以有效地加速开关管导通；第三，串联在晶体管的发射级中的稳压二极管在晶体管反馈回路中作电压负反馈，能够有效地提高放大电路的稳定性。2.3.3 快速恢复及超快速恢复二极管快速恢复二极管和超快速恢复二极管是一种比较常见的器件，开关性能好、耐高压、正向电流大、体积小等长处，在整流、续流、限流等电路中应用广泛。2.4 自动恢复开关自

24、动恢复开关是一种过流保护器件。当用电电流过大或者是电路有短路情况产生时，可以对用电电路起到保护作用。它的主要特点是使用安全、开关特性好、可反复使用等。在正常的工作状态下，其工作电流经过开关的时候消耗的能量较小。如果电路中的电流超过最大设计值或电路发生短路故障时，流经电路中的电流会增加，此时导电链会产生很大的热量，这些局部热量会使得聚合物从晶状体形态变为非晶体形态，当聚合物的形态产生改动时，自动恢复开关会将电路电流切断，防止事故的发生。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 8青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 93 保护电路的设计多路精密开关电源与众多的电子系统相似，在运行和使

25、用过不可避免的会发生电路故障和偶发性运行故障。因此在满足用户需求的情况下，为使多路开光精密开关电源能够适应环境的多变性，提高适用范围，并且保证电源系统安全性和可靠兴的情况下，有必须增加合理的保护功能电路。在发生突发性故障或者电源自身故障的情况下，电源保护电路能对电源系统进行合理的保护，在最理想的情况下，将损失降到最低限制程度。3.1 钳位保护电路的设计3.1.1 钳位电路的介绍所谓钳位，就是将某点的电位限制在规定的电位以上的措施。实现这个措施的那些电路叫做钳位电路。钳位电路的作用，是将周期性变化的波形顶部或底部保持在某一确定的直流电平上。开关电源中漏极钳位保护电路的作用，就是当功率开关管 MO

26、SFET 漏极 D 关断时，由高频变压器原边侧漏感所产生的尖峰电压脉冲，以及它和原边绕组所产生的感应电压与经整流滤波处理的直流高压叠加在 MOSFET 漏极 D 上，将容易把 MOS 管的漏极击穿，为了使叠加在漏极上的电压能够被钳位和吸收，防止 MOSFET 被击穿，因而需要设计钳位保护电路。3.1.2 钳位电路的工作原理本次设计采用的钳位电路的工作原理：当功率 MOSFET 管关断后，变压器次级侧二极管保持反向偏置，励磁电流对漏极电容充电。当初级绕组电压达到由变压器匝比所定义的反射输出电压（VOR）时，次级二极管开通，励磁能量传递到次级。漏感能量继续对变压器和漏极电容充电，直到初级绕组电压等

27、于钳位电容电压为止。此时，阻塞二极管导通，漏极能量被转移到钳位电容。经电容吸收的充电电流，将漏极节点峰值电压钳位到目标值。漏感能量完全转移后，阻塞二极管关断，钳位电容经钳位电阻放电，直到下一个周期开始。钳位保护电路的各个元器件选择是：钳位电阻 R5是 68k/2W，钳位电容 C5是1nF/400V，钳位二极管 D5是 P6KE170，阻塞二极管 D6是 IN4937。由于稳压二极管 VR1上并联 R5和 C5，在正常工作时，R5几乎承担了所有的释放能量，而在启动或超载的情况青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 10下，稳压二极管又限制了尖峰电压不超过 TOP 中 MOSFET 管得安全

28、电压。其电路图如 3-1 所示。VR1P6KE170R568K/2WC51nf/400VD6IN4937图3-1钳位电路3.2 熔断器的选择熔断器是一种过电流保护器，其主要作用是短路保护，一般不用于过载保护。在电气设备正常运行时或者电路的电流出现正常变动时，熔断器应保持正常的工作状态；在电路出现故障时，比电流过大或者是负载过载的情况下，应该及时熔断，以达到保护电路和安全的目的。在此次开关电源的设计过程中采用的是 3.15A 的熔断器，大于电路的负载电流可以满足其需要，能保证电路的正常运行。3.3 电阻 电感并联接入电路的保护作用（1）电感上并联一个电阻的主要目的：给电感提供一个放电回路，避免开

29、关电源中呈现截止关断的状况时，电感上的高压击穿电路中其它器件。（2）当开关电源的输入突然开路时，电流会突然中断的情况，由于电感保持有一点的电压，会不间断的放电，电感两端会产生反电势，并联电阻能够吸收电流，降低了反电势。（3）电路中设计的电感与电阻并联的电阻部分采用的是水泥电阻，水泥电阻一般用在小阻值大功率的场合，主要在电路中当作电流采样电阻。但水泥电阻的体积相比其它常用电阻来说较大，不宜安放。而且使用时容易发热，精密度相对较差，不能达到预想的效果。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 11本设计的水泥电阻采用的 101.7A 水泥电阻，利用其自身阻值的优势，在电路发生意外情况的时候，通

30、过与 IGBT 的相互作用，使其电阻两端产生维护电压，进而起动相关电源电路得以实现保护的作用。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 124 输入整流滤波电路的设计4.1 整流电路电源系统设计中设计中经常采用的整流电路包括半波整流电路和全波整流电路。半波整流电路适用于整流小电流的，对电压波形纹波性能要求不苛刻的环境。而且是变压器次级侧是单绕组的情况，且二极管可以接受的最大反向电压等级要求限度不高，而全波整流电路适用于变压器次级侧是上绕组的情况，二极管可以接受的最大反向电压等级要求过高。所以综合分析本设计采用桥式整流电路中的单项桥式整流电路。4.1.1 单相桥式整流电路的概述为了获得一个合

31、理稳定并且波形波动相对较小的直流电压，我们需要引入整流电路。经过查找资料得知，单相桥式整流电路的整流成果较为理想，是在其他整流电路中应用最广泛的一类整流电路。由二极管组成其整流电路，通过二极管的首尾相连的方式进行电路的设计，在这种构成原则的情况下保证在电压器次级感应电压的整个周期内，负载上的电压和电流方向始终符合直流电压的要求。为实现这一要求，就要在的正、负半周内通过二极管的本身特性实现正确引导流向负载的电流。+-+C1U1图 4-1 单相桥式整流电路青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 13图 4-2 单相桥式整流电路波形图4.1.2 单相桥式整流电路的特点单相桥式整流电路克服了单相

32、半波整流电路中的输出电压较低，交流分量大及效率低的缺点。单相桥式整流电路在实践运用中比单相半波整流电路要愈加普遍。但是单相桥式整流电路的缺点在于实际电路中所需的二极管数量较多，从而招致单相桥式整流电路中的负载电阻较大，也使得整个电路中的无功损耗变大，不利于电路的正常工作5。然而单相桥式整流电路是先了全波整流，提高了电源系统的效率，所以采纳单相桥式整流电路。4.1.3 参数计算输出电压是单相脉动电压，通常它的平均值与直流电压等效。输出平均电压：OL222012 22sind0.9VVVttVV(4-1)流过负载的平均电流：222 20.9LLLVVIRR (4-2)流过二极管的平均电流：2220

33、.452LDLLIVVIRR (4-3)青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 14二极管所承受的最大反向电压：max22RVV(4-4)4.2 输入滤波电路在整个输入电路设计中的整流电路具有只是一个方向的电压输出，不过电压的交流成分所占的比重较大（又称为纹波电路） ，不能满足一些电子电路及设施的需求。此时，我们一般在需要在电路中设计一个输入滤波电路，以满足整个电路的需求，滤去一些交流成分。滤波电路运用电抗性元件对交、直流阻抗的差异，从而完成滤波功用。经过滤波电路后，我们可以滤掉一部分交流分量，还可以使得直流分量得以保留，最终能达到我们期望得到的直流电压的质量。输入滤波电路的双向隔离作用

34、对实际电路可以起到较好的过滤作用，它可抑制从交流电网输入的干扰信号，同时也可以防止开关电源工作时产生的谐波和电磁干扰信号影响交流电网6。在此设计思路主要是运用滤波电路将脉动的直流电压变为平滑的直流电压，从而解决整流电路所留下的弊病。在电源中的滤波电路具有的特点有：（1）采用无源电路；（2）理想情况下，滤去一切的交流部分，而只保存局部的直流部分；（3）该电路中可以输出较大的电流；4.2.1 滤波电路方案的选择在我们平时实验中常用的电路中一般会采用电容滤波电路或者是电感滤波电路。此次设计的初衷也是从这两种电路方案中选择其一，用于开关电源电路的设计。（1）方案一：采用电容滤波电路。电容滤波电路就是一

35、般电路中，在整流电路的输出端并联上一个电容即可得到。一般情况下，滤波电容的容量较大，多采用电解电容来实现。（2）方案二：采用电感滤波电路。电感滤波电路就是一般在电路中将一个电感线圈L 串联在整流电路与负载电阻之间。在应用过程中，我们多会选用铁芯的，电感量较大的电感。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 15表 4-1 各种滤波电路的性能的比较电容滤波电感滤波LC 滤波RC 或 LC 型滤波Uo/U21.20.90.91.2小大大小适用场合小电流负载大电流负载适应性强小电流负载（3）方案比较：由于在电路原理图中所涉及的负载电阻为 101.7A 水泥电阻，其本身的电阻较小，在大电流负载的情

36、况下，若选用电解电容方式的滤波电路则会导致电容容量偏大，进而导致整流二极管的冲击电流很大，从而影响到电容器跟额、整流管的选择变得非常困难。综合整体的方案设计，最终采用的是电感滤波电路。本次开关电源的电路设计选用的是共模电感，用来作为电感滤波电路的主要器件。4.2.2 共模电感的概述（1）共模电感的介绍：共模电感又称作共模扼流圈，它在外官上表现出来的是将线圈对称绕制在一个闭合磁环上，并且其线圈绕制方向相反，线圈匝数还要保持一致。它在功能上既可以抑制本身不向外发出电磁干扰，又能够滤除信号线上的共模电磁干扰，又被称作是双向滤波器。在保证器件本身不受干扰的状况下，也不影响在同一环境下其它设备的工作。开

37、关电源的设计离不开共模电感。（2）工作原理:是当工作电流流过两个绕向相反的线圈时，产生两个相互抵消的磁场 H1、H2，此时工作电流主要受线圈欧姆电阻以及可忽略不计的工作频率下小漏电感阻尼7。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 165 TOP244 核心电路及高频变压器电路的设计5.1 TOP244 主电路自 20 世纪后期开关电源开关电源开始投入使用以来，工业中出现了很多功能比较完善的集成控制电路，这就促使开关电源电路的设计越来越简单化，工作频率不断提高，效率大大提高，使得体积小的电源开关有着良好的发展趋势。通过不断地设计与实验发现，TOP Switcth_GX 型集成电路可以缩短开

38、关电源的设计周期和降低成本，以及可以改善电源的电磁兼容和提高电源的效率。所以通过此类芯片当作开关电源的核心芯片可以促进开关电源的发展8。5.1.1 TOP244 产品介绍（1）TOP244 是一款集成式开关电源芯片，能够控制引脚输入电流转化为高压功率MOSFET 开关输出的占空比9。（2）产品特点：输出功率更大，可以满足大功率应用；所设计的外围电路相对简单，因此相对于其他产品需要的成本就低；电压维持在极低的状态下能充分集成软启动，线性欠压保护，无关断干扰；可以高压启动、自动重启动的方式；热迟滞值较大，防止电路板过热，具有热关断的特性。2MRLSLDSXRIL12KTT+-图 5-1 TOP24

39、4 内部引脚分配图青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 175.1.2 TOP244 引脚功能描述表 5-1 TOP244 引脚功能描述引脚功能漏极（D）引脚高压功率 MOSFET 的漏极输出控制（C）引脚线电压检测（L）引脚占空比控制欠压与过压检测端频率（F）引脚开关频率选择端源极（S）引脚源极连接点外部限流（X）引脚外部限流调节、远程开/关控制和同步的输入引脚5.1.3 逆变电路图 5-2 逆变电路图由于变压器只能通过交流，在电源系统输入端将电网交流电整流成了直流电，要想获得一个交流电必须通过电路将其转换。本设计中采用两个整流二极管串联的形式，与TOP244 的 D、L 引脚构成逆

40、变电路。在电流通过串联整流二极管时只有一个二极管导通，另一二极管关断。通过两个二极管的交替导通与关断，实现输入端直流到交流的转换，从而在变压器次级侧可以得到感应电动势，即次级电压。5.2 高频变压器电路在多路精密开关电源中的高频变压器，青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 18实际上就是利用两个电感，通过电容储能放能的过程以及电容本身的分压作用10。当MOSFET 交替开关导通时，电感也在储存能连多喝释放能量。即，当 MOSFET 导通的时时候，电感储存能量。而在功率开关管截至是，电感的则是将储存的能量释放出来、从而实现直流到交流的变化。该电源系统的工作频率为 132KHZ，因此属于高

41、频电源系统。所以采用的变压器也应为高频变压器。高频变压器由于漏感、分布电容、绝缘及磁芯的选取都比较复杂，甚至需要借鉴实际经验。表 5-1 变压器参数指标基本指标参数公式电压 24V 12V 5V (交流) 电流 2A 1.5A 1A初级匝数次级匝数BfAuNep4/PSNNN 工作频率132KHZ24V 变压器的输出功率 = 输出电压 X 输出电流 = 24V X 2A = 48W。12V 变压器的输出功率 = 输出电压 X 输出电流 = 12V X 1.5A= 18W 。 5V 变压器的输出功率 = 输出电压 X 输出电流 = 5V X 1A= 5W 。24V 变压器最大输出功率 =变压器功

42、率 X 1.44 = 48W X 1.44 = 69.12W。12V 变压器最大输出功率 =变压器功率 X 1.44 = 18W X 1.44 =25.920W。5V 变压器最大输出功率 =变压器功率 X 1.44 = 5W X 1.44 =7.2W。24V 铁芯截面积 = 。变压器铁芯叠厚:铁芯截面积/舌宽=铁芯叠厚叠厚=2629mm2/60mm = 43mm。所以铁芯规格采用舌宽 60mm 的硅钢片，叠厚为 43mm。骨架就选用 E60X43 的。初级线圈匝数=45/26.29 X 24V = 40.549(取整数)，则为 40 匝。次级线圈匝数 = 5/12 X 24 = 100。次级线

43、圈匝数为 10 匝。绕线的线径：线径电流7 . 0。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 19输入绕线线径：7 . 0/输入电压变压器功率mm278. 17 . 012/480。输出绕线线径：mm13. 37 . 0207 . 0输出电流因此可以得出变压器制作参数，如表5-2表 5-2 变压器制作参数基本指标主要参数变压器功率48W 18W 5W变压器峰值功率69 W铁芯截面积8.813cm2 铁芯舌宽铁芯叠厚60mm43mm初级线圈匝数40 匝次级线圈匝数10 匝 7 匝 3 匝输入绕线线径1.278mm输出绕线线径3.13mm当变压器制作完成后需要进行多次测试与检查，要确保其实现预

44、想稳定的变压效果，才能用于电路的设计。变压器是整个电路中至关重要的一部分。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 206 输出整流滤波电路与反馈电路的设计6.1 输出整流滤波电路输出整流滤波电路由整流二极管和滤波电容构成。在变压器次级侧输出电压后，经由快速恢复二极管 D7-D11，实现电路的整流和续流。快速恢复二极管可实现高频率的电压的整流，本多路精密开关电源的工作频率在 132KHZ，属于高频开关电源，因此采用快速恢复二极管。由于电源系统工作在高频状态，因此在输出电流中必然存在高频纹波，高频纹波对于用电设备产生谐波和调制，干扰用电设备的正常工作状态。由于高频纹波的存在是电源系统的效率降

45、低。因此，在电路中加入小容值 C2-C10的电容跟电感 L1-L3组成开关电源输出滤波器部分，电容 C 可以滤出电路中的高频开关电流纹波，降低输出纹波电压，使输出电路的输出电压更加稳定。L 起到抑制纹波和平滑直流的作用11。这样组成的低通滤波器，能滤除整流后的波动，同时能较好的消除高频纹波，使输出平滑，电路输出电压的波形接近直流电压的波形相对趋于平稳，从而提高整个电源系统的稳定性及用电设备的安全性，实现最优的人机关系。整流电路输出的电流中夹杂着含有脉动较大的纹波成分，要滤除这些纹波需要由电感、电容组成的滤波电路，以此来获得直流成分。并联的电容器 C 在输入电压升高时，电容器充电，把部分能量存储

46、在电容器中；而当输入电压降低时，电容两端电压以指数规律放电，可以把存储的能量释放出来。经过滤波电路向负载放电，负载上得到的输出电压就比较平滑，起到了平波作用。当输入电压增高时，与负载串联的电感 L 中的电流增加，电感 L 将存储部分磁场能量；当电流减小时, 又将能量释放出来，使负载电流变得平滑。因此，电感 L 也有平波作用12。因为电感对直流的阻抗小，而交流则阻抗大，因此，能够得到较好的滤波效果而直流损失小。本设计中采用电容并联的连接方式，有助于减小电容的等效串联电阻，减小电路损耗；大电容和小电容并联可以扩宽滤波范围，在一定范围内可以使不需要的低频与高频信号得到滤除，在一定程度上提高了电源的效

47、率和稳定性。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 21图 6-1 输出整流滤波电路图6.2 反馈电路反馈回路的形式依据输出电压精度而决定，本方案使用的“光耦+TL431”可以把输出电压精度控制在 1%。电压反馈信号经分压网络 R10，R12引入 TL431 的 Ref 端，获得取样电压后，将与稳压二极管 TL431 中的 2.5V 基准电压进行比较并输出误差电压，然后通过光耦改变 TOP244 的控制端电流 IC，再通过改变占空比来调节输出电压 U 使其光耦PC817 工作在线性状态，起隔离作用。此次设计的多路精密开关电源，根据电路原理图配用的是 PC187 型光耦反馈电路13。通过查

48、阅资料得知，PC187 是一种可以实现“电-光-电”转换的线性光耦。它将输入可变的模拟电流或电压信号，转换为不同强度的光信号，然后影响光敏晶体管的导通情况，最后转换为对应输出量的电流或电压信号。另一方面，PC817 还可以对输入输出信号起到隔离作用，其隔离值高达 5KV，具有相当优质的电路隔离作用和保护作用。见图 6-3 PC817 反馈电路图青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 22图 6-2 PC187 内部框图如图 6-2 所示 PC187 的内部框图，1 是阳极，2 是阴极，3 是发射极，4 是集电极；1 和 2 代表信号输入端，3 和 4 代表信号输出端。U1Optoisol

49、ator1D81N41481uFC12150R41KR53.3KR715KR610KR90.1uFC13U3TL431图 6-3 PC817 反馈电路图青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 23总结随着科学技术的发展，电力工程师比以往拥有了更加强大的技术支持，对电源系统的发展也达到了前所未有的技术高度。经过多年电源系统的发展，电源技术得到了长足有效的发展。在电源技术发展的过程中，从线性变换技术逐步发展到开关电源技术，时至今日更是发展到了开关电源和高频率开关电源技术。开关电源所具有的效率高、体积小、重量轻等显著特点为其自身的发展提供了广阔的空间。为了社会的进步，人们对能源的关注越来越多。

50、开关电源发展到今天更是更加注重其功率问题。世界各国也是在大力研究开关电源的最优化设计方案等，甚至对电源系统中的 MOSFET 等功率器件提出了新的要求。本论文中设计的多路精密开关电源是利用新型器件 TOP244 构成的开关电源系统。TOP244 开关电源结合 PCB 制板技术，使得开关电源系统在性能上更稳定，在功率方面更加节能，实现更加优化的人机关系。在其所应用的系统的均证明了其良好的供电性能。为仪器仪表、通信设备、计算机和家电产品的发展打下了良好的基础。 尽管因为本次设计学习了很多东西，做了大量的工作，但仍有很多问题需要在以后解决和完善，如提高自学能力，加强实用训练，熟练掌握检测技巧使等。总体而言，本次毕业设计还是让我开阔了眼界，锻炼了自己，让我受益颇多。青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 24参考文献1夏慧芳高频开关电源发展概述J. 电源世界，2007，(5)：1-102高吉祥，易凡 电子技术基础实验与课程设计北京：电子工业出版社，2004