開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p>　　本 科 生 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文)</p><p><b>　　開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)</b></p><p>　　教學(xué)單位 _ 電氣信息工程學(xué)院__ _</p><p>　　專(zhuān) 業(yè) _ 電氣工程及其自動(dòng)化 _</p><p>　　年 級(jí) 2009 級(jí)___ _ ____ <

2、;/p><p>　　學(xué)生姓名 ___ ____ _ _</p><p>　　學(xué) 號(hào) _ _____</p><p>　　指導(dǎo)教師 ___ __ _</p><p>　　職 稱(chēng) ___ ___ __</p><

3、;p><b>　　2013年5月</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文主要是設(shè)計(jì)了一個(gè)反激式開(kāi)關(guān)電源，在充分考慮到制作成本以及工藝的基礎(chǔ)上，只用了簡(jiǎn)單的電器元件搭成了一個(gè)簡(jiǎn)單的電路原理圖。雖然這個(gè)開(kāi)關(guān)電源沒(méi)有用到一些很復(fù)雜的芯片，輸出電壓沒(méi)有非常穩(wěn)定，但在一定的要求下，在低端產(chǎn)品應(yīng)用上還是很有市場(chǎng)。&

4、lt;/p><p>　　在設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源電路原理圖之前，通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料，采用反激式開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)方案，增加了一些必要的保護(hù)電路，在理論上對(duì)開(kāi)關(guān)電源各部分進(jìn)行論證，使開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓在理論上滿足了設(shè)計(jì)要求，不管是在技術(shù)上還是在經(jīng)濟(jì)實(shí)用上都有一定的課實(shí)現(xiàn)性。</p><p>　　這個(gè)原理圖主要包括整流濾波電路，主電路，三極管保護(hù)電路，自激震蕩正反饋電路，脈寬調(diào)整電路，過(guò)電壓保護(hù)電路以及遙控開(kāi)關(guān)電

5、路。由于這是一個(gè)隔離式開(kāi)關(guān)電源，所以在安全上更有保障。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源之前，本文第一章介紹了開(kāi)關(guān)電源的整體情況，主要包括開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)，分類(lèi)以及開(kāi)關(guān)電源在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r，第二章介紹了幾個(gè)典型的DC-DC變換器，同時(shí)在第三章介紹了開(kāi)關(guān)電源的工作原理，包括串聯(lián)和并聯(lián)式的開(kāi)關(guān)電源的工作原理。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 開(kāi)關(guān)電源 反激式 隔離</p><p><b>　　

6、ABSTRACT</b></p><p>　　In this paper, design a feedback switching power supply, production costs and process on the basis of fully taken into account, only a simple electrical components barricaded a si

7、mple circuit diagram. Although this switching power supply is not used very complex chip, the output voltage is not very stable, but under certain requirements, the application of the low-end products on the market place

8、.</p><p>　　Access to literature in the design of switching power supply circuit diagram feedback switching power supply design, some of the necessary protection circuit, in theory, to demonstrate the switchi

9、ng power supply, so that the output voltage of the switching power supply in theoretically meet the design requirements, whether it is technically still have some lessons to achieve economical and practical.</p>&

10、lt;p>　　This schematic diagram mainly includes a rectifier and filter circuit, the main circuit, the transistor protection circuit, the self-oscillation is a positive feedback circuit, a pulse width adjusting circuit,

11、overvoltage protection circuit, and a remote control switch circuit. Since this is an isolated switching power supply, security and more secure. Of course, in the design of the switching power supply before The first cha

12、pter describes the overall situation of the switching power supply, in</p><p>　　Keywords: Switching power supply Feedback Isolation </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b&

13、gt;　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　緒論1</b></p><p>　　第一章 開(kāi)關(guān)電源總述3</p><p>　　1.1 開(kāi)關(guān)電源的分類(lèi)3</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外電源技術(shù)發(fā)展概況5</p>

14、;<p>　　1.2.1 國(guó)內(nèi)開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展概況5</p><p>　　1.2.2國(guó)外開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展概況6</p><p>　　1.3 開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)9</p><p>　　1.4 開(kāi)關(guān)電源實(shí)物圖9</p><p>　　第二章 典型直流-直流變換電路11</p><p>　　2.1 降壓型

15、（Buck）變換器11</p><p>　　2.2 升壓型（Boost）變換器13</p><p>　　2.3 極性反轉(zhuǎn)升降壓（Buck—Boost）變換器14</p><p>　　2.4 Cuk變換器16</p><p>　　第三章 開(kāi)關(guān)電源的工作原理18</p><p>　　3.1 本文電路原理框圖

16、18</p><p>　　3.2 開(kāi)關(guān)電源的工作原理18</p><p>　　3.3 串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源的工作原理19</p><p>　　3.4 并聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源的工作原理21</p><p>　　第四章 反激式開(kāi)關(guān)電源23</p><p>　　4.1 對(duì)輸入交流電的濾波電路23</p>

17、<p>　　4.2 整流濾波電路23</p><p>　　4.3 啟動(dòng)電路25</p><p>　　4.4 自激震蕩正反饋電路26</p><p>　　4.5 脈寬調(diào)整電路27</p><p>　　4.6 電路中三極管的保護(hù)電路28</p><p>　　4.7輸入端電源電壓過(guò)電壓保護(hù)電路29&l

18、t;/p><p>　　4.8 自動(dòng)穩(wěn)壓電路30</p><p>　　4.9 遙控開(kāi)關(guān)機(jī)電路31</p><p><b>　　全文總結(jié)33</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)34</b></p><p>　　附圖 （完整電路圖）36</p><

19、;p><b>　　致謝37</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　可以說(shuō)，有電器的地方就有電源。所有的電子設(shè)備都離不開(kāi)可靠的電源為其供電?，F(xiàn)代電子設(shè)備中的電路使用了大量的半導(dǎo)體器件，這些半導(dǎo)體需要幾伏到幾十伏的直流供電，以便得到正常工作所必需的能源。這些直流電源有的屬于化學(xué)電源，如采用干電池和蓄電池，但這些

20、不能持久性的供電。大多數(shù)電子設(shè)備的直流供電方法都是將交流電源經(jīng)過(guò)變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓等變換為所需的直流 電壓。完成這種變換任務(wù)的電源成為直流穩(wěn)壓電源。</p><p>　　隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，電子設(shè)備的種類(lèi)也越來(lái)越多，電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切。任何電子設(shè)備都離不開(kāi)可靠的電源，它們對(duì)電源的要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源具有穩(wěn)定性能好、輸出電壓紋波小、使用可靠等

21、優(yōu)點(diǎn)，但其通常都需要體積大且笨重的工頻變壓器與體積和重量都很大的濾波器。由于調(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)，為了保證輸出電壓穩(wěn)定，其集電極與發(fā)射極之間必須承受較大的電壓差，導(dǎo)致調(diào)整管的功耗較大，電源效率很低，一般只有45%左右。另外，由于調(diào)整管上消耗較大的功率，所以需要采用大功率調(diào)整管并裝有體積很大的散熱器，很難滿足現(xiàn)代電子設(shè)備發(fā)展的需要。</p><p>　　開(kāi)關(guān)電源是一種采用開(kāi)關(guān)方式控制的直流穩(wěn)壓電源，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)

22、的占空比來(lái)調(diào)整輸出電壓。它以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源形式。主要作為高功率脈沖電源的初級(jí)電源和大型軍用設(shè)備的電源系統(tǒng),也可以應(yīng)用于大電流快速充放電系統(tǒng)和電子、通信、航天、醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域,其中,幾十～幾百千瓦的大、高功率開(kāi)關(guān)電源主要應(yīng)用于現(xiàn)代化工業(yè)、國(guó)防事業(yè)和大型科研項(xiàng)目中,具有非常廣泛的應(yīng)用前景。</p>

23、<p>　　中國(guó)科學(xué)院電工所最近研制成功的“50kW/40kHz高壓穩(wěn)壓電源”代表著國(guó)內(nèi)高頻大功率開(kāi)關(guān)電源的先進(jìn)技術(shù)水平?！?00kW開(kāi)關(guān)電源”的研究,標(biāo)志著我國(guó)的高功率脈沖電源技術(shù)翻開(kāi)了歷史性的一頁(yè)。 目前,國(guó)外的高功率開(kāi)關(guān)電源研制技術(shù)較為成熟,并主要應(yīng)用于工業(yè)和軍事上。在粒子加速器、電磁發(fā)射、電磁推進(jìn)、微波武器等脈沖功率技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域中,電源設(shè)備的平均功率通常在幾百千瓦甚至幾兆瓦以上,體積和重量只有國(guó)內(nèi)的幾十分之一,而且自

24、動(dòng)化程度非常高。 近年來(lái),國(guó)內(nèi)的小功率開(kāi)關(guān)電源技術(shù)已日趨成熟,基本能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)和軍事發(fā)展的需要。 新型的高功率開(kāi)關(guān)電源（平均功率200kW）具有體積小、重量輕、效率高、穩(wěn)壓范圍寬等優(yōu)勢(shì),而且具有先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)。</p><p>　　近年來(lái)，在高壓大功率的應(yīng)用場(chǎng)合，開(kāi)關(guān)電源作為一種高效好型、高性能的電源己廣泛用于家用電器、電子計(jì)算機(jī)、變頻器等電子設(shè)備中。采用開(kāi)關(guān)電源后，可以使相關(guān)裝置體積小、重量輕、功耗低、

25、穩(wěn)壓范圍寬，大大地改善了裝置的控制可靠性及保護(hù)性能。</p><p>　　電力電子學(xué)是綜合應(yīng)用電工理論、電子技術(shù)及控制理論等，利用電力電子(功率半導(dǎo)體)器件控制或變換電能，以達(dá)到合理而高效率地使用能源。它是電力、電子、控制三大電氣工程技術(shù)領(lǐng)域之間的交叉學(xué)科。</p><p>　　電力電子技術(shù)是近年來(lái)最活躍的研究領(lǐng)域之一。作為聯(lián)系弱電與強(qiáng)電的紐帶，電力電子技術(shù)提供了控制電功率流動(dòng)與改變電能形

26、態(tài)的有力手段，在小至數(shù)瓦，大至數(shù)千千瓦乃至數(shù)十兆瓦的范圍內(nèi)都得到了廣泛應(yīng)用。隨著功率半導(dǎo)體制造技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，以及控制理論的不斷進(jìn)步，電力電子技術(shù)向著大功率、高頻化及智能化方向發(fā)展，應(yīng)用的領(lǐng)域?qū)⒏訌V闊。</p><p>　　現(xiàn)代電子設(shè)備中使用的直流穩(wěn)壓電源有兩大類(lèi)：線性穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)性穩(wěn)壓電源。所謂線性穩(wěn)壓電源就是其調(diào)整管工作在線性放大區(qū)，這種穩(wěn)壓電源的最主要的缺點(diǎn)是變換效率低，一般只有35%~6

27、0%左右。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的開(kāi)關(guān)管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，其主要的優(yōu)越性就是變換效率高，可高達(dá)70%~95%。</p><p>　　第一章 開(kāi)關(guān)電源總述</p><p>　　1.1 開(kāi)關(guān)電源的分類(lèi)</p><p>　　開(kāi)關(guān)電源分為，隔離與非隔離兩種形式，在這里主要談一談隔離式開(kāi)關(guān)電源的拓?fù)湫问?，隔離電源按照結(jié)構(gòu)形式不同，可分為兩大類(lèi)：正激式和反激式。</p>&l

28、t;p>　　反激式指在變壓器原邊導(dǎo)通時(shí)副邊截止，變壓器儲(chǔ)能。原邊截止時(shí)，副邊導(dǎo)通，能量釋放到負(fù)載的工作狀態(tài)，一般常規(guī)反激式電源單管多，雙管的不常見(jiàn)。圖1-1為反激式電路圖。</p><p><b>　　圖1-1反激式電路</b></p><p>　　正激式指在變壓器原邊導(dǎo)通同時(shí)副邊感應(yīng)出對(duì)應(yīng)電壓輸出到負(fù)載，能量通過(guò)變壓器直接傳遞。按規(guī)格又可分為常規(guī)正激，包括單管

29、正激，雙管正激。半橋、橋式電路都屬于正激電路。圖1-2為典型的正激式電路圖。</p><p><b>　　圖1-2正激式電路</b></p><p>　　正激和反激電路各有其特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)電路的過(guò)程中為達(dá)到最優(yōu)性?xún)r(jià)比，可以靈活運(yùn)用。一般在小功率場(chǎng)合可選用反激式。稍微大一些可采用單管正激電路，中等功率可采用雙管正激電路或半橋電路，低電壓時(shí)采用推挽電路，與半橋工作狀態(tài)相同。

30、大功率輸出，一般采用橋式電路，低壓也可采用推挽電路。</p><p>　　反激式電源因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，省掉了一個(gè)和變壓器體積大小差不多的電感，而在中小功率電源中得到廣泛的應(yīng)用。在有些介紹中講到反激式電源功率只能做到幾十瓦， 輸出功率超過(guò)100瓦就沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)有難度。輸出功率大小與輸出電壓高低有關(guān)。</p><p>　　反激電源變壓器漏感是一個(gè)非常關(guān)鍵的參數(shù)，由于反激電源需要變壓器儲(chǔ)存能量

31、，要使變壓器鐵芯得到充分利用，一般都要在磁路中開(kāi)氣隙，其目的是改變鐵芯磁滯回線的斜率，使變壓器能夠承受大的脈沖電流沖擊，而不至于鐵芯進(jìn)入飽和非線形狀態(tài)，磁路中氣隙處于高磁阻狀態(tài)，在磁路中產(chǎn)生漏磁遠(yuǎn)大于完全閉合磁路。</p><p>　　變壓器初次極間的偶合，也是確定漏感的關(guān)鍵因素，要盡量使初次極線圈靠近，可采用三明治繞法，但這樣會(huì)使變壓器分布電容增大。選用鐵芯盡量用窗口比較長(zhǎng)的磁芯，可減小漏感，如用EE、EF、E

32、ER、PQ 型磁芯效果要比EI 型的好。關(guān)于反激電源的占空比，原則上反激電源的最大占空比應(yīng)該小于0.5，否則環(huán)路不容易補(bǔ)償，有可能不穩(wěn)定，但有一些例外，如美國(guó)PI 公司推出的TOP 系列芯片是可以工作在占空比大于0.5的條件下。</p><p>　　占空比由變壓器原副邊匝數(shù)比確定，做反激式的，先確定反射電壓（輸出電壓通過(guò)變壓器耦合反映到原邊的電壓值），在一定電壓范圍內(nèi)反射電壓提高則工作占空比增大，開(kāi)關(guān)管損耗降低。

33、反射電壓降低則工作占空比減小，開(kāi)關(guān)管損耗增大。當(dāng)然這也是有前提條件，當(dāng)占空比增大，則意味著輸出二極管導(dǎo)通時(shí)間縮短，為保持輸出穩(wěn)定，更多的時(shí)候?qū)⒂奢敵鲭娙莘烹婋娏鱽?lái)保證，輸出電容將承受更大的高頻紋波電流沖刷，而使其發(fā)熱加劇，這在許多條件下是不允許的。</p><p>　　占空比增大，改變變壓器匝數(shù)比，會(huì)使變壓器漏感加大，使其整體性能變，當(dāng)漏感能量大到一定程度，可充分抵消掉開(kāi)關(guān)管大占空帶來(lái)的低損耗時(shí)就沒(méi)有再增占空比的

34、意義了，甚至可能會(huì)因?yàn)槁└蟹捶逯惦妷哼^(guò)高而擊穿開(kāi)關(guān)管。由于漏感大，可能使輸出紋波，及其他一些電磁指標(biāo)變差。當(dāng)占空比小時(shí)，開(kāi)關(guān)管通過(guò)電流有效值高，變壓器初級(jí)電流有效值大，降低變換器效率，但可改善輸出電容的工作條件，降低發(fā)熱。如何確定變壓器反射電壓（即占空比）</p><p>　　反激電源的占空比還與選擇開(kāi)關(guān)管的耐壓有關(guān)，有一些早期的反激電源使用比較低耐壓開(kāi)關(guān)管，如600V 或650V 作為交流220V 輸入電源的開(kāi)

35、關(guān)管，也許與當(dāng)時(shí)生產(chǎn)工藝有關(guān)，高耐壓管子，不易制造，或者低耐壓管子有更合理的導(dǎo)通損耗及開(kāi)關(guān)特性，像這種線路反射電壓不能太高，否則為使開(kāi)關(guān)管工作在安全范圍內(nèi)，吸收電路損耗的功率也是相當(dāng)可觀的。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外電源技術(shù)發(fā)展概況</p><p>　　1.2.1 國(guó)內(nèi)開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展概況</p><p>　　電源技術(shù)的發(fā)展 21世紀(jì)我國(guó)通信、信息、家

36、電、和國(guó)防等領(lǐng)域的電源普遍采用高頻開(kāi)關(guān)電源，相控電源將逐漸淘汰。國(guó)內(nèi)開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展，基本起源于20世紀(jì)70年代末和80年代初。當(dāng)時(shí)引進(jìn)的開(kāi)關(guān)電源技術(shù)在高等院校和一些科研院所停留在實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)和教學(xué)階段。20世紀(jì)80年代中期開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品開(kāi)始推廣和應(yīng)用。20世紀(jì)80年代開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)是采用20kHz，脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)，效率可達(dá)65%～70%。</p><p>　　經(jīng)過(guò)20多年的不斷發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)有了重大進(jìn)步

37、和突破。新型功率器件的開(kāi)發(fā)促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源的高頻化，功率MUSEFT和IGBT可使中小型開(kāi)關(guān)電源工作頻率達(dá)到400kHz，（AC/DC）或1MHz(DC/DC)；軟開(kāi)關(guān)技術(shù)使高頻開(kāi)關(guān)電源的實(shí)現(xiàn)有了可能，它不僅可以減少電源的體積和重量，而且提高電源的效率，國(guó)產(chǎn)6kW通信開(kāi)關(guān)電源，采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，效率可達(dá)93%；控制技術(shù)的發(fā)展以及專(zhuān)用控制芯片的生產(chǎn)，不僅使電源電路大幅度簡(jiǎn)化，而且使開(kāi)關(guān)電源的動(dòng)態(tài)性能和可靠性大大提高；有源功率因數(shù)校正技術(shù)(AP

38、FC)的開(kāi)發(fā)，提高了AC/DC開(kāi)關(guān)電源的功率因數(shù)，既治理了電網(wǎng)的諧波污染，又提高了開(kāi)關(guān)電源的整體效率[3]。</p><p>　　1、在開(kāi)關(guān)電源的所有應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，通信電源是增長(zhǎng)速度最快的一部分。新型磁材料和新型變壓器的開(kāi)發(fā)，新型電容器和EMI濾波器技術(shù)的進(jìn)步，以及專(zhuān)用集成控制芯片的研制成功，使開(kāi)關(guān)電源實(shí)現(xiàn)了小型化，并提高了EMC性能。微處理器監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用，提高了電源的可靠性，也適應(yīng)了市場(chǎng)對(duì)其智能化的要求。<

39、;/p><p>　　2、新型半導(dǎo)體器件的發(fā)展是開(kāi)關(guān)電源技術(shù)進(jìn)步的龍頭。目前正在研究高性能的碳化硅半導(dǎo)體器件，一旦開(kāi)發(fā)成功，對(duì)電源技術(shù)的影響將是革命性。此外，平面變壓器、壓電變壓器及新型電容等元器件的發(fā)展，也將對(duì)電源技術(shù)的發(fā)展起到重要作用。</p><p>　　總之，高效、小型化、集成化、智能化以及提高可靠性是大勢(shì)所趨，也是今后的主要發(fā)展方向。</p><p>　　3、電

40、源生產(chǎn)的發(fā)展 在開(kāi)關(guān)電源領(lǐng)域，民族產(chǎn)業(yè)一直占有舉足輕重的地位。在開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用的起步階段，很多生產(chǎn)廠家采取的都是小作坊的生產(chǎn)模式。經(jīng)過(guò)20多年的不懈努力，逐漸向大規(guī)模生產(chǎn)轉(zhuǎn)化，產(chǎn)品也從單一品種走向系列化?，F(xiàn)在，我國(guó)已經(jīng)形成一批上億元、甚至10億元以上產(chǎn)值的電源企業(yè)，有產(chǎn)品已進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。</p><p>　　4、電源市場(chǎng)的發(fā)展 我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)、國(guó)防工業(yè)、家電行業(yè)，特別是電信業(yè)的迅猛發(fā)展，是電源市場(chǎng)發(fā)展的強(qiáng)大推動(dòng)

41、力。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局最新資料顯示，當(dāng)前我國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)區(qū)、產(chǎn)出、銷(xiāo)售總規(guī)模以及對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)得貢獻(xiàn)，均居全國(guó)工業(yè)行業(yè)之首，成為我國(guó)工業(yè)第一支柱產(chǎn)業(yè)。</p><p>　　5、電源標(biāo)準(zhǔn)的制定 20世紀(jì)90年代初，高頻開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用剛剛在電子、電信行業(yè)起步，適時(shí)頒布的《通信用高頻開(kāi)關(guān)整流器》和《通信局（站）電源系統(tǒng)總技術(shù)要求》等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)、服務(wù)用戶起到了重要作用，對(duì)高頻開(kāi)關(guān)電源在電信行業(yè)的迅速推廣也起到了積極作

42、用。隨著市場(chǎng)的擴(kuò)大，用戶對(duì)電源智能化程度的要求越來(lái)越高，有關(guān)電源集中監(jiān)控的標(biāo)準(zhǔn)相繼被推出。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，經(jīng)驗(yàn)逐漸積累，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)急需修訂，技術(shù)指標(biāo)需要改進(jìn)，測(cè)試方法需要完善，內(nèi)容需要增加，為把好的產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)提供更可靠依據(jù)。</p><p>　　1.2.2國(guó)外開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展概況</p><p>　　自20世紀(jì)90年代以來(lái)，許多領(lǐng)域和新的要求對(duì)開(kāi)關(guān)電源提出了更新更高的挑戰(zhàn)。如果從一個(gè)開(kāi)關(guān)電源

43、的輸入和輸出窗口觀察可以發(fā)現(xiàn)，輸入的要求變得更嚴(yán)，不符合IEC1000-3-2標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品將陸續(xù)被淘汰；輸出則派生出了許多特殊的應(yīng)用領(lǐng)域，研制和開(kāi)發(fā)的難度變得更大了。正是由于外界的這些要求推動(dòng)力兩個(gè)開(kāi)關(guān)電源的分支技術(shù)一直成為當(dāng)今電力電子的研究課題[4,9]，即有源功率因數(shù)校正技術(shù)和低壓大電流高功率DC/DC變換技術(shù)。另外由于技術(shù)性能和要求的提高，使得許多相關(guān)技術(shù)課題的研究，例如EMI技術(shù)、PCB Layout問(wèn)題、熱理論的分析、集成磁技術(shù)

44、、新型電容技術(shù)、新型功率器件技術(shù)、新型控制以及結(jié)構(gòu)和工藝等正在迅速增加。</p><p>　　開(kāi)關(guān)電源電路器件的發(fā)展動(dòng)態(tài)</p><p>　　1、半導(dǎo)體器件的發(fā)展 功率半導(dǎo)體器件仍是電力電子技術(shù)發(fā)展的龍頭，電力電技術(shù)的進(jìn)步必須依靠不斷推出的新型電力電子器件。</p><p>　　2、 功率場(chǎng)效應(yīng)管（MOS-FET）由于采用單極性多子導(dǎo)電，是開(kāi)關(guān)時(shí)間顯著的減小，又因

45、其很容易達(dá)到1MHz的開(kāi)關(guān)工作頻率而受到世人矚目。但是MOS-FET提高器件阻斷電壓必須加寬器件的漂移區(qū)，結(jié)果使器件內(nèi)阻迅速增大，通態(tài)壓降增高，通態(tài)損耗增大，所以只能應(yīng)用于中小功率產(chǎn)品。為了降低通態(tài)電阻，美國(guó)IR公司采用提高單位面積內(nèi)的原胞個(gè)數(shù)的方法。如IR公司開(kāi)發(fā)一種HEXFET場(chǎng)效應(yīng)管，其溝槽原胞密度已達(dá)每平方英寸1012億個(gè)的世界最高水平，通態(tài)電阻可達(dá)3m.自1996年以來(lái)，HEXFET通態(tài)電阻每年50%的速度下降。IR公司還開(kāi)發(fā)

46、了一種低柵極電荷(QG)的HEXFET，使開(kāi)關(guān)速度更快，同時(shí)兼顧通態(tài)電阻和柵極電荷兩者同時(shí)降低，則的下降率為每年30%。對(duì)于肖特基二極管的開(kāi)發(fā)，最近利用溝槽結(jié)構(gòu)，有望出壓降更小的肖特基二極管，它被稱(chēng)作TMBS溝槽MOS勢(shì)壘肖特基二極管，有可能在極低電源電壓應(yīng)用中與同步整流的MOS-FET競(jìng)爭(zhēng)。</p><p>　　3、新型變壓器的發(fā)展 新型變壓器是電力電子產(chǎn)品或開(kāi)關(guān)電源中必不可少的部件。平面變壓器是近兩年才面世

47、的一種全新產(chǎn)品，與常規(guī)變壓器不同，平面變壓器沒(méi)有銅導(dǎo)線，代之以單層或多層印刷電路板，因而厚度遠(yuǎn)低于常規(guī)變壓器，能夠直接制作在印刷電路板上，其突出優(yōu)點(diǎn)是能量密度高因而體積大大縮小，相當(dāng)于常規(guī)變壓器的20%；效率高，通常為97%～99%；工作頻率高，從50kHz到2MHz;漏感低；電感干擾?。‥MI）小等。</p><p>　　4、超容電容器的發(fā)展。超容電容器是電容器件近年來(lái)的最新產(chǎn)品。美國(guó)的麥克韋爾公司一直保持著超

48、容電容器技術(shù)的世界領(lǐng)先地位。超容電容器采用了獨(dú)特的金屬/碳電極技術(shù)和先進(jìn)的非水電解質(zhì)，具有極大的電極表面和極小的相對(duì)距離?，F(xiàn)在已開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)出多種具有廣泛適用范圍的超容電容器單元和組件，單元容量小到10F，大到2700F。超容電容器可方便地串聯(lián)組合成高壓組件或并聯(lián)組合成高能量存儲(chǔ)組件。超容電容器組件現(xiàn)已可提供650V的高壓。</p><p>　　5、電路集成和系統(tǒng)集成及封裝工藝的發(fā)展動(dòng)態(tài) 開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展方向是模

49、塊化、集成化和智能化。近幾年來(lái)具有各種控制功能的專(zhuān)用芯片發(fā)展迅速，如功率因數(shù)校正（PFC）、電路用的控制芯片，軟開(kāi)關(guān)控制用ZVS、ZCS芯片，移相全橋的控制芯片，ZVT、ZCT、PWM專(zhuān)用控制芯片，并聯(lián)均流控制芯片以及電流反饋控制芯片等。功率半導(dǎo)體器件則有功率集成電路（Power IC）和IMP。IPM以IGBT作為功率開(kāi)關(guān)，將控制、驅(qū)動(dòng)、保護(hù)、檢測(cè)電路一起封裝在一個(gè)模塊內(nèi)。由于外部界限、焊點(diǎn)減少，可靠性顯著提高。集成化模塊化使電源產(chǎn)品

50、體積更小、可靠性更高，給應(yīng)用帶來(lái)極大方便。</p><p>　　6、功率因數(shù)校正技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài) 功率因數(shù)校正的概念起源于20世紀(jì)80年代，但被重視和推廣在80年代末期和90年代。歐洲和日本相續(xù)對(duì)開(kāi)關(guān)電源裝置的輸入諧波要求制定了標(biāo)準(zhǔn)。目前有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，即IE555-2和IEC1000-3-2.這使得研究PFC技術(shù)已成為電源界的熱點(diǎn)。通常有兩大類(lèi)PFC技術(shù)，一類(lèi)是無(wú)源PFC技術(shù)，另一類(lèi)是有源PFC技術(shù)。前者采用無(wú)源

51、元件來(lái)改善輸入功率因數(shù)，減小電流諧波，以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單，但體積龐大，笨重，有些場(chǎng)合則無(wú)法滿足要求；后者是用一個(gè)變換器傳入整流濾波與DC/DC變換器之間，通過(guò)特殊的控制，第一強(qiáng)迫輸入電流跟隨輸入電壓，從而實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)，第二反饋輸出電壓便隨之穩(wěn)定，從而使DC/DC變換器的輸入實(shí)現(xiàn)預(yù)穩(wěn)。這種方法上的特點(diǎn)是控制復(fù)雜，但體積大大減小。另外，第二級(jí)設(shè)計(jì)也易優(yōu)化進(jìn)一步提高性能。</p><p>　　7、低壓大電

52、流DC/DC變換技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài) 低壓打電流高功率DC/DC變換技術(shù)，已從前些年的3.3V降至現(xiàn)在的1.0V左右，電流目前已可達(dá)到幾十安至幾百安。同時(shí)，電源的輸出指標(biāo)，如紋波、精度、效率、欠沖、過(guò)沖等技術(shù)指標(biāo)也得到進(jìn)一步提高。所有這些使得這一分支技術(shù)的研究在當(dāng)今乃至今后一段時(shí)間內(nèi)，都將成為電力電子界的熱點(diǎn)。它的研究?jī)?nèi)容非常廣泛，包括電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)問(wèn)題（尤其是負(fù)載的大信號(hào)動(dòng)態(tài)問(wèn)題）、同步整流技術(shù)、控制技術(shù)以及其他相關(guān)技術(shù)的研究，諸如布

53、線、集成磁技術(shù)、包裝技術(shù)、高頻功率器件技術(shù)等</p><p>　　最后隨著開(kāi)關(guān)電源性能的不斷提高，對(duì)開(kāi)關(guān)電源的要求也愈來(lái)愈高。但是21世紀(jì)開(kāi)關(guān)電源技術(shù)最終發(fā)展趨勢(shì)是小型化、薄型化、輕量化、高頻化；高可靠性；低噪聲、節(jié)能型等方向發(fā)展的。</p><p>　　1.3 開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)</p><p>　　開(kāi)關(guān)電源具有如下特點(diǎn)：</p><p>　

54、　1、效率高。開(kāi)關(guān)電源的功率開(kāi)關(guān)調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所以調(diào)整管的功耗小，效率高，一般在80%～90%，高的可達(dá)90%以上。</p><p>　　2、重量輕。由于開(kāi)關(guān)電源省掉了笨重的電源變壓器，節(jié)省了大量的漆包線和硅鋼片，從而使其重量只有同容量線性電源的1/5，體積也大大縮小了。</p><p>　　3、穩(wěn)壓范圍寬。開(kāi)關(guān)電源的交流輸入電壓在90~270 V內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓的變化在

55、7;2%以下。合理設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源電路，還可使穩(wěn)壓范圍更寬，并保證開(kāi)關(guān)電源的高效率。</p><p>　　4、安全可靠。在開(kāi)關(guān)電源中，由于可以方便地設(shè)置各種形式的保護(hù)電路，因此當(dāng)電源負(fù)載出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)切斷電源，保障其功能可靠。</p><p>　　5、功耗小。由于開(kāi)關(guān)電源的工作頻率高，一般在20 kHz以上，因此濾波元件的數(shù)值可以大大減小，從而減小功耗；特別是，由于功率開(kāi)關(guān)管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)

56、，損耗小，不需要采用大面積散熱器，電源溫升低，周?chē)恢乱蜷L(zhǎng)期工作在高溫環(huán)境而損壞，因此采用開(kāi)關(guān)電源可以提高整機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性。</p><p>　　1.4 開(kāi)關(guān)電源實(shí)物圖</p><p>　　開(kāi)關(guān)電源在現(xiàn)實(shí)生活中得到了廣泛的運(yùn)用，給人們的生活帶來(lái)了極大的方便。早在20世紀(jì)80年代核算機(jī)電源具體完成了開(kāi)關(guān)電源化，領(lǐng)先完成核算機(jī)電源代換，進(jìn)入90年代，開(kāi)關(guān)電源已普遍使用在各類(lèi)電子、電器

57、設(shè)備，程控交流機(jī)、通信、電力檢測(cè)設(shè)備電源和節(jié)制設(shè)備電源中。</p><p>　　家電智能化，作為當(dāng)今家電財(cái)產(chǎn)綠色、節(jié)能的另一大開(kāi)展趨向。跟著上游元器件技能成都的進(jìn)步和本身要害技能的不時(shí)開(kāi)展，開(kāi)關(guān)電源得到了飛速的發(fā)展。</p><p>　　開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)物型號(hào)十分多，以下就是常見(jiàn)的液晶電視和電腦開(kāi)關(guān)電源的實(shí)物圖。</p><p>　　圖1-3液晶電視開(kāi)關(guān)電源實(shí)物圖<

58、/p><p>　　下圖是溫控雙風(fēng)扇設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源。 超散熱效果設(shè)計(jì)， 配備SATA輸出端口 100%ATE測(cè)試，100%高溫測(cè)試。過(guò)壓，過(guò)流，過(guò)功率，短路等全功能保護(hù)電路。輸出功率：200W-450W 品牌Tt 產(chǎn)品類(lèi)型PC類(lèi) 型號(hào)ATX</p><p>　　圖1-4 電腦開(kāi)關(guān)電源實(shí)物圖</p><p>　　第二章 典型直流-直流變換電路</p><

59、;p>　　直流電源變換器按其輸入與輸出是否進(jìn)行電氣上隔離，可分非隔離式變換器電路和隔離式變換器電路。兩者除了均有變壓功能外，后者還有輸入電量與輸出電量在電氣上的隔離，以滿足某些場(chǎng)合的需要。在非隔離式變換器中。而這章主要是介紹降壓型變換器、升壓型變換器、電壓極性反轉(zhuǎn)型變換器的電路結(jié)構(gòu)、工作原理及相關(guān)參數(shù)的關(guān)系式。在隔離式變換器中，應(yīng)用雙極型晶體管作為開(kāi)關(guān)且開(kāi)關(guān)管自身起著振蕩元器件作為的自激式變換器與他激PWM變換器。自激式變換器主要

60、是RCC變換器和Reyer變換器，他激式變換器主要是介紹單端反激式、單端正激式、推挽、半橋、全橋變換電路結(jié)構(gòu)、工作原理。</p><p>　　2.1 降壓型（Buck）變換器</p><p>　　降壓型變換器的原理圖及工作波形圖如下圖所示：</p><p>　　圖2-1降壓型（Buck）變換器原理圖</p><p>　　降壓型（Buck）變

61、換器將輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換成脈沖電壓，再將脈沖電壓經(jīng)LC濾波轉(zhuǎn)換成直流電壓。輸入電壓Uin是未經(jīng)穩(wěn)壓直流電壓；晶體VT1為調(diào)整管，即開(kāi)關(guān)管UB為矩形波是控制開(kāi)關(guān)管的工作狀態(tài)；電感L與電容C組成濾波電路，而VD1為續(xù)流二極管。</p><p>　　降壓型變換器有兩種基本工作方式，一種是電感電流處于連續(xù)的工作模式；一種是電感電流處于斷續(xù)的工作模式，還有一種是電感電流處于臨界連續(xù)模式；他們工作模式等效電路如下：</

62、p><p>　　圖2-2（a）所示為VT1導(dǎo)通時(shí)等效電路，當(dāng)VT1導(dǎo)通時(shí)，電感L1和電容C1充電，續(xù)流二極管VD1關(guān)斷，輸出電壓U0為：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　圖2-2（a） VT1導(dǎo)通等效電路圖</p><p>　　圖2-2（b）為VT1關(guān)斷等效電路圖，當(dāng)電感L1足夠大時(shí)，VT

63、1關(guān)斷后，由于電感線圈中的電流不能突變的特性，電流會(huì)沿著電容C1和續(xù)流二極管VD1繼續(xù)導(dǎo)通，并且在下個(gè)周期的VT1導(dǎo)通時(shí)，電流不斷續(xù)，這樣就使得輸出電壓保持不變。這種工作模式就稱(chēng)為電感電流處于連續(xù)的工作模式。</p><p>　　圖2-2 (b) VT1關(guān)斷等效電路圖</p><p>　　圖2-2（c）為VT1關(guān)斷后電流為零等效電路圖，此時(shí)VT1是處于截止?fàn)顟B(tài)，由于電感線圈L1不夠大，開(kāi)關(guān)

64、管VT1導(dǎo)通時(shí)在電感線圈L1中儲(chǔ)存的能量不足以維持到下個(gè)周期VT1導(dǎo)通的時(shí)刻，一定時(shí)間后，當(dāng)續(xù)流二極管也截止時(shí)，輸出電壓就為電容C1電壓，由C1為負(fù)載供電。這種工作狀態(tài)稱(chēng)為電感電流處于斷續(xù)的工作模式。</p><p>　　圖2-2（c）VT1關(guān)斷后電流為零等效電路圖</p><p>　　而臨界連續(xù)模式就是指VT1在導(dǎo)通的時(shí)候，電感線圈L1上儲(chǔ)存的能量剛好能維持到下個(gè)周期VT1導(dǎo)通的時(shí)候。此

65、時(shí)，電感電流剛好不斷續(xù)。</p><p>　　2.2 升壓型（Boost）變換器</p><p>　　升壓型變換器電路如圖2-3所示。主電路由串聯(lián)在回路中的儲(chǔ)能電感L1，開(kāi)關(guān)管VT1及整流二極管VD1、濾波電容C1。它是一種可以獲得輸出電壓高于輸入電壓的DC—DC變換器。</p><p>　　圖2-3升壓型（Boost）變換器原理圖</p><

66、p>　　在分析升壓型（boost）變換器原理時(shí)，首先假設(shè)電路中電感L值很大，電容C值也很大，當(dāng)可控開(kāi)關(guān)VT1處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，電源Vin保持恒定給電感L1充電，同時(shí)，電容C1上的電壓向負(fù)載供電，。因?yàn)镃1很大，基本上能保持輸出電壓恒定不變。當(dāng)VT1處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，L1上儲(chǔ)存的能量釋放。當(dāng)電路工作處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期內(nèi)，輸出電壓Uo為：</p><p><b>　　(2-2)</b><

67、;/p><p>　　Boost電路也有兩種基本工作方式：電感電流連續(xù)工作模式和電感電流斷續(xù)工作模式。</p><p>　　Boost三種工作狀態(tài)等效電路</p><p>　　圖2-4（a）VT1導(dǎo)通等效電路 圖2-4（b）VT1 截止等效電路</p><p>　　圖2-4（a）為VT1導(dǎo)通時(shí)的等效電路圖，當(dāng)VT1導(dǎo)通時(shí)，

68、電感L1儲(chǔ)存能量，C1為負(fù)載供電，并且Uc大于Uin。而2-4(b)為VT1截止時(shí)的等效電路圖，此時(shí)，電感上儲(chǔ)存的能量釋放，為負(fù)載供電。當(dāng)L1足夠大時(shí)，電路就會(huì)工作在電感電流連續(xù)工作模式。當(dāng)電感L1不夠大，儲(chǔ)存的能量不足以維持在VT1管的下個(gè)周期的導(dǎo)通時(shí)刻，如圖2-4（c）所示，則由電容C1單獨(dú)為負(fù)載供電，這種工作狀態(tài)就稱(chēng)為電感電流斷續(xù)工作模式。</p><p>　　圖2-4（c）VT1 關(guān)斷電感電流為零<

69、/p><p>　　2.3 極性反轉(zhuǎn)升降壓（Buck—Boost）變換器</p><p>　　極性反轉(zhuǎn)型 (Buck—Boost)變換器主電路所用元器件與Buck、Boost變換器相同，由開(kāi)關(guān)管VT1、儲(chǔ)能電感L1、整流二極管VD1及濾波電容C1等元器件組成。這種電路具有Buck變換器降壓與Boost變換器升壓的雙重作用。升壓還是降壓取決于PWM驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比D.升降壓反極性變換器電路圖如下：

70、</p><p>　　圖2-5 極性反轉(zhuǎn)型 (Buck—Boost)變換器原理圖</p><p>　　工作原理三種等效電路圖：</p><p>　　圖2-5（a）VT1導(dǎo)通等效電路圖 圖2-5 (b)VT1截止等效電路圖</p><p>　　極性反轉(zhuǎn)升降壓變換器的工作原理是：假設(shè)電感L1和C1的值都很大，電

71、容電壓能使輸出電壓保持恒定不變。當(dāng)開(kāi)關(guān)VT1導(dǎo)通時(shí)，電感L1儲(chǔ)存能量，VD1不導(dǎo)通，電容C1維持輸出電壓恒定并為負(fù)載供電，如圖2-5（a）所示。當(dāng)VT1關(guān)斷時(shí)，L1要保持電流不變，其儲(chǔ)存的能量供負(fù)載輸出，并且輸出電壓的方向和電源方向相反，如圖2-5（b）所示，輸出電壓Uo為：</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p><b>　　（D為

72、占空比）</b></p><p>　　當(dāng)電感L1不夠大時(shí)，電感上儲(chǔ)存的能量不夠多，就會(huì)出現(xiàn)電感電流斷續(xù)的情況，如圖2-5（c）所示。</p><p>　　圖2-5（c）VT1關(guān)斷時(shí)電感電流為0等效電路圖</p><p>　　2.4 Cuk變換器</p><p>　　Cuk變換器是Buck—Boost串聯(lián)變換器，它是針對(duì)Buck—B

73、oost升降壓變換器存在輸入電流和輸出電流脈動(dòng)值大的缺點(diǎn)。主要電路如下圖所示，它由開(kāi)關(guān)管VT1、儲(chǔ)能電容器C1、輸入儲(chǔ)能電感L1、輸出儲(chǔ)能電感L2、續(xù)流二極管VD1及輸出濾波電容器C2等元器件組成，開(kāi)關(guān)管VT1由PWM驅(qū)動(dòng)電路控制的，二極管VD1將輸入回路和輸出回路分開(kāi)，左半部分是輸入回路，右半部分是輸出回路。</p><p>　　Cuk變換器的工作原理為：當(dāng)開(kāi)關(guān)VT1導(dǎo)通時(shí)，圖2-6中電流有兩個(gè)回路，即L1-V

74、T1-Vin和R-L2-C1-VT1回路。此時(shí)，輸出電壓Uo的極性和電源的極性是相反的。</p><p>　　下圖2-6為Cuk變換器原理圖：</p><p>　　圖2-6 Cuk變換</p><p>　　當(dāng)VT1截止時(shí)，電感L1和L2上的電流都通過(guò)續(xù)流二極管，如圖2-7（b）所示。電感L2上存的能量為負(fù)載供電。輸出電壓Uo為：</p><p&g

75、t;<b>　?。?-4）</b></p><p><b>　　D為占空比</b></p><p>　　工作原理三等效電路圖</p><p>　　圖2-7（a）VT1導(dǎo)通等效電路圖 圖2-7 (b) VT1截止等效電路圖 </p><p&g

76、t;　　當(dāng)電感L1和L2足夠大時(shí)，在上面儲(chǔ)存的能量足夠?yàn)樨?fù)載供電到下個(gè)周期VT1導(dǎo)通的時(shí)刻，就不出現(xiàn)電感電流斷續(xù)的情況，而當(dāng)電感值不夠大時(shí)，在其上儲(chǔ)存的能量為負(fù)載供電后，不足以維持下個(gè)周期開(kāi)關(guān)VT1導(dǎo)通的時(shí)刻，電感上就會(huì)出現(xiàn)斷續(xù)狀態(tài)，此時(shí)，電感上又開(kāi)始儲(chǔ)能，由電容C2為負(fù)載供電，如圖2-7（c）所示。</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　圖2-

77、7（c) 電流斷續(xù)等效電路圖</p><p>　　第三章 開(kāi)關(guān)電源的工作原理</p><p>　　3.1 本文電路原理框圖</p><p>　　本文介紹的電路原理圖主要部分由以下構(gòu)成。輸入220V/50HZ的交流電，通過(guò)電容電感進(jìn)行濾波，然后整流再濾波，經(jīng)過(guò)變壓器的變壓，輸出所需的直流電壓。自動(dòng)穩(wěn)壓電路和過(guò)電壓保護(hù)電路對(duì)輸出電壓進(jìn)行保護(hù)，使輸出電壓在一定范圍內(nèi)波動(dòng)

78、，而遙控電路是在開(kāi)關(guān)電源處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)，能使遙控對(duì)電源進(jìn)行控制。</p><p>　　圖3-1 開(kāi)關(guān)電源原理框圖</p><p>　　3.2 開(kāi)關(guān)電源的工作原理</p><p>　　開(kāi)關(guān)電源的工作原理可以用下圖3-2進(jìn)行說(shuō)明。圖中輸入的直流不穩(wěn)定電壓Ui經(jīng)開(kāi)關(guān)S加至輸出端，S為受控開(kāi)關(guān)，是一個(gè)受開(kāi)關(guān)脈沖控制的開(kāi)關(guān)調(diào)整管，若使開(kāi)關(guān)S按要求改變導(dǎo)通或斷開(kāi)時(shí)間，就能把

79、輸入的直流電壓Ui變成矩形脈沖電壓。這個(gè)脈沖電壓經(jīng)濾波電路進(jìn)行平滑濾波后就可得到穩(wěn)定的直流輸出電壓Uo。</p><p>　　（a）電路圖 （b）波形圖</p><p>　　圖3-2 開(kāi)關(guān)電源的工作原理</p><p>　　3.3 串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源的工作原理</p><p>　　圖3

80、-3-a是串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源的最簡(jiǎn)單工作原理圖，圖3-3-a中Ui是開(kāi)關(guān)電源的工作電壓，即：直流輸入電壓；K是控制開(kāi)關(guān)，R是負(fù)載。當(dāng)控制開(kāi)關(guān)K接通的時(shí)候，開(kāi)關(guān)電源就向負(fù)載R輸出一個(gè)脈沖寬度為T(mén)on，幅度為Ui的脈沖電壓Up；當(dāng)控制開(kāi)關(guān)K關(guān)斷的時(shí)候，又相當(dāng)于開(kāi)關(guān)電源向負(fù)載R輸出一個(gè)脈沖寬度為T(mén)off，幅度為0的脈沖電壓。這樣，控制開(kāi)關(guān)K不停地“接通”和“關(guān)斷”，在負(fù)載兩端就可以得到一個(gè)脈沖調(diào)制的輸出電壓uo 。</p><

81、p>　　圖3-3-b是串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的波形，由圖中看出，控制開(kāi)關(guān)K輸出電壓uo是一個(gè)脈沖調(diào)制方波，脈沖幅度Up等于輸入電壓Ui，脈沖寬度等于控制開(kāi)關(guān)K的接通時(shí)間Ton，由此可求得串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓uo的平均值Ua為：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的波形圖</p><p&

82、gt;　　圖3-3 電壓波形圖</p><p>　　式中Ton為控制開(kāi)關(guān)K接通的時(shí)間，T為控制開(kāi)關(guān)K的工作周期。改變控制開(kāi)關(guān)K接通時(shí)間Ton與關(guān)斷時(shí)間Toff的比例，就可以改變輸出電壓uo的平均值Ua 。一般人們都把 稱(chēng)為占空比（Duty），用D來(lái)表示，即：</p><p><b>　　（3-2）</b></p><p><b>　

83、　或</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　　占空比計(jì)算式</b></p><p>　　串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓uo的幅值Up等于輸入電壓Ui，其輸出電壓uo的平均值Ua總是小于輸入電壓Ui，因此，串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源一般都是以平均值Ua為變量輸出電壓。所以，串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源屬

84、于降壓型開(kāi)關(guān)電源。</p><p>　　串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源也有人稱(chēng)它為斬波器，由于它工作原理簡(jiǎn)單，工作效率很高，因此其在輸出功率控制方面應(yīng)用很廣。例如，電動(dòng)摩托車(chē)速度控制器以及燈光亮度控制器等，都是屬于串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用。如果串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源只單純用于功率輸出控制，電壓輸出可以不用接整流濾波電路，而直接給負(fù)載提供功率輸出；但如果用于穩(wěn)壓輸出，則必須要經(jīng)過(guò)整流濾波。</p><p>　　串聯(lián)式開(kāi)

85、關(guān)電源的缺點(diǎn)是輸入與輸出共用一個(gè)地，因此，容易產(chǎn)生EMI干擾和底板帶電，當(dāng)輸入電壓為市電整流輸出電壓的時(shí)候，容易引起觸電，對(duì)人身不安全。</p><p>　　3.4 并聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源的工作原理</p><p>　　圖3-4-a是并聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源的最簡(jiǎn)單工作原理圖，圖3-4-b是并聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的波形。圖3-4-a中Ui是開(kāi)關(guān)電源的工作電壓，L是儲(chǔ)能電感，K是控制開(kāi)關(guān)，R是負(fù)載。圖3-

86、4-b中Ui是開(kāi)關(guān)電源的輸入電壓，Uo是開(kāi)關(guān)電源輸出的電壓，Up是開(kāi)關(guān)電源輸出的峰值電壓，Ua是開(kāi)關(guān)電源輸出的平均電壓。</p><p>　　圖3-4并聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源原理圖</p><p>　　當(dāng)控制開(kāi)關(guān)K接通時(shí)，輸入電源Ui開(kāi)始對(duì)儲(chǔ)能電感L加電，流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流開(kāi)始增加，同時(shí)電流在儲(chǔ)能電感中也要產(chǎn)生磁場(chǎng)；當(dāng)控制開(kāi)關(guān)K由接通轉(zhuǎn)為關(guān)斷的時(shí)候，儲(chǔ)能電感會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，反電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生電流的方向與

87、原來(lái)電流的方向相同，因此，在負(fù)載上會(huì)產(chǎn)生很高的電壓。</p><p>　　在Ton期間，控制開(kāi)關(guān)K接通，儲(chǔ)能濾波電感L兩端的電壓eL正好與輸入電壓Ui相等，即：</p><p><b>　　（3-5）</b></p><p>　　對(duì)上式進(jìn)行積分，可求得流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流為：</p><p><b>　?。?-

88、6）</b></p><p>　　式中iL為流過(guò)儲(chǔ)能電感L電流的瞬時(shí)值，t為時(shí)間變量，i（0）為流過(guò)儲(chǔ)能電感的初始電流，即：開(kāi)關(guān)K接通前瞬間流過(guò)儲(chǔ)能電感的電流。一般當(dāng)占空比D小于或等于0.5時(shí)，i（0）= 0，由此可以求得流過(guò)儲(chǔ)能電感L的最大電流ILm為：</p><p>　　ILm =Ui*Ton/L —— K接通期間（D = 0.5）

89、 （3-7）</p><p>　　式中Ton為控制開(kāi)關(guān)K接通的時(shí)間。當(dāng)圖3-3-a中的控制開(kāi)關(guān)K由接通狀態(tài)突然轉(zhuǎn)為關(guān)斷時(shí)，儲(chǔ)能電感L會(huì)把其存儲(chǔ)的能量（磁能）通過(guò)反電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行釋放，儲(chǔ)能電感L產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)為：</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　式中負(fù)號(hào)表示反電動(dòng)勢(shì)eL的極性與（3-5）式中的符號(hào)相

90、反，即：K接通與關(guān)斷時(shí)電感的反電動(dòng)勢(shì)的極性正好相反。對(duì)（3-7）式階微分方程求解得：</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　式中C為常數(shù)，把初始條件代入上式，就很容易求出C，由于控制開(kāi)關(guān)K由接通狀態(tài)突然轉(zhuǎn)為關(guān)斷時(shí)，流過(guò)儲(chǔ)能電感L中的電流iL不能突變，因此，i(Ton+)正好等于流過(guò)儲(chǔ)能電感L的最大電流ILm ，所以（3-8）式可以寫(xiě)為：&

91、lt;/p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　圖3-3-a并聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓Uo等于：</p><p><b>　　（3-11）</b></p><p>　　由上式可以看出，當(dāng)t=0時(shí)，即關(guān)斷瞬間，輸出電壓有最大值：</p><p><b&g

92、t;　?。?-12）</b></p><p>　　當(dāng)t等于很大時(shí)，并聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的值將接近輸入電壓Ui，但這種情況一般不會(huì)發(fā)生，因?yàn)榭刂崎_(kāi)關(guān)K的關(guān)斷時(shí)間等不了那么長(zhǎng)。</p><p>　　從上式可以看出，當(dāng)并聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源的負(fù)載R很大或開(kāi)路時(shí)，輸出脈沖電壓的幅度將非常高。因此，并聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源經(jīng)常用于高壓脈沖發(fā)生電路。</p><p>　　第四章 反

93、激式開(kāi)關(guān)電源</p><p>　　由于在日常生活中，很多電器對(duì)電源的要求不是很高，考慮到制作成本及產(chǎn)品要求，本章將講述一個(gè)基礎(chǔ)的反激式開(kāi)關(guān)電源。</p><p>　　本課題要求及主要研究?jī)?nèi)容：</p><p>　　研究開(kāi)關(guān)電源的實(shí)現(xiàn)方法，并按照設(shè)計(jì)指標(biāo)要求進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)。具體要求如下：</p><p>　　1）分析、掌握該課題總體方案，廣泛閱

94、讀相關(guān)技術(shù)資料。</p><p>　　2）掌握開(kāi)關(guān)電源的工作原理。</p><p><b>　　主要技術(shù)指標(biāo)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　　交流輸入電壓：AC 220V市電；</p><p>　　輸出電壓：DC 300V， 150

95、V。</p><p>　　后面章節(jié)將對(duì)本文所設(shè)計(jì)的電路圖進(jìn)行詳解。</p><p>　　4.1 對(duì)輸入交流電的濾波電路</p><p>　　輸入220V/50HZ市電，由于電網(wǎng)負(fù)載會(huì)出現(xiàn)較大的增加或減少而導(dǎo)致電壓波動(dòng)，頻率也有很多頻率波，所以要對(duì)其進(jìn)行濾波。</p><p>　　以下圖中的線圈和電容就能起到對(duì)市電的濾波作用。由于兩個(gè)線圈的匝

96、數(shù)是一樣多的，所以對(duì)電壓沒(méi)有變換作用，但由于線圈的通低阻高頻率作用，所以能起到對(duì)高頻電波的過(guò)濾作用，而電容是阻低通高，對(duì)高頻電波進(jìn)一步進(jìn)行過(guò)濾，使輸入的電波在一定的范圍內(nèi)。</p><p>　　4.2 整流濾波電路</p><p>　　由圖可看出，電路中采用四個(gè)二極管，互相接成橋式結(jié)構(gòu)。利用二極管的電流導(dǎo)向作用，在交流輸入電壓U2的正半周內(nèi)，二極管D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止，在負(fù)載R

97、L上得到上正下負(fù)的輸出電壓；在負(fù)半周內(nèi)，正好相反，D1、D3截止，D2、D4導(dǎo)通，流過(guò)負(fù)載RL的電流方向與正半周一致。因此，利用變壓器的一個(gè)副邊繞組和四個(gè)二極管，使得在交流電源的正、負(fù)半周內(nèi)，整流電路的負(fù)載上都有方向不變的脈動(dòng)直流電壓和電流。橋式整流的名稱(chēng)只是說(shuō)明電路連接方法是橋式的接法，橋式整流二極管：大家常用的一般是由4只單個(gè)二極管封裝在一起的元件，取名橋式整流二極管,整流橋或全橋二極管。</p><p>　

98、　整流后的電壓可以計(jì)算出來(lái)：</p><p>　　U1=0.9*Ui*cosα≈300V （4-1）</p><p>　　圖4-2整流濾波電路</p><p>　　選二極管的耐壓為300V的二極管就能滿足要求。</p><p>　　通過(guò)電橋整流后，產(chǎn)生的是一個(gè)

99、脈動(dòng)直流電壓，但網(wǎng)盟需要的是比較穩(wěn)定的直流電壓，所以 C2 ,C3 電容對(duì)整流后的電流進(jìn)行濾波，使輸出電壓是一個(gè)波動(dòng)比較小，基本上是一個(gè)比較平緩的直流電壓。</p><p>　　這里采用兩個(gè)電容，一個(gè)大電容，一個(gè)小電容。C2是小電容，一般取50Uf,C3是大電容，一般取100uF以上。一般情況下，為了減小電容的體積，大電容卷繞的層數(shù)會(huì)比較多，而卷繞層數(shù)多，就會(huì)具有電感效應(yīng)，這就相當(dāng)于在理想電容上接了一個(gè)電感，因此

100、大電容C3高頻濾波性能就會(huì)比較差，因此在這里加了一個(gè)小電容C2，這個(gè)電容對(duì)低頻信號(hào)的濾波性能比較差，但對(duì)高頻信號(hào)波的濾波性能比較突出，所以這里運(yùn)用兩個(gè)電容，分別承擔(dān)低頻濾波和高頻濾波的功能。</p><p><b>　　4.3 啟動(dòng)電路</b></p><p>　　圖4-3為本文開(kāi)關(guān)電源的啟動(dòng)電路圖。R2和R4為兩個(gè)大電阻，啟動(dòng)電路為整個(gè)開(kāi)關(guān)電源的啟動(dòng)提供條件。<

101、;/p><p><b>　　圖4-3啟動(dòng)電路</b></p><p>　　三極管T4要導(dǎo)通，必須給它提供一個(gè)基極電流，而這個(gè)支路就是300V電壓加在R2，R4上，給三極管T4基極提供一個(gè)電流，經(jīng)過(guò)T4的b e發(fā)射結(jié)形成電流，使開(kāi)關(guān)管打開(kāi)。</p><p>　　至于基極電流的大小，這是可以計(jì)算的。我們一般取電阻R2為199千歐，R4為100千歐，R2

102、、R4串聯(lián)，因?yàn)閎 e節(jié)上的降壓很小，所以可以看做的其上直接加300V電壓，根據(jù)歐姆定律：</p><p><b>　　I=U/R</b></p><p>　　得到I=1.5mA。</p><p>　　很多時(shí)候，為了其他電路提供不同電壓或者給保護(hù)電路提供電壓，都是將R2由幾個(gè)小電阻串聯(lián)而成，而不是如圖所畫(huà)的用一個(gè)電阻。</p>&

103、lt;p>　　4.4 自激震蕩正反饋電路</p><p>　　上面我們所求的T4基極電流為1.5mA，三極管的放大倍數(shù)一般都是幾十倍，所以三極管的集電極電流也就只有幾十個(gè)毫安，這個(gè)電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足我們正常工作需要，為了增大開(kāi)關(guān)電源的輸出功率，我們必須提高流過(guò)電感線圈當(dāng)中的電流，也就是說(shuō)使電感線圈中多儲(chǔ)存磁場(chǎng)能。這樣，就必須提高開(kāi)關(guān)管集電極的電流，而集電極的電流與其基極電流是相互關(guān)聯(lián)的，當(dāng)開(kāi)關(guān)管工作在放大區(qū)的

104、時(shí)候，集電極的電流就等于基極電流乘以三極管的放大系數(shù)。如在三極管工作在飽和狀態(tài)下，那么集電極的電流小于基極電流乘以它的放大系數(shù)后的電流，也就是說(shuō)，要提高集電極的電流，就必須提高三極管的基極電流，如果基極電流沒(méi)有增加，三極管的集電極電流也就沒(méi)有可能會(huì)增加。</p><p>　　圖4-4自激震蕩正反饋電路</p><p>　　為了提高三極管的基極電流，在這里加了一個(gè)正反饋電路。它的工作原理是：

105、在啟動(dòng)電路為三極管的基極提供了一定的電流后，在三極管的集電極有一定電流通過(guò)的條件下，在電感線圈L1上儲(chǔ)存能量，產(chǎn)生一個(gè)質(zhì)感電動(dòng)勢(shì)，并耦合到線圈L2上，L2上的質(zhì)感電動(dòng)勢(shì)給電容C5充電形成電流，當(dāng)充電完成后，電流可通過(guò)二極管D2加到三極管T4的b e 節(jié)上，這樣，就增大了三極管的基極電流。由于三極管T4的基極電流增大，集電極的電流在一定情況下也會(huì)隨著增大，這樣，也就能增大線圈L1上的儲(chǔ)能，進(jìn)而滿足正常工作的需要。</p>&

106、lt;p>　　4.5 脈寬調(diào)整電路</p><p>　　我們?yōu)榱艘玫椒€(wěn)定的直流電壓，也就是在輸入電壓變化的時(shí)候，輸出電壓穩(wěn)定不</p><p>　　變。對(duì)于三極管，可以改變占空比，也就是開(kāi)關(guān)導(dǎo)通和關(guān)閉的時(shí)間比值，就可以改變輸出電壓的大小，另外，改變改變開(kāi)關(guān)管的占空比，也能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。</p><p>　　圖4-5 脈寬調(diào)整電路</p><p

107、>　　當(dāng)輸出電壓升高的時(shí)候，我們使開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間減小，但輸出電壓降低的時(shí)候，我們可以延長(zhǎng)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，這樣就能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓作用。這里的T3，一般把它叫做分流調(diào)整管。</p><p>　　輸出電壓升高的時(shí)候，光電耦合器中的發(fā)光二極管就會(huì)發(fā)光，同時(shí)其中的三極管也就會(huì)導(dǎo)通。這個(gè)三極管導(dǎo)通后，就會(huì)給T2的基極提供一個(gè)電流，T2也就導(dǎo)通，T2的導(dǎo)通，就會(huì)給三極管T3提供一個(gè)基極電流，T3導(dǎo)通，就會(huì)對(duì)T4基極電流進(jìn)行

108、分流，進(jìn)而減小開(kāi)關(guān)管T4的集電極的電流，也就能減小線圈L1上的儲(chǔ)能，使輸出電壓降低，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓作用。R7和R9是分流調(diào)整管正常工作時(shí)的限值電阻。</p><p>　　而輸出電壓降低時(shí)，光電耦合器中的發(fā)光二極管不發(fā)光，其中的三極管也就不會(huì)導(dǎo)通，那么分流調(diào)整管也就不會(huì)導(dǎo)通。</p><p>　　4.6 電路中三極管的保護(hù)電路</p><p>　　下圖4-6為三極管保護(hù)電路