开关电源原理开关电源电路图设计-论文

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1、开关电源原理开关电源电路图设计开关电源原理开关电源电路图设计- -论文论文开关电源原理开关电源电路图设计目 录 集成开关稳压电源设计3 第一章 开关稳压电源的结构 4 第二章 开关稳压电源的种类 6 第三章 开关电源的原理 9 结束语 18 参考文献 19 集成开关稳压电源设计【摘要】 开关电源自20世纪70年代开始应用以来，涌现出许多功能完备的集成控制电路， 使开关电源电路日益简化，工作频率不断提高，效率大大提高，并为电源小型化 提供了广阔的前景。开关电源由于其小型化、轻量化、高效率、可大量节约能源 等特点而被广泛应用于电子计算机、电视机、邮电通信、军事装备、交通设施、仪 器仪表、工业设备等

2、方面。随着集成电路技术的日益进步和开关电源所用功率器 件的发展，开关电源得到了蓬勃的发展，而怎样使开关电源在低成本情况下实现 高精度的智能化调控成了人们研究的热点。本文阐述 了新设计的一种智能调控开关稳压电源 【关健词】开关稳压电源，智能调控，稳压控制 第一章 开关稳压电源的结构 图1画出了开关稳压电源的原理图及等效原理框图，它是由全波整流器，开关管V ，激励信号，续流二极管Vp，储能电感和滤波电容C组成。开关稳压电源的核心部 分是一个直流变压器。这我们对直流变换器和逆变器作如下解释。逆变器，它是把直流转变为交流的装置。逆变器通常被广泛地应用在采用电平或 电池组成的备用电源中。直流变换器，它是

3、把直流转换成交流，然后又把交流转换成直流的装置。这种装 置被广泛地应用在开关稳压电源中。采用直流变换器可以把一种直流供电电压 变换成极性、数值各不同的多种直流供电电压。 一. 开关稳压电源的优点1.功耗小，效率高。在图1中的开关稳压电源电路中，晶体管V在激励信号的激 励下，它交替地工作在导通截止和截止 导通的开关状态，转换速度很快，频率一般为50kHz左右，在一些技术先进的国 家，可以做到几百或者近1000kHz。这使得开关晶体管V的功耗很小，电源的效率 可以大幅度地提高，其效率可达到80%。2.体积小，重量轻。从开关稳压电源的原理框图可以清楚地看到这里没有采用笨重的工频变压器。由于调整管V上

4、的耗散功率大幅度降低后，又省去了较大的 散热片。由于这两方面原因，所以开关稳压电源的体积小，重量轻。3.稳压范围宽。从开关稳压电源的输出电压是由激励信号的占空比来调节的， 输入信号电压的变化可以通过调频或调宽来进行补偿，这样，在工频电网电压变 化较大时，它仍能够保证有较稳定的输出电压。所以开关电源的稳压范围很宽， 稳压效果很好。此外，改变占空比的方法有脉宽调制型和频率调制型两种。这样 ，开关稳压电源不仅具有稳压范围宽的优点，而且实现稳压的方法也较多，设计 人员可以根据实际应用的要求，灵活地选用各种类型的开关稳压电源。4.滤波的效率大为提高，使滤波电容的容量和体积大为减少。开关稳压电源的 工作频

5、率目前基本上是工作在50kHz，是线性稳压电源的1000倍，这使整流后的 滤波效率几乎也提高了1000倍。就是采用半波整流后加电容滤波，效率也提高了 500b倍。在相同的纹波输出电压下，采用开关稳压电源时，滤波电容的容量只是 线性稳压电源中滤波电容的1/5001/1000。5.电路形式灵活多样。例如，有自激式和他激式，有调宽型和调频型，有单端式 和双端式等等，设计者可以发挥各种类型电路的特长，设计出能满足不同应用场 合的开关稳压电源。765开关电源原理开关电源电路图设计 开关稳压电源的缺点开关稳压电源的缺点是存在较为严重的开关干扰。开关稳压电源中，功率调整开 关晶体管V工作在状态，它产生的交流

6、电压和电流通过电路中的其他元器件产生 尖峰干扰和谐振干扰，这些干扰如果不采取一定的措施进行抑制、消除和屏蔽， 就会严重地影响整机的正常工作。此外由于开关稳压电源振荡器没有工频变压 器的隔离，这些干扰就会串入工频电网，使附近的其他电子仪器、设备和家用电 器受到严重的干扰。目前，由于国内微电子技术、阻容器件生产技术以及磁性材料技术与一些技术先 进国家还有一定的差距，因而造价不能进一步降低，也影响到可靠性的进一步提 高。所以在我国的电子仪器以及机电一体化仪器中，开关稳压电源还不能得到十 分广泛的普及及使用。特别是对于无工频变压器开关稳压电源中的高压电解电 容器、高反压大功率开关管、开关变压器的磁芯材

7、料等器件，在我国还处于研究 、开发阶段。在一些技术先进国家，开关稳压电源虽然有了一定的发展，但在实 际应用中也还存在一些问题，不能十分令人满意。这暴露出开关稳压电源的又一 个缺点，那就是电路结构复杂，故障率高，维修麻烦。对此，如果设计者和制造者 不予以充分重视，则它将直接影响到开关稳压电源的推广应用。当今，开关稳压 电源推广应用比较困难的主要原因就是它的制作技术难度大、维修麻烦和造价 成本较高。 第二章 开关稳压电源的种类现在，电子技术和应用迅速地发展，对电子仪器和设备的要求是：性能上，更加安 全可靠，在功能上，不断地增加。在使用上自动化程度越来越高。在体积上，要日 趋小型化。这使采用具有众多

8、优点的开关稳压电源就显得更加重要了。所以，开 关稳压电源在计算机、通信、航天、彩色电视等方面都得到了越来越广泛的应用 ，发挥了巨大的作用，这大大促进了开关稳压电源的发展，从事这方面研究和生 产的人员也在不断地增加，开关稳压电源的品种和类型也越来越多。下面的组图 给出了各种类型开关稳压电源的原理图。 (1) 按储能电感与负载的连接方式划分串联型储能电感串联在输入与输出电压之间，电路形式如图3所示。并联型储能电感并联在输入与输出电压之间，电路形式如图4所示。 (2) 按开关晶体管的类型划分 可控硅型采用可控硅作为开关管，这种电路的特点是直接输入交流电，不需要一次整 流部分，其电路形式如图5所示。

9、晶体管型 采用晶体管作为开关管，电路形式如图6所示. (3) 按激励方式划分 他激式电路中转设激励信号的振荡器，电路形式如图7所示。 自激式开关管兼作振荡器中的振荡管，电路形式如图8所示。 (4) 按调制方式划分脉宽调制型振荡频率保持不变，通过改变脉冲宽度来改变和调节输出电压的大小，有时通过 取样电路、耦合电路等构成反馈闭环回路，来稳定输出电压的幅度。 频率调制型占空比保持不变，通过改变振荡器的振荡频率来调节和稳定输出电压的幅度。 混合调制型通过调节导通时间的振荡频率来完成调节和稳定输出电压幅度的目的。 (5) 按开关管电流的工作方式划分开关型用开关晶体管把直流变成高频标准方波，电路形式类似于

10、他激式。谐振型开关晶体管与LC谐振回路将直流变成标准正弦波，电路形式类似于自激式。 (6) 按晶体管的连接的连接方式划分 单端式仅使用一个晶体管作为电路中的开关管，这种电路的特点是价格低，电路结构简 单，但输出功率不能提高，其电路形式如图3、图4和图6所示。 半桥式使用两个晶体管，将其连接成半桥形式。它的特点是适应于输入电压较高的场合 。电路形式如图11。 推挽式使用两个晶体管，将其连接成推挽功率放大器形式。这种电路的特点是开关变压 器必须具有中心抽头，电路形式如图12。 (7) 按输入与输出的电压大小划分升压式输出电压比输入电压高，实际就是并联型开关稳压电源。降压式输出电压比输入电压低，实际

11、就是串联型开关稳压电源。开关电源原理开关电源电路图设计 第三章 开关电源的原理 开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的道通与截止将直流电转化为 高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压！ 转华为高频交流电的原因是高频交流在变压器变压电路中的效率要比50Hz高很 多所以开关变压器可以做的很小，而且工作时不是很热！成本很低如果不将5 0Hz变为高频那开关电源就没有意义 开关电源大体可以分为隔离和非隔离两种,隔离型的必定有开关变压器,而非隔离 的未必一定有. 开关电源的工作原理是: 1. 交流电源输入经整流滤波成直流; 2. 通过高频PWM(脉冲宽度调制)信号控制开关管

12、,将那个直流加到开关变压器初 级上; 3. 开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载; 4. 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. 交流电源输入时一般要经过厄流圈一类的东西,过滤掉电网上的干扰,同时也过滤 掉电源对电网的干扰; 在功率相同时,开关频率越高,开关变压器的体积就越小,但对开关管的要求就越 高; 开关变压器的次级可以有多个绕组或一个绕组有多个抽头,以得到需要的输出; 一般还应该增加一些保护电路,比如空载、短路等保护,否则可能会烧毁开关电源. 开关电源原理分析与设计（以长虹PF29990机型为例） 该开关电源采用汤姆逊公司推出的绿色开

13、关9电源专用集成电路TEA1507P，并 配合大功率场效应开关管，使整个开关电源损耗小、效率高，且在待机状态下整 机功耗1W，真正达到了节能的目的。 在彩电行业中，长虹公司为适应市场需要，目前已首次成功开发出绿色世能型开 关电源，并首次应用到长虹PF29990型大屏幕纯平彩电上。参阅图1，该开关电源 采用汤姆逊公司推出的绿色开关电源专用集成电路TEA1507P，并配合大功率场 效应开关管，使整个开关电源损耗小、效率高，且在待机状态下整机功耗1W， 真正达到了节能的目的。 一、原理分析 1、进线抗干扰电路 该电路由R800、C801、T801、T802、C804组成，它们共同组成双向低通滤波器。

14、其中T801、T802是两个由扼流圈组成的互感滤波器，其结构具有对称性，高频信 号在两个扼流圈上产生的电压极性相反，因此可以相互抵消，过到了对50Hz的交 流市电呈低通、对各种高频信号呈高阻的目的。 2、自动消磁电路机器通电后，开关电源进入工作状态，开关电源向各负载电路提供工作电压。其 中从开关变压器T80317脚输出的交流电压经VD871整流、C872滤波得到约15V 电压，除向主板相关电路提供工作电压外，还为自动消磁电路提供电压。 自动消磁电路由L801、RT801、JD800、VD884、V864、C829、R829构成。长虹PF2 999D彩电自动消磁电路与长虹其他彩电自动消磁电路有所

15、不同，其他彩电的自 动消磁电路一般为长闭式自动消磁电路（即机器正常工作时电路中的热敏电阻两 端一直保持220V电压，热敏电阻一直呈发热状态）本机则采用继电器控制的常开 式自动消磁电路（即机器通电时，热敏电阻与220V电压瞬间接通，而机器正常工 作后，热敏电阻与220V断开）。15V电压经继电器JD800线圈，一路加到三极管V864 c极，另一路加到C829正端，对C829进行充电，由于C829两端电压不能突变，将在 R829上端（即V864 b极）产生0.7V电压，并使V864饱和，在继电器JD800线圈中产生电流，其常开触 点闭合，220V交流电压加到热敏电阻RT801阻值迅速增大，在消磁线

16、圈L801内产 生一由强到弱的交变电流，其周围出现交变磁场，完成自动消磁动作。 随着C829的充电，R829上端（即V864 b极）0.7V电压逐渐消失。一秒左右后，V864退出饱和状态，继电器JD800线圈内 无电流流过，其常开触点再次被断开，热敏电阻RT801与220V交流电压断开，保 证机器正常工作时，RT801不处于发热状态，达到了节约电能的目的。 3、整流滤波电路 经抗干扰电路后的220V交流电压，送入由VD801VD804组成的桥式整流电路。 与之并联的C805C808为高频滤波电容，其作用是保护四只整流二极管，使之不 被浪涌电流冲击而损坏，并且可以有效地消除市电在整流过程中产生的高