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1、1小型开关电源设计小型开关电源设计2ABSTRACTThis paper mostly describes the whole design and debugging of the minitype switched voltage regulator power, which is composed of six parts. The second part wrote about the element and the third part wrote about the design step of minitipe switched power. The model includes
2、 import loop, output loop, feedback loop, control loop and the design of transformer. The latter includes hardware debugging and experiment results analyzing. After experimentation, I think out the relations among output voltage, import voltage, duty ratio and switched frequency and also the relatio
3、ns of import current, transformer coil ratio and the output current. In addition, I put forward relevant methods by myself for many problems which are met with during the course of the experimentation.Keywords: switched power 、regulated power、transformer摘要本设计主要描述小型开关电源的整个设计和调试过程，本文包括六个主要部分，第一部分介绍开关电
4、源的发展状况。第二部分主要介绍其工作原理，第三部分介绍设计步骤。主电路包括输入、输出和反馈控制部分。最后一部分主要是硬件部分的调试。调试部分包括电路的焊接和调试，在调试过程中发现的问题的解决。关键词：开关电源、变压器、开关管3目目 录录第一章第一章 绪论绪论 -211 概述 -2 12 开关电源的新技术 -4 13 开关电源的基本构成 -9 14 开关电源的稳定度 -9 15 开关电源的分类 -11第二章第二章 小型开关电源原理小型开关电源原理 -1421 RCC 变换器的电路结构 -14 22 简单的 RCC 方式开关电源 -18第三章第三章 开关电源电路设计开关电源电路设计 -24第四章第
5、四章 性能改善性能改善 -4041 保护电路 -40 42 效率的提高 -41 43 浪涌及其吸收电路 -43 44 噪声及其抑制 -54 45 功率 FET 在开关电源中的几个问题 -57第五章第五章 小型开关电源主控元件小型开关电源主控元件 -5951 二极管 -59 52 开关电源中使用的磁性元件 -61 53 开关电源中选用的电容器 -64第六章第六章 硬件调试硬件调试 -68第七章第七章 结论结论 -70致谢致谢 -714参考文献参考文献 -72附录附录 - 74 第一章第一章 概概 论论1-1 概述概述目前空间技术、计算机、通信。雷达、电视及家用电器中的电源逐渐被开关电源取代。现在
6、一般应用的串联调整稳压电源，是连续控制的线性稳压电源。这种传统的串联稳压器，调整管总是工作于放大区，流过的电流是连续的。这种稳压器的缺点是承受过载和短路的能力差。效率低，一般只有 35 60%。由于调整管上损耗较大的功率，所以需要采用大功率调整管并装有体积很大的散热器。开关电源的调整管工作在开关状态，功率损耗小，效率可高达 70 95，稳压器体积小、重量轻，调整管功率损耗较小，散热器也随之减小。此外，开关频率工作在几十 KHZ，滤波电感、电容可用较小数值的元件，允许的环境温度也可以大大提高。但是，由于调整元件的控制电路比较复杂，输出的纹波电压较高，瞬间响应较差。所以开关电源的应用也受到一定限制
7、。电子装置地小型轻量化关键是供电电源的小型轻量化，因此，需要尽可能地降低电源电路中的损耗。开关电源基本上是半导体器件的开关工作，从原理上讲是低损耗的，但是半导体开关工作也必然存在着开关损耗，而且损耗随着开关频率成比例地增加。另一方面，开关电源中必须采用变压器、电抗器等磁性元件以及平滑滤5波用地电容元件，开关频率高，可使这些元件小型化，然而，开关频率提高时，这些元件地损耗也随之增加。目前市售的开关电源中采用双极型晶体管时，开关频率高达 100KHZ；采用 MOSFET 时，开关频率达 500KHZ。为提高开关频率必须减小开关损耗，随之需要采用高速开关元件。然而，电源高速开关时，电路存在的分布电感
8、于电容，会由于二极管蓄积电荷的影响产生浪涌电压于噪声，不但影响周围电子设备的工作，而且也使电源本身的可靠性显著地降低。为防止开关工作产生地噪声，需要用 RC 或 LC 吸收电路，对于二极管蓄积电荷产生地浪涌电压要采用非晶体磁性、矩形磁芯地磁吸收电路。然而，对于 MHZ 以上地开关工作频率可利用谐振电路，加在开关两端地电压或通过开关地电流为正弦波，这样，减少开关损耗地同时可抑制浪涌电压。这种工作方式称为谐振开关方式，目前正在研制中。谐振开关方式可以极大地提高开关速度，原理上开关损耗为零，噪声也很小，这是提高开关电源工作频率地一种最有效方式。采用谐振开关方式地几 MHZ 变换器已实用化，美国已研制
9、成功 20MHZ 以上工作频率地变换器。利用谐振现象使开关损耗接近于零，消除电压或电流浪涌，零电压或零电流开关谐振变换器也研制成功。有效利用磁性元件对于提高开关电源技术是极其重要的。作为高可靠性控制元件是采用磁放大器，而非晶磁芯在次起着关键作用。然而，开关频率达到 MHZ 以上，期待着开发几厚膜非晶磁材料。开关电源的高频化也需m要采用非晶磁芯的吸收电路。另外，采用高频铁氧体磁芯与准晶质超急冷磁芯作为主变压器的磁芯也需要研制。开关电源的集成化与小型化正在变为现实，目前正在研制开发主开关与控制电路集成于同一芯片的集成模块。然而，把功率开关与控制电路包括反馈电路都集成于同一芯片上，必须解决电气隔离与
10、热绝缘的问题，这是今后一大课题。6目前，世界各国正在大力研制新型开关电源，因这是节约能源的重大举措。为了赶上和超过世界先进技术水平，国内很多单位正在研制和应用，不断地向高频化、线路简单化和控制电路集成化方向发展。开关稳压电源的优越性还表现在：开关稳压电源的优越性还表现在： 功耗小功耗小 由于开关管功率损耗小，因而不需要采用大散热器。功耗小使得电子设备内温升也低，周围元件不会因长时间工作在高温环境下而损坏，这有利于提高整个电子设备的可靠性和稳定性。稳压范围宽稳压范围宽 当开关稳压电源输入的交流电压在 150 250 V 范围内变化时，都能达到很好的稳压效果，输出电压的变化在 2以下。而且在输入电
11、压发生变化时，始终能保持稳压电路的高效率，因此，开关稳压电源能适用于电网电压波动比较大的地区。体积小、重量轻体积小、重量轻 开关稳压电源可将电网输入的交流电压直接整流，再通过高频变压器获得各种不同交流电压，这样就可免去笨重的工频变压器，从而节省了大量的漆包线和硅钢片，使电源体积缩小、重量减轻。安全可靠安全可靠 开关稳压电路一般都具有自动保护电路。当稳压电路、高压电路、负载等出现故障或短路使，能自动切断电源，其保护功能灵敏、可靠。开关稳压电源的主要问题是电路比较复杂，输纹波电压较高，瞬态响应差等。因此，开关稳压电源的应用受到一定的限制。目前，世界各国正在大力研制开发新型开关电源，包括新的理论、新型电路方案于新型功率器件等，以适应各种电子设备的小型化。高效率等的需要。1-2 开关电源的新技术开关电源的新技术7微型化技术微型化技术（1）开关频率与损耗决定开关电源体积的主要因素是电抗器、变压器等磁性器件和平滑电容器。若提高开关电源的开关频率，这些器件就会小型化。然而，开关频率提高时，不但有磁损耗，而且电路的损耗也会增大。一般来说，损耗随着开关频率成正比例地增加。（2）软开关的应用与
