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1、*毕业设计（论文）说明书摘要本论文设计部分分为四部分：首先对开关变换器进行了概述，叙述了电力电子技术领域中功率变换器的发展，对开关电源和直流变换器进行了分类，概述了功率变换器的基本知识。其次论述了单端反激变换器的工作原理，分析了其三种工作状态最后总结了单端反激变换器的优缺点。接下来介绍了按照一定要求设计制作一台200、有三路不同电压及功率输出的开关电源的设计过程，以及如何具体计算各个元计得参数。 最后简述了所设计电源的一些技术性能指标。关键词: 开关变换器, 开关电源, 输出性能,脉宽调制器,UC3842,反激式AbstractThis paper is divided into four p
2、arts of the design First of a switching converter overview describes the power of electronic power converter technology development, and direct current power converter to switch the classification of power converter outlined the basic knowledge.Then ends with a single anti-violent converter work the
3、ory, the analysis of its three working condition Finally summed up the advantages and disadvantages of single-anti-violent converter.Next introduced in the production of a certain design requirements Taiwan 200W, three different routes Voltage and power output switching power supply design process,
4、and how a specific calculation of the various parameters of dollars.Best designed power outlined some of the technical performance indicators.KEY WORDS:Switching Power Supply,Pulse，Width Modulation,Flyback,Switching converter,Export performance,UC384232目 录1 概述11.1 开关电源的分类21.2直流变换器的分类21.3基本功率变换器31.4对
5、直流开关电源的要求61.5直流开关电源的发展72 单端反激式开关电源原理82.1 磁化电流临界状态92.2 磁化电流不连续状态102.3 磁化电流连续状态113 开关电源的设计143.1 设计要求143.2 电路设计163.2.1 脉宽调制器的选择163.2.2 AC220V-DC28.5V主电路的设计194电路输出性能测试284.1 AC220V-DC28.5一路输出性能284.2 8V 2.5A一路输出性能294.3 24V/2A一路输出性能304.4 5V/5A一路输出性能315 总结33致谢34参考文献351 概述近年来，电力电子技术在应用领域迅速发展，作为电力电子技术的一个重要分支，
6、开关电源也不断向着高效率、高可靠性、低成本、小型化方向发展。开关电源领域的发展主要依赖于两个方面：一个是功率器件的发展，高耐压、大电流的高速功率器件不断在市场上推出，给设计者在器件的选择上提供了很大方便；另一个是开关变换器拓扑结构的发展完善，控制方法的改进，以及新型控制芯片的出现。随着电子技术的不断发展，集成化的开关电源已广泛地应用于电子计算机、彩色电视机、卫星通信设备、程控交换机、精密仪表等电子设备。电源有如人体的心脏，是所有电设备的动力。标志电源特性的参数有功率、电压、频率、噪声、及带载时参数的变化等，在同一参数要求下，又有体积、重量、形态、效率、可靠性等指标。众所周知，要使电能的产生、输
7、送和利用达到最佳状态，必须对电能的各项参数进行调节和控制，而电力电子技术 （功率变换技术）正是把电能的各项参数 （电压，电流，频率，相数和相位）进行变换的技术。它分为四大类：（1）AC/DC变换器 （整流器），是将交流电转换为直流电的电能变换器；（2）DC/AC变换器 （逆变器），是将直流电转换为交流电的电能变换器，是交流开关电源和不间断电源UPS的主要部件；（3）DC/DC变换器 （斩波器），它是将一种直流电能转换成另一种或多种直流电能的变换器，是直流开关电源的主要部件：（4）AC/AC变换器 （若频率相同称为交流控制器，若频率不同称为变频器），是将一种频率的交流电直接转换为另一种恒定频率或
8、可变频率的交流电，或是将变频交流电直接转换为恒频交流电的电能变换器。这四种变换器可以是单向变换的，也可以是双向变换的。单向电能变换器只能将电能从一个方向输入，经变换后从另一个方向输出，而双向电能变换器可实现电能的双向流动。1.1 开关电源的分类广义地说，凡用功率半导体器件作为开关，将一种电源形态转变成为另一种形态的主电路都叫做开关变换器电路：转变时用自动控制闭环稳定输出并有保护环节的则称为开关电源 （Switching Power Supply）。开关电源分交流和直流两类：输出交流的开关电源一般来说大多数作USP使用；直流开关电源包括DC/DC和AC/DC两种，是利用功率半导体器件的开关特性进
9、行功率的变换和调节。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7095 ，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或更高，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，瞬态响应较差，所以开关电源的应用也受到一定限制。开关电源主要组成部分是DC/DC变换器，它类似于 “斩波”（chop）作用，用一个半导体功率器件作为开关，使带有滤波器 （L或和C）的负载线路与直流电压一会相接，一会断开，则负载上也得到另一个直流电压。开关变换器可分为脉宽调制式 （Pulse W
10、idth Modulation ）频率调制式（Frequency Modulation）和调频、调宽相结合的混合调制式，其中脉宽调制PWM变换器因工作原理简单、易于控制、稳定性高而一直处于主导地位。1.2 直流变换器的分类直流变换器按输入与输出间是否有电气隔离可分为两类：没有电气隔离的称为不隔离的直流变换器，有电气隔离的称为有隔离的直流变换器。不隔离的直流变换器按所用有源功率器件的个数，可分为单管、双管和四管三类。单管直流变换器有八种，即降压式 （Buck）变换器、升压式（Boost）变换器、升降压式 （Buck-Boost）变换器、Cuk变换器、Zeta变换器、Sepic变换器、正激式 （F
11、orward）和反激式（Flyback）等，其中降压式和升压式变换器是最基本的，另外几种是从中派生的。双管直流变换器有推挽式 （Push-pull converter）和半桥式（Half-bridge converter），四管直流变换器就是全桥直流变换器 （Full-bridge converter）有隔离的直流变换器可以实现输入与输出间的电气隔离，通常采用变压器实现隔离，变压器本身具有变压的功能，有利于扩大变换器的应用范围。变压器的应用还便于实现多路不同电压或多路相同电压的输出。直流变换器也可分为自激式和他激式，借助于变换器本身的正反馈信号实现开关管自持周期性开关的变换器叫做自激式变换器，
12、他激式直流变换器中开关器件控制信号由专门的控制电路产生。按开关管的开关条件，直流变换器可分为硬开关（Hard switching）和软开关 （Soft swltching）两种。硬开关直流变换器的开关器件是在承受电压或流过电流的情况下接通或断开电路的，因此在开通或关断过程中伴随着较大的损耗，即所谓的开关损耗 （Swltching lose）。变换器工作状态一定时，开关管开通或关断一次的损耗也是一定的，因此开关频率越高，开关损耗越大。同时，开关过程中还会激起电路分布电感和寄生电容的振荡，带来附加损耗，因而硬开关直流变换器的开关频率不能太高。软开关直流变换器的开关管在开通或关断过程中，或是加于其上
13、的电压为零，即零电压开关 （ZVS），或是通过器件的电流为零，即零电流开关 （ZCS）。这种开关方式显著的减少了开关损耗和开关过程中激起的振荡，可以大幅度地提高开关频率，为变换器的小型化和模块化创造了条件。1.3 基本功率变换器DC/DC变换器广泛应用于开关稳压电源以及直流电动机的控制。图1.1是DC/DC变换器系统框图。这类变换器的输入常是不稳定的直流电压，通常是由工频电源经整流而获得的，因此，它随着工频交流电源幅值变化而波动。采用开关 DC/DC变换器把不稳定的直流输入电压变为所要求稳定的直流输出电压。整理期AC电源单项或三相DC不稳压电容滤波器DC不稳压DC/DC变换器DC稳压负载电池图
14、1.1 DC/DC变换器系统框图基本 DC/DC变换器有以下两种类型：降压型 buck）变换器；升压型 （boost）变换器：见图1.2图1.2 （a）buck变换器； （）boost变换器；在DC/DC变换器中，P即使输入电压写负载看瑟家雁菠蔺蔽雁丽输出电压可控制为所期望的电压。开关型 DC/DC变换器是采用一个或多个开关把一种直流电压变换为另一种直流电压。如果变换器的输入直流电压给定，则可以控制开关的通断时间来控制这个直流电压流入负载的能量。开关型 DC/DC变换器的基本电路及波形如图 1.3所示。如果开关导通时间设为ton，关断时间设为tore，从波形图中可看出，输出的平均电压Vo大小取
15、决于开关的通断时间（ton和toff）。（）基本电路 （）工作波形。图1.3开关型DC/DC变换器基本电路及工作波形控制输出电压基本有三种方法：（1）保持开关工作频率不变，即Ts=ton+toff，保持恒定，控制开关导通时间ton，称为脉冲宽度调制型，即PWM 型。（2）保持开关导通时间不变，改变工作频率，称为脉冲频率调制型。（3）开关频率与导通时间均改变的控制方式最常用的是 PWM调制型。因为采用频率调制工作方式容易产生谐波干扰，而且滤波器设计比较困难。在PWM方式中，保持开关频率恒定，常采用控制电压信号Vo。与重复波形比较来控制开关通断状态，如图1.4所示。控制电压信号V通常是实际输出电压与所期望的输出电压之差经误差放大器放大的信号，重复波形通常是峰值恒定且为设定的开关工作频率的锯齿波，频率范围为几kHZ到几百kHZ。由图1.4（b）可知，当控制电压信号Vc变大，则导通时间变宽，而Vc变小，则导通时间变窄。这样，即可改变开关时间占空比可以控制输出电压大小。(a)tVsVcvs导通导通关断关断ton toH(b)图
