多路输出反激式开关稳压电源

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1、学校代码： 10128学 号：XXXXXXXXXX本科毕业设计说明书(题目:多路输出反激式开关稳压 电源的设计学生姓名：XXXXX学院:电力学院系别:电力系专业:风能与动力工程班级:风能XXXX指导教师：XXXX副教授二O 五年六月摘要开关电源是重要的动力之源。尽管开关电源的电路可以千变万 化，但器基本构成却大致相同。开关电源的特点有体积小、质量轻、效率高、稳 压范围宽等等。凭借这些优点，很快代替了传统的线性稳压电源，并且在各种电 子和电气产品中得到广泛应用，而众多开关电源中的反激式开关电源因为其所需 元件少、拓扑结构简单、效率高等优点被广泛使用与多路输出、功率较小的电路 当中。本文设计主要基

2、于 TOPSwitch 系列，通过 EMI 滤波、整流桥整流对 220V 交流进行整流，光耦合反馈、TL431稳压配合TOPSwitch控制，变压器的降压， TOPSwith的PWM脉宽调制控制功能实现稳定输出，实现两路输出一路为15V, 1A；另一路为5V, 3A。其中，TOPSwitch为核心，通过控制脉冲电压占空比控 制反击式变换器的开通与关断，实现了电子设备对电源的要求，也抑制了对电网 的干扰。整个设计电路采用最新的，也较简单的电路设计，具有结构紧凑、开关平率 高、性能可靠、输入电压范围宽、输出效率高等优点。关键词：反激式变换器；开关电源； PWM 控制AbstractSwitch r

3、egulated power supply is the most important energy source.Although the kinds of switch power supply have a lot,but they have the same basic after all.The advantages of switch power supply are smaller size,light weight,high efficiency and a wide range of voltage and so on. With so many advantages, th

4、e type switch take the place of the traditional switch rapidly, so it is abroad used into many electron and electric production.The most of the flyback switch power supply is widely used in circuit which is multiplexed output and less power,because of its simple structure and less demand for periphe

5、rals.This design is based on TOPSwich series, which relies on EMI filtration.The rectifier bridge rectifier on 220V AC.Optical coupling feedback. TL431 voltage regulator cooperation with TOPSwitch control.Reduction voltage of transfomer. The ability of PWM pulse width modulation control of TOPSwitch

6、. It can make two output come ture.One is 15V;1A another is 5V;3A.The TOPSwitch is the center. It works by control off or on of the voltage duty ratio and the flyback converter. It make requirements of electronic equipment for source come true and inhibits grid interference,too.The whole circuit use

7、 newest and simplest design,which has characteristic is compact structure,high frequency,property reliable etc.Key words: Fiyback convert;Switch power ; PWM control目录第一章绪论11.1开关电源背景及意义11.2课题研究方案21.3论文主要做的工作2第二章多路输出反激式开关电源介绍42.1 T0PSwitch200 系列介绍42.2电源系统整体结构框图42.3反激式变换器的原理5第三章多路输出反激式开关各级电路分析及设备选择73.1

8、保护电路的选择73.2电源滤波器的计算与选择73.3整流桥的选择与计算83.4输入滤波电容的计算83.5钳位电路的选择93.6高频变压器的计算与选择103.7反馈电路的原理及结构143.8磁珠16第四章实验结果分析17第五章总结和展望19参考文献20附录21谢辞22第一章 绪论1.1 开关电源背景及意义今天是信息时代，电子技术迅速发展，开关电源也逐渐走上了时代的舞台， 采用开关电源技术能够减小电源体积，提高功率密度和电源效率，节省大量的铜、 铁等有色金属，当前实现中功率和小功率电源的方法就是使用反激是开关电源技 术。开关电源的效率很高，可达到传统电源的一倍左右，因此它的自身耗能也比 较低，这依

9、靠它的高频开关状态功能。现在常用的集成电路有单端输出和双端输 出，通过 PWM 脉宽控制，也有脉冲控制频率的开关电源。他们组成了的开关电源 可以实现无工变频。因为他们没有大体积的工频变压器，所以它达到电网的隔离 和电压的转换是使用小体积的高频变压器。现在的比较先进的开关电源工频可达 到几百千赫兹,他们的功率也可达到几千瓦。它的不足就是输出不稳定，易受干 扰，也会输出噪声。根据开关电源的这个特性，我们可以将开关电源做成前级稳 压电源，而将传统的电源作为后级电源，两者配合使用。现代开关电源虽然比传统电源有很多优点，但它设计和结构相对比较复杂， 除了在体积、能耗、开关频率，在其他方面甚至不如传统的电

10、源，如噪声略大。 开关电源不适合小功率的场合使用，其他功率场合，可以提高效率和减小成本。如今的开关电源效率大都比较高，在百分之七十到九十之间。与传统电源配 合使用，效率仍然很高。但是传统的电源效率在百分之三十到四十五之间。以往 的电源是如今开关电源质量的几倍，体积也是他们的几倍。开关电容一般使用容 量较大的滤波电容输入而传统线性的电源使用容量较小的电容，这使得断电后的 延续时间会比传统的电源时间稍长久一些，因为电容的电荷量和输入的直流电压 的平方成正比。开关电源的缺陷也有很多，比如说对噪声的抑制比较差，对外界的电磁干扰 之类的也比较差，输出的纹波比较大，对瞬间的响应变化比较慢，这些都是开关 电

11、源的弱点。开关电源的发展也只有短短的几十年。首先是上世纪 50年代，美国将其先 进的开关电源用于军事当中，以减小其体积和重量对军事的影响。随后出现的自 激推挽双变压器又推动了电源的发展，继而出现了无频变压器开关电源和现在比 较热门的PWM控制集成电路，近些年研发了单片开关电源使电源开创了新纪元， 使开关频率越来越高。我们国家的开关电源行业也是在上世纪后期得到发展。伴随着世界工业的全 球分工日渐显露，我国在使用和生产方面有着举足轻重的地位。现在开关电源行 业竞争也比较激烈。现在研究开关技术的人们大多都在研发开关器件和变频技 术，使向着更智能化、更便捷化发展。1.2 课题研究方案本篇论文依照课题要

12、求完成反激式开关稳压电源电路。主要的功能是将 220VAC 电压整流并且滤波、直流变直流反激变压器、光耦合反馈电路这几部分 组成。220V, 50Hz交流输入，15V/1A； 5V/3A两路输出。主电路是基于 TOPSwitch 为控制中心，滤波整流输入。电路的结构框图如图 1-1 所示。我们将电路分为三部分：上电、主功率和控 制。其中我们主要将主功率部分的变压器设计作为主要计算及设计的对象。它是 设计的关键部分。图 1-1 电路结构框图1.3 论文主要做的工作（1）首先设计一个 EMI 整流滤波器，根据截止平率进行计算分析，再设计 全波桥式整流电路， DC/DC 变换器前段还加上一个滤波电容

13、，可以降低谐波电流，从而降低了谐波的污染。（2）设计外围的控制电路、保护电路和启动电路。（3）通过 CAD 制图软件来绘制电路图。（4）对个单元电路的具体元器件参数值进行计算、分析和取值（5）分析各电路的波形并与实际波形对比分析。第二章 多路输出反激式开关电源介绍2.1 TOPSwitch200 系列介绍TOPswitch 一系列产品现在大多够用于设计服务于离线式开关电源，这类电 源都被高度集成，它的优点在于可以设计出大功率的电源，在相同的负载条件下 具有高的显著的效率，它不仅可以在满载、过载时表现卓越的性能，对于负载的 其他情况，TOPSwitch性能同样很优良，TOPSwitch是现代开关

14、电源的代表，有 很多项专利，优点也很多，结构紧凑、经济、高效等。TOP 系列的制作工艺基本都是将集成的 MOSFET 和控制器放在硅片上。因为 TOP 不需要额外的外部启动电路，这得依靠它的内部漏极可以连接一个高压电流 源，这可以为它提供偏置电流。TOPSwitch会在内部有一个振荡器，它的作用是 可以抑制噪声。当然，TOP的内部也有保护集成电路。它可以在空载、过载及短 路情况下来控制 MOSFET 来实现对变压器和输出的控制、功率。可以在过温的时 候对电路起到保护作用。TOP 系列都为 PWM 控制集成的 100kHz 的振荡器，它有 3 只引脚。这里他的 三个引脚分别是Drain、Cont

15、rol、Source。Drain的功能是与MOSFET链接，在 工作时，将电流切换到电流源，提供内部检测电流、内部偏置。Control的功能 是控制占空比，连接误差放大器，也可以连接反馈，这些都依赖于偏置电流。触 发输入锁存关机。这只引脚也可以实现重启，补偿电容和电源旁路功能。 Souurce 的作用是控制初级侧和参考点，并且连接 MOSFET 的 source 极。2.2 电源系统整体结构框图电源输入的电路图如图 2-1所示，首先为熔丝管的保护，它在整个电路中起 到保护电路的作用。后面是 EMI 滤波，最近这些年被广泛使用。它的电路器件 结构为主要为电感和电容，后面会具体介绍，把不同的设备要求需要不同的电感 电容相互配合，具有过滤电网干扰和噪声，同样也可以阻止向电网输送干扰的功 能，它是现代电子电气设备或产品不可缺少的一部分，有着重要的意义。在 EMI 的后面我们通常加上一个硅整流桥，它的全称为全波桥式整流桥。它的由四只二极管组成，随着科技的创新，整流桥做的是越来越小，越来越可靠、 实用，也是不可缺少的一部分在电子设备当中，图形如下。它的功能是将我们平 常使用的220V交流化为直流，使电流更平滑更稳定。我们为了使输入的电流更 稳定，常常在它后面并联一个电容，起到滤波的效果，这我们后面将会介绍。2.3 反激式变换器的原理反激式变换器的基本原理是在功率开