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1、 网络教育学院本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 题 目：基于MOSFET控制的反激式开关电源设计学习中心：奥鹏远程教育青岛学习中心（直属）层 次： 专科起点本科 专 业： 电气工程及其自动化 年 级： 2008年秋季 学 号： 200808106526 学 生： 封凯 指导教师： 完成日期： 年 月 日 摘要摘要随着电子电力技术的不断发展，集成化的开关电源就已被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。传统的交换式电源、线性稳压电源虽然电路结构简单、工作可靠，但它存在着效率低、体积大、铜铁消耗量大，工作温度高及调整范围小等缺点。因此需要设计一个开关电
2、源，可以处理的输入电压范围更广，提供更高的效率。但市面上有些开关电源存在一些问题，如MOSFET过热，输出的峰值电压偏高，具有极高的噪声干扰。本文通过设计一个基于MOSFET控制的反激式开关电源，并加入缓冲电路以满足设计约束，缓冲电路由一个电阻器、电容器和二极管组成，这样可以防止MOSFET过热以及过滤电压峰值，避免输出过冲。关键字：开关电源，MOSFET，反激式，缓冲电路基于MOSFET控制的反激式开关电源设计目录摘要ii第一章 绪论51.1 选题背景51.2 目的和意义61.3 国内外研究现状61.3 主要工作内容81.4 章节安排8第二章 开关电源原理及控制方法研究92.1开关电源的基本
3、原理92.2开关电源的组成模块10第三章 开关电源设计123.1技术指标123.2 输入整流滤波143.2.1 EMI滤波器143.2.2 浪涌抑制部分163.2 开关设计213.3 反击变压器设计233.4 输出整流253.5 反馈网络263.5 控制器设计293.6 保护电路38第四章 开关电源测试及性能测试41第五章 结论与展望431.2 结论43参考文献52致 谢53基于MOSFET控制的反激式开关电源设计第一章 绪论随着全球对能源问题的重视，电子产品的耗能问题将愈来愈突出，如何降低其待机功耗，提高供电效率成为一个急待解决的问题。传统的线性稳压电源虽然电路结构简单、工作可靠，但它存在着
4、效率低（只有40%50%）、体积大、铜铁消耗量大，工作温度高及调整范围小等缺点。为了提高效率，人们研制出了开关式稳压电源，它的效率可达85%以上，稳压范围宽，除此之外，还具有稳压精度高、不使用电源变压器等特点，是一种较理想的稳压电源。正因为如此，开关式稳压电源已广泛应用于各种电子设备中。1.1 选题背景传统的交流到直流电源电压低，在电力行业使用的一般都有一个固定的输入电压为120VAC或130VDC评级。过去往往是应用遥测和其他电子设备在变电站站服务环境中，120伏交流电或130VDC电池服务站提供了位置。在几乎所有的住宅/商业/小型工业客户服务点，唯一的有效成分一直是电能表。然而，在过去10
5、年的工业和商业客户服务点遥测数据的需要有所增加。有了这个数据需求增加出现了低电压直流电力通信的需求，以及其他微机监控设备。1.2 目的和意义1.3 国内外研究现状从我国开关电源的发展过程可以了解国际开关电源发展的一个侧面，虽然一般说来，我国技术发展水平与国际先进水平平均有510年差距。 70年代起，我同在黑白电视机，中小型计算机中开始应用5V，20-200A，20kHZ ACDC开关电源。80年代进入大规模生产和广泛应用阶段，并开发研究0.55MHz准谐振型软开关电源。80年代中，我国通信（如程控交换机）电源在ACDC及DCDC开关电源应用领域中所占比重还比较低。80年代末我国通信电源大规模更
6、新换代，传统的铁磁稳压-整流电源和晶闸管被相控稳压电源为大功率（48V， 6kw） ACDC开关电源（通信系统中常称为开关型整流器SMR）所取代；并开始在办公室自动化设备中得到应用。工业应用方面，在锅炉火焰控制，继电保护，激光，彩色TV，离子管灯丝发射电流调节，离子注射机，卤钨灯控制等系统中均有应用。 90年代我国又研制开发了一批新型专用开关电源，典型例子如下： 1.卫星开关电源。东方红三号通信卫星、风云一号、二号气象卫星均应用了开关电源。1.3 主要工作内容1.4 章节安排第二章 开关电源原理及控制方法研究2.1开关电源的基本原理开关电源的工作过程相当容易理解。在线性电源中，让功率晶体管工作
7、在线性模式，与线性电源不同的是，PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断状态。在这两种状态中，加在功率晶体管上的伏安乘积总是很小的（在导通时，电压低，电流大；关断时，电压高，电流小）。功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗。与线性电源相比，PWM开关电源更为有效的工作过程是通过“斩波”，即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。脉冲的占空比是开关电源的控制器来调节。一旦输入电压被斩成交流方波，其幅值就可以通过变压器来生高或降低。通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压组数。最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。控制器的主要目的式保持输出电
8、压稳定，其工作过程与线性形式的控制器很类似。也就是说控制器的功能模块电压参考和误差放大器，可以设计成与线性调节器相同。它们的不同之处在于，误差放大器的输出（误差电压）在驱动功率管之前要经过一个电压脉冲转换单元。开关电源有两种主要的工作方式：正激式变换和升压式变换。尽管它们各部分的布置差别很少，但是工作过程相差很大，在特定的场合下个有优点。正激式变换器的优点式：输出电压的纹波峰峰值比升压式变换器低，同时可以输出比较高的功率，正激式变换器可以提供数千瓦的功率。升压式变换器中峰值电流较高，因此只适合功率不大于150W的应用场合，在所有拓扑中，这类变换器所用的元器件最小，因而在中小功率的应用场合中和流
9、行。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,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.2.2 拓朴结构输入PFI滤波器和浪涌抑制器输入整流和滤波反馈网络启动、IC供电和驱动电电路保护电路整流与滤波变压器功率开关控制器驱动VCC地地保护抑制输出Vin(DC)Vout(DC)2.3 开关电源调制方法2.2.1PWM(PulsewidthModulation)调制方法脉冲调制英文表示是Pulse Wid
10、th Modulation，简称PWM。PWM是调节脉冲波占空比的一种方式。如图1所示，脉冲的占空比可以用脉冲周期、On-time、Off-time表示，如下公式：占空比On-time（脉冲的High时间）/ 脉冲的一个周期（On-time + Off-time）Tsw（一周期）可以是开关周期，也可以是Fsw=1/Tsw的开关频率。图 Pulse Width Modulation (PWM)在运用PWM的驱动电路中，可以通过增减占空比，控制脉冲一个周期的平均值。运用该原理，如果能控制电路上的开关设计（半导体管、MOSFET、IGBT等）的打开时间（关闭时间），就能够调节电流的效率。2.2.2P
11、FM(PulseFrequencyModulation)调制方法脉冲频率调制(PFM)是一种转换方法， 通常被应用于DC-DC转换器来提高轻负载效率。PFM也被称作“节电” 模式。工作在节电模式下的转换器在轻负载电流条件下使用PFM模式， 在较重负载电流条件下使用脉冲宽度调制(PWM)模式。这种工作模式使转换器可以在宽泛的电流输出范围内均保持极高的效率。2.2.3PSM(PulseSkipModulation)调制方法122.4 开关电源控制方法研究第三章 开关电源设计在本文中，是设计一个65W通用交流输入多路输出反激式变压器的PWM开关电源。这种开关电源可用于AV85240V输入的电子产品中
12、。这种特殊的开关电源可以提供25150W的输出功率，可以用在办公室小型分组交换机（PBX）等产品中。3.1技术指标3.2 输入整流滤波输入整流器/滤波器电路在开关电源中不被人重视。典型的输入整流器/滤波器电流由三到四个部分组成：EMI滤波器、浪涌抑制器、整流级（离线应用场合）和输入滤波电容。许多交流输入离线式电源要求有功率因数校正（PFC）。其电路图如图42。 图42 输入整流滤波电路3.2.1 EMI滤波器随着电子设计、计算机与家用电器的大量涌现和广泛普及，电网噪声干扰日益严重并形成一种公害。特别是瞬态噪声干扰，其上升速度快、持续时间短、电压振幅度高（几百伏至几千伏）、随机性强，对微机和数字
13、电路易产生严重干扰，常使人防不胜防，这已引起国内外电子界的高度重视。电磁干扰滤波器（EMIFilter）是近年来被推广应用的一种新型组合器件。它能有效地抑制电网噪声，提高电子设备的抗干扰能力及系统的可靠性，可广泛用于电子测量仪器、计算机机房设备、开关电源、测控系统等领域。输入滤波的前级是EMI滤波器。这个电感流过的是相对较大的直流电流，并且要防止高频开关噪声进入输入电源端。在交流离线应用场合，经常用共模扼流圈，在本设计中，EMI滤波器选用二阶共模滤波器。EMI滤波器的主要作用是滤除开关噪声和由输入线引起的谐波。基本电路及其典型应用该五端器件有两个输入端、两个输出端和一个接地端，使用时外壳应接通
14、大地。电路中包括共模扼流圈（亦称共模电感）L、滤波电容C1C4。L对串模干扰不起作用，但当出现共模干扰时，由于两个线圈的磁通方向相同，经过耦合后总电感量迅速增大，因此对共模信号呈现很大的感抗，使之不易通过，故称作共模扼流圈。它的两个线圈分别绕在低损耗、高导磁率的铁氧体磁环上，当有电流通过时，两个线圈上的磁场就会互相加强。L的电感量与EMI滤波器的额定电流I有关。需要指出，当额定电流较大时，共模扼流圈的线径也要相应增大，以便能承受较大的电流。此外，适当增加电感量，可改善低频衰减特性。C1和C2采用薄膜电容器，容量范围大致是0.01F0.47F,主要用来滤除串模干扰。C3和C4跨接在输出端，并将电容器的中点接地，能有效地抑制共模干扰。C3和C4亦可并联在输入端，仍选用陶瓷电容，容量范围是2200pF0.1F。为减小漏电流，电容量不得超过0.1F，并且电容器中点应与大地接通。C1C4的耐压值均为630V
