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1、反激式开关电源的设计学生姓名：程明生班级：0782053指导老师：潘 涛摘要： 随着电力电子技术的发展，开关电源的应用越来越广泛。反激式开关电源以 其设计简单，体积小型、轻量和高效率的特点，被广泛地应用于各种小功率场合的电气设 备和系统中，其性能的优劣直接关系到整个系统功能的实现。开关稳压电源有多种类型， 其中单端反激式开关电源由于具有线路简单，所需要的元器件少，能够提供多路隔离输出 等优点而广泛应用于小功率电源领域。反激式开关电源一般由PWM控制芯片（如UC3842）和功率开关管（频率较高时一般 使用MOSFET）组成，它由输入整流滤波电路、钳位保护电路、高频变压器 输出整流滤波 电路、反馈
2、电路、隔离驱动电路、 保护电路构成，它是利用变压器的漏感和功率管的寄生电 容实现零电压开关，使开关损耗大为降低，从而减小了开关的体积，减轻了体积，提高了 效率。另外，反激变压器的设计也是一个难点，其往往导致电源设计周期延长。随着PI公司 生产的以TOPSwitch为代表的新一代单片开关电源的问世，以上诸多问题都得到了很好的 解决。应用TOPSwitch-HX设计开关电源，不仅器件更少，结构更简单，发热量更少，工 作更可靠，采用该系列芯片已成为一种高效的反激式开关电源设计方案。关键词：TOPSwitch-HX反激式变换器 高频变压器 开关电源.指导老师签名：The design of Flyba
3、ck switching supply powerStudent name: Cheng MingshengClass:0782053Supervisor: Tao PangAbstract:With the development of power electronics, switching power supply used more and more widely. Flyback switching power supply with its simple design, small size and other strengths, is widely used in low po
4、wer situations. Switching power supply with its small, light weight and high efficiency characteristics, is widely used in various electrical equipment and systems, the merits of their performance is directly related to the realization of the whole system functions. There are many types of switching
5、 power supply, including single-ended flyback switching power supply With simple circuit, the fewer components needed, can provide multiple advantages, such isolated output is widely used in low-power power supply field.Conventional flyback switching power supply generally PWM control chip (such as
6、the UC3842) and power switch (usually used at high frequency MOSFET) formed, it is composed of input ctifier ilter circuits,lamp a protection circuit,high-frequency transformer,tput rectifier,filter circuit,eedback circuitlation driving circuit and circuit.In addition, the design of the flyback tran
7、sformer and a difficult, which often leads to power supply design cycles. With the PI produced by TOPSwitch represented the advent of new generation single-chip switching power supply, over a number of problems have been well resolved. Application of TOPSwitch-HX design switching power supply, not o
8、nly fewer devices, the structure is more simpleLess heat, more reliable, use the chips has become a highly efficient switching power supply design.Keywords : TOPSwitch-HX Flyback converter highf requency transformer switching power supplySignature of Supervisor:目录第一章绪论（1）一、反激式开关电源的背景（1）二、反激式开关电源现状与发
9、展趋势（2）三、本课题选题意义及所做工作（2）第二章反激式开关电源简介 （4）一、开关电源的分类（4）二、反激电源的性能特点 （5）三、反激开关电源的原理 （6）第三章高效反激式开关电源系统设计 （9）一、提高效率的方法（9）二、高效反激式开关电源的系统设计原理图（9）第四章 子电路的分析设计 （11）第五章设计总结与展望 （19）参考文献 （20）致谢 （22）附录（23）第一章 绪论一、反激式开关电源的背景开关电源的前身是线性稳压电源，线性稳压电源的结构简单，其中的关键元件是 稳压调整管，电源工作时检测输出电压，通过反馈电路对稳压调整管的基极电流进行 负反馈控制，这样，当输入电压发生变化，
10、或负载变化引起电源的输出电压变化时， 就可以通过改变稳压调整管的管压降来使输出电压稳定。为了使稳压调整管可以发挥 足够的调节作用，稳压调整管必须工作在线性放大状态，且保持一定的管压降。因此， 这种电源被称为线性稳压电源。早期的开关电源的频率仅为几千赫兹，随着电力电子器件及磁性材料性能的不断 改进，开关频率才得以提高。20世纪60年代末，垂直导电的高耐压、大电流的双极型 电力晶体管（亦称巨型晶体管、BJT、GTR）的出现，使得采用高工作频率的开关电源得 以问世，但当开关频率达到10KHZ左右时，变压器、电感等磁性元件发出很刺耳的噪 声，给工作和生产造成了很大噪声污染。为了减小噪声，并进一步减小电
11、源体积，在 20世纪70年代，新型电力电子器件的发展给开关电源的发展提供了物质条件。开关频 率终于突破了人耳听觉极限的20KHZ。随着电力电子技术的发展，工作在高频的开关电源己经广泛应用于电气和电子设 备的各个领域。开关电源设计的目的是通过能量处理将输入能量变化为所需要的能量 输出，通常的形式是产生一个符合要求的输出电压，这个输出电压的值不能受输入电 压或者负载电流的影响。二、反激式开关电源的现状及其发展趋势开关电源的设计要求有非常高的效率，高效率有着极为重要的意义。首先，高效 率减少了能量在传递过程中的损失，最理想的情况就是输入端的能量完全传递到了输 出端，在开关电源内部不损失任何的能量，开
12、关电源只是起到了能量形式转化的作用。 然而，实际设计时这一点是不能实现的。如果电源内部有较大的损失，这部分能量将 转化为热能损耗在器件上，这就要求开关电源有散热的设计，否则长时间的高温工作 将减少使用寿命，大大增加不稳定性。而增大散热部件会对开关电源小型化起到巨大 的阻碍作用。这一点在手持设备或者小型开关电源的应用中更为明显。其次，当今能 源日趋紧张，全世界开始意识到节约能源的重要性，对于电子设备的功耗提出了硬性 的指标规定。例如中国在2006年3月实施的节能评价值指标为待机能耗3W，能量效率 指数为。2009年3月1日将实施的节能评价值为待机能耗1W，能效指数为。提高开关电 源的效率不再是节
13、省使用者电费开支的额外功能，开始成为各个产品必须满足的一项 技术指标。再次开关电源设计要求能够小型化。开关电源的应用领域中小型化，集成化的需 求越来越高。比如笔记本电脑的电源系统，不仅需要完成充电控制，还需完成对微处 理器供电的降压处理，对硬盘供电的降压处理，以及对屏幕供电的直流转交流变换等。 所有的功能都希望在尽可能小的体积中完成。因此，小型化是开关电源的另一个发展 方向。而且由于集成电路器件本身的发展，已经有能力提供工作复杂的高频控制集成电 路芯片。然而， 随着工作频率的不断上升，由于高频造成的开关损耗逐渐成为了一 个严重的问题。尤其是如果工作频率不变，开关损耗不变，随着负载的不断减轻，系
14、 统的效率会随之下降。因此，为了保持电源的效率，新一代的开关电源芯片在工作频 率上不能再一味追求高的工作频率，而需要仔细分析和处理开关损耗问题。在轻载时， 通过降低工作频率以减少开关损耗，希望能保持高效率。这种仔细区分负载情况，在 不同负载下采用不同模式进行控制的多模式技术是提高效率的一个趋势。减少开关损 耗的另一个方法就是从开关损耗的本身出发，对引起开关损耗的起因进行改进。开关 损耗的原因是开关器件的实际曲线不是瞬间导通或关闭的理想图像，在变化过程中存 在着电压与电流都不为零的交叠区。对此，开关电源设计领域出现了软开关技术，即 零电压开关和零电流开关。零电压开关使开关在电压为零时开关导通，零
15、电流开关使 开关在电流为零的时候开关关闭。通常软开关的实现采用准谐振或者谐振等方法。三、本课题选题的意义及所作工作电子技术的迅猛发展一方面带动了电源技术的发展，一方面也对电源产品提出了 越来越高的要求。体积小、重量轻、高效能、高可靠性的“绿色电源”已成为下一代 电源产品的发展趋势。功率密度的急剧增大导致电源内部电磁环境越来越复杂，因之 产生的电磁干扰对电源本身及周围电子设备的正常工作都造成威胁。同时随着国际电 磁兼容法规的日益严格，产品的EMC性能指标直接关系到其推向市场的时间。高效反 激式开关电源以其电路抗干扰、高效、稳定性好、成本低廉等许多优点，特别适合小 功率的电源以及各种电源适配器，具
16、有较高的实用性。本设计就是设计一款低功耗的 反激式开关电源控制IC。该芯片应具有以下特点：突出的性价比，较少的外围元件； 能耗低，具有绿色模式功能，使系统在空载或轻载时工作在较低的频率下，能够有效 减少能耗；具备各种完善的保护电路，在各种突发情况下仍能保证系统安全；优秀的 抗电磁干扰(Electromagnetic Interference，EMI)特性；体积小，重量轻，适用于 多种便携设备及电源适配器。高效反激式开关电源的结构主要由220V交流电压整流及滤波电路、DC/DC变换 器、反馈控制电路三大部分组成。(1) 设计一个整流滤波器和DC/DC变换器之间加入了功率因数校正电路。220V 交流电经整流供给功率因数校正电路，提高电源的输入功率因数，同时降低了谐波电 流，从而减小谐波污染。(2) 设计反馈控
