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1、 University of Science and Technology Liaoning毕业设计 论文题目：小型高频开关电源的设计 学 院： 电子与信息工程学院 班 级： 自动化2011-6 IV 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 页小型高频开关电源的设计摘 要 在各种电力电子设备中，开关电源作为其供电装置必不可少。一个完整的开关电源系统主要由输入电路、开关变换器、变压器、输出电路、控制电路等几部分组成，将交流输入电转换成电力电子设备所需的直流电。现阶段开关电源主要向高频化、集成化、智能化等方向发展，对电力电子设备性能的提高扮演了举足轻重的角色。本文针对电动汽车电驱动系统的电源需求，设计一款
2、小型高频开关电源，以期实现宽范围电压输入和多路隔离输出的问题。选择单端反激式拓扑，高频变压器采用耦合方式实现小型开关电源的多路隔离输出。基于单端反激式变换器原理及电流型PWM控制芯片，本文设计了一个单端反激式多路输出小型高频开关电源，主要介绍了单端反激变换器、RCD箝位电路、UC3842芯片、电压及电流反馈电路的设计过程。关键词：开关电源；单端反激式变换器；高频变压器；电流型PWM控制；UC3842Small High-frequency Switching Power Supply DesignAbstractIn various power electronic devices, swit
3、ching power supply device as playing an important role. A complete switching power supply system consists of an input circuit, switching converters, transformers, output circuit, a control circuit composed of several parts, the AC input power is converted into direct current required to power electr
4、onic devices. At this stage mainly to the high-frequency switching power supply, integration, intelligence and other direction, to improve the performance of power electronics played a pivotal role.In this paper, the power requirements of the electric vehicle electric drive system, a small high-freq
5、uency switching power supply design, in order to achieve a wide range of input voltage problem and multi-channel isolation output. Choose single-ended flyback topology, high-frequency transformer coupling achieve small switching power supply multi-channel isolation output. Based on a single-ended fl
6、yback converter principle and current mode PWM control chip, the article gives a single-ended flyback multi-output compact high-frequency switching power supply design, introduced the flyback transformer, RCD clamp circuit, UC3824 start circuit, voltage feedback circuit and current feedback circuit
7、design process.Keywords: switching power supply; single-ended flyback converter; high-frequency transformers; current-mode PWM control; UC3842目 录1 绪论11.1 高频开关电源概述11.1.1 高频开关电源的特点11.1.2 高频开关电源技术发展方向11.2 选题背景21.3 本文主要研究内容32 高频开关电源的工作原理42.1 高频开关电源的基本原理42.2 开关电源的技术参数52.2.1 输入技术参数52.2.2 输出技术参数62.3 开关电源的变
8、换器72.3.1 单端正激式结构72.3.2 单端反激式结构82.3.3 半桥式电路结构82.3.4 全桥式电路结构92.3.5 推挽式电路结构93 单端反激式变换器113.1 单端反激式变换器的构成与基本原理113.2 单端反激变换器的工作模式123.3 单端反激式变换器工作模式的分析比较154 小型高频开关电源系统的电路设计184.1 控制电路的理论基础184.1.1 控制电路的构成及原理184.2 小型高频开关电源系统的主电路设计194.2.1 小型高频开关电源的原理图设计194.2.2 高频变压器设计204.2.3 箝位电路设计224.3 小型高频开关电源系统的控制电路设计244.3.
9、1 电流型PWM控制芯片UC3842254.3.2 UC3842的启动及正常工作254.3.3 电压反馈电路设计264.3.4 电流反馈电路设计274.3.5 振荡频率的设定284.3.6 输出滤波电路设计28结 论29致 谢30参考文献31第 29 页辽宁科技大学本科生毕业设计1 绪论1.1 高频开关电源概述1.1.1 高频开关电源的特点所谓高频开关电源，广义地说，凡是利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电源形态的主电路都叫做开关转换电器，利用高频脉宽调制（PWM）技术或高频脉冲频率调制（PFM）技术，在转变时通过对开关转换器的自动闭环控制来稳定电压，并具有保护与显示环节
10、的，则称为高频开关电源1。自从20世纪70年代，用高频开关电源取代线性调节器式电源以来，高频开关电源得到了很大的发展。40多年来，高频开关电源的技术进步和发展历程有三大标志：（1）功率半导体开关器件用功率场效应晶体管（MOSFET）和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)取代了70年代使用的普通功率晶体管；（2）高频化PWM与PFM控制技术的应用和软开关技术的应用；(3)开关电源系统集成技术的应用。现代的高频开关电源技术是发展最快、应用最广泛的一种电力电子电源技术。可以说，凡是用电的电子设备没有不用开关电源的，如家用电器中的电视机、个人计算机、音响设备、日光灯镇流器、医院的医疗设备、通信电源、航空航天
11、电源、UPS电源、变频器电源、交流电动机的变频调速电源、便携式电子设备的电源等，都要使用高频开关电源。它的应用面之广是任何电力电子电源都无法比拟的1。1.1.2 高频开关电源技术发展方向（1）采用高性能碳化硅（SiC）功率半导体器件26碳化硅将是21世纪最可能成功应用的新型功率半导体器件材料，其优点是禁带宽、工作温度高（可达600 ）、通态电阻小、导热性能好、漏电流极小以及PN结耐压高等。（2）高频磁技术对高频磁性材料，要求损耗小，散热性能好，磁性能优越。适用于兆赫级频率的磁性材料为人们所关注，如超薄钴基非晶态磁带，1MHz（）时，损耗仅仅为0.71 ，是MnZn高频铁氧体的。研究将铁氧体或其
12、他薄膜材料高密度集成在硅片上，或硅材料集成在铁氧体上，是一种磁电混合集成技术，这种技术还包括利用电感箔式绕组层间分布电容实现磁元件与电容混合技术等。此外，给出磁元件设计准则、方法、磁参数和结构参数与电路性能的依赖关系，明确设计自由度与约束条件也是发展方向之一。（3）新型电容器研究开发适合于功率电源系统用的新型电容器和超级大电容，要求容量大、等效串联电阻小、体积小等。（4）功率因数校正AC-DC变换技术一般高功率因数AC-DC电源由两级组成，在DC-DC变换器前加一级前置功率因数校正器，这样至少需要2个主开关管及两套控制驱动电路，总体效率低，成本高。在要求不太高的情况下，可以用PFC和变换器组合
13、电路构成小功率DC-DC开关电源，功率因数仍可校正到0.8以上，这种电路结构称为单管单级功率因数校正AC-DC变换器。（5）高频开关电源的电磁兼容研究高频开关电源的电磁兼容性通常涉及开关过程产生的和，引起强大的传导性电磁干扰和谐波干扰。同时，开关电源内部控制电路也必须能承受主电路及工业应用现场电磁噪声的干扰。由于问题的特殊性和测量上的具体困难，针对开关电源电磁兼容的研究工作，目前还处于起始阶段。1.2 选题背景 开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC 和MOSFET 构成。开关电源和线性电源相
14、比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间。从开关电源发展史来讲，如今已经走到第五代。第一代70年初，那时候从线性电源开始走向开关电源；第二代是1976开始取得UL 安规认证；第三代从80年代中期开始，开关电源走向全球通用，因此电源的开发就不能局限在北美或者日本市场，输入电压要考虑85265V 范围内，同时欧规和其他安规都要考虑进来；第四代在90年中期，欧盟要求电磁兼容（E
15、MC），包括功率因数校正（PFC）方面的高次谐波要求；现在进入了第五代，2006年7月，欧盟将强制执行关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令（Restriction of Hazardous Substances）条例，以限制有毒物质的使用，这样新一代的电源产品就诞生了。开关电源的发展方向是高频化，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约资源、节约能源及保护环境方面都具有重要的意义。近年来，开关电源已广泛地应用于电力，通信，交通等各个领域，并取得了显著的经济效益。随着开关器件以及磁性材料性能的不断改进，开关频率逐步提高，功率逐步增大，开关电源的性能也更加优良。相关技术的发展和开发软件的改进，也使开关电源的研发水平大大提高。1.3 本文主
