開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與制作精選(九篇)

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第1篇：開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與制作范文

關(guān)鍵詞：礦用傳感器；開關(guān)電源；寄生參數(shù)；尖峰干擾；濾波器開關(guān)

電源的制造和工作機(jī)理也決定了其中存在工作電容、電感和寄生電容、電感。由于電感的電流不能突變，電容電壓不能突變，因此，開關(guān)電源工作過(guò)程中，功率半導(dǎo)體器件高速通斷使瞬態(tài)變化不可避免的頻繁產(chǎn)生，由于瞬態(tài)變化產(chǎn)生的尖峰脈沖電壓和浪涌脈沖電流成是開關(guān)電源的主要電磁干擾源[1]。煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控用電源箱多為隔爆兼本安性設(shè)備，按煤礦有關(guān)規(guī)定，不能布置于工作面等場(chǎng)所，而工作面為煤礦主要作業(yè)地點(diǎn)，布置有大量的傳感器，通常傳感器到供電電源箱距離較長(zhǎng)，因此提高傳感器受電電源效率就成為煤礦用傳感器的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)之一，由于開關(guān)電源具有體積小、質(zhì)量輕、效率高等方面的優(yōu)點(diǎn)，目前采用開關(guān)電源是唯一成熟的技術(shù)方案[2]，傳感器是煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控的感知前端，其可靠性對(duì)整個(gè)煤礦的生產(chǎn)管理具有重要意義，開關(guān)電源是傳感器的核心單元之一，其電磁輻射強(qiáng)度直接影響到傳感器的可靠性，并對(duì)整個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)上的其他設(shè)備也有一定的影響，因此，降低開關(guān)電源的電磁干擾對(duì)提升煤礦用傳感器的惡劣電磁環(huán)境適用性具有重要意義[3]。

1開關(guān)電源的電磁干擾分析

在開關(guān)電源工作過(guò)程存在電流、電壓的高頻瞬態(tài)變化，瞬態(tài)變化產(chǎn)生高頻的dI/dt和dU/dt，隨之形成的浪涌電流和尖峰電壓產(chǎn)生強(qiáng)烈電磁干擾，只有抑制此類干擾，才能從根本上弱化電磁干擾。由于在開關(guān)電源工作過(guò)程中不可避免的采用工頻濾波整流的方法，其中，大電容的快速充電放電、開關(guān)管開關(guān)狀態(tài)的高頻切換和續(xù)流二極管的頻繁反向恢復(fù)都屬于這類干擾[4]。開關(guān)電源中整流管的驅(qū)動(dòng)波形、場(chǎng)效應(yīng)二極管的漏源波形和續(xù)流管的恢復(fù)波形等基本上接近于非定頻率的高頻矩形波，其周期的倒數(shù)決定了基波頻率，脈沖邊緣上升時(shí)間與下降時(shí)間的和倒數(shù)決定了倍頻頻率分量的頻率值，通常情況下基波頻率在10～2000MHz范圍內(nèi)，諧波頻率為基波頻率的奇數(shù)倍，具有更高的頻率特征，這些高頻信號(hào)會(huì)對(duì)開關(guān)電源輸出電壓的紋波、控制電路的穩(wěn)定性造成較強(qiáng)的干擾[5]。在煤礦用傳感器上，主要表現(xiàn)為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。其中，由于功率開關(guān)管通斷時(shí)間很短，產(chǎn)生較大的電壓變化率和電流變化率，并且開通回路中有電感存在，導(dǎo)致發(fā)生較高的尖峰電壓和尖峰電流，由此產(chǎn)生的干擾通過(guò)引線傳導(dǎo)，形成高頻傳導(dǎo)干擾；整流二極管產(chǎn)生的噪聲干擾：整流二極管的非線性造成二極管導(dǎo)通角變小，同時(shí)，在濾波電容的儲(chǔ)能作用下，由此產(chǎn)生了時(shí)間短、峰值高的尖峰傳導(dǎo)電流，其中諧波分量豐富，頻率通常在1000MHz左右，對(duì)控制器件的采樣環(huán)節(jié)產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾；功率電感產(chǎn)生的輻射干擾：由于繞制工藝制約，功率電感的不可避免的存在漏感，漏感將產(chǎn)生電磁輻射，造成輻射干擾，功率電感中流過(guò)脈沖電流，脈沖電流引起的電磁變化也會(huì)產(chǎn)生輻射干擾，開關(guān)電源工作時(shí)，續(xù)流二極管二次和濾波電容形成高頻續(xù)流回路，由于切換頻率較高，形成較大的電壓變化率和電流變化率，向空間輻射噪聲，形成輻射干擾；另外，開關(guān)管、散熱片、電感的分布電容及分布電感也會(huì)形成電磁變化，形成空間輻射干擾[6]。

2開關(guān)電源的電磁干擾抑制措施

干擾源、耦合通路和敏感體是電磁兼容的三要素，屏蔽干擾源、切斷耦合通路和強(qiáng)化敏感體的抗干擾能力是解決電磁兼容問題的3種技術(shù)途徑，采取以上任何一種技術(shù)途徑都可以弱化電磁干擾：提升抗擾度能力。開關(guān)電源工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，因具體開關(guān)電源工作原理不同而表現(xiàn)方式多種多樣，電磁兼容性問題比較復(fù)雜，但在原理上仍符合基本的抗擾度電路模型，從三要素入手仍可得到有效的抑制方法，目前煤礦傳感器多采用開關(guān)電源控制集成電路聯(lián)合器件的方案，一但集成電路選定后，電磁抑制只能從器件的選擇和配置上尋求解決方案[7]。

2.1抑制開關(guān)電源中電磁干擾源

為保證煤礦用傳感器的多電壓供電需求，常用變壓器加二極管整流的方式輸出多組不同等級(jí)的電壓，如上文所屬，同樣不可避免的存在傳導(dǎo)干擾和空間電磁輻射干擾，通過(guò)飽和電感Ls串聯(lián)在整流二極管上的方法抑制電磁干擾，飽和電感在減小二極管反向恢復(fù)電流中的應(yīng)用如圖1，其中，用具有制作飽和電感Ls的磁芯效果更優(yōu)。由于使用矩形BH曲線磁性材料做的磁芯電感具有磁導(dǎo)率高的顯著特點(diǎn)，在BH曲線上有一段可以快速進(jìn)入飽和區(qū)的近似垂直線性區(qū)，實(shí)際工程應(yīng)用中，在二極管導(dǎo)通狀態(tài)下，使飽和電感近似于理想金屬導(dǎo)體，工作在飽和狀態(tài)，當(dāng)二極管關(guān)斷時(shí)，飽和電感近似于理想電感，工作在電感特性狀態(tài)下，可以有效抑制反向恢復(fù)電流的快速大范圍變化，起到弱化對(duì)外部干擾的作用[8]。

2.2切斷電磁干擾傳輸途徑

線上干擾是開關(guān)電源眾多干擾的主要體現(xiàn)，使用電源線濾波器可以有效抑制電源線干擾，對(duì)電源線上差模干擾和共模干擾的抑制能力決定了電源線濾波器的效能。開關(guān)電源電磁干擾濾波器如圖2。如圖2，L1為共模電感，CY1和CY2為共模電容，CX1和CX2為差模電容，其中，共模濾波元件分別對(duì)共模干擾有較強(qiáng)的衰減作用，差模濾波元件對(duì)差模干擾有較強(qiáng)的衰減作用，對(duì)于共模干擾，共同1個(gè)磁環(huán)上，通常使用漏磁小、效率高的環(huán)形磁芯，2個(gè)繞組繞制時(shí)的匝數(shù)相同、繞向相反，構(gòu)建共模電感L1，但在實(shí)際使用中，由于工藝問題，2個(gè)電感繞組不可能各項(xiàng)參數(shù)完全接近，存在一定的差異性，使2個(gè)繞組的電感值不可能完全相同，存在一定的差值，此差值正好等同于差模電感，因此，不必再單獨(dú)構(gòu)建獨(dú)立的差模電感，這樣可以降低電路的復(fù)雜度，提升可靠性，電容CX1及CX2與差模電感構(gòu)成的∏型濾波器可以有效抑制差模干擾。圖2中除了共模電感以外，電容CY1及CY2也對(duì)共模干擾也有良好的弱化效果，在低頻時(shí)，共模濾波的抑制主要由電感器起作用，在高頻時(shí)，電容CY1及CY2作為共模濾波器而起到抑制共模干擾的作用，電容CY1和CY2接于電源線和地線之間，承受的電壓較高，因此，需要選擇高耐壓、低漏電流特性的器件，通常根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的具體參數(shù)選定電容CY1和CY2。對(duì)于差模干擾，通常使用低通濾波元件構(gòu)成差模干擾抑制器，2根電源線之間接1只濾波電容是輸入濾波電路的最簡(jiǎn)形式（如圖2中電容CX1），電容的選取要考慮電源工作頻率、干擾成分頻率、耐壓等綜合因素，盡可能濾除干擾頻率而保留有效分量，通常選取高頻干擾阻抗低的電容，故對(duì)于電源線間的高頻干擾相當(dāng)于短路，難以通過(guò)，對(duì)于電源線間工頻信號(hào)，由于頻率為50Hz，屬于低頻分量，故阻抗很高，相當(dāng)于開路，所以對(duì)工頻信號(hào)傳輸影響較小，電容的耐壓值要滿足包括電壓沖擊在內(nèi)的線路可能出現(xiàn)最大電壓等級(jí)，為避免電容儲(chǔ)能放電而引起的沖擊危害，CX電容容量一般在0.01～0.1μF之間，不宜過(guò)大，總之，通過(guò)選取有效參數(shù)的電容，就能對(duì)高頻干擾起到抑制作用[9]。

2.3使用屏蔽降低電磁敏感設(shè)備的敏感性

用電阻率低的金屬材料對(duì)電場(chǎng)進(jìn)行屏蔽，用磁導(dǎo)率高的復(fù)合材料對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽，從而屏蔽輻射，是抑制輻射噪聲的根本方法之一。在實(shí)際工程應(yīng)用中，使用具有金屬屏蔽層的連接線和電源線，是阻斷外部空間輻射電磁干擾耦合的常用方法之一，可以有效提升對(duì)于外部干擾的抑制能力，使用磁環(huán)、磁珠和單點(diǎn)接地的PCB布局等方法也可有效提升電源及信號(hào)線的抗干擾能力，開關(guān)電源外殼對(duì)器件可以起到支撐和防護(hù)作用，如采用低電阻率材料，也可以對(duì)電磁輻射干擾起到很好的防護(hù)作用，從而產(chǎn)生事半功倍的作用，由于干擾通常為高頻分量，所以外殼的對(duì)對(duì)接縫要相對(duì)嚴(yán)密，縫處的焊接等處理應(yīng)滿足EMC規(guī)定的抗擾度屏蔽能力，通過(guò)上述措施的融合運(yùn)用，可以有效提升開關(guān)電源抵抗外部電磁環(huán)境干擾能力，也可弱化對(duì)外部電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾，但要注意，由于開關(guān)電源本身為高頻器件，其采樣和控制信號(hào)同樣也未高頻，一定要使有效信號(hào)頻率位于濾波器通帶之內(nèi)，才能保證有效信號(hào)不會(huì)受到EMC元件的干擾[10]。

3應(yīng)用通用電路模擬和PSPlCE仿真

3.1二階無(wú)源電磁抑制濾波器干擾抑制效果

將二階無(wú)源電磁抑制濾波器串入開關(guān)電源輸出端接，利用示波器采樣，觀測(cè)濾波器輸入、輸出信號(hào)的變化，開關(guān)電源輸出經(jīng)過(guò)EMI濾波器后，電壓信號(hào)幅值幾乎沒有衰減，而高頻的尖峰干擾被弱化，幾乎完全濾除，二階無(wú)源電磁抑制濾波器抑制效果圖如圖3。3.2共模與差模傳導(dǎo)干擾信號(hào)的抑制效果分析利用Pspice電壓探頭通過(guò)Lisn可以很容易的分離共模、差模信號(hào)，在通用電路分析軟件中，利用加權(quán)、相關(guān)處理算法分離出的共模噪聲低于30dBμV，差模噪聲低于50dBμV，可見對(duì)噪聲具有明顯的抑制作用。共模和差模噪聲的抑制效果圖如圖4。

3.3寄生參數(shù)影響的抑制效果

理想的EMI濾波器元器件均采用純電容純電感，實(shí)際使用情況下存在高頻寄生參數(shù)，對(duì)高頻寄生參數(shù)的抑制作用仿真效果如圖5，干擾大于1MHz的干擾，采取本文抑制措施后，對(duì)干擾的抑制作用明顯。

4結(jié)語(yǔ)

提出的基于EMI濾波器的開關(guān)電源抑制方法，可有效弱化開關(guān)電源輸出端的尖峰干擾，抑制了傳導(dǎo)性噪聲干擾，并應(yīng)用到傳感器的設(shè)計(jì)中，提高了傳感器在煤礦等復(fù)雜環(huán)境下的可靠性，同時(shí)在工程應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)對(duì)供電線路的浪涌、瞬變脈沖群干擾也有良好的抑制效果，整體提升了煤礦用傳感器的抗EMC干擾能力。

參考文獻(xiàn)：

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第2篇：開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與制作范文

關(guān)鍵詞： 并聯(lián)均流；開關(guān)電源；技術(shù)領(lǐng)域

中圖分類號(hào)：TM919 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671－7597（2012）0220022－01

1 技術(shù)領(lǐng)域

“開關(guān)電源模塊并聯(lián)均流” 的應(yīng)用是由于一臺(tái)直流穩(wěn)定電源的輸出的電壓、電流、功率不能滿足要求，因此在實(shí)用中采用模塊化的構(gòu)造方法，用一定規(guī)格的模塊式電源，按照并聯(lián)的方式，分別達(dá)到輸出電壓、輸出電流、輸出功率擴(kuò)展的目的。

開關(guān)電源的一種結(jié)合恒壓橫流的技術(shù)，提高電源輸出功率，增強(qiáng)的帶負(fù)載的能力，能夠更好地提高能源的利用率，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目的。

2 背景技術(shù)

傳統(tǒng)的電源是通過(guò)板半整流電路、全橋整流電路等，但是這些方法實(shí)現(xiàn)的只是恒壓源或者恒流源，輸出額定的恒定的電壓或者電流，在我們的日常生活中大功率的電器很多，這就需要提供一個(gè)穩(wěn)定的電源給他供電，但是往往在生活中由于一些原因造成功率不夠等現(xiàn)象，這樣嚴(yán)重的影響了電器的使用壽命。如何提供一個(gè)可靠地電源成為了一個(gè)重要應(yīng)用問題。

開關(guān)電源模塊并聯(lián)均流它所對(duì)應(yīng)的就是一些大功率的電器，但是如何制作一個(gè)可靠穩(wěn)定的即能恒定輸出恒定的電壓，又能恒定輸出恒定的電流，且工作穩(wěn)定、智能化的電源是我們必須深刻研究的問題。

3 發(fā)明內(nèi)容

開關(guān)電源模塊并聯(lián)均流系統(tǒng)包括系統(tǒng)供電模塊：1）線性電源模塊；2）電壓型開關(guān)電源模塊；3）電流型開關(guān)電源模塊；4）和單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊；5）各模塊單獨(dú)使用/組合使用完成并聯(lián)均流控制。

開關(guān)電源模塊并聯(lián)均流系統(tǒng)所述的系統(tǒng)供電模塊1）包括市電（11）、EMI濾波（12）、降壓變壓器（13）和整流濾波電路（14），市電（11）為系統(tǒng)供電；EMI濾波（12）濾除電網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)的干擾，消除系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的污染；降壓變壓器（13）將市電降至安全電壓；整流濾波電路（14）完成整流和濾波，獲得直流電壓為電壓型開關(guān)電源模塊（3）、電流型開關(guān)電源模塊（4）供電。

開關(guān)電源模塊并聯(lián)均流系統(tǒng)所述的系統(tǒng)線性電源模塊2）為電壓型開關(guān)電源模塊（3）、電流型開關(guān)電源模塊（4）、和單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊（5）中各芯片的工作電源。

開關(guān)電源模塊并聯(lián)均流系統(tǒng)所述的系統(tǒng)電壓型開關(guān)電源模塊3）包括電壓型PWM芯片（31）、驅(qū)動(dòng)隔離電路（32）和電壓型DC/DC（33），電壓型PWM芯片（31）根據(jù)輸出電壓采樣反饋信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)PWM信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)隔離電路（32）后接至電壓型DC/DC。

開關(guān)電源模塊并聯(lián)均流系統(tǒng)所述的系統(tǒng)電流型開關(guān)電源模塊4）包括電流型PWM芯片（41）、驅(qū)動(dòng)隔離電路（42）和電流型DC/DC（43），電流型PWM芯片（41）根據(jù)負(fù)載電流采樣反饋信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的PWM信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)隔離電路（42）接至電流型DC/DC。

開關(guān)電源模塊并聯(lián)均流系統(tǒng)所述的系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊5）包括4×4鍵盤（51）、單片機(jī)核心板（52）和顯示模塊（53），由單片機(jī)核心板（52）接口與電壓型開關(guān)電源模塊（3）、電流型開關(guān)電源模塊（4）和恒流電源模塊（5）的數(shù)控接口連接進(jìn)行數(shù)控電源操作，4×4鍵盤（51）完成對(duì)輸出電壓/電流的設(shè)置和步進(jìn)調(diào)整功能，顯示模塊（53）完成對(duì)設(shè)定電壓/電流和實(shí)際輸出電壓/電流的顯示。

開關(guān)電源模塊并聯(lián)均流系統(tǒng)所述的系統(tǒng)系統(tǒng)供電模塊（1）、線性電源模塊（2）、電壓型開關(guān)電源模塊（3）和單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊（5）組合使用完成開關(guān)電源模塊并聯(lián)均流系統(tǒng)的并聯(lián)均流操作。

本系統(tǒng)還設(shè)置了安全保障系統(tǒng)，通過(guò)傳感器時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)它的電壓和電流，對(duì)超過(guò)額定值的電壓和電流進(jìn)行保護(hù)，以免發(fā)生事故和意外，對(duì)電器和電網(wǎng)造成危害。

4 附圖說(shuō)明

圖1為開關(guān)電源模塊并聯(lián)均流系統(tǒng)原理圖；

圖2為集成線性穩(wěn)壓電路；

圖3為開關(guān)電源模塊并聯(lián)均流系統(tǒng)電路圖；

其中圖3：

D8：為反相器；

R12、R14、R30：為采樣電阻D6：為電流二極管。

5 具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)開關(guān)電源模塊并聯(lián)均流系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，將市電220V的交流電先經(jīng)EMI濾波之后分別接入系統(tǒng)供電模塊進(jìn)行降壓處理、整流濾波輸出電壓為后面的開關(guān)電源的恒壓和恒流源提供電壓和電流，以實(shí)現(xiàn)電壓和電流的控制和線性電源模塊進(jìn)行整流濾波處理輸出穩(wěn)定的線性電壓，為后面的單片機(jī)和一些線路板供電。在運(yùn)行中，電路始終提供一個(gè)穩(wěn)定的電壓，并且通過(guò)單片機(jī)的AD端口檢測(cè)霍爾傳感去輸出的電流的大小通過(guò)采樣電阻測(cè)出電壓的大小，并時(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，之后調(diào)節(jié)負(fù)載的大小是電流發(fā)生變化，通過(guò)電流的變化使單片機(jī)的DA端口輸出一個(gè)電壓給恒流源的控制電阻，使恒流源輸出一個(gè)恒定的電流，另一部分電流則由恒壓源提供，并且恒流恒壓源提供的電流可以按比列輸出。

如圖2所示，將市電220V的交流電先經(jīng)EMI濾波之后給線性電源模塊整流降壓實(shí)現(xiàn)12v和5v的直流輸出分別給控制電路板和單片機(jī)供電，為系統(tǒng)的控制和保障提供了保障。

如圖3所示，為實(shí)現(xiàn)均流的電路圖，通過(guò)單片機(jī)的監(jiān)測(cè)和輸出控制恒壓和恒流輸出電壓和電流的大小。

6 結(jié)語(yǔ)

在大功率DC/DC開關(guān)電源中經(jīng)常采用多個(gè)電源并聯(lián)的方法來(lái)提高功率，開關(guān)電源并聯(lián)均流可以安全可靠的不間斷供電。如果采用單臺(tái)電源供電該變換器勢(shì)必要要處理更大的功率給功率器件的選擇，開關(guān)平率和功率密度的提供帶來(lái)困難，并且一旦單臺(tái)發(fā)生故障整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)崩潰。采用兩個(gè)開關(guān)電源模塊來(lái)運(yùn)行不但可以提高功率是每個(gè)開關(guān)電源的功率變小同時(shí)也減少了單臺(tái)開關(guān)電源遇到故障所帶來(lái)的問題。

參考文獻(xiàn)：

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第3篇：開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與制作范文

1　引言

隨著PWM技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，開關(guān)電源得到了廣泛的應(yīng)用，以往開關(guān)電源的設(shè)計(jì)通常采用控制電路與功率管相分離的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但這種方案存在成本高、系統(tǒng)可靠性低等問題。美國(guó)功率集成公司?POWER Integration Inc?開發(fā)的TOP Switch系列新型智能高頻開關(guān)電源集成芯片解決了這些問題，該系列芯片將自啟動(dòng)電路、功率開關(guān)管、PWM控制電路及保護(hù)電路等集成在一起，從而提高了電源的效率，簡(jiǎn)化了開關(guān)電源的設(shè)計(jì)和新產(chǎn)品的開發(fā)，使開關(guān)電源發(fā)展到一個(gè)新的時(shí)代。文中介紹了一種用TOP Switch的第三代產(chǎn)品TOP249Y開發(fā)變頻器用多路輸出開關(guān)電源的設(shè)計(jì)方法。

2　TOP249Y引腳功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2．1 TOP249Y的管腳功能

TOP249Y采用TO－220－7C封裝形式，其外形如圖1所示。它有六個(gè)管腳，依次為控制端C、線路檢測(cè)端L、極限電源設(shè)定端X、源極S、開關(guān)頻率選擇端F和漏極D。各管腳的具體功能如下：

控制端C：誤差放大電路和反饋電流的輸入端。在正常工作時(shí)，利用控制電流IC的大小可調(diào)節(jié)占空比，并可由內(nèi)部并聯(lián)調(diào)整器提供內(nèi)部偏流。系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)，利用該端可激發(fā)輸入電流，同時(shí)該端也是旁路、自動(dòng)重啟和補(bǔ)償電容的連接點(diǎn)。

線路檢測(cè)端L：輸入電壓的欠壓與過(guò)壓檢測(cè)端，同時(shí)具有遠(yuǎn)程遙控功能。TOP249Y的欠壓電流IUV為50μA，過(guò)壓電流Iav為225μA。若L端與輸入端接入的電阻R1為1MΩ，則欠壓保護(hù)值為50VDC，過(guò)壓保護(hù)值為225VDC。

極限電流設(shè)定端X：外部電流設(shè)定調(diào)整端。若在X端與源極之間接入不同的電阻，則開關(guān)電流可限定在不同的數(shù)值，隨著接入電阻阻值的增大，開關(guān)允許流過(guò)的電流將變小。

源極S：連接內(nèi)部MOSFET的源極，是初級(jí)電路的公共點(diǎn)和電源回流基準(zhǔn)點(diǎn)。

開關(guān)頻率選擇端F：當(dāng)F端接到源極時(shí)，其開關(guān)頻率為132kHz，而當(dāng)F端接到控制端時(shí)，其開關(guān)頻率變?yōu)樵l率的一半，即66kHz。

漏極D：連接內(nèi)部MOSFET的漏極，在啟動(dòng)時(shí)可通過(guò)內(nèi)部高壓開關(guān)電流提供內(nèi)部偏置電流。

2．2 TOP249Y的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

TOP249Y的內(nèi)部工作原理框圖如圖2所示，該電路主要由控制電壓源、帶隙基準(zhǔn)電壓源、振蕩器、并聯(lián)調(diào)整器／誤差放大器、脈寬調(diào)制器（PWM）、門驅(qū)動(dòng)級(jí)和輸出級(jí)、過(guò)流保護(hù)電路、過(guò)熱保護(hù)電路、關(guān)斷／自動(dòng)重起動(dòng)電路及高壓電流源等部分組成。

3 基于TOP249Y的開關(guān)電源設(shè)計(jì)

筆者利用TOP249Y設(shè)計(jì)了一種新型多路輸出開關(guān)電源，其三路輸出分別為5V／10A、12．5V／4A、7V／10A，電路原理如圖3所示。該電源設(shè)計(jì)的要求為：輸入電壓范圍為交流110V～240V，輸出總功率為180W。由此可見，選擇TOP249Y能夠滿足要求。

3．1 外圍控制電路設(shè)計(jì)

該電路將X與S端短接可將TOP249Y的極限電流設(shè)置為內(nèi)部最大值；而將F端與S端短接可將TOP249Y設(shè)為全頻工作方式，開關(guān)頻率為132kHz。

圖2 

    在線路檢測(cè)端L與直流輸入U(xiǎn)i端連接一2MΩ的電阻R1可進(jìn)行線路檢測(cè)，由于TOP249Y的欠壓電流IUV為50μA，過(guò)壓電流Iav為225μA，因此其欠壓保護(hù)工作電壓為100V，過(guò)壓保護(hù)工作電壓為450V，即TOP249Y在本電路中的直流電壓范圍為100～450V，一旦超出了該電壓范圍，TOP249Y將自動(dòng)關(guān)閉。

3．2 穩(wěn)壓反饋電路設(shè)計(jì)

反饋回路的形式由輸出電壓的精度決定，本電源采用“光耦＋TL431”，它可以將輸出電壓變化控制在±1％以內(nèi)，反饋電壓由5V／12A輸出端取樣。電壓反饋信號(hào)U0通過(guò)電阻分壓器R9、R11獲得取樣電壓后，將與TL431中的2．5V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較并輸出誤差電壓，然后通過(guò)光耦改變TOP249Y的控制端電流IC，再通過(guò)改變占空比來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓U0使其保持不變。光耦的另一作用是對(duì)冷地和熱地進(jìn)行隔離。反饋繞組的輸出電壓經(jīng)D2、C2整流濾波后，可給光耦中的接收管提供電壓。R4、C4構(gòu)成的尖峰電壓經(jīng)濾波后可使偏置電壓即使在負(fù)載較重時(shí)，也能保持穩(wěn)定，調(diào)節(jié)電阻R6可改變輸出電壓的大小。

3．3 高頻變壓器設(shè)計(jì)

由于該電源的輸出功率較大，因此高頻變壓器的漏感應(yīng)盡量小，一般應(yīng)選用能夠滿足132kHz開關(guān)頻率的錳鋅鐵氧體，為便于繞制，磁芯形狀可選用EI或EE型，變壓器的初、次級(jí)繞組應(yīng)相間繞制。

高頻變壓器的設(shè)計(jì)由于要考慮大量的相互關(guān)聯(lián)變量，因此計(jì)算較為復(fù)雜，為減輕設(shè)計(jì)者的工作量，美國(guó)功率公司為TOP Switch開關(guān)電源的高頻變壓器設(shè)計(jì)制作了一套EXCEL電子表格，設(shè)計(jì)者可以方便地應(yīng)用電子表格設(shè)計(jì)高頻變壓器。

3．4 次級(jí)輸出電路設(shè)計(jì)

輸出整流濾波電路由整流二極管和濾波電容構(gòu)成。整流二極管選用肖特基二極管可降低損耗并消除輸出電壓的紋波，但肖特基二極管應(yīng)加上功率較大的散熱器；電容器一般應(yīng)選擇低ESR?等效串聯(lián)阻抗?的電容。為提高輸出電壓的濾波效果，濾除開關(guān)所產(chǎn)生的噪聲，在整流濾波環(huán)節(jié)的后面通常應(yīng)再加一級(jí)LCC濾波環(huán)節(jié)。

3．5 保護(hù)電路設(shè)計(jì)

本電源除了電源控制電路TOP249Y本身所具備的欠壓、過(guò)壓、過(guò)熱、過(guò)流等保護(hù)措施外，其外圍控制電路也應(yīng)有一定的保護(hù)措施。用D3、R12、Q1可構(gòu)成一個(gè)5．5V的過(guò)壓檢測(cè)保護(hù)電路。這樣，當(dāng)5V輸出電壓超過(guò)5．5V時(shí)，D3擊穿使Q1導(dǎo)通，從而使光耦電流增大，進(jìn)而增大了控制電路TOP249Y的控制端電流IC，最后通過(guò)內(nèi)部調(diào)節(jié)即可使輸出電壓下降到安全值。

圖3

    為防止在開關(guān)周期內(nèi)，TOP249Y關(guān)斷時(shí)漏感產(chǎn)生的尖峰電壓使TOP249Y損壞，電路中設(shè)計(jì)了由箝壓齊納管VR1、阻斷二極管D1、電容C5、電阻R2、R3組成的緩沖保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)在正常工作時(shí)，VR1上的損耗很小，漏磁能量主要由R2和R3承擔(dān)；而在啟動(dòng)或過(guò)載時(shí)，VR1即會(huì)限制內(nèi)部MOSFET的漏極電壓，以使其總是處于700V以下。

4 電源性能測(cè)試及結(jié)果分析

根據(jù)以上設(shè)計(jì)方法，筆者對(duì)采用TOP249Y設(shè)計(jì)的多路輸出開關(guān)電源的性能進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，該電源工作在滿載狀態(tài)時(shí)，電源工作的最大占空比約為0．4，電源的效率約為90％，紋波電壓控制、電壓調(diào)節(jié)精度及電源工作效率都超過(guò)了以往采用控制電路與功率開關(guān)管相分立的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式的開關(guān)電源。

第4篇：開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與制作范文

數(shù)字接收機(jī)開關(guān)電源的

一般檢修方法

1、了解情況。接修一臺(tái)數(shù)字接收機(jī)，首先要向機(jī)主了解機(jī)器的相關(guān)情況，如機(jī)器發(fā)生故障前后的情況，發(fā)生故障時(shí)供電電壓是否穩(wěn)定，有無(wú)異味異響、有無(wú)圖像和伴音等，根據(jù)機(jī)主所反映的故障現(xiàn)象確定不同的檢修方法，防止檢修的盲目性。

2、直觀檢查。直觀檢查就是根據(jù)故障機(jī)外在表現(xiàn)及元器件的一些異?，F(xiàn)象確定故障點(diǎn)。簡(jiǎn)而言之，直觀檢查法就是直接觀察元器件是否存在燒毀、變形、變色、破裂等現(xiàn)象，表現(xiàn)出的這些現(xiàn)象常常就是故障位置所在或與故障有密切關(guān)系，據(jù)此推斷出故障的部位所在。如：檢查電源開關(guān)及電源線是否正常，檢查顯示屏顯示是否正常，圖像和聲音是否正常，是否聽到異常的聲音等。打開機(jī)蓋，觀察保險(xiǎn)管是否熔斷，熔斷的保險(xiǎn)管是否發(fā)黑，電解電容頂部有無(wú)開裂和漏液現(xiàn)象，開關(guān)管或集成塊等元件有無(wú)炸裂，電阻等元件有無(wú)燒黑變形等。一般帶有散熱片的元器件微熱是正常的，查這類元件是否過(guò)熱。機(jī)內(nèi)是否有燒焦氣味，仔細(xì)檢查電路板底的所有焊點(diǎn)，看有無(wú)虛焊。如元件異常則根據(jù)具體情況檢查相關(guān)電路。一般保險(xiǎn)管發(fā)黑燒毀是機(jī)內(nèi)存在短路故障的重要標(biāo)志，故障部位應(yīng)發(fā)生在開關(guān)變壓器之前，應(yīng)檢查抗干擾電路中的電容及整流電路后的濾波電容是否漏電，橋式整流電路中二極管是否損壞，開關(guān)管或?qū)Ｓ眉蓧K是否擊穿等。

3、測(cè)量電壓、電阻檢查法。有些故障無(wú)法用直觀檢查法查出損壞元件。這時(shí)，可用測(cè)量關(guān)鍵點(diǎn)電壓的方法來(lái)判斷故障的大致范圍。例如：測(cè)量橋式整流電路后的濾波電容兩端有無(wú)300V電壓，可斷定抗干擾電路及整流電路是否工作正常，測(cè)量開關(guān)管基極或?qū)Ｓ瞄_關(guān)電源模塊啟動(dòng)端有無(wú)電壓判斷是否啟動(dòng)，斷定啟動(dòng)電路有無(wú)故障，如啟動(dòng)電路及開關(guān)管正常，則應(yīng)檢查開關(guān)變壓器初級(jí)繞組、反饋電路是否有故障。如更換的開關(guān)管或?qū)Ｓ瞄_關(guān)電源模塊多次擊穿，則應(yīng)重點(diǎn)檢查消尖峰電路是否正常。測(cè)量電壓檢查方法還可根據(jù)電源輸出端各組輸出電壓確定故障范圍，斷定開關(guān)電源是否啟動(dòng)工作，工作有無(wú)異常等。例如：各組電源電壓普遍偏低，則可能是誤差取樣放大和反饋電路存在故障，各組電源中電壓有的偏低，則應(yīng)重點(diǎn)檢查異常電壓的支路有無(wú)故障等。測(cè)量電阻檢查法主要分為兩種：一是測(cè)量開關(guān)電源電路或元器件的對(duì)地電阻，二是測(cè)量元器件本身的電阻。測(cè)量開關(guān)電源輸出端的對(duì)地電阻，可以判斷電路的負(fù)載是否正常，當(dāng)負(fù)載電阻發(fā)生較大變化時(shí)，電源輸出端對(duì)地電阻必然也會(huì)有較大的變化，以此變化來(lái)判斷出發(fā)生故障的部位。測(cè)量電阻法也可以對(duì)懷疑有短路的故障點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)。在檢查以專用開關(guān)電源模塊為核心元件的主變換電路中，在確保專用開關(guān)電源模塊元件正常的情況下，通過(guò)檢查電源模塊各引腳的阻值，阻值本不應(yīng)為0的引腳，電阻反而為0，即可斷定集成電路已擊穿損壞。

檢修衛(wèi)星數(shù)字接收機(jī)開關(guān)電源的

注意事項(xiàng)

1、開關(guān)電源與市電連接，檢修時(shí)要注意安全。特別是不要帶電觸摸開關(guān)變壓器之前的元件，防止發(fā)生電擊或觸電現(xiàn)象。

2、衛(wèi)星數(shù)字接收機(jī)大多采用小功率開關(guān)電源，負(fù)載電流及輸出電壓不高且將開關(guān)電源制作成單獨(dú)的電源板，檢修時(shí)，可斷開電源板與主板的連線，這樣既可防止在檢修過(guò)程中因電壓異常升高而燒毀主板上的元件，也可確認(rèn)故障發(fā)生部位在主板或開關(guān)電源本身。

3、對(duì)于保險(xiǎn)管或限流電阻等保護(hù)性電路元件損壞的故障機(jī)，在未查明原因前不可更換元件盲目通電，更不能用大規(guī)格保險(xiǎn)管或金屬絲代替，以防擴(kuò)大故障范圍。如不通電對(duì)檢修有困難，確有必要通電的，可在原保險(xiǎn)管處串入一只白熾燈燈泡，根據(jù)燈泡發(fā)光程度來(lái)確定有無(wú)短路故障存在，如燈泡很暗或不發(fā)光，則可以直接更換受損元件通電檢修。

4、開關(guān)管或?qū)Ｓ秒娫茨K的損壞常常是由于其外部電路發(fā)生故障引起的，在開關(guān)管或?qū)Ｓ秒娫茨K更換后，應(yīng)對(duì)與其直接相關(guān)電路的元件進(jìn)行全面檢查，確認(rèn)無(wú)誤后再通電試機(jī)，防止開關(guān)管或?qū)Ｓ秒娫茨K的再次損壞。

5、在測(cè)量橋式整流電路后濾波電容兩端這一關(guān)鍵點(diǎn)電壓時(shí)，要先對(duì)該電容進(jìn)行放電，然后再用萬(wàn)用表電阻檔檢測(cè)，否則容易造成萬(wàn)用表?yè)p壞。

第5篇：開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與制作范文

工作原理

220V交流市電經(jīng)電源開關(guān)SW和保險(xiǎn)管FUSE送至抗干擾電路，濾除電網(wǎng)中的高頻干擾信號(hào)，同時(shí)對(duì)開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾信號(hào)起抑制作用。經(jīng)抗干擾電路處理的220V交流電經(jīng)過(guò)VD1-VD4組成的橋式整流和C1濾波電路，得到約300V直流電壓。300V直流電壓一路經(jīng)開關(guān)變壓器初級(jí)①-②繞組加至DH321⑥、⑦、⑧腳內(nèi)部的“敏感型”場(chǎng)效應(yīng)功率開關(guān)管漏極，另一路直接加到的DH321⑤腳，通過(guò)內(nèi)部高壓?jiǎn)?dòng)電流源對(duì)②腳外接電容C4充電，隨著充電的進(jìn)行，當(dāng)②腳電壓上升到大于12V時(shí)，高壓電流源的供電自行切斷，DH321內(nèi)部各功能電路開始正常工作，此時(shí)開關(guān)管進(jìn)入正常開關(guān)狀態(tài)。電路起振后，改由開關(guān)變壓器③-④繞組產(chǎn)生的感應(yīng)脈沖電壓經(jīng)VD6整流、R4限流及C4濾波后產(chǎn)生的約14V直流電壓為②腳供電。只要②腳電壓不低于8V，電路就將鎖定在正常工作狀態(tài)，當(dāng)②腳電壓低于8V時(shí)，高壓?jiǎn)?dòng)電流源的供電立即接通，為②腳外接電容C4充電，只有當(dāng)②腳電壓回升到大于12V時(shí)，內(nèi)部自動(dòng)重啟動(dòng)電路動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)電源的自動(dòng)重啟動(dòng)。由于DH321內(nèi)部集成了高壓?jiǎn)?dòng)電流源，因而無(wú)需外加啟動(dòng)電路，大大簡(jiǎn)化了電路。電源正常工作后，開關(guān)變壓器次級(jí)各繞組產(chǎn)生高頻脈沖電壓，分別經(jīng)過(guò)整流、濾波后輸出不同的電壓，為主板各單元電路提供工作電源。

IC2（PC817）和IC3（KA431）等元件組成電壓取樣、穩(wěn)壓電路，當(dāng)因某種原因使輸出電壓升高時(shí)，取樣電壓比較放大器KA 431的控制端R電壓也隨之升高，使KA 431的K端電壓下降，光電耦合器IC2（PC817）內(nèi)的發(fā)光二極管發(fā)光增強(qiáng)，光敏三極管導(dǎo)通增強(qiáng)而內(nèi)阻減小，流經(jīng)DH321③腳電流增大，因DH321內(nèi)部集成有電流型PWM（脈沖寬度調(diào)制）控制器，經(jīng)過(guò)脈寬調(diào)整，使開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間變短，開關(guān)變壓器儲(chǔ)能減少，輸出電壓降低，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。當(dāng)輸出電壓降低時(shí)，穩(wěn)壓控制與上述過(guò)程相反。

由DH321組成的開關(guān)電源具有多種完善的保護(hù)措施。當(dāng)市電電壓升高或穩(wěn)壓控制電路失控造成輸出電壓升高時(shí)，開關(guān)變壓器③-④繞組上的電壓也會(huì)升高，加至②腳的電壓隨之升高，當(dāng)②腳電壓超過(guò)19V時(shí)，內(nèi)部過(guò)壓保護(hù)電路啟動(dòng)，開關(guān)管截止，實(shí)現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)。當(dāng)電源輸入電壓過(guò)低時(shí)，開關(guān)變壓器③-④繞組上感應(yīng)脈沖電壓隨之下降，DH321②腳的電壓也相應(yīng)降低，當(dāng)②腳電壓低于8V時(shí)，內(nèi)部欠壓保護(hù)電路啟動(dòng)，使開關(guān)管截止，起到欠壓保護(hù)作用。當(dāng)電源過(guò)載時(shí)，DH321內(nèi)部脈沖寬度控制器（PWM）輸入端電壓達(dá)到3V時(shí)，內(nèi)部脈沖寬度控制器（PWM）輸入端被切斷，此時(shí)內(nèi)部一個(gè)5µA電流源給DH321③腳外接電容C5充電，當(dāng)C5兩端電壓充到6V時(shí)，內(nèi)部電路關(guān)閉電源開關(guān)管的激勵(lì)脈沖，電源開關(guān)管截止，實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。電源的過(guò)流保護(hù)電路以及電流取樣檢測(cè)電路均集成在DH321內(nèi)部，當(dāng)因某種原因致使流經(jīng)DH321內(nèi)部場(chǎng)效應(yīng)開關(guān)管源極的電流增大時(shí)，DH321內(nèi)部場(chǎng)效開關(guān)管源極取樣檢測(cè)電阻兩端壓降增大，當(dāng)開關(guān)管源極電流增大到1.2A時(shí)，開關(guān)管源極取樣檢測(cè)電阻兩端電壓達(dá)到閥值電壓，內(nèi)部電壓比較器動(dòng)作，開關(guān)管的激勵(lì)脈沖被關(guān)閉，開關(guān)管截止，電源停止輸出。DH321內(nèi)部還集成了過(guò)熱檢測(cè)器，當(dāng)內(nèi)部溫度達(dá)到140℃時(shí)，過(guò)熱保護(hù)電路動(dòng)作，開關(guān)管的激勵(lì)脈沖被關(guān)閉，開關(guān)管截止，實(shí)現(xiàn)了過(guò)熱保護(hù)。此外，由R1、C3、VD5組成消尖峰電路，吸收DH321內(nèi)部開關(guān)管截止瞬間，開關(guān)變壓器初級(jí)繞組產(chǎn)生的尖峰脈沖，達(dá)到保護(hù)開關(guān)管的目的。

檢修思路

1、電源無(wú)輸出電壓。

應(yīng)先檢查保險(xiǎn)管FUSE是否熔斷，如果保險(xiǎn)管FUSE已熔斷，則應(yīng)檢查電路中是否存在短路故障，重點(diǎn)檢查橋式整流電路中四只二極管和濾波電容C1有無(wú)短路現(xiàn)象，排除短路故障更換保險(xiǎn)管后再通電試機(jī)。通電測(cè)C1兩端是否有300V電壓，如果C1兩端無(wú)300V電壓，則應(yīng)檢查電源線、插座是否存在故障，抗干擾電路中電感線圈是否已開路。如C1兩端有300V電壓則說(shuō)明抗干擾、整流、濾波電路正常，只是主變換電路有故障而未啟動(dòng)，應(yīng)先檢查DH321電路元件是否損壞，如DH321電路元件未發(fā)現(xiàn)異常，再更換DH321試之。

2、各組電源輸出電壓普遍偏高或偏低。

此類故障多為電壓取樣、穩(wěn)壓電路中元件異常所致，應(yīng)檢查IC2（PC817）和IC3（KA431）相關(guān)聯(lián)電路各元件有無(wú)損壞。

第6篇：開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與制作范文

【關(guān)鍵詞】PWM控制模式；狀態(tài)空間平均法；boost電路

一、引言

隨著電力電子技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展，電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，與此同時(shí)電源技術(shù)的發(fā)展也有很大進(jìn)步，電源是對(duì)公用電網(wǎng)或某種電能進(jìn)行變換和控制的供電設(shè)備，能夠向各種用電設(shè)備提供優(yōu)質(zhì)電能。電源在電子電路中起著舉足輕重的作用，它是整個(gè)系統(tǒng)的心臟部位，其性能的優(yōu)劣直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和安全性。電源可分為傳統(tǒng)線性電源和開關(guān)電源，對(duì)傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓電源存在效率低、損耗大、體積大、調(diào)整范圍小以及工作穩(wěn)定高等一系列問題，人們研制出開關(guān)穩(wěn)壓電源，使得電源管理芯片進(jìn)入到一個(gè)嶄新的時(shí)代。開關(guān)電源自產(chǎn)生以來(lái)，已經(jīng)逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的線性電源而得到廣泛的應(yīng)用。開關(guān)電源又稱作開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源，其效率可達(dá)85%以上，體積小、重量輕，非常適用于各種便攜式電子設(shè)備中，其次開關(guān)電源還有功耗低、效率高、發(fā)熱量小、系統(tǒng)穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。開關(guān)電源按照電源的類型可以分為AC/AC電源、DC/DC電源、AC/DC電源和DC/AC電源。其中DC/DC型開關(guān)電源現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)模塊化，它的功率調(diào)整器件工作在截止區(qū)飽和導(dǎo)通區(qū)，起到一個(gè)開關(guān)的作用。目前DC-DC開關(guān)電源的需求也越來(lái)越大，其性能要求也越來(lái)越高。PWM控制技術(shù)是以沖量相等而形狀不同的窄脈沖代替正弦波，按照一定的采樣規(guī)則對(duì)各個(gè)脈沖進(jìn)行調(diào)制，從而的得到開關(guān)管所需的觸發(fā)脈沖，以此改變電路輸出電壓大小和輸出頻率。隨著PWM技術(shù)、微電子技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，PWM控制技術(shù)獲得空前的發(fā)展，相應(yīng)的PWM控制技術(shù)的改進(jìn)在開關(guān)電源的應(yīng)用方法具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意思。與傳統(tǒng)開關(guān)電源相比，PWM控制的開關(guān)電源具有提高功率因素和抑制諧波能力的優(yōu)點(diǎn)。由于開關(guān)電源本質(zhì)上是一個(gè)離散的、非線性系統(tǒng)，所以要建立統(tǒng)一的傳函在實(shí)現(xiàn)上很困難。本文在深入分析PWM控制的開關(guān)電源的基本原理的基礎(chǔ)上，在理想條件下，運(yùn)用狀態(tài)空間平均法建立Boost電路的數(shù)學(xué)模型，并利用MATLAB軟件對(duì)模型進(jìn)行仿真，并將仿真結(jié)果與實(shí)際PWM控制的DC/DC模式的輸出波形進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明基于PWM控制的DC/DC開關(guān)電源具有更好性能，這對(duì)于提高控制系統(tǒng)的性能具有現(xiàn)實(shí)意義和研究?jī)r(jià)值。

二、開關(guān)電源工作原理

開關(guān)電源以半導(dǎo)體器件作為開關(guān)器件，通過(guò)控制開關(guān)管開通和關(guān)斷占空比，來(lái)保證輸出電壓穩(wěn)定的電源。利用功率開關(guān)管和儲(chǔ)能元件共同實(shí)現(xiàn)開關(guān)管開通和關(guān)斷時(shí)刻，能量的轉(zhuǎn)換即：在開關(guān)管開頭時(shí)間里，電感從輸入電壓源獲取能量，并以電磁能的形式儲(chǔ)存起來(lái)；在開關(guān)管關(guān)斷時(shí)間里，電感釋放所獲取的能量并提供外部電路使用。開關(guān)電源主要由四個(gè)主體部分組成：輸入回路、功率變換電路、輸出回路和控制電路典型的開關(guān)電源原理結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。開關(guān)電源的工作原理可以分為如下幾分：1、交流輸入電源經(jīng)過(guò)輸入回來(lái)進(jìn)行經(jīng)濾波、整流得到較為平滑的直流電壓；2、經(jīng)過(guò)輸入回路處理過(guò)的直流高電壓再通過(guò)功率變換電路變換為高頻脈沖電壓，然后將此方波電壓經(jīng)輸出回路二次整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷翰⑤敵觯?、高頻脈沖電壓通過(guò)輸出回路逆變?yōu)V波為穩(wěn)定的直流輸出電壓；4、采樣電路對(duì)輸出電壓進(jìn)行檢測(cè)和采樣，經(jīng)過(guò)控制電路對(duì)功率開關(guān)管的觸發(fā)脈沖進(jìn)行調(diào)制，從而調(diào)整開關(guān)管的開通時(shí)間，以穩(wěn)定輸出交流電壓。開關(guān)電源功率開關(guān)器件處于開關(guān)工作狀態(tài)，其導(dǎo)通時(shí)的管壓降非常小，可以近似不消耗能量，其關(guān)斷時(shí)漏電流很小，也近似為不消耗能量，所以開關(guān)電源的功率轉(zhuǎn)換效率非常高。

圖1 開關(guān)電源原理結(jié)構(gòu)圖

三、開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

DC/DC型開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有降壓型（Buck）、升壓型（Boost）以及降壓-升壓型（Buck-Boost）型，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖2所示：圖2（a）為BUCK型電路?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整PWM占空比的大小，來(lái)獲得任意大于輸入電壓的輸出電壓。圖2（b）為Boost電路可以得到任意小于輸入電壓的輸出電壓。圖2（c）為Buck―Boost電路，此電路可以獲得大于或小于輸入電壓的輸出電壓。

（a）降壓型（Buck） （b）降壓型升壓型（Boost）

（c）降壓-升壓型（Buck-Boost）

圖2 DC/DC型開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

四、PWM調(diào)制模式

開關(guān)電源調(diào)制方式主要有四種調(diào)制方式包括：脈沖寬度調(diào)制（PWM）、脈沖頻率調(diào)制（PFM）、脈沖周期調(diào)制（PSM）和混合調(diào)制方式。其中脈沖寬度調(diào)制（PWM）是開關(guān)電源中最為常用的控制方式，也是易于控制的一種方式，因?yàn)槠溟_關(guān)頻率固定，通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)調(diào)節(jié)占空比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)管通斷的控制，以達(dá)到輸出電壓的控制。PWM的工作原理：是在輸入電壓、內(nèi)部參數(shù)及外部負(fù)載變化時(shí)，將基準(zhǔn)信號(hào)與控制信號(hào)的差值進(jìn)行閉環(huán)控制，來(lái)調(diào)節(jié)主電路開關(guān)管的導(dǎo)通脈沖寬度，來(lái)使開關(guān)電源的輸出電壓穩(wěn)定。開關(guān)電源PWM控制電路根據(jù)不同的反饋形式及不同的反饋取樣信號(hào)，可以分為電壓控制模式和電流控制模式兩種。

（一）電壓型PWM控制。電壓PWM控制將輸出電壓反饋與給定值進(jìn)行比較輸出PWM開關(guān)管開通觸發(fā)信號(hào)，進(jìn)而控制輸出電壓的控制模式，其電路原理圖如圖3所示。

圖3 電壓型PWM控制

電壓型PWM控制電路是一種單環(huán)控制系統(tǒng)，包含一個(gè)電壓反饋電路。采樣電路從輸出電壓采取電壓反饋信號(hào)，并且對(duì)其進(jìn)行處理以改變開關(guān)關(guān)占空比，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。通過(guò)規(guī)則采樣法或自然采樣法對(duì)輸出電壓Vout進(jìn)行采樣，Vout經(jīng)分壓后送入誤差放大器的反相輸入端，與參考電壓Vref進(jìn)行差值放大，得到誤差輸出電壓Ve，誤差輸出電壓Ve和載波信號(hào)經(jīng)過(guò)PWM比較器進(jìn)行比較，得到一系列脈沖控制信號(hào)。當(dāng)鋸齒波信號(hào)高于Ve=大于載波信號(hào)時(shí)時(shí)，脈沖輸出信號(hào)為高電平，反之為低電平，進(jìn)而控制了電源的輸出。電壓型PWM控制模型工作波形如圖4所示。

圖4 電壓控制模式工作波形

電壓控制模式的優(yōu)點(diǎn)是抗噪聲能力強(qiáng)，對(duì)于多路輸出電源之間的交互調(diào)節(jié)效應(yīng)較好，占空比調(diào)節(jié)不受限制，對(duì)輸出負(fù)載變化有較快的響應(yīng)速度。它的缺點(diǎn)是只有電壓反饋回路沒有電流環(huán)，對(duì)于穩(wěn)壓電源來(lái)說(shuō)，要不斷地調(diào)節(jié)輸入電流，以滿足輸出電流的變化和負(fù)載變化以穩(wěn)定輸出電壓。

（二）電壓型PWM控制。為了彌補(bǔ)電壓型PWM控制模式的不足，產(chǎn)生了電流型PWM控制模式。電流型控制模式是采用電壓、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，在電壓控制模式基礎(chǔ)上加入電流內(nèi)環(huán)控制。電流反饋信號(hào)取自輸出電流，其電路原理圖如圖5所示。

圖5 電流型PWM控制模式

電流型PWM是一種雙閉環(huán)控制系統(tǒng)控制電路包含了一個(gè)電壓反饋環(huán)路和電流反饋環(huán)路。在電流控制模式中，輸出反饋電壓Vfb與基準(zhǔn)電壓的差值經(jīng)過(guò)比例積分調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后得到輸出電壓基準(zhǔn)值Ve，與反饋輸入電壓Vs進(jìn)行PWM調(diào)制。當(dāng)Vs值大于Ve時(shí)，PWM比較器翻轉(zhuǎn)，以此調(diào)節(jié)開關(guān)管驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定，電流PWM模式工作波形如圖6所示： 電流控制模式有效解決了系統(tǒng)響應(yīng)速度慢及電壓模式控制產(chǎn)生的負(fù)載調(diào)整補(bǔ)償問題。電流控制模式對(duì)輸入電壓變化起前饋控制作用，即在輸入電壓變化還未導(dǎo)致輸出電壓改變時(shí)，電流內(nèi)環(huán)就起到調(diào)節(jié)作用。電流內(nèi)環(huán)具有快速的響應(yīng)時(shí)間，它相對(duì)于電壓外環(huán)是起到一個(gè)受控放大器的作用。由于整個(gè)系統(tǒng)有響應(yīng)速度快和穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，所以反饋回路的增益比一般PWM系統(tǒng)高很多。電流型PWM控制模型具有一定的優(yōu)點(diǎn)：PWM具有良好的開環(huán)線形調(diào)整；由于采用單極點(diǎn)控制，因而具有良好的小信號(hào)穩(wěn)定性能，對(duì)負(fù)載調(diào)整具有較好的補(bǔ)償作用且具有優(yōu)異的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。同時(shí)也具有一定的缺點(diǎn)：出現(xiàn)次諧波不穩(wěn)定狀況時(shí)，需要有斜坡補(bǔ)償；負(fù)載調(diào)整差；噪聲抑制差；峰值電流與平均電流有很大的誤差。

五、理想Boost開關(guān)電源數(shù)學(xué)模型的建立

在理想條件下，當(dāng)電感L的電流i（t）連續(xù)時(shí)，Boost電路的一個(gè)開關(guān)周期可以分為兩個(gè)階段。如圖7所示。設(shè)Boost變換器的輸入電壓為vg（t），輸入電流為ig（t），電感電流為vg（t），電感電壓為vl（t），電感的電流i（t），為電容電壓為v（t），電容電流為ic（t）。取狀態(tài)變量為 ，輸入變量為，輸出變量為。

（a）階段1等效電路 （b）階段2等效電路

圖7 Boost變換器一個(gè)開關(guān)周期的兩個(gè)工作狀態(tài)

在階段1時(shí)，即，s1導(dǎo)通，電感處于充磁階段，等效電路如圖7（a）所示；在階段2時(shí)，即，s1截止，電感處于放磁階段，等效電路如圖7（b）所示。

在時(shí)間段，描述電路瞬時(shí)狀態(tài)的方程為：

時(shí)間段，描述電路瞬時(shí)狀態(tài)的方程為：

設(shè)開關(guān)周期平均算子

代入公式得：

因?yàn)?/p>

令

則

代入公式得

Boost電路的小信號(hào)方程表示為：

六、仿真及結(jié)果分析

（一）狀態(tài)空間平均法仿真。利用MATLAB對(duì)理想狀態(tài)條件下Boost開關(guān)電源采用狀態(tài)空間平均法得到的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證，其模型如圖8所示。設(shè)置電路參數(shù)為：

（二）Boost開關(guān)電源實(shí)際電路仿真。Boost開關(guān)電源PWM控制的實(shí)際電路模型如圖9所示：

（三）仿真結(jié)果及分析。理想條件下，設(shè)Boost變換器的電路參數(shù)如下：Vg=200V，Vd=0.8V Ron=0.1ohm，R=10ohm，C=2000uF，L=10mH。仿真結(jié)果如圖10所示。

由圖10（b）（c）可以看出，輸出電壓均為400V是輸入電壓的2倍并且0.1s內(nèi)能夠穩(wěn)定在穩(wěn)定值內(nèi)，說(shuō)明PWM控制技術(shù)具有良好的控制效果。另外，在理想條件下對(duì)Boost變換器建立的狀態(tài)空間平均模型仿真得到的波形與Boost變換器的實(shí)際電路的波形雖有一定的誤差，但基本一致。由圖10（a）（b）可以看出，在理想條件下建立的Boost變換器的狀態(tài)空間平均模型雖然能在一定程度上描述Boost變換器的輸出特性，但與實(shí)際電路的輸出特性有較大誤差。由上述分析可以得出：采用狀態(tài)空間平均法建立的Boost變換器的非理想模型相對(duì)于理想模型誤差更小、更接近于實(shí)際的Boost變換器。非理想狀態(tài)空間平均模型可以用于計(jì)算開關(guān)變換器開關(guān)部分功率損耗，從而得出開關(guān)變換器轉(zhuǎn)換效率。器件的非理想是大電流開關(guān)變換器效率下降的主要原因，特別是對(duì)于大電流開關(guān)變換器，建模分析時(shí)應(yīng)使用非理想模型，避免使用理想模型從而導(dǎo)致嚴(yán)重誤差。

七、總結(jié)

本文介紹了開關(guān)電源的基本工作原理以及PWM調(diào)制方式，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種PWM模式的升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換升壓控制電路。利用狀態(tài)空間平均建模的方法對(duì)Boost電路進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)學(xué)建模，利用MATLAB對(duì)狀態(tài)空間平均模型和Boost變換器的實(shí)際模型進(jìn)行仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了比較，仿真結(jié)果表明PWM控制的Boost電路具有更優(yōu)越的控制效果。同時(shí)也驗(yàn)證了狀態(tài)空間平均法所建立模型的正確性與合理性。同時(shí)證明了狀態(tài)空間平均法在電力電子系統(tǒng)分析中的重要作用，該方法是解決實(shí)際問題的一種重要工具。

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第7篇：開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與制作范文

引言

目前，電子設(shè)備廣泛應(yīng)用在各種不同領(lǐng)域中，各種的電子設(shè)備都離不開開關(guān)電源，這些設(shè)備在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生的高密度、寬頻譜的電磁信號(hào)，一些復(fù)雜的環(huán)境要求電子設(shè)備具有更高的電磁兼容性，于是關(guān)于EMC的設(shè)計(jì)方案就顯得十分重要。

一、電磁兼容性（EMC）的體系組成

電磁兼容性（EMC），其主要由電磁敏感性（EMS）和電磁干擾（EMI）組成。電子設(shè)備既要兼?zhèn)涫乖O(shè)備本身對(duì)外產(chǎn)生的噪聲較少，又要有對(duì)抗來(lái)自外部噪聲的功能。能滿足此兩項(xiàng)條件的電子設(shè)備，才能同時(shí)使用，互無(wú)干擾。電磁敏感性（EMS）指在存在電磁騷擾的情況下，裝置、設(shè)備或系統(tǒng)不能避免性能降低的能力也就是抗干擾能力；電磁干擾（EMI）指電子設(shè)備的輸出噪聲。所以電磁干擾和電磁敏感性既是一對(duì)難解難分的“冤家對(duì)頭”，又是相互關(guān)聯(lián)的矛盾統(tǒng)一體。

二、電磁兼容的基本概念

國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）定義電磁兼容為：電磁兼容是電子設(shè)備的一種功能，電子設(shè)備在電磁環(huán)境中能完成其功能，而不產(chǎn)生不能容忍的干擾。我國(guó)頒布的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)中定義電磁兼容為：設(shè)備或系統(tǒng)的在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何其他事物造成不能承受的電磁騷擾的能力。說(shuō)明了電磁兼容的三層意思：一是電子設(shè)備應(yīng)具有的抑制外部電磁干擾的能力；二是該電子設(shè)備所產(chǎn)生的電磁干擾應(yīng)低于規(guī)定的限度，不得影響同一電磁環(huán)境中其他電子設(shè)備的正常工作；三是任何電子設(shè)備的電磁兼容性都是可以測(cè)量的。

電磁兼容性研究的領(lǐng)域主要包括電磁干擾的產(chǎn)生與傳輸、電磁兼容的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、電磁干擾的診斷與抑制、電磁兼容性的測(cè)試四部分。所研究的對(duì)象有自然干擾源和人為干擾源，自然干擾源有大氣干擾源（雷電）、天電干擾源（太陽(yáng)）、熱噪聲（電阻熱噪聲），人為干擾源有電網(wǎng)、電刷、家電、點(diǎn)火系統(tǒng)、手機(jī)等。我國(guó)在該領(lǐng)域起步較晚，但也制定了電磁兼容性的標(biāo)準(zhǔn)，特別在無(wú)線電、家電、電動(dòng)工具等方面制定了規(guī)范的測(cè)量方法以及標(biāo)準(zhǔn)。

三、電磁兼容性的常見解決方案

目前電磁干擾（EMI）所帶來(lái)的問題已經(jīng)是電磁兼容的主要問題，下面就電磁干擾的產(chǎn)生原因、解決方法、以及元件選擇和電路板的制作方法做簡(jiǎn)單介紹。

1、開關(guān)電源電磁干擾（EMI）的產(chǎn)生及解決方法

1.1開關(guān)電源外部電磁干擾和內(nèi)部電磁干擾的產(chǎn)生原因

220V/50HZ交流電網(wǎng)或115V/400HZ交流發(fā)機(jī)電機(jī)發(fā)電機(jī)，都存在各式各樣的EMI噪聲，還有人為的EMI干擾源如各種雷達(dá)、導(dǎo)航、通信等設(shè)備的列線電發(fā)射信號(hào)，會(huì)在電源線上和電子設(shè)備的連接電纜上感應(yīng)出電磁干擾信號(hào)。

開關(guān)電源本身工作時(shí)也會(huì)產(chǎn)生各種各樣的電磁干擾噪聲，比如線性穩(wěn)壓電源中，因整流而形成的單向脈 動(dòng)電流也會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，開關(guān)電源本身在功率變換時(shí)也會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的EMI噪聲源，這些EMI噪聲也會(huì)嚴(yán)重影響其它電子設(shè)備的正常工作。

1.2針對(duì)EMI噪聲源采用的對(duì)策方法

常用對(duì)策就是采用無(wú)源噪聲濾波器，無(wú)源噪聲濾波器主要作用是防止外來(lái)電磁噪聲干擾電源設(shè)備本身控制電路的工作和外來(lái)電磁噪聲干擾負(fù)載工作，同時(shí)抑制電源設(shè)備本身產(chǎn)生的EMI還可以抑制由其它設(shè)備產(chǎn)生而經(jīng)過(guò)電源傳播的EMI。無(wú)源噪聲濾波器有兩種類型，一種是共模噪音，一種是差模噪音，我們把兩條交流輸入引線上傳輸電位相等相同的干擾信號(hào)稱之為差模噪音，而把交流輸入線對(duì)大地的干擾稱之為共模噪音，對(duì)于任何電源輸入線上傳導(dǎo)的EMI噪聲，都可以用差模和共模噪音來(lái)表示，一般主要是抵制共模噪聲，因?yàn)楣材Ｔ肼曉谌l域特別是高頻占主要部分而在低頻內(nèi)差模噪聲比例較大，所以應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)合理的噪聲濾波器。

電源噪聲濾波器主要由共模線圈，差模電感，以及共模電容和差電容組成，其主要設(shè)計(jì)原則是選擇合理的共模電感線圈，使用磁芯有環(huán)形、巨形和U形，材料是鐵氧體，而差模電感線圈一般采用金屬粉壓磁芯，差模電容接在交流輸入線兩端安全等級(jí)分兩種，一種適合一般場(chǎng)合，另一種適用于會(huì)出現(xiàn)高的噪音峰值電壓的應(yīng)用擊倒，共模電容接在交流進(jìn)線與機(jī)殼地之間，它的容量是個(gè)重要參數(shù)，使其在額定頻率電壓漏電流小于安全規(guī)范值。

2、元器件選擇

元器件的選擇也是單板 EMC性能的主要影響因素。每種類型的電子元器件都有她自己的特性，這就需要仔細(xì)考慮設(shè)計(jì)。電子元器件的選擇方法可以來(lái)減少或者抑制EMI。

2.1器件封裝

電子元器件的封裝可以分為兩類，無(wú)鉛封裝和有鉛封裝。有鉛封裝的元器件會(huì)產(chǎn)生寄生效應(yīng)，特別是在高頻范圍中，鉛的低值電感大概是1nH/mmlead. 在終端也可以產(chǎn)生小的電容效應(yīng)，在4pf附近。因此應(yīng)當(dāng)盡可能的減少鉛的長(zhǎng)度。無(wú)鉛和表面貼的元器件相比來(lái)說(shuō)有更小的寄生效應(yīng)，首選應(yīng)當(dāng)是表面帖元器件，然后是徑向的有鉛封裝元器件，然后才是軸向的有鉛封裝元器件。

2.2電阻

要想低的寄生效應(yīng)，表面貼電阻是首選。有鉛封裝類型的電阻，選擇順序由高到低的次序是 炭膜電阻>金屬氧化膜電阻>線繞電阻。在放大電路設(shè)計(jì)中，電阻的選擇極為重要。在高頻范圍內(nèi)，由于在電阻上的感應(yīng)影響，阻抗會(huì)增大。因此，增益調(diào)整的電阻應(yīng)盡可能地放置在靠近放大電路的地方，來(lái)降低板子的感應(yīng)系數(shù)。

2.3電容

選擇合適的電容不是一件容易的事情，因?yàn)殡娙萦胁煌念愋图靶袨榉磻?yīng)。電容是解決許多 EMC問題的重要器件，旁路電容和去耦電容應(yīng)當(dāng)在電源入口的地方盡力靠近放在一起，來(lái)濾掉高頻噪聲，去耦電容的取值大約是旁路電容的1/100到1/1000，去耦電容應(yīng)當(dāng)盡可能的靠近IC，因?yàn)閷?dǎo)線電阻會(huì)降低去耦電容的作用。

2.4電感

電感是電場(chǎng)和磁場(chǎng)的連接器件.因?yàn)榭梢院痛艌?chǎng)相互影響固有的本性，所以電感比其他元器件更敏感。和電容一樣，當(dāng)我們恰當(dāng)?shù)膽?yīng)用電感時(shí)， 它可以解決許多EMC問題。

2.5二極管以及集成電路

二極管是最簡(jiǎn)單的半導(dǎo)體器件。結(jié)合它們獨(dú)特的個(gè)性，一些二極管可以解決或者改善有關(guān) EMI的問題。集成電路的制作技術(shù)也會(huì)影響到設(shè)備的電磁兼容性（EMC）。

3、印刷電路板Layout技術(shù)

印刷電路板的Layout技術(shù)也是EMC性能的重要影響因素之一。PCB是系統(tǒng)中固有的一部分，所以通過(guò)PCBlayout技術(shù)來(lái)改進(jìn)EMC性能對(duì)最終產(chǎn)品不會(huì)增加任何額外的費(fèi)用。

采用常見的一些設(shè)計(jì)技術(shù)：例如分割、局部電源和IC的去耦、基準(zhǔn)面的射頻電流、走線分離、保護(hù)和分流走線、采用接地技術(shù)等。在這里就不一一說(shuō)明了。

第8篇：開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與制作范文

關(guān)鍵詞：三端離線PWM開關(guān)；正激變換器；高頻變壓器設(shè)計(jì)

引言

TOPSwitch是美國(guó)功率集成公司（PI）于20世紀(jì)90年代中期推出的新型高頻開關(guān)電源芯片，是三端離線PWM開關(guān)（ThreeterminalofflinePWMSwitch）的縮寫。它將開關(guān)電源中最重要的兩個(gè)部分——PWM控制集成電路和功率開關(guān)管MOSFET集成在一塊芯片上，構(gòu)成PWM/MOSFET合二為一集成芯片，使外部電路簡(jiǎn)化，其工作頻率高達(dá)100kHz，交流輸入電壓85～265V，AC/DC轉(zhuǎn)換效率高達(dá)90％。對(duì)200W以下的開關(guān)電源，采用TOPSwitch作為主功率器件與其他電路相比，體積小、重量輕，自我保護(hù)功能齊全，從而降低了開關(guān)電源設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，是一種簡(jiǎn)捷的SMPS（SwitchModePowerSupply）設(shè)計(jì)方案。

TOPSwitch系列可在降壓型，升壓型，正激式和反激式等變換電路中使用。但是，在現(xiàn)有的參考文獻(xiàn)以及PI公司提供的設(shè)計(jì)手冊(cè)中，所介紹的都是用TOPSwitch制作單端反激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)方法。反激式變換器一般有兩種工作方式：完全能量轉(zhuǎn)換（電感電流不連續(xù)）和不完全能量轉(zhuǎn)換（電感電流連續(xù)）。這兩種工作方式的小信號(hào)傳遞函數(shù)是截然不同的，動(dòng)態(tài)分析時(shí)要做不同的處理。實(shí)際上當(dāng)變換器輸入電壓在一個(gè)較大范圍發(fā)生變化，和（或者）負(fù)載電流在較大范圍內(nèi)變化時(shí)，必然跨越兩種工作方式，因此，常要求反激式變換器在完全能量和不完全能量轉(zhuǎn)換方式下都能穩(wěn)定工作。但是，要求同一個(gè)電路能實(shí)現(xiàn)從一種工作方式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N工作方式，在設(shè)計(jì)上是較為困難的。而且，作為單片開關(guān)電源的核心部件高頻變壓器的設(shè)計(jì)，由于反激式變換器中的變壓器兼有儲(chǔ)能、限流、隔離的作用，在設(shè)計(jì)上要比正激式變換器中的高頻變壓器困難，對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)很難掌握。筆者采用TOP225Y設(shè)計(jì)了一種單端正激式開關(guān)電源電路，實(shí)驗(yàn)證明該電路是切實(shí)可行的。下面介紹其工作原理與設(shè)計(jì)方法，以供探討。

1TOPSwitch系列應(yīng)用于單端正激變換器中存在的問題

TOPSwitch的交流輸入電壓范圍為85～265V，最大電壓應(yīng)力≤700V，這個(gè)耐壓值對(duì)于輸入最大直流電壓Vmax=265×1.4=371V是足夠的,但應(yīng)用在一般的單端正激變換器中卻存在問題。

圖1是典型的單端正激變換器電路，設(shè)計(jì)時(shí)通常取NS=NP，Dmax<0.5（一般取0.4）,按正激變換器工作過(guò)程,TOPSwitch關(guān)斷期間，變壓器初級(jí)的勵(lì)磁能量通過(guò)NS，D1，E續(xù)流（泄放）。此時(shí)，TOPSwitch承受的最大電壓為

VDSmax≥2E=2Vmax=742V（1）

大于TOPSwitch所能承受的最大電壓應(yīng)力700V，所以，TOPSwitch不能在一般通用的正激變換器中使用。

2TOPSwitch在單端正激變換器中的應(yīng)用

由式（1）可知，TOPSwitch不能在典型單端正激變換器中應(yīng)用的關(guān)鍵問題，是其在關(guān)斷期間所承受的電壓應(yīng)力超過(guò)了允許值，如果能降低關(guān)斷期間的電壓應(yīng)力，使它小于700V，則TOPSwitch仍可在單端正激變換器中應(yīng)用。

2.1電路結(jié)構(gòu)及工作原理

本文提出的TOPSwitch的單端正激變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。它與典型的單端正激變換器電路結(jié)構(gòu)完全相同,只是變壓器的去磁繞組的匝數(shù)為初級(jí)繞組匝數(shù)的2倍,即NS=2NP。

TOPSwitch關(guān)斷時(shí)的等效電路如圖2所示。

若NS與NP是緊耦合，則，即

VNP=1/2VNS=1/2E（2）

VDSmax=VNP＋E=E=1.5×371

=556.5V<700V（3）

2.2最大工作占空比分析

按NP繞組每個(gè)開關(guān)周期正負(fù)V·s平衡原理，有

VNPon(Dmax/T)=VNPoff[(1-Dmax)/T]（4）

式中：VNPon為TOPSwitch開通時(shí)變壓器初級(jí)電壓，VNPon=E；

VNPoff為TOPSwitch關(guān)斷時(shí)變壓器初級(jí)電壓，VNPoff=（1/2）E。

解式（4）得

Dmax=1/3（5）

為保險(xiǎn)，取Dmax≤30％

2.3去磁繞組電流分析

改變了去磁繞組與初級(jí)繞組的匝比后，變壓器初級(jí)繞組仍應(yīng)該滿足A·s平衡，初級(jí)繞組最大勵(lì)磁電流為

im(t)|t=DmaxT=Ism=DmaxT=(E/Lm)DmaxT（6）

式中：Lm為初級(jí)繞組勵(lì)磁電感。

當(dāng)im(t)=Ism時(shí)，B=Bmax，H=Hmax，則去磁電流最大值為

Ism==(Hmaxlc/Ns)=1/2Ipm(7)

式中：lc為磁路長(zhǎng)度；

Ipm為初級(jí)電流的峰值。

根據(jù)圖2（b）去磁電流的波形可以得到去磁電流的平均值和去磁電流的有效值Is分別為

下面討論當(dāng)NP=NS，Dmax=0.5與NP=NS，Dmax=0.3時(shí)的去磁電流的平均值和有效值。設(shè)上述兩種情況下的Hmax或Bmax相等，即兩種情況下勵(lì)磁繞組的安匝數(shù)相等，則有

Im1NP1=Im2NP2（10）

式中：NP1為Dmax=0.5時(shí)的勵(lì)磁繞組匝數(shù)；

NP2為Dmax=0.3時(shí)的勵(lì)磁繞組匝數(shù)；

設(shè)Lm1及Lm2分別為Dmax=0.5和Dmax=0.3時(shí)的初級(jí)繞組勵(lì)磁電感，則有

Im1=E/Lm1×0.5T為Dmax=0.5時(shí)的初級(jí)勵(lì)磁電流；

Im2=E/Lm2×0.3T為Dmax=0.3時(shí)的初級(jí)勵(lì)磁電流。

由式（10）及Lm1，Lm2分別與NP12，NP22成正比，可得兩種情況下的勵(lì)磁繞組匝數(shù)之比為

(NP1)/(NP2)=0.5/0.3

及(Im1)/(Im2)=(Np2)/(Np1)=0.3/0.5(12)

當(dāng)NS1=NP1時(shí)和NS2=2NP2時(shí)去磁電流最大值分別為

Ism1=Im1=Im（13）

Ism2=Im2=(0.5/0.6)Im（14）

將式（10）～（14）有關(guān)參數(shù)代入式（8）～（9）可得到，當(dāng)Dmax=0.5時(shí)和Dmax=0.3時(shí)的去磁電流平均值及與有效值Is1及Is2分別為

Is1=1/4ImImIs1=0.408Im（Dmax=0.5）

Is2≈0.29ImIs2=0.483Im（Dmax=0.3）

從計(jì)算結(jié)果可知，采用NS=2NP設(shè)計(jì)的去磁繞組的電流平均值或有效值要大于NS=NP設(shè)計(jì)的去磁繞組的電流值。因此，在選擇去磁繞組的線徑時(shí)要注意。

3高頻變壓器設(shè)計(jì)

由于電路元件少,該電源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是高頻變壓器,下面給出其設(shè)計(jì)方法。

3.1磁芯的選擇

按照輸出Vo=15V，Io=1.5A的要求，以及高頻變壓器考慮6％的余量，則輸出功率Po=1.06×15×1.5=23.85W。根據(jù)輸出功率選擇磁芯，實(shí)際選取能輸出25W功率的磁芯，根據(jù)有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)選用EI25，查表可得該磁芯的有效截面積Ae=0.42cm2。

3.2工作磁感應(yīng)強(qiáng)度ΔB的選擇

ΔB=0.5BS，BS為磁芯的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，由于鐵氧體的BS為0.2～0.3T，取ΔB=0.15T。

3.3初級(jí)繞組匝數(shù)NP的選取

選開關(guān)頻率f=100kHz（T=10μs），按交流輸入電壓為最低值85V，Emin≈1.4×85V，Dmax=0.3計(jì)算則

取NP=53匝。

3.4去磁繞組匝數(shù)NS的選取

取NS=2NP=106匝。

3.5次級(jí)匝數(shù)NT的選取

輸出電壓要考慮整流二極管及繞組的壓降，設(shè)輸出電流為2A時(shí)的線路壓降為7％，則空載輸出電壓VO0≈16V。

取NT=24匝。

3.6偏置繞組匝數(shù)NB的選取

取偏置電壓為9V，根據(jù)變壓器次級(jí)伏匝數(shù)相等的原則，由16/24=9/NB，得NB=13.5,取NB=14匝。

3.7TOPSwitch電流額定值ICN的選取

平均輸入功率Pi==28.12W（假定η=0.8），在Dmax時(shí)的輸入功率應(yīng)為平均輸入功率，因此Pi=DmaxEminIC=0.3×85×1.4×IC=28.12，則IC=0.85A，為了可靠并考慮調(diào)整電感量時(shí)電流不可避免的失控，實(shí)際選擇的TOPSwitch電流額定值至少是兩倍于此值，即ICN>1.7A。所以，我們選擇ILIMIT=2A的TOP225Y。

4實(shí)驗(yàn)指標(biāo)及主要波形

輸入AC220V，頻率50Hz，輸出DCVo=15(1±1％)V，IO=1.5A，工作頻率100kHz，圖3及圖4是實(shí)驗(yàn)中的主要波形。

圖3中的1是開關(guān)管漏源電壓VDS波形，2是輸入直流電壓E波形，由圖可知VDS=1.5E；圖4中的1是開關(guān)管漏源電壓VDS波形，2是去磁繞組電流is波形，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析是完全吻合的。

第9篇：開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與制作范文

(廣東職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東佛山528041)

【摘要】LED驅(qū)動(dòng)電源在高職高專中是一門較新的課程，知識(shí)結(jié)構(gòu)繁雜、注重實(shí)踐能力，一般傳統(tǒng)的理論教學(xué)不能滿足行業(yè)人才培養(yǎng)的需要。介紹了構(gòu)建基于校企合作平臺(tái)的課程模式，將企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)成為教學(xué)內(nèi)容，利用校企合作進(jìn)行項(xiàng)目與實(shí)境訓(xùn)練的教學(xué)，實(shí)施細(xì)致的考核方式等方面的教學(xué)改革探索。

關(guān)鍵詞 LED驅(qū)動(dòng)電源；校企合作；實(shí)踐教學(xué)

TheCourseofLEDPowerDesignTeachingReformbasedonProjectTeachingandRealityofTraining

ZOUZhen-xingXIANGWei－bingJIANGYuHUANGHong－yong

(GuangdongVocationalandTechnicalCollege,FoshanGuangdong528041,China）

【Abstract】TheLEDpowersupplydesignisarelativelynewcourseinhighervocationalcollege,theknowledgestructure,payattentiontopracticalability,generaltraditionalteachingtheorycannotmeettheneedsoftheindustrypersonneltraining.Inthispaper,constructinguniversity-enterprisecooperationplatformbasedcurriculummode,theenterpriseactualprojectdesignbecometheteachingcontent,usingtheuniversity-enterprisecooperationprojectsandrealitypracticeteaching,theimplementationofdetailedexaminationwaytoexploreaspectsofteachingreform.

【Keywords】LEDpowersupply;University-enterprisecooperation;Practiceteaching

0引言

LED的發(fā)展使得其專業(yè)的劃分越來(lái)越細(xì)，LED驅(qū)動(dòng)電源是其中的一個(gè)比較特別的分支專業(yè)，驅(qū)動(dòng)電源作為L(zhǎng)ED照明產(chǎn)業(yè)的能源保障，被比喻成系統(tǒng)的“心臟”，是保證LED系統(tǒng)正常、可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。現(xiàn)國(guó)內(nèi)院校都比較少開設(shè)LED驅(qū)動(dòng)電源專業(yè)課程或者開設(shè)了相對(duì)比較偏重理論的電源教學(xué)，使得在快速發(fā)展的LED行業(yè)里真正能從事電源設(shè)計(jì)人才缺口相對(duì)較大。

目前，LED驅(qū)動(dòng)電源主要是以開關(guān)電源為主[1]，它的原理看似并不是很復(fù)雜，但實(shí)際要想設(shè)計(jì)一個(gè)合格的電源，要涉及電子電路、控制理論、半導(dǎo)體物理、磁學(xué)等眾多學(xué)科，對(duì)設(shè)計(jì)者的專業(yè)要求很高，因此對(duì)在高職院校的初學(xué)者往往會(huì)歷盡艱苦，仍不得其門而入。為了順應(yīng)地區(qū)LED行業(yè)對(duì)復(fù)合型人才的需求趨勢(shì)，依托我院中央財(cái)政支持的LED新型光源專業(yè)建設(shè)的平臺(tái)，我們開設(shè)了《開關(guān)電源與LED電源驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)》課程。對(duì)該課程進(jìn)行以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、分層次和按企業(yè)崗位實(shí)施實(shí)境訓(xùn)練的教學(xué)改革。

1基于行業(yè)實(shí)際應(yīng)用LED驅(qū)動(dòng)電源項(xiàng)目，構(gòu)建理論與實(shí)踐技能相結(jié)合課程教學(xué)體系

通過(guò)走訪相關(guān)企業(yè)進(jìn)行調(diào)研分析，針對(duì)以LED驅(qū)動(dòng)電源工程師等崗位具體要求和職責(zé)，以職業(yè)化培養(yǎng)為教學(xué)主線，構(gòu)建了基于典型崗位能力的課程模式?！堕_關(guān)電源與LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)》是一門綜合性課程，重在實(shí)際應(yīng)用，兼顧技術(shù)理論分析計(jì)算和基礎(chǔ)知識(shí)。所以改革要求在教學(xué)過(guò)程中，系統(tǒng)地、分階段地引入不同技術(shù)含量的LED驅(qū)動(dòng)電源項(xiàng)目作為載體，承載課程所涵蓋的知識(shí)和技能。通過(guò)企業(yè)項(xiàng)目導(dǎo)向，使學(xué)生在學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)、分析LED驅(qū)動(dòng)電源產(chǎn)品或作品的過(guò)程中逐步掌握專業(yè)的基本技能、核心技能和拓展技能。教學(xué)設(shè)計(jì)改革具體內(nèi)容按企業(yè)項(xiàng)目教學(xué)實(shí)施時(shí)分為四大任務(wù)，其內(nèi)容及課時(shí)安排如下表1所示。

設(shè)立了4大教學(xué)任務(wù)8個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。通過(guò)項(xiàng)目任務(wù)教學(xué)激發(fā)學(xué)生的興趣，利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。我們?cè)趯?shí)境教學(xué)設(shè)計(jì)中設(shè)置了多個(gè)模塊的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目以及綜合性較強(qiáng)的實(shí)踐項(xiàng)目，有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合職業(yè)能力。

課程總體開發(fā)流程如圖1所示。將企業(yè)中LED驅(qū)動(dòng)電源常見的設(shè)計(jì)項(xiàng)目細(xì)分與教材結(jié)合成上課的教學(xué)任務(wù)內(nèi)容，一個(gè)工作任務(wù)可能涉及多個(gè)技能和知識(shí)點(diǎn)，而一個(gè)技能和知識(shí)點(diǎn)可以指導(dǎo)多個(gè)工作任務(wù)的實(shí)施。

項(xiàng)目細(xì)分為各個(gè)不同應(yīng)用實(shí)境訓(xùn)練情境及任務(wù)知識(shí)點(diǎn)，內(nèi)容循序漸進(jìn)，難度由淺漸深，以利于專業(yè)知識(shí)的融會(huì)貫通。針對(duì)不同學(xué)生具有不同的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，進(jìn)行分層次教學(xué)，重點(diǎn)培養(yǎng)各自適應(yīng)崗位的技能教學(xué)，使大部分學(xué)生具有一定特長(zhǎng)的技能應(yīng)用型專門人才。

圖1《開關(guān)電源與LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)》課程內(nèi)容設(shè)計(jì)流程

2充分利用社會(huì)資源共建校企合作平臺(tái)，以職業(yè)化培養(yǎng)模式進(jìn)行教學(xué)

LED驅(qū)動(dòng)電源課程知識(shí)結(jié)構(gòu)繁雜、注重實(shí)踐能力，若采用傳統(tǒng)的課程理論教學(xué)難以形成良好的學(xué)習(xí)效果，而且會(huì)使學(xué)生學(xué)習(xí)失去興趣。在課程理論講解過(guò)程中往往也會(huì)相對(duì)枯燥和難懂。本課程改革在校內(nèi)從開關(guān)電源基本原理、LED驅(qū)動(dòng)電源電路元器件電氣特性等基礎(chǔ)理論入手，到常用開關(guān)電源拓?fù)浼軜?gòu)的詳細(xì)講解，常用開關(guān)電源拓?fù)湓诓煌瑧?yīng)用中的設(shè)計(jì)，再結(jié)合特定芯片的運(yùn)用進(jìn)行項(xiàng)目講解，分析項(xiàng)目的輸出特性、電源性能參數(shù)、可靠性以及穩(wěn)定性等。除此之外，我們充分利用地區(qū)行業(yè)資源，加強(qiáng)與當(dāng)?shù)氐腖ED企業(yè)祥新光電的協(xié)同創(chuàng)新合作，在祥新光電設(shè)立課程實(shí)訓(xùn)企業(yè)課堂-光電學(xué)院，大膽改革傳統(tǒng)教學(xué)模式，大幅提高實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課比例，創(chuàng)造真實(shí)的企業(yè)環(huán)境和工作情境，靈活實(shí)行校內(nèi)——校外——校內(nèi)——校外的教學(xué)模式。充分利用校企合作平臺(tái)，安排學(xué)生到電源車間實(shí)踐，校企人員互派，雙方指導(dǎo)人才培養(yǎng)，共同探索的現(xiàn)代學(xué)徒制教育，實(shí)現(xiàn)共贏互利。以基礎(chǔ)、實(shí)用為原則，通過(guò)企業(yè)提煉選擇實(shí)例項(xiàng)目，結(jié)合支撐知識(shí)與技術(shù)點(diǎn)的學(xué)習(xí)形式，循序漸近地講解了LED驅(qū)動(dòng)原理并進(jìn)行相關(guān)應(yīng)用項(xiàng)目的實(shí)踐，學(xué)會(huì)主要基于開關(guān)電源的LED驅(qū)動(dòng)拓?fù)湓O(shè)計(jì)的各種方法與要點(diǎn)[2]。形成依照基本技能訓(xùn)練、專業(yè)能力實(shí)訓(xùn)、實(shí)境訓(xùn)練三層的實(shí)踐能力遞進(jìn)的培養(yǎng)方式。

課程改革是以針對(duì)電源設(shè)計(jì)的特點(diǎn)實(shí)施“以項(xiàng)目為導(dǎo)向、實(shí)境訓(xùn)練”的教學(xué)模式。課程設(shè)計(jì)的企業(yè)實(shí)境訓(xùn)練共有8個(gè)項(xiàng)目。LED驅(qū)動(dòng)電源項(xiàng)目在“課內(nèi)課堂”中學(xué)習(xí)、分析、設(shè)計(jì)，在“企業(yè)課堂”實(shí)境訓(xùn)練中認(rèn)識(shí)、熟悉、實(shí)踐，然后回到“課內(nèi)課堂”總結(jié)、深化、理解,最后在“企業(yè)課堂”中檢測(cè)、求證、掌握，形成校內(nèi)——校外——校內(nèi)——校外的靈活教學(xué)模式；學(xué)生還可再通過(guò)課余的“第二課堂”得到知識(shí)的鞏固和發(fā)揮——即學(xué)生借助學(xué)校網(wǎng)絡(luò)資源平臺(tái)、開放的實(shí)訓(xùn)室環(huán)境，組成日常興趣小組，參加各級(jí)別技能大賽，參與校內(nèi)工作室項(xiàng)目工作等，使“課內(nèi)課堂”、“企業(yè)課堂”中所學(xué)的知識(shí)、技能得到運(yùn)用、擴(kuò)展，自學(xué)能力得到加強(qiáng)，創(chuàng)新能力得到發(fā)揮。

利用社會(huì)資源共建良好的人才培養(yǎng)模式，以職業(yè)化培養(yǎng)為教學(xué)，創(chuàng)造真實(shí)的企業(yè)環(huán)境情景和項(xiàng)目任務(wù)，可以增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)目的性、能動(dòng)性和實(shí)現(xiàn)早期的職業(yè)生涯規(guī)劃，有利于學(xué)生實(shí)踐能力的錘煉、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，以及創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，最終培養(yǎng)出真正符合社會(huì)需要的高素質(zhì)技能型人才[3]。

3細(xì)化課程考核方式，強(qiáng)調(diào)知識(shí)、能力和素質(zhì)的全面培養(yǎng)

考慮到LED驅(qū)動(dòng)電源課程的教學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，采用傳統(tǒng)的理論考試方式，并不能很好激勵(lì)學(xué)生和讓學(xué)生掌握相關(guān)技能，所以在設(shè)計(jì)課程考核的方式時(shí)，采用理論考核與實(shí)踐考核相結(jié)合，筆試與實(shí)踐制作表現(xiàn)評(píng)價(jià)相聯(lián)系的方式，強(qiáng)調(diào)知識(shí)、能力、素質(zhì)的全面培養(yǎng)。具體考核點(diǎn)如表2所示。著重考核學(xué)生掌握所學(xué)的基本電路拓?fù)淅碚摵图寄埽芫C合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能去分析電路、實(shí)踐調(diào)試和測(cè)試電路、分析電路故障及排除電路故障的能力。

4結(jié)束語(yǔ)

基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、實(shí)境訓(xùn)練的《開關(guān)電源與LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)》課程內(nèi)容改革與實(shí)踐正處于開始嘗試階段，從初步實(shí)施的效果看，學(xué)生在光電學(xué)院上課，能夠很好進(jìn)行技能的實(shí)際操練，對(duì)動(dòng)手能力有極大的提高。專業(yè)課程體系的構(gòu)建是高職教育培養(yǎng)高端技能型專門人才的重要環(huán)節(jié)，是決定如何培養(yǎng)學(xué)生，培養(yǎng)什么樣學(xué)生的關(guān)鍵，也是高職教育特色所在。LED驅(qū)動(dòng)電源課程的構(gòu)建正是圍繞“這個(gè)項(xiàng)目為什么這樣做”、“怎么來(lái)解決項(xiàng)目問題”、“采用這種方法會(huì)有什么結(jié)果”等幾個(gè)方向來(lái)進(jìn)行。校企產(chǎn)學(xué)研結(jié)合是辦好高職教育的重要措施，是解決就業(yè)的根本之路。通過(guò)與祥新光電的合作，在學(xué)生“學(xué)”的同時(shí)安排他們進(jìn)行“產(chǎn)”的工作，學(xué)產(chǎn)結(jié)合，不斷提高學(xué)生的實(shí)踐能力、理論能力以及企業(yè)適應(yīng)能力。該課程教改的目的就是在于更好培養(yǎng)學(xué)生在校時(shí)的實(shí)踐能力同時(shí)更要培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)企業(yè)后的后續(xù)發(fā)展的潛力，主動(dòng)適應(yīng)社會(huì)，接收社會(huì)的洗禮和挑戰(zhàn)，滿足當(dāng)代教育培養(yǎng)技能應(yīng)用型人才的需要。

參考文獻(xiàn)

［1］梁奇峰,廖鴻飛．基于工作任務(wù)的《開關(guān)電源原理與分析》教學(xué)改革[J]．職業(yè)教育研究,2012(6):88－90．

［2］于雁南,高柏臣,嚴(yán)繼池．開關(guān)電源技術(shù)教學(xué)改革實(shí)踐與思考[J]．當(dāng)代教育理論與實(shí)踐,2014(6):58－60．