开关电源的设计方案精选(九篇)

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第1篇：开关电源的设计方案范文

关键词：AC-DC 开关电源 设计

中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）04-0142-01

本设计AC-DC的直流稳压可调的开关电源，它的性能优越，电压可调，体积小、重量轻、性价比高，将更加普遍使用于生活当中。

1 设计要求

（1）基本要求。输入电压：单相交流额定电压有效值220V±20%。频率：频率范围 45-65Hz。电流：在满载运行时，输入220V，小于8A；在264V时，冲击电流不大于18A。输出电压U。可调范围：30～36V。最大输出电流IOMAX：2A。输出噪声纹波电压峰―峰值Uopp≤1 V。DC―DC变换器的效率q≥70%。（2）性能拓展。进一步提高效率，使q ≥85%；排除过流故障后，电源能自动恢复为正常状态。

2 方案总体设计

步骤如下：隔离变压=>整流滤波=>高频变换=>控制电路=>调整输出。

说明：本电路主要采用3块集成芯片实现对电路的控制，分别是IC1（NCP1050）、IC2（光耦合器SFH615）、IC3（可调式精密电压调节器TL431）。

该方案的优点：（1）电路结构简单，转换效率高稳压性能优，并且转换效率高；（2）性能优越，电压可调，体积小、重量轻、性价比高，可普遍使用于生活当中；（3）NCP1050，TL431等芯片器件功能强大，设计起来比较简单。

3 电路的安装与调试

图1所示：

第2篇：开关电源的设计方案范文

关键词：高性能数字信号处理器；swift designer；电源设计；TPS54312

中图分类号：TN79 文献标识码：B

文章编号：1004-373X(2008)11-086-03

Design of Power Module Based on High-powered DSP Systems

YANG Jin,QIU Zhaokun

(SPDF,School of Electronic Science and Technology,National University for Defence Technology,Changsha,410073,China)

Abstract：The design of power module is an important part in high-powered DSP system.This paper takes a detailed introduction on the design of using TPS54312 and TPS54616,taking ADSPTS101 for example.Firstly,it compares three ways of power and their principle,and then it introduces how to design the appropriate schematic document,at the same time,it gives analysis and synthesis using the soft swift designer offered by TI.And it achieves power desire by the DSP system after testing.

Keywords：high-powered DSP;swift designer;power design;TPS54312

1 引 言

随着近年来芯片制造技术的不断发展，以及市场对高性能数字信号处理器的需求，新的功能更强，速度更快，功耗更低的数字信号处理器(DSP)产品不断推出，给电路设计带来了极大的方便。但与此同时，这些高性能器件的使用对供电模块的设计提出了更高的要求。高效、稳定、满足上电次序的供电模块设计具有重要意义，将直接影响整个系统的稳定，甚至整个系统的实现。

当前，DSP、FPGA等芯片的供电方式主要有3种：采用线性电源芯片，采用开关电源芯片，采用电源模块。这3种方式的一个总体对比如表1所示。

线性电源的基本原理是根据负载电阻的变化情况来调节自身的内阻，从而保证输出端的电压在要求的范围之内。由于采用线性调节原理，瞬态特性好，本质上没有输出纹波。但随着输入输出电压差的增大或是输出电流增加，芯片发热会成比例增加，因此线性电源要求有较好的散热处理控制。线性电源的输入电流接近于输出电流，它的效率(输出功率/输入功率)接近于输出/输入电压比。因此，压差是一个非常重要的性能，因为更低的压差意味着更高的效率。LDO线性电源的低压差特性有利于改善电路的总体效率。线性电源对电流输入较小的应用系统提供了一种体积小、廉价的设计方案。

开关电源利用磁场储能，无论升压、降压或是两者同时进行，都可以实现相当高的变换效率。由于变换效率高，因此发热很小，散热处理得以简化。又由于是开关稳压器电源， 与LDO线性电源相比，DC/DC调整器输出纹波电压较大、瞬时恢复时间较慢、容易产生电磁干扰(EMI)。要取得低纹波、低EMI、低噪声的电源，关键在于电路设计，尤其是输入/输出电容、输出电感的选择和布局。因此在三种电源设计方案中，开关电源的设计要较另两种电源设计方案复杂。但由于开关电源设计灵活，耗热小，成本也较低，在系统电源模块设计中，仍不失一种较好的选择。

电源模块原理上讲是个开关稳压器，效率非常高。相对于普通开关稳压器，它的集成度更高，只需要一个输入电容和一个输出电容即能工作，设计简便，适合D要求开发周期非常短的应用。

2 芯片选型和功能介绍

由于ADSPTS101信号处理部分仅是整个系统的一个子部分，结合其他部分的供电要求，FPGA芯片采用ATERA公司的EP1C12F324，IO电压3.3 V，内核电压1.5 V，ADSPTS101的IO供电压3.3 V，内核电压1.2 V。其中EP1C12F324对上电次序的要求并不是太严格，电源设计较为简单，采用AS2830-1.5电源芯片即可达到要求。而ADSPTS101对上电次序有较为严格的要求，当上电次序没有达到要求时，既使上电后进行复位初始化后，初始状态仍然可能不对。因此，系统电源部分设计的重点在于满足ADSPTS101的上电要求。当然，采用电源模块，如PT6944芯片可以满足设计要求，但基于开关电源和电源模块的比较优势，本系统采用开关电源进行设计。采用的电源芯片为TI公司的TPS54616和TPS54312。

TPS54616是一款TI公司推出的适合DSP,FPGA,ASIC等多芯片系统供电的电源芯片，是一款低电压输入、大电流输出的同步降压DC/DC调整器， 内含30MQ、12 A峰值电流的MOSFET开关管，最大可输出6 A电流。输出电压固定3.3 V，误差率为1%。开关频率可固定在350 kHz或550 kHz，也可以在280 kHz到700 kHz之间调整。另外，它还具有限流电路、低压闭锁电路和过热关断电路。

TPS54312也同样是TI推出的一款低电压输入，大电流输出的同步降压DC/DC调整器。所不同的是，TPS54312对于连续3 A的电流高效输出，集成的MOSFET开关管为60MQ，同时其固定电压输出为1.2 V。

另外，TPS54616和TPS54312均采用集成化设计，减少了元件数量和体积，因此，可广泛用于低电压输入、大电流输出的分散电源系统中。

TPS54616和TPS54312功能管脚定义类似，其引脚封装分别如图1所示。

以TPS54616为例，简述各引脚功能，TPS54312对应命名相同的引脚功能相似。

AGND：模拟地；BOOT：启动输入，应和PH脚间连接一个0.02~0.1 μF的电容；NC：不连；PGND：电源地，使用时与AGND单点连接；PH：电压输出端；PWRGD：当VSENSE>90%参考电压时，输出为高阻，否则输出为低电平，利用这点，可用于I/O口电压和内核电压的控制，设计出符合要求的上电次序；RT：频率设置电阻输入，选择不同的阻值连接，可设置不同的电源开关频率；SS/ENA：慢启动或输入输出使能控制；FSEL：频率选择；VBIAS：内部偏压调节，与AGND间应连接一个0.1~1 μF的陶瓷电容;VIN：外部电压输入;VSENSE：误差放大反馈输入,可直接连到输出电压端。

3 电路设计

在Protel中搭建原理图，如图2所示。

设计主要考虑了输入滤波、反馈回路、频率操作、输出滤波、延时启动等问题。

3.1 输入输出滤波

两电源芯片输入电压均为5 V，为有效虑除输入电源中的高频分量，输入端均接一个10 μF的旁路电容。同时，为减少输入纹波电压，各接入一个100 μF和180 μF的滤波电容。经过这样的组合滤波，可以得到一较为干净的输入电源。

在输出端，为了得到质量较好的输出波形，输出滤波网络由一个4.7 μH电感及一个470 μF和1 000 pF的电容组成。

3.2 反馈回路

TPS54312上为直接反馈，经过滤波输出后的电压直接连接到VSENSE上，TPS54616加上一个反馈电阻，作用其实是相同的，都是直接反馈。

3.3 开关频率设计

如果让RT脚空接，FSEL接地或接在VIN上，则开关频率为350 kHz或550 kHz。如果采用外接电阻进行开关频率选择，有计算阻值的公式为：R=500 kHz/选择的开关频率×100 kΩ。设计中选用开关频率700 MHz，计算得应接电阻阻值为71.5 kΩ。

3.4 延时启动

两芯片均有慢启动和输出输入使能控制功能。通过在脚SS/EN上连接不同容值的电容，可以获得不同的慢启动时间。尽管有专门的计算公式可以进行计算，但这里设计可以利用TI为专门电源设计推出的软件swift designer，可以为设计提供很大的方便。swift designer提供一系列的电源芯片支持设计，包括对TPS54312和TPS54616的支持。

在swift designer中设置参数，然后按“GO”，软件即能自动按照要求的参数选择电源芯片和搭建好电路。设参数为：输出电压1.2 V，输出电流3 A，输入最小电压4.8 V，最大5.2 V，慢启动时间3 ms，开关频率700 kHz。软件可以自动生成电路图，软件自动选择的电源芯片是TPS54312，同时电路已经连接好。

同样修改参数，输出电压3.3 V，输出电流6 A，输入最小电压4.8 V，最大5.2 V，慢启动时间6 ms，开关频率700 kHz。同样，这时软件自动生成5 V转3.3 V的电路图(略)。

在swift designer软件的帮助下，使设计变得灵活和简便。要获得正确的上电次序，设计中还应做一些调整。将TPS54312的PWRGD脚接至TPS54616的SS/ENA脚，如图2中原理图所示，同时接成上拉状态。这样，只有当TPS54312输出电压大于 1.2 V*90%时，脚PWRGD输出为低，从而使能TPS54616，产生3.3 V的电压输出，从而获得正确的上电次序要求。在TPS54312输出电压没有达到要求时，TPS54616被上拉，不能产生3.3 V输出。这样通过慢启动时间的设置和对使能端引脚的控制两重保险，可以完全确保正确的上电延时和上电次序。同时，我们可以根据不同芯片对上电延时和上电的次序进行灵活调整，满足上电要求。

4 仿真分析

swift designer软件还提供了初步的仿真分析，能直观地给出分析表，循环响应图，输入电压抖动的影响图，效率图和PCB布线图。下面是一系列相关仿真分析。

从仿真可以看出，设计所采用的电源转换具有较高的转换效率，同时由于输入抖动而带来的影响也在系统可接受范围之内，加上电容滤波后，输出电压纹波效果还会有所改进。由于软件没有对上电次序的先后给出直观仿真，但通过对两电源芯片慢启动时间的设置先后和使能端的控制，系统上电次序得到了较好保证。

5 结 语

供电模块设计对整个系统实现和系统良好运行意义重大，尤其对一些特殊供电要求的高性能器件而言更是如此。在电源模块的设计中，要综合考虑系统要求，设计灵活性，实现难易程度，成本、效率、封装等相应因素，从而做出全面的、折衷的考虑，以寻求最佳的设计方案。经过在雷达信号处理板上的实际应用，设计满足各项电压、电流和功耗要求，同时由于采用较好的上电次序设计，保证了ADSPTS101的内核先于IO上电，从而使整个系统稳定性和可靠性得到了较好保证。

参 考 文 献

［1］韩江涛,胡庆生,孙远.基于TPS54610的FPGA供电模块设计［J］.电子技术应用,2006,32(10):114-117.

［2］高可靠DC-DC电源模块［J］.国外电子元器件,2003(8):78.

［3］童刚,裴昌幸.DSP的双电源解决方案［J］.电子工程师,2002(11):19-21.

［4］黄天戍,霍鹏.基于DSP+CPLD的新型智能监测系统设计与开发\[J\].微计算机信息,2006(8Z):182-184.

［5］Designing with the TPS54311 through TPS54316Synchronous Buck Regulators［P］..2007.

\[6\]Switchmode-Power Supplies Reference Manual and Design Guide［P］..1999.

作者简介

杨 进 男，1983年出生，硕士研究生。主要从事FPGA、DSP结合信号处理的应用开发工作。

邱兆坤 男，1977年出生，副教授，博士。主要从事雷达信号处理，时频信号分析。

第3篇：开关电源的设计方案范文

关键词：投影电视；开关电源；PFC

引言

在目前流行的超大型视频显示产品中，采用投影灯泡的投影电视产品以其独特的高分辨率、高画质、超大尺寸的显示优势，得到了广泛的应用。这种投影产品可作为大型会议中心专用视频显示设备或者大中小学校的教学设备，以及高档娱乐场所的视频播放设备，也可用于酒店、商场、企业商务大厅等场所，以视频画面的形式播放广告或展示企业形象。投影电视产品按投影方式可分为背投电视和前投影机。目前小屏幕背投电视已逐步退出国内市场，只有大屏幕背投电视作为商用显示设备其市场仍在大幅增长。前投影机在国内市场以进口品牌为主，我国自主研发目前才刚刚起步，许多国内厂商都在尝试自主开发投影机芯、投影光机等关键部件。电源设计、光机开发、整机散热设计等都是投影电视产品研发的难点。本文就以Fairchild公司的电源IC为例，提出采用投影灯泡的投影电视产品的电源设计方案。

投影产品电源的基本要求

不管是大屏幕背投电视，还是前投方式的高亮度投影机，其电源组成基本一样。这类投影产品最大的特点是其光源采用投影灯泡。

为采用投影灯泡的投影电视产品设计电源，必须考虑下列特殊因素：

・目前常用的投影灯泡的功率为100W～350W，这就要求电源必须能提供150WN450W左右的输出功率；

・对于大功率电源，按国标要求必须加功率因数校正(PFC)电路；

・同时为节省能源又要求其待机功耗必须低于5W，未来要求低于3W或1W以下；

・投影电视的开关机比较复杂，投影灯泡供电、散热风扇供电、信号处理部分供电等都必须按特定的时序完成开关。

基于以上原因，本方案的投影电视产品的电源由三部分组成：功率因数校正(PFC)电路，提升整机功率因数达0.9以上，同时为投影灯泡的点灯器供电；副电源，也叫待机电源，为散热风扇和系统控制部分供电；主电源，为光机驱动、信号处理部分及其它电路供电。

系统设计

电源电路是直接影响整机性能和可靠性的关键，根据投影产品的供电特点和有关国家标准的要求，并从性能和成本的综合考虑，投影产品的电源电路宜采用主副电源的形式，其框图见图1。

投影电视产品的电源一般由EMC滤波器、PFC电路、A C-DC转换电路、DC-DC转换电路等四部分组成。本文只针对电路比较复杂的PFC电路、A C-DC转换电路提出电路方案。

功率因数校正(PFG)电路

为了得到更高的功率因数，本方案选用有源PFC电路FAN7527。FAN7527是Fairchild公司的一种低功耗简单高效的动态功率因数校正控制器(PFC)，作为典型应用时工作在临界传导模式。

采用本方案实现的PFC电路如图2所示。该电路属于BOOST变换器，这就要求二极管D2负极端的输出电压必须大于交流电整流后的直流输出电压。本方案的交流电源输入最大达AC265V，整流后直流电压约为360V，可调节该Ic的1引脚(内接2.5V误差比较器)所接的分压电阻R8／R9和电位器VR1使PFC电路的输出电压大于360V，本方案选定的PFC输出电压为380V。2引脚所接电容C7构成反馈补偿网络。分压电阻R1／R2将3引脚的电压限定在3.8V以下。R7为电流检测电阻，通过4引脚为内部过流保护电路提供电流检测信号。升压电感T1辅助绕组通过电阻R5提供零电流检测输入，以防止该IC 5引脚上的电压跌至1.8V以下。

根据选用的投影灯泡功率的不同，这部分电路的输出功率差别也比较大，一般在200W～400W之间。设计的关键是计算和根据试验选取关键器件的参数。输入电容C5、输出电容C8、升压电感T1、MOSFET Q1、二极管D2等关键器件的参数会随输出功率的不同而有所差别(见表1)。

副电源

副电源选用Fairchild的离线式开关电源控制芯片KA5M02659RN，采用反激式拓扑结构。

采用本方案实现的副电源电路如图3所示，该IC 3引脚的启动电压可以通过电阻R202从整流桥输出的直流电源取，也可从整流桥前的交流电源取，该引脚输入电压大干15V时电源启动，小于8.8V时电源停止工作，超过27V时内部过压保护电路动作。反馈端4引脚的输入电压超过7.5V时电源停止工作。该电源设计的关键是设计开关变压器、反馈回路等。可以利用原厂提供的标准化软件设计工具(FPS设计助手)完成本电源设计，然后在实验中调节关键器件的参数。

主电源

主电源选用Fairchild公司的离线式开关电源控制芯片KA5Q12656R，采用反激式拓扑结构。

该IC的应用在本方案时的电路，3引脚的启动电压可以通过电阻R101和R104从整流桥输出的直流电源取，也可从整流桥前的交流电源取，其输入电压必须小于40V，大于15V时电源启动，小于9V时电源停止工作。从整流桥前的交流电源取时R101和R104可以选用小功率的电阻。这部分电路的交流输入在待机时被继电器切断，因此设计时不用考虑待机模式(BURST模式)，可使电路更简单，即只需把5引脚同步电压范围设为2.6～4.6V

第4篇：开关电源的设计方案范文

关键词 并联开关电源；均流控制；单片机

中图分类号 TM 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)012-0096-02

目前直流电源并联供电系统多以固定比例均流方式运行，由于各电源模块之间的差异性及负载的不稳定因素，工作时，支路电源模块可能超出正常工作范围，损坏或降低电源寿命。本文应用数字电源设计思想，利用单片机调节供电支路的电流输出比例，根据负载变化和支路电源特性对各支路电流进行合理分配，该系统能保证供电支路符合支路分流比例，通过实时监控负载工作情况，分析支路电源的运行特性，从系统整体和支路电源特性出发保证供电系统的稳定和高效率运行。

1 系统设计原理

1.1 系统结构

双电源并联供电系统的结构如图1所示，该系统由DC-DC电源电路、电流检测、均流电路和单片机控制器等组成，两个电源模块通过电流总线向一个负载供电，电流传感器能够检测各支路及总线电流值。

图1 系统结构图

1.2 可变比例分流电路设计

本设计应用UC3902结合乘法器实现自主分流控制。UC3902是UC公司开发的负载均衡控制芯片，使多个并联在一起的电源模块承担的负载电流量相等，负载均衡是通过单片机检测各支路电流并控制每个模块的功率级完成的，由于均流信号来自取样电阻，故目前并联供电模块只能按固定比例（一般为1：1）进行均流。可变比例分流是通过在UC3902均流控制器的基础上引入乘法器实现，原理如图2所示，UC3902的输入信号为DC/DC模块输出支路通过取样电阻Rs的电流值的与DA输出电压的乘积，UC3902可根据输入的电流信号自动调整两路DC/DC模块的输出电流符合比例规则，单片机改变DA的输出电压值，可精确调节分流比例。由于分流控制直接由均流芯片完成而不需要通过单片机控制，因而具有较好的精度及响应速度。

1.3 电流采集及均流控制电路

采用UC3902结合乘法器的均流控制电路如图3，为实现电流比例的

调节，在UC3902的电流检测放大器前端引入乘法器AD633，AD633的X端连接检测电流的取样电阻，Y端连接DA输出，根据公式，AD633输出可根据式（1）计算。

W= （1）

AD633后接一级运放，设定固定放大倍数为A==10，因此UC3902

的SENSE端输入电压为USENSE=ISENSE*RSENSE*UDA*10，因母线电压与USENSE成正比，当检测电阻RSENSE固定时，根据公式可知母线电压与ISENSE*UDA成正比例，因此，可调节DA的值来控制两路电流的比例系数。

1.4 单片机程序设计

主控程序流程如图4所示，通过键盘可选择系统的工作模式，在自动均流模式下根据检测的负载电流值按约束规则进行比例分配；在可变比例模式下，系统通过按键输入分流比例，进行恒比例分流控制。当检测到的电流过大，如超过4.5 A，则进行过流保护。

2 系统测试

为进一步验证系统设计的科学性并检验系统运行指标，按该方案在实验室设计一套模拟双电源并联供电系统样机进行测试。

1）设置系统在自动均流模式下运行，改变负载大小，调整负载电流，系统按总线电流大小遵循一定约束规则分配支路电流。自动模式约束规则：总线电流小于1.5 A或大于2.5 A，支路分流比例1：1；总线电流介于1.5 A到2.5 A，支路分流比列为2：1，测试数据如表1。

2）设置系统在可调流模式下运行，通过键盘改变分流比例，改变负载大小，调整负载电流，系统设定比例分配支路电流，测试数据如表2。

3 结论

本文在分析传统并联供电均流控制技术的基础上，提出了一种应用单片机控制的并联供电系统设计方案，实现并联支路的可变比例分流控制，解决在多电源供电系统中模块电源存在差异性问题，提高了并联电源分流精度、运行的可靠性及工作效率，为并联电源智能化管理与监控提供一种很好的解决方案。由于系统架构设计合理，功能电路实现较好，模拟系统的性能优良且运行稳定，其中，最大均流误差小于1.0%，系统工作效率高，保护电路工作正常。

参考文献

[1]童诗白,华成英.模拟电子技术基础[M].高等教育出版,2003.

[2]孙存娟,王旭东.基于UC3902模块电源并联均流技术的研究[J].电力电子技术,2009,02.

[3]张天芳.开关电源的并联运行及其数字均流技术[J].淮海工学院学报(自然科学版),2006,01.

[4]彭建学,叶银忠,刘以建.分布式直流开关电源并联技术[J].上海海事大学学报,2009,01.

第5篇：开关电源的设计方案范文

【关键词】等离子电视;电源;电磁兼容

1.等离子电源的EMI分析

电源部分是整机的能源提供者，所以电源品质的好坏决定了系统工作的状态。我们先进行需求分析：等离子电视功耗大于75W，根据标准要求必须加PFC电路，提高有功功率。由于有待机功耗要求，因此采用反激加谐振的方式，这样既满足了驱动要求，又满足待机功耗要求。

因此电源部分共包含4个大的模块，电源输入端滤波整流电路、PFC电路、谐振电路、反激电路。

（1）滤波整流电路。既抑制电源本身的干扰通过电源线进入供电网络，又防止供电网络的干扰进入电源。

（2）PFC电路。PFC电路工作过程中，MOSFET管在工作时由栅极驱动脉冲控制通断状态，引起干扰。PFC电路中的二极管在导通和截止状态间切换，反向恢复电流也会引起干扰。

（3）反激电路和谐振电路。反激电路和谐振电路中的MOSFET在切换通断状态时两端电压产生突变，变压器初级线圈中电流产生反电动势，次级电路中二极管在通断过程中存在反向恢复电流，这些都引起干扰。

2.电源的EMC设计

2.1 EMI滤波电路

为了抑制整机电路和电源自身所产生的干扰不向外传播，也为了外部电网的干扰不进入电源和整机，在电源入口处设计了EMI滤波电路。

开关电源的干扰分为差模干扰和共模干扰，共模干扰是火线或零线与地线之间产生的干扰，差模干扰是火线与零线之间产生的干扰。

2.1.1 差模滤波

开关电源的差模传导骚扰，主要是由电路中开关电源在开关动作时在电源输入线上产生一个周期性的电流信号。由于电解电容作为储能电容，存在ESR和ESL，当周期电流信号经过储能电容时，电容两端就会产生电压降，这个电压降导致电源端口产生电流回路，形成差模传导骚扰，并通过LISN把干扰传导到接收机。

变压器初级线圈、开关管和滤波电容构成的高频开关电流环路，使高频电流反馈到交流电源中形成干扰;同时，变压器初次级间的分布电容会使初级回路中产生的干扰向次级传递，加大干扰传递环路，使更多电流流入LISN，加剧干扰。

当电路中添加了差模滤波后，差模电流减小回流路径，减少对接收机和电网的干扰。

2.1.2 共模滤波

开关电源的共模传导骚扰，主要是由开关电路中的电压瞬变造成的，开关管的负载为高频变压器初级线圈，为感性负载，在开关管开关瞬间，在初级线圈的两端出现较高的浪涌尖峰电压，而由于初级线圈和次级线圈之间的分布电容、电源线对地线的阻抗、次级线圈电源和地之间电容的存在，构成了电源和地之间的电流回路，形成共模干扰。

当电路中添加了共模滤波后，共模电流回流路径减小，减少对接收机和电网的干扰。

2.1.3 滤波电路设计

我们设计EMI滤波器如图1所示，电路包括两级滤波结构，共模电感L103、共模电容CY102、CY102和差模电容C101组成第一级，共模电感L104、共模电容CY103、CY104和差模电容CX102组成第二级。R104、R105、R106为泄放电阻，保证电源断电后迅速放电到安全电压以下。

由于变压器初次级分布电容的存在，引起共模干扰，因此可以通过减小初次级分布电容改善共模干扰，可以在变压器初次级间增设屏蔽层。同时将变压器屏蔽层接至初级的中线端，还可以抑制差模干扰。

图1 EMI滤波电路

2.2 PFC电路

电路中由于MOSFET的开关状态引起干扰，因此我们针对MOSFET加抑制措施，可以通过以下方法改善PFC电路的干扰：

调整驱动电阻R422、R423，改变开关速率;

MOSFET漏源极加吸收电容C410;

电阻D410两端加磁珠BD1、BD2吸收干扰。

图2 PFC电路

2.3 反激电路

在电路中，初级部分由于MOSFET通断引起的干扰，我们通过电阻R210、电容C207、二极管FR107组成的吸收电路进行抑制，二级管采用快恢复二极管。也可以通过调节MOESFET栅极输入的PWM脉冲改变MOSFET开关频率来进行改善。

次级部分二极管的反向恢复电流引起的干扰，我们通过在二极管两端并联电容C301来吸收。如图3a所示。

2.4 谐振电路

电路中通过调整MOSFET驱动电阻R515、R516和R518、R519来设置不同的开通和关断时间，减小MOSFET的开关带来的干扰，如图3b所示。

图3 反激电路和谐振电路

2.5 PCB设计

开关电源EMI设计中，PCB布板是非常关键的一环。优秀的PCB布板，即使有干扰源，也能最大程度地阻断传播途径，将干扰水平降到最低;不良的PCB布板，即使干扰源不大，也会通过走线将其放大并传播出去，甚至产生较大的干扰。PCB布板主要注意以下几点：

（1）大电流信号走线要顺、短、粗;

（2）大电流信号和小信号要分离走线，避免功率信号干扰小信号;

（3）不同系统之间的共地信号连接点尽量唯一确定;

（4）存在电流环路的地方，比如反激电路漏极的吸收环路，应该尽量使环路面积最小。

3.小结

通过对等离子电视电源的干扰分析，针对电路模块设计出一套滤波电路，该套电路应用后，传导和辐射都得到较好的抑制，配合整机的设计和整改，测试结果合格，满足了项目要求。

参考文献

第6篇：开关电源的设计方案范文

关键词：电视发射机；功率放大器；组成及设计

中图分类号：TP1

文献标识码：A

文章编号：1672-3198(2009)13-0286-02

1　引言

我国的各大电视台发射机至今仍基本处于模拟阶段，数字发射机的研制工作也刚刚起步。在数字发射机中，通常情况下，数字电视信号经COFDM方式调制后输出中频模拟信号，通过上变频送入放大部分。该调制方式包括IF-FT(8K)和IFFT(2K)两种模式，分别由6817和1705个载波组成，每个载波之间频率间隔非常近，所以交调信号很容易落在带内，引起交调失真，线性较差的放大器将会严重影响数字发射机的关键指标MER(调制误差率)和Shoulder(带肩)。因此，要求放大部分应工作于线性状态，以免影响信号质量。本文的内容是根据问题产生，研究电视发射机中功率放大器的基本模块以及设计的相应方案。

2　电视发射机的功率放大器概述

2.1　电视发射机功率放大器的基本要求

电视广播对发射机的最基本要求是功率放大器应有足够高的功率增益。功率放大器是宽带放大器，能覆盖整个UHF波段，在发射的频道改变时无须进行逐个频道的调整，各级功率放大器模块采用最先进的进口全固态放大管。基本的要求是：放大器具有高线性、宽动态范围，即数字调制信号在动态峰值范围内时发射机仍有良好的线性；即使在有模块缺损的状态下，发射机仍旧能播出；发射机应有足够高的频率精度和频率稳定度、低的相位噪声，以保证被传输信号具有尽可能低的误码率和信杂比。

2.2　电视发射机功率放大器的技术指标

DVB_T地面数字电视发射机中功率放大器的具体常规指标主要如下：

频率范围：470MHz到860MHz；放大方式：甲乙类线性放大；输入阻抗：50Ω；输出阻抗：50Ω；反射损耗：≥15dB；输入功率：1W(额定)；输出功率：1000W(最大)；电源输入：120VDC±15％；功率消耗：1800W(最大)；射频输入接口：N头(阴头)；射频输出接口：DIN7/16头；保护：射频反射功率过大(≥50W)、过流、过热；冷却方式：强迫风冷；环境温度：－5℃到45℃；海拔高度：最高3000m；重量：大约15kg。

2.3　电视发射机功率放大器的构成

DVB_T地面数字电视发射机中主要有500(W)和1000(W)，其中500(W)有两个功放模块，1000(w)有4个功放模块。功放单元大体包括以下九个功能模块：射频控制模块；100W功放模块(射频驱动级)；四路功率分配器；270W功放模块(射频放大级)；四路功率合成器；电源软启动；3.5kw DC/DC开关电源；控制和显示模块；冷却系统。

3　电视发射机功率放大器的设计方案

3.1　射频控制模块

输入功放的射频信号先送到本模块，经过处理后，再放大，然后送到100W功放模块(射频驱动级)。具体处理过程，按先后排列如下：

(1)增益控制电路。调节功放前面面板上的增益调整电位器，通过功放的控制模块，产生增益控制命令。该命令送到本模块。调节射频信号的增益。调节范围：+1-3 dB。

(2)相位调整电路。调节功放前面面板上的相位调整电位器，通过功放的控制模块，产生相位调整命令。该命令送到本模块，通过MB藕合器来调节射频信号的相位。调节范围：+35-35度。

(3)放大电路。射频信号经3dB耦合器后，分为2路，由MRF6522-10放大，再经3dB耦合器合成。其中包括：输入射频信号功率测量，射频预驱信号功率测量以及偏置控制等。

3.2　270W(末级)功放模块

由于数字发射机的信号是宽带信号，所以要求功放模块具有很好的线性度和内均匀的增益。功放模块由两块AB类BLF861 LDMOS、偏置电路和匹配网等构成，使用3dB定向耦合器作为二等分功率分配器和功率合成器。270W功能模块电路框图如图1所示：

3.3　控制模块

控制模块的作用：采集来自射频模块的采样信号，进行处理，产生控制功放源模块的命令；将功放的状态通过显示板，显示在功放单元的前面板上；接受来自控制器的命令，同时将功放的工作状态送到控制去。

3.4　四路分配器和四路合成器

四路分配器和四路合成器都利用微带线实现功率分配或功率合成。四路分配器将100W功放模块放大后输出的射频信号，分配到四个270W功放模块的输入端，作为功放模块的激励信号。由于考虑到各个端日之间的隔离度以及反射功率的吸收，安装了平衡电阻。为了减小的反射功率，设计了多段1/4的阻抗变换电路。

四路合成器将4个270W功放模块放大后输出的射频信号，进行合成。为了减小的反射功率，同样设计了阻抗变换电路。四路合成器的输入通过L29接头，送往功率合成器。

3.5　开关电源系统

开关电源系统，将来自电源的+140VDC，通过开关变换的方法，转变为功放模块所需的+32VDC。同时，把电流和输入输出电压的采样信号送给控制板，根据控制板的命令，提供过流保护和过压保护。开关电源系统框图如图2所示：

第7篇：开关电源的设计方案范文

【关键词】LED筒灯；驱动电源电路；反激式；BP3105

1.引言

在全球能源日益短缺、环保要求不断提高的情况下，LED灯具正逐渐成为当下及未来照明市场的发展方向。LED照明具有光效高、易控制、寿命长、节能环保等显著优势，是人类继白炽灯、荧光灯之后新的照明革命。目前LED灯具已广泛应用于室内、室外、景观照明，在室内照明LED灯具中使用较普遍的是筒灯、射灯、平板灯、球泡灯。随着LED技术的迅猛发展，LED在照明市场被业界认为在未来10年成为最被看好的市场以及最大的市场，LED灯具也将是取代白炽灯、荧光灯的最大潜力商品。

2.LED筒灯市场分析

筒灯是在工程建设中用量最大的室内工程灯具，它广泛用于在商场、宾馆、写字楼和家庭装修中，它是一种点光源灯具，通常是嵌入在天花上作为空间照明使用。筒灯的光源主要是节能灯、LED两大类。相比较而言，LED除了价格较贵外，其他主要性能都明显高于节能灯，例如光效方面：螺旋节能灯为60lm/W、2010白光LED为120lm/W；寿命方面：螺旋节能灯

筒灯根据安装方式主要分为嵌入式和明装式，其中嵌入式占据近95%的市场；根据灯杯尺寸主要可分为2.5、3、4英寸（民用）和3、4、5、6、8、10英寸（工程），其中4英寸使用最多；根据结构可分为自带控制装置式（即一体式）和控制装置分离式，其中一体式LED筒灯市场很少见。

3.LED筒灯设计方案

结合市场分析和成本控制，本设计任务确定为一款4英寸一体式LED筒灯。主要光电性能符合国家《LED筒灯节能认证技术规范》CQC3128-2010。

3.1 LED筒灯技术参数

功率：一般市场常见4英寸筒灯匹配紧凑型节能灯功率为9-15W左右，根据工程常规通用换算公式LED1W=节能灯1.5-2W，确定本设计输出功率为10W。

功率因数≥0.8，电源效率≥80%，初始发光效率≥80lm/W。

3.2 LED筒灯总体结构设计

LED筒灯由以下几部分组件构成，总体结构图如图1所示。

（1）外壳：由反光杯和散热器构成。散热器选用散热良好的车铝型材构成，选用常见的太阳花形式。散热器底部通过导热硅脂在外侧与反光杯底部紧密连接，反光杯底部内侧与LED光源的铝基板通过导热硅脂紧密相连。

（2）灯罩：选用亚克力导光板，其具有超薄、亮度高、导光均匀、节能环保、无暗区灯特点，配合多颗均匀散布的小功率LED灯珠，使灯具发光更加均匀，没有光斑。

（3）LED光源：由铝基板（MCPCB，35μm铜层及1.5mm铝合金）和30个标称0.32W的LED灯珠组成，避免了使用少量大功率灯珠带来的发光不均匀的弊病。选用30颗首尔STW8Q14BLED灯珠组成10串3并的结构。STW8Q14BLED典型光电参数：色温2600-7000K，光通量30.5lm（2600-3700k），32lm（3700-7000k），正向电压降VLED=3.2V，正向电流ILED=110mA，结温RJC=18℃。LED的散热垫与PCB的敷铜层采用回流焊焊在一起。

（4）驱动电源：因为单个LED工作电压为低电压，且工作电压范围很窄，通常不能直接供电，否则极易损坏。本设计选用恒流驱动，可以避免LED灯珠正向电压变化所导致的工作电流变化，从而提高LED发光的光视效能和稳定度，延缓光衰。所以采用恒流驱动芯片，电源沿用常用的单开关反激式电路。驱动电路板设计成环形，外装塑料外壳，与灯具外壳固定相连，散热器从其中间穿过，构成一体式结构。

4.电路设计

4.1 BP3105芯片简介

BP3105是一款高精度的LED恒流控制芯片，适用于输入全电压范围的反激式隔离LED恒流电源。采用原边反馈模式，无需次级反馈电路，也无需补偿电路即可实现恒流，系统成本低。芯片内带有高精度的电流取样电路，使得LED输出电流精度达到±3%以内。BP3105采用小体积SOT23-5封装，管脚封装图见图2。其中GATE为外接NMOS管驱动端；CS为电流采样端，采样电阻RCS接在CS与GND之间；FB为辅助绕组的反馈端。BP3105具有多重保护功能，包括LED开路保护、LED短路保护、芯片过温保护、过压保护、欠压保护、FB短路保护等。当Vcc电压高于16V时，芯片关断外部功率管，芯片自动重启直到外部过压状态解除；Vcc内部自带19V钳位电路，以防止异常条件下芯片损坏。芯片内部热保护电路检测结温度。过热保护阈值设置在160℃，迟滞为30℃。当结温度超过阈值（160℃）时，将关断功率MOSFET，直到结温度下降30℃后，MOSFET才会重新使能。当输出出现LED短路或LED开路时，系统将自动进入低功耗模式，同时不断检测负载状态，直到故障解除。当故障解除后，系统自动恢复正常工作。

4.2 驱动电路设计

LED筒灯驱动电路见图3和图4。其中图3为输入EMI滤波电路和桥式整流电路，图4为基于BP3105芯片的恒流驱动电路。

图3中F1为保险丝，起过流保护作用；RV为压敏电阻，起过压保护作用；D1-D4为桥式整流电路。Ld1、Ld2、C1、C2组成EMI低通滤波器，Ld1=Ld2，C1=C2，用于共模方式的EMI抑制。共模电感Ld1、Ld2对称地绕在同一磁芯上，在正常工作电流范围之内，由于磁性材料产生的磁性互相补偿，从而能避免磁饱和，对共模干扰信号呈现高阻抗，而对差模信号和电源电流呈现低阻抗，这样就保证了对电源电流的衰减很小，而同时又抑制了电流噪声。EMI滤波器既抑制了来自电网的电磁干扰，同时对驱动电源自身产生的电磁干扰也起衰减作用，以保证电网不受污染。

图4中C1、C2、R2、D5-D7构成逐流滤波无源功率因数校正电路，C3作为直流端滤波电容。加入逐流电路后在每半周期内，将交流输入电压高于直流输出电压的时间拉长，图3中整流二极管D1-D4的导通角就可以增大达到120度以上，交流电源输入电流为零的死区时间则缩短，电流波形也更趋接近正弦波，减小了电流畸变因子，从而提高电路输入功率因数，由0.6变到0.9，同时降低输出直流电压，至少比桥式整流电容滤波电路的直流输出电压低15%。经过逐流电路后，由T1、Q1、D7、C6构成的反激式开关电源电路完成隔离输出和变压功能，控制芯片IC1实现反激式开关电源电路的开关控制功能。反激式开关电源电路具有电路结构简单、安全隔离、成本低的优点，特别适合小功率LED驱动电源的要求。D6、R6、C5构成反激式开关电源电路的吸收电路，在开关Q1关断后，吸收开关上的尖峰电压。

BP3105芯片仅需要25uA的启动电流，系统上电后启动电阻R5对电容C4进行充电，当电压达到芯片开启阈值14V时，芯片内部控制电路开始工作。系统启动后，其由辅助绕组对Vcc端进行供电。芯片逐周期检测变压器主级侧的峰值电流，CS端连接到内部的峰值电流比较器的输入端，与内部500mV阈值电压进行比较。当CS外部电压达到500mV时，功率管Q1关断，系统工作在电感电流断续模式。BP3105芯片通过FB来反馈输出电流的状态，FB的阈值电压设置在1V。R9、R10为反馈网络的检测电阻可以设置到300KΩ～750KΩ，同时利用分压可以进行线电压补偿。变压器T1主级侧峰值电流：Ip=500（mV）/RCS，实际为了便于调整阻值，RCS用两个电阻R3和R8并联。

4.3 变压器设计

根据BP3105芯片使用要求，系统工作在电感电流断续模式，最大占空比为Dmax=0.42，中心工作频率f=44KHz（在40KHz～48KHz之间便于通过EMI测试）。输入直流平均电压为200-280V，输出直流平均电压Uo=VLED*10=32V，输出直流平均电流Io=ILED*3=330mA。

（1）确定变比

假设工作在断续临界点，最大占空比情况下，根据伏秒积分为零的公式（1）可算出变比，取7。其中Np 是变压器初级的匝数，Ns 是变压器次级的匝数，TR为次级电流流通时间。

（1）

（2）确定初级电感量

根据次级电流公式（2）和磁势平衡公式（3），可以算出变压器原边峰值电流Ip=180mA。公式（4）为临界连续时原边电感量计算公式，其中电源效率取0.7，在断续工作状态下，电感取值应小于该计算值。根据实际实验结果，变压器初级电感量定为1.7mH。

（2）

（3）

（4）

（3）确定绕组匝数

根据输出功率10W选择变压器E19磁芯，4+3引脚骨架，变压器骨架尺寸见图5。铁芯材料选常用的PC40锰锌铁氧体，Bs=3000G，Br=95G，Ae=0.23cm2。根据公式（5）确定初级绕组匝数，其中ΔB=Bs-Br，余量系数F取0.6。最终选择N1初级绕组（4、5引脚）167匝，线径0.25；N3次级绕组（6、7引脚）24匝，线径0.15；N2反馈绕组（1、3引脚）66匝，线径0.35。绕组之间覆盖2层聚酯膜。

（5）

5.散热器设计

在热的传导过程中，各种材料的导热性能不同，即有不同的热阻。热阻越小，其导热性能越好。太阳花形散热器是LED筒灯广泛采用的一种散热形式。设Y为最优翅片长度，X为芯片功率，根据线性拟合公式Y=4.0333（X-12）+34.422nn，可以计算出最佳翅片长度为26.355mm。翅片厚度的增加，并不能有效增大翅片散热面积，相反却会造成散热器重量的增加，提高成本。但考虑到散热器翅片采用挤压工艺成型，对厚度有一定下限要求，在保证大于1mm前提下，尽量减薄以降低散热器的制造成本。根据计算经验，翅片间隔需要大于4mm，才能保证自然对流的顺利进行。本设计采用一体化结构，散热器放从环形驱动电源中间穿过，外形图见图6，总直径只能限制在70mm内，本设计中所用太阳花散热器翅片长20mm，厚1mm，数量36*2=72，翅片间隔3mm。

6.测试结果分析

使用远方电参数测试仪、积分球对整灯进行测试。

光电实际测试结果：功率因数=0.9，实际输出功率=10.2W，电源效率=80%，初始发光效率=82lm/W，全部符合设计要求。

温度测试结果：环境温度TA=25℃，LED散热垫的温度TC=70℃。LED工作状态：VLED=3.2V，正向电流ILED=110mA，极限工作结温TJmax=125℃。TJ=RJC（VLED×ILED）+TC=18℃/W（3.2V×110mA）+70℃=76.3℃

7.结论

文章结合LED照明发展现状，设计了一种基于BP3105恒流驱动芯片的小功率LED筒灯。本设计把控制电源设计成环形，与灯具外壳连接在一起形成整体，这种一体式的结构非常方便用户安装；利用多颗小功率LED灯珠构成灯盘，配合导光板，很好地实现了光源的均光性；利用逐流电路提高功率因数到0.9；利用恒流芯片构成的反激式开关电源结构简单，性能稳定，成本较低。经测试光效达82lm/W，灯具内部LED散热垫温度70℃，可以大大延展寿命。目前经过小批量试产的产品应用情况良好，验证了设计方案的可行性和正确性。

参考文献

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第8篇：开关电源的设计方案范文

Abstract: Programmable Meter Tester with PWM power supply design raised the overall hardware design. Direct digital wave synthesis can produce a variety of broadband quadrature modulation signals and other signals, programmable and fully digital, flexible control. It is so convenient, and highly cost-effective, and the use of electromagnetic compatibility measures is adopted to improve the system electromagnetic compatibility.

关键词:程控电度表校验台;PWM电源;电磁兼容

Key words: program-controlled checker of electric meter;PWM standard power supply;EMC

中图分类号:TM71 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)21-0223-01

0引言

我国的电度表产销量世界第一,但作为电度表生产重要环节之一的电度表校验水平却明显跟不上发展,虽然国内已有厂家开始生产电子式校验台,研发的重点都放在电度表校验自动化和高精度程控信号源设计两项技术上,但因程控电源均采用线性功放,而线性电源又因功放原理限制,其输出效率低、输出功率小不适应大批量的生产线。国外产品也只有德国EMH的全自动电度表校验台进入了我国,因采用PWM程控功率电源,其输出功率大,输出效率高,完全适应电度表生产线,但因价格太高,因此一直无法推广。

1程控电度表校验台用PWM电源总体设计方案

三相程控电度表校验台用PWM电源的原理图如图1所示,由信号发生器、PWM功放、输出变压(变流)器、滤波器、电压(电流)互感器、反馈网络、PC及控制中心、仪用接口、面板显示、键盘等组成。

1.1 信号发生器信号发生器原理框图如图2所示,它采用直接数字波合成技术,产生可程控调幅、调相、调频的三相正弦信号(六路并含直流基准)输出。

直接数字波合成技术工作原理是由代表时间的电子计数器同波形存储器的地址相连,波形存储器各单元中存放对应的波形函数值,当计数器工作时,可从波形存储器中依次取出对应的函数值,再经过波形合成器便可在其输出端得到所需的波形。

1.2 滤波器的设计由于PWM输出是经脉宽调制的方波,其谐波分量非常丰富,要得到一定精度的正弦波就需要对输出方波加以滤波。因此采用二阶滤波器实现滤波功能。

1.3 高精度互感器互感器是能按比例的变换被测交流电压或电流的仪器。其中,变换交流电压的称为电压互感器,变换交流电流的称为电流互感器。在测量中,采用互感器变换量限,与采用分流器和附加电阻变换量限比较起来,具有以下优点:降低仪表功耗、隔离高压可以做到一表多用、节约设备费用。因脉宽调制功放带有很大的波形失真因此加入了采样互感器和反馈网络,用以提高幅值和相位稳定度,减少负载响应,更重要的是减少波形失真。

1.4 PC机控制中心这部分是程控电源独有的。它的主要任务有两个:一是内附控制,包括产生何种波形、调频、调相、调幅控制、量程转换、自诊与自保护、工作过程控制及测量和数据处理等。二是通过仪用接口联网,由系统PC控制工作,这是构成全自动校验台的关键所在。本方案中采用多CPU协同工作方式,主CPU负责整机的控制及数据处理、通讯,另有1个CPU负责测量工作,其它6个CPU分别负责控制所在机箱的控制及数据处理。

1.5 测量电路测量单元是从输出端测量电压、电流、相位、频率等,一方面用于电源显示,更重要的是用于反馈,PC根据测量结果进行反馈控制及调整,并和硬件一起构成软硬件复合反馈网络。另外提高测量准确度,并完善校准方法,即可构成标准电源。

1.6 自诊和自保护保护是测试电源的重要环节。电源工作经常因为操作错误等造成过载、短路、开路,直流开关和PWM本身均设有自动硬件保护。同时还采用了软硬件复合保护,经保护采样电路把报警信号送入PC及控制中心,经处理后,PC及控制中心控制切断直流电源,同时发出报警信息。

2PWM电源系统的电磁干扰

在电度表校验三项程控标准源系统中存在着许许多多的干扰源。该系统是个强弱电并存的系统,对弱电系统部分来说,有强电部分的谐波辐射和经过信号线等的耦合噪声、系统供电的开关电源噪声、由于分布参数等引起的反射、接地噪声、三相交流电输入耦合噪声等等。对轻弱电混合的系统而言,由于PWM信号谐波噪声、功率器件切换引起的。一方面,在电感上产生很大的尖峰电压,叠加在开关器件两端,严重威胁开关器件的安全,另一方面,由于分布电感和电容的耦合作用,功率电路的尖峰电压、尖峰电流耦合到PWM系统控制电路等,使控制电路等产生误动作。此外,还有变压器的非线性(有类似混频功能)产生谐波噪声耦合。

第9篇：开关电源的设计方案范文

关键词：高频变压器　发展现状

随着电子信息技术飞速发展，各类小型轻量化的电子设备的电源系统层出不穷，其迅速扩张的用户群从侧面表明了这类电源系统的使用性能不容质疑。此类电源系统的核心部件是开关电源变压器，它是开关电源系统体积和重量的主要占有者和发热源，主要用于能量（功率）的转换与传输。开关电源变压器的高频化，是确保开关电源系统使用性能的前提下，使其平面智能化、小型轻量化的技术关键。

1　高频变压器的商品属性

电源在市场发展中主要追求的指标是效率高、体积小、成本低。高频电源变压器属于商品，具有一般商品的属性，所以它的设计无异于其他商品，用户都是根据其功能和使用性能选择性价比高的产品。目前，这类产品呈现出短、小、轻、薄的发展趋势，大大节省了制作成本。而高频电源变压器作为一项关键性技术，也应该体现出短小轻薄的特点。

产品成本涵盖了产品的设计研发、材料选择以及生产等各环节所需的成本。笔者结合自身工作经验，总结了一些数据，把该产品的电流密度、铁损铜损比例、漏感与激磁电感比例、原边与副边绕组损耗比例清楚的体现出来，并提出了关于结构改进设计、窗口填充程度、绕组导线设计的新方案。

随着变压器的推广应用，其生产制造技术也获得长足发展，可以预测，未来的它将在节能低噪、提高可靠性、环保特性认证、变压器拓展容量、变压器多功能组合及多领域发展等几方面获得进一步发展。

2　电子变压器的最新发展

传统的电子变压器一般都是在普通铁氧体磁芯上缠绕铜线绕组，体积比较大，转换效率不高。经过一代又一代的技术改良和创新，电子设备在体积、重量上呈现出逐渐缩小的趋势。目前，以移动电话、笔记本电脑为代表的多种便携式电子设备层出不穷，电子设备以朝着智能化、小型轻量化的方向发展。电子设备体积的大小主要取决于电源体积的大小。电源系统内装有变压器、电感器磁性元件，需要根据电源系统的功率容量来设计该元件的体积。由于电源技术的改进大大提高了工作频率，磁性元件的体积逐渐缩小，变压器和电感器迎来了微型发展时代，尤其是在航空发展和计算机通信领域贡献卓著。国际市场也出现了平面变压器、集成变压器和采用微制造工艺的芯片形式的微型变压器。

2.1　整体结构　为真正体现出短小轻薄的特点，我们不断加大科研力度，依托高新技术推进高频电子变压器结构更新换代，实现其由立体结构向平面结构、片式结构乃至薄膜结构转型，制造出平面变压器、片式变压器、薄膜变压器。高频电子变压器结构的更新换代，不但形成了新的磁芯结构及线圈结构，促使基础材料的研发和应用不断推陈出新，同时也为产品的设计和生产创新了发展思路。对于产品设计，首先要厘清新结构电磁场分布的情况，甄选最佳设计方案，然后解决各层结构中存在的问题。对于产品的生产，要敢于尝试多种加工方法，在确保产品性能的前提下使工艺操作自动化、机械化。在MHz级高频电子变压器中，空心变压器在众多领域被广泛使用。探讨空心变压器的结构、设计方法、制造工艺和应用特点也是其研究和发展方向。

2.2　磁芯材料和结构　对于由软磁材料构成的电磁感应高频电子变压器来说，磁芯最为关键。在高频电子变压器安装磁芯是为了拓宽温度范围，减少损耗，进而节省生产成本。根据电磁性能、散热、用量及成本信息，设计出相应形状、尺寸的平面磁芯、片式磁芯及薄膜磁芯，就成了技术讨论的重要课题。目前有很多企业已瞄准了高频电子变压器市场，并且开始尝试研发新的产品，或对尝试已有产品进行技术改进。

目前，用于制造高频电子变压器的磁芯材料主要是软磁铁氧体，大部分设计单位关心的是采用何种工艺流程更节省生产成本，或哪种产品更有市场前景。

在工艺流程上，许多单位都在研究自蔓延高温合成法（SHS），即通过反应物内部的化学能来完成材料合成。该操作工艺工序简单，生产效率及产品纯度较高，而且耗能低、环保，能够合成Mg、MgZn、MnZn、NiZn铁氧体，可以进行规模化生产。火花等离子烧结法（SPS），可以制成多层MnZn铁氧体和坡莫合金复合软磁材料磁芯，这种复合软磁材料磁芯融合了MnZn铁氧体的高频低损耗特性和坡莫合金的高磁导率高饱和磁密特性，会大大提高高频电子变压器的性能。除此以外，诸如机械合金法、新型水热合成法、快速燃烧合成法、水热合成法、微波烧结和自燃烧合成法等工艺的研发和应用也有了新的突破，而且都能在确保产品性能的前提下节省生产成本。

由于软磁铁氧体的饱和磁密低，相较于100kHz以上的高频范围的软磁材料来说，在20kHz～100kHz的较高频范围内的软磁材料的性价比稍逊一筹，其他几种软磁材料在20kHz～100kHz的较高频范围内，无论在性价比方面还是在质量方面，与软磁铁氧体都相差无几。每一种软磁材都有其使用范围和特性。所以，未来用于制作高频电子变压器的软磁材料的主要研究方向是，如何利用材料本身的特性形成产品的技术优势。

由于硅钢的饱和磁密高，性价比高，因此最近出现了6.5％硅钢、梯度硅钢、含铬的硅钢、超薄带硅钢等一系列高频用硅钢。其中，含铬的硅钢已作为25kHz的电子变压器、70kHz的电子变压器的生产材料广泛采用。目前，硅钢使用的工作频率高达325kHz。

高磁导坡莫合金的磁导率高，虽然对使用环境要求不高，但成本高。如近几年出现的用于军工设备及特殊生产行业的坡莫合金超薄带，其使用工作频率均在1MHz以上。

另外还有造价相对较高的钴基非晶合金，它的能耗最低，综合考虑其性价比，目前它只适用于生产200kHz与1MHz的高频电子变压器。

近几年来，软磁复合材料已在高频电子变压器生产领域得到了推广和应用。相较于以往的软磁合金、软磁铁氧体来说，这种软磁材料质量轻、密度小，其磁性金属薄膜或金属粒子能够分布在非导体等多种材料中，从而大幅度提高工效，减少能耗。而且我们不仅能通过塑料工程技术，将软磁复合材料注塑成线形复杂的磁芯，还能通过热压法将其加工成粉芯，不但节约生产成本，能大幅度提高生产效率，而且产品重复性和一致性好。另外，我们还可以通过不同的配比来改变软磁复合材料的磁性，比如上文提到的软磁铁氧体和坡莫合金组成的复合材料，目前使用的软磁复合材料粉芯的工作频率已超过10kHz，可以与高频用滤波电感器中的软磁铁氧体替换使用。

就当前市场形势来看，平面磁芯、片式磁芯、薄膜磁芯的研究和应用仍是目前技术研究的主线。传统工艺大都通过改造软磁铁氧体磁芯来获得平面磁芯。经过技术创新，我们目前已有了多种专业的高低度软磁铁氧体磁芯用于平面变压器生产。把平面磁芯进一步压缩得到的便是片式变压器的磁芯，或通过共烧法来制作。就目前各种材料的发展趋势来看，应用面较广的薄膜磁芯和磁性材料可能成为MHz以上高频电子变压器的主要结构及磁芯材料，未来有望使薄膜电子变压器的高度控制在1mm以内，并且可能广泛应用在各种卡片内。我国正在进行这方面的研究。现在希望能把材料开发，电子变压器制造领域应该与应用领域合力研究和开发，尽快使现有的薄膜软磁材料变成高频电子变压器磁芯，使我国拥有薄膜变压器的自主知识产权，助力电子信息技术的更新与发展。

2.3　线圈材料和结构　随着高频电子变压器整体结构的发展，平面线圈、片式线圈、薄膜线圈成为了线圈结构研发的主要趋势，其中也涵盖了多层结构的设计和研发。除此以外，用于线圈结构的材料的研究也有了新的突破。

立体结构的高频变压器线圈，由于选用的导线材料要同时兼顾集肤效应和邻近效应，因此可采用多股绞线（里兹线）或铜带和扁铜线。绝缘材料采用耐热等级高的材料，以便提高允许温升和缩小线圈体积，采用双层和三层绝缘导线，可以减少线圈尺寸。举一个例子，最近，国内开发出以纳米技术把云母泳涂在铜线上的C级绝缘电磁线，已经在工频电机和变压器中应用，取得良好的效果，估计在高频电子变压器中也会得到应用。

平面结构线圈，导线采用铜箔，大多数采用单层和多层印刷电路板制造，也有采用一定图形的铜箔，多个折叠而成的。绝缘材料一般采用B级材料。

薄膜结构线圈，导线采用铜、银和金薄膜，制成梳形、螺旋形、运动场形等图形，绝缘材料采用H级和C级材料。也有采用多层结构的，或者是几个多层线圈组合起来，或者是几个线圈和几个磁芯交叉重叠而成。总之，薄膜变压器是现在正在大力开发的高频电子变压器，许多结构并不定型，也许，还会出现许多新的线圈结构。

参考文献：

[1]罗庆华，卢建江.变电站高频开关电源应用探讨[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2009（01）.