开关电源的设计与制作精选(九篇)

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第1篇：开关电源的设计与制作范文

关键词：矿用传感器；开关电源；寄生参数；尖峰干扰；滤波器开关

电源的制造和工作机理也决定了其中存在工作电容、电感和寄生电容、电感。由于电感的电流不能突变，电容电压不能突变，因此，开关电源工作过程中，功率半导体器件高速通断使瞬态变化不可避免的频繁产生，由于瞬态变化产生的尖峰脉冲电压和浪涌脉冲电流成是开关电源的主要电磁干扰源[1]。煤矿监测监控用电源箱多为隔爆兼本安性设备，按煤矿有关规定，不能布置于工作面等场所，而工作面为煤矿主要作业地点，布置有大量的传感器，通常传感器到供电电源箱距离较长，因此提高传感器受电电源效率就成为煤矿用传感器的技术关键点之一，由于开关电源具有体积小、质量轻、效率高等方面的优点，目前采用开关电源是唯一成熟的技术方案[2]，传感器是煤矿监测监控的感知前端，其可靠性对整个煤矿的生产管理具有重要意义，开关电源是传感器的核心单元之一，其电磁辐射强度直接影响到传感器的可靠性，并对整个监测网络上的其他设备也有一定的影响，因此，降低开关电源的电磁干扰对提升煤矿用传感器的恶劣电磁环境适用性具有重要意义[3]。

1开关电源的电磁干扰分析

在开关电源工作过程存在电流、电压的高频瞬态变化，瞬态变化产生高频的dI/dt和dU/dt，随之形成的浪涌电流和尖峰电压产生强烈电磁干扰，只有抑制此类干扰，才能从根本上弱化电磁干扰。由于在开关电源工作过程中不可避免的采用工频滤波整流的方法，其中，大电容的快速充电放电、开关管开关状态的高频切换和续流二极管的频繁反向恢复都属于这类干扰[4]。开关电源中整流管的驱动波形、场效应二极管的漏源波形和续流管的恢复波形等基本上接近于非定频率的高频矩形波，其周期的倒数决定了基波频率，脉冲边缘上升时间与下降时间的和倒数决定了倍频频率分量的频率值，通常情况下基波频率在10～2000MHz范围内，谐波频率为基波频率的奇数倍，具有更高的频率特征，这些高频信号会对开关电源输出电压的纹波、控制电路的稳定性造成较强的干扰[5]。在煤矿用传感器上，主要表现为传导干扰和辐射干扰。其中，由于功率开关管通断时间很短，产生较大的电压变化率和电流变化率，并且开通回路中有电感存在，导致发生较高的尖峰电压和尖峰电流，由此产生的干扰通过引线传导，形成高频传导干扰；整流二极管产生的噪声干扰：整流二极管的非线性造成二极管导通角变小，同时，在滤波电容的储能作用下，由此产生了时间短、峰值高的尖峰传导电流，其中谐波分量丰富，频率通常在1000MHz左右，对控制器件的采样环节产生严重的干扰；功率电感产生的辐射干扰：由于绕制工艺制约，功率电感的不可避免的存在漏感，漏感将产生电磁辐射，造成辐射干扰，功率电感中流过脉冲电流，脉冲电流引起的电磁变化也会产生辐射干扰，开关电源工作时，续流二极管二次和滤波电容形成高频续流回路，由于切换频率较高，形成较大的电压变化率和电流变化率，向空间辐射噪声，形成辐射干扰；另外，开关管、散热片、电感的分布电容及分布电感也会形成电磁变化，形成空间辐射干扰[6]。

2开关电源的电磁干扰抑制措施

干扰源、耦合通路和敏感体是电磁兼容的三要素，屏蔽干扰源、切断耦合通路和强化敏感体的抗干扰能力是解决电磁兼容问题的3种技术途径，采取以上任何一种技术途径都可以弱化电磁干扰：提升抗扰度能力。开关电源工作在高频开关状态，因具体开关电源工作原理不同而表现方式多种多样，电磁兼容性问题比较复杂，但在原理上仍符合基本的抗扰度电路模型，从三要素入手仍可得到有效的抑制方法，目前煤矿传感器多采用开关电源控制集成电路联合器件的方案，一但集成电路选定后，电磁抑制只能从器件的选择和配置上寻求解决方案[7]。

2.1抑制开关电源中电磁干扰源

为保证煤矿用传感器的多电压供电需求，常用变压器加二极管整流的方式输出多组不同等级的电压，如上文所属，同样不可避免的存在传导干扰和空间电磁辐射干扰，通过饱和电感Ls串联在整流二极管上的方法抑制电磁干扰，饱和电感在减小二极管反向恢复电流中的应用如图1，其中，用具有制作饱和电感Ls的磁芯效果更优。由于使用矩形BH曲线磁性材料做的磁芯电感具有磁导率高的显著特点，在BH曲线上有一段可以快速进入饱和区的近似垂直线性区，实际工程应用中，在二极管导通状态下，使饱和电感近似于理想金属导体，工作在饱和状态，当二极管关断时，饱和电感近似于理想电感，工作在电感特性状态下，可以有效抑制反向恢复电流的快速大范围变化，起到弱化对外部干扰的作用[8]。

2.2切断电磁干扰传输途径

线上干扰是开关电源众多干扰的主要体现，使用电源线滤波器可以有效抑制电源线干扰，对电源线上差模干扰和共模干扰的抑制能力决定了电源线滤波器的效能。开关电源电磁干扰滤波器如图2。如图2，L1为共模电感，CY1和CY2为共模电容，CX1和CX2为差模电容，其中，共模滤波元件分别对共模干扰有较强的衰减作用，差模滤波元件对差模干扰有较强的衰减作用，对于共模干扰，共同1个磁环上，通常使用漏磁小、效率高的环形磁芯，2个绕组绕制时的匝数相同、绕向相反，构建共模电感L1，但在实际使用中，由于工艺问题，2个电感绕组不可能各项参数完全接近，存在一定的差异性，使2个绕组的电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电感，因此，不必再单独构建独立的差模电感，这样可以降低电路的复杂度，提升可靠性，电容CX1及CX2与差模电感构成的∏型滤波器可以有效抑制差模干扰。图2中除了共模电感以外，电容CY1及CY2也对共模干扰也有良好的弱化效果，在低频时，共模滤波的抑制主要由电感器起作用，在高频时，电容CY1及CY2作为共模滤波器而起到抑制共模干扰的作用，电容CY1和CY2接于电源线和地线之间，承受的电压较高，因此，需要选择高耐压、低漏电流特性的器件，通常根据实际应用的具体参数选定电容CY1和CY2。对于差模干扰，通常使用低通滤波元件构成差模干扰抑制器，2根电源线之间接1只滤波电容是输入滤波电路的最简形式（如图2中电容CX1），电容的选取要考虑电源工作频率、干扰成分频率、耐压等综合因素，尽可能滤除干扰频率而保留有效分量，通常选取高频干扰阻抗低的电容，故对于电源线间的高频干扰相当于短路，难以通过，对于电源线间工频信号，由于频率为50Hz，属于低频分量，故阻抗很高，相当于开路，所以对工频信号传输影响较小，电容的耐压值要满足包括电压冲击在内的线路可能出现最大电压等级，为避免电容储能放电而引起的冲击危害，CX电容容量一般在0.01～0.1μF之间，不宜过大，总之，通过选取有效参数的电容，就能对高频干扰起到抑制作用[9]。

2.3使用屏蔽降低电磁敏感设备的敏感性

用电阻率低的金属材料对电场进行屏蔽，用磁导率高的复合材料对磁场进行屏蔽，从而屏蔽辐射，是抑制辐射噪声的根本方法之一。在实际工程应用中，使用具有金属屏蔽层的连接线和电源线，是阻断外部空间辐射电磁干扰耦合的常用方法之一，可以有效提升对于外部干扰的抑制能力，使用磁环、磁珠和单点接地的PCB布局等方法也可有效提升电源及信号线的抗干扰能力，开关电源外壳对器件可以起到支撑和防护作用，如采用低电阻率材料，也可以对电磁辐射干扰起到很好的防护作用，从而产生事半功倍的作用，由于干扰通常为高频分量，所以外壳的对对接缝要相对严密，缝处的焊接等处理应满足EMC规定的抗扰度屏蔽能力，通过上述措施的融合运用，可以有效提升开关电源抵抗外部电磁环境干扰能力，也可弱化对外部电子设备产生的干扰，但要注意，由于开关电源本身为高频器件，其采样和控制信号同样也未高频，一定要使有效信号频率位于滤波器通带之内，才能保证有效信号不会受到EMC元件的干扰[10]。

3应用通用电路模拟和PSPlCE仿真

3.1二阶无源电磁抑制滤波器干扰抑制效果

将二阶无源电磁抑制滤波器串入开关电源输出端接，利用示波器采样，观测滤波器输入、输出信号的变化，开关电源输出经过EMI滤波器后，电压信号幅值几乎没有衰减，而高频的尖峰干扰被弱化，几乎完全滤除，二阶无源电磁抑制滤波器抑制效果图如图3。3.2共模与差模传导干扰信号的抑制效果分析利用Pspice电压探头通过Lisn可以很容易的分离共模、差模信号，在通用电路分析软件中，利用加权、相关处理算法分离出的共模噪声低于30dBμV，差模噪声低于50dBμV，可见对噪声具有明显的抑制作用。共模和差模噪声的抑制效果图如图4。

3.3寄生参数影响的抑制效果

理想的EMI滤波器元器件均采用纯电容纯电感，实际使用情况下存在高频寄生参数，对高频寄生参数的抑制作用仿真效果如图5，干扰大于1MHz的干扰，采取本文抑制措施后，对干扰的抑制作用明显。

4结语

提出的基于EMI滤波器的开关电源抑制方法，可有效弱化开关电源输出端的尖峰干扰，抑制了传导性噪声干扰，并应用到传感器的设计中，提高了传感器在煤矿等复杂环境下的可靠性，同时在工程应用中发现对供电线路的浪涌、瞬变脉冲群干扰也有良好的抑制效果，整体提升了煤矿用传感器的抗EMC干扰能力。

参考文献：

［1］孟进，马伟明．带整流桥输入级的开关电源差模干扰特性［J］．电工技术学报，2006，21（8）：14－18．

［2］吕玉祥，刘宏林．多功能低功耗甲烷浓度检测仪的设计与应用［J］．中北大学学报，2006，27（3）：268－271．

［3］林引．矿用高可靠性本安型传感器电源电路设计与实现［J］．煤炭科学技术，2013，41（6）：88－91．

［4］和军平，陈为．开关电源共模传导干扰模型的研究［J］．中国电机工程学报，2005，25（8）：50－55．

［5］和军平，冯巨标．DC／DC开关电源对低压差分信号线干扰模型研究［J］．电机与控制学报，2014，18（9）：17－22．

［6］冯利民，谌平平．提高开关电源抗EFT／B干扰性能的研究［J］．电力系统自动化，2006，30（5）：78－82．

［7］周伟英，丘水生．开关电源电磁干扰抑制技术［J］．低压电器，2007（19）：45－52．

［8］闫海峰．开关电源电磁干扰机理及抑制措施探讨［J］．内蒙古石油化工，2012（2）：61－62．

［9］，何文忠．开关电源电磁干扰滤波器设计［J］．激光与红外，2007，37（1）：79－81．

第2篇：开关电源的设计与制作范文

关键词： 并联均流；开关电源；技术领域

中图分类号：TM919 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0220022－01

1 技术领域

“开关电源模块并联均流” 的应用是由于一台直流稳定电源的输出的电压、电流、功率不能满足要求，因此在实用中采用模块化的构造方法，用一定规格的模块式电源，按照并联的方式，分别达到输出电压、输出电流、输出功率扩展的目的。

开关电源的一种结合恒压横流的技术，提高电源输出功率，增强的带负载的能力，能够更好地提高能源的利用率，实现了节能的目的。

2 背景技术

传统的电源是通过板半整流电路、全桥整流电路等，但是这些方法实现的只是恒压源或者恒流源，输出额定的恒定的电压或者电流，在我们的日常生活中大功率的电器很多，这就需要提供一个稳定的电源给他供电，但是往往在生活中由于一些原因造成功率不够等现象，这样严重的影响了电器的使用寿命。如何提供一个可靠地电源成为了一个重要应用问题。

开关电源模块并联均流它所对应的就是一些大功率的电器，但是如何制作一个可靠稳定的即能恒定输出恒定的电压，又能恒定输出恒定的电流，且工作稳定、智能化的电源是我们必须深刻研究的问题。

3 发明内容

开关电源模块并联均流系统包括系统供电模块：1）线性电源模块；2）电压型开关电源模块；3）电流型开关电源模块；4）和单片机最小系统模块；5）各模块单独使用/组合使用完成并联均流控制。

开关电源模块并联均流系统所述的系统供电模块1）包括市电（11）、EMI滤波（12）、降压变压器（13）和整流滤波电路（14），市电（11）为系统供电；EMI滤波（12）滤除电网对系统的干扰，消除系统对电网的污染；降压变压器（13）将市电降至安全电压；整流滤波电路（14）完成整流和滤波，获得直流电压为电压型开关电源模块（3）、电流型开关电源模块（4）供电。

开关电源模块并联均流系统所述的系统线性电源模块2）为电压型开关电源模块（3）、电流型开关电源模块（4）、和单片机最小系统模块（5）中各芯片的工作电源。

开关电源模块并联均流系统所述的系统电压型开关电源模块3）包括电压型PWM芯片（31）、驱动隔离电路（32）和电压型DC/DC（33），电压型PWM芯片（31）根据输出电压采样反馈信号产生相应PWM信号，经驱动隔离电路（32）后接至电压型DC/DC。

开关电源模块并联均流系统所述的系统电流型开关电源模块4）包括电流型PWM芯片（41）、驱动隔离电路（42）和电流型DC/DC（43），电流型PWM芯片（41）根据负载电流采样反馈信号产生相应的PWM信号经驱动隔离电路（42）接至电流型DC/DC。

开关电源模块并联均流系统所述的系统单片机最小系统模块5）包括4×4键盘（51）、单片机核心板（52）和显示模块（53），由单片机核心板（52）接口与电压型开关电源模块（3）、电流型开关电源模块（4）和恒流电源模块（5）的数控接口连接进行数控电源操作，4×4键盘（51）完成对输出电压/电流的设置和步进调整功能，显示模块（53）完成对设定电压/电流和实际输出电压/电流的显示。

开关电源模块并联均流系统所述的系统系统供电模块（1）、线性电源模块（2）、电压型开关电源模块（3）和单片机最小系统模块（5）组合使用完成开关电源模块并联均流系统的并联均流操作。

本系统还设置了安全保障系统，通过传感器时时监测它的电压和电流，对超过额定值的电压和电流进行保护，以免发生事故和意外，对电器和电网造成危害。

4 附图说明

图1为开关电源模块并联均流系统原理图；

图2为集成线性稳压电路；

图3为开关电源模块并联均流系统电路图；

其中图3：

D8：为反相器；

R12、R14、R30：为采样电阻D6：为电流二极管。

5 具体实施方式

下面结合附图对开关电源模块并联均流系统进行详细说明。

如图1所示，将市电220V的交流电先经EMI滤波之后分别接入系统供电模块进行降压处理、整流滤波输出电压为后面的开关电源的恒压和恒流源提供电压和电流，以实现电压和电流的控制和线性电源模块进行整流滤波处理输出稳定的线性电压，为后面的单片机和一些线路板供电。在运行中，电路始终提供一个稳定的电压，并且通过单片机的AD端口检测霍尔传感去输出的电流的大小通过采样电阻测出电压的大小，并时时进行监测，之后调节负载的大小是电流发生变化，通过电流的变化使单片机的DA端口输出一个电压给恒流源的控制电阻，使恒流源输出一个恒定的电流，另一部分电流则由恒压源提供，并且恒流恒压源提供的电流可以按比列输出。

如图2所示，将市电220V的交流电先经EMI滤波之后给线性电源模块整流降压实现12v和5v的直流输出分别给控制电路板和单片机供电，为系统的控制和保障提供了保障。

如图3所示，为实现均流的电路图，通过单片机的监测和输出控制恒压和恒流输出电压和电流的大小。

6 结语

在大功率DC/DC开关电源中经常采用多个电源并联的方法来提高功率，开关电源并联均流可以安全可靠的不间断供电。如果采用单台电源供电该变换器势必要要处理更大的功率给功率器件的选择，开关平率和功率密度的提供带来困难，并且一旦单台发生故障整个系统就会崩溃。采用两个开关电源模块来运行不但可以提高功率是每个开关电源的功率变小同时也减少了单台开关电源遇到故障所带来的问题。

参考文献：

[1]王水平，开关稳压电源原理及设计[M].人民邮电出版社，2008.7.

[2]周志敏、周纪海、纪爱华，开关电源实用技术[M].人民邮电出版社，2007.8.

第3篇：开关电源的设计与制作范文

1　引言

随着PWM技术的不断发展和完善，开关电源得到了广泛的应用，以往开关电源的设计通常采用控制电路与功率管相分离的拓扑结构，但这种方案存在成本高、系统可靠性低等问题。美国功率集成公司?POWER Integration Inc?开发的TOP Switch系列新型智能高频开关电源集成芯片解决了这些问题，该系列芯片将自启动电路、功率开关管、PWM控制电路及保护电路等集成在一起，从而提高了电源的效率，简化了开关电源的设计和新产品的开发，使开关电源发展到一个新的时代。文中介绍了一种用TOP Switch的第三代产品TOP249Y开发变频器用多路输出开关电源的设计方法。

2　TOP249Y引脚功能和内部结构

2．1 TOP249Y的管脚功能

TOP249Y采用TO－220－7C封装形式，其外形如图1所示。它有六个管脚，依次为控制端C、线路检测端L、极限电源设定端X、源极S、开关频率选择端F和漏极D。各管脚的具体功能如下：

控制端C：误差放大电路和反馈电流的输入端。在正常工作时，利用控制电流IC的大小可调节占空比，并可由内部并联调整器提供内部偏流。系统关闭时，利用该端可激发输入电流，同时该端也是旁路、自动重启和补偿电容的连接点。

线路检测端L：输入电压的欠压与过压检测端，同时具有远程遥控功能。TOP249Y的欠压电流IUV为50μA，过压电流Iav为225μA。若L端与输入端接入的电阻R1为1MΩ，则欠压保护值为50VDC，过压保护值为225VDC。

极限电流设定端X：外部电流设定调整端。若在X端与源极之间接入不同的电阻，则开关电流可限定在不同的数值，随着接入电阻阻值的增大，开关允许流过的电流将变小。

源极S：连接内部MOSFET的源极，是初级电路的公共点和电源回流基准点。

开关频率选择端F：当F端接到源极时，其开关频率为132kHz，而当F端接到控制端时，其开关频率变为原频率的一半，即66kHz。

漏极D：连接内部MOSFET的漏极，在启动时可通过内部高压开关电流提供内部偏置电流。

2．2 TOP249Y的内部结构

TOP249Y的内部工作原理框图如图2所示，该电路主要由控制电压源、带隙基准电压源、振荡器、并联调整器／误差放大器、脉宽调制器（PWM）、门驱动级和输出级、过流保护电路、过热保护电路、关断／自动重起动电路及高压电流源等部分组成。

3 基于TOP249Y的开关电源设计

笔者利用TOP249Y设计了一种新型多路输出开关电源，其三路输出分别为5V／10A、12．5V／4A、7V／10A，电路原理如图3所示。该电源设计的要求为：输入电压范围为交流110V～240V，输出总功率为180W。由此可见，选择TOP249Y能够满足要求。

3．1 外围控制电路设计

该电路将X与S端短接可将TOP249Y的极限电流设置为内部最大值；而将F端与S端短接可将TOP249Y设为全频工作方式，开关频率为132kHz。

图2 

    在线路检测端L与直流输入Ui端连接一2MΩ的电阻R1可进行线路检测，由于TOP249Y的欠压电流IUV为50μA，过压电流Iav为225μA，因此其欠压保护工作电压为100V，过压保护工作电压为450V，即TOP249Y在本电路中的直流电压范围为100～450V，一旦超出了该电压范围，TOP249Y将自动关闭。

3．2 稳压反馈电路设计

反馈回路的形式由输出电压的精度决定，本电源采用“光耦＋TL431”，它可以将输出电压变化控制在±1％以内，反馈电压由5V／12A输出端取样。电压反馈信号U0通过电阻分压器R9、R11获得取样电压后，将与TL431中的2．5V基准电压进行比较并输出误差电压，然后通过光耦改变TOP249Y的控制端电流IC，再通过改变占空比来调节输出电压U0使其保持不变。光耦的另一作用是对冷地和热地进行隔离。反馈绕组的输出电压经D2、C2整流滤波后，可给光耦中的接收管提供电压。R4、C4构成的尖峰电压经滤波后可使偏置电压即使在负载较重时，也能保持稳定，调节电阻R6可改变输出电压的大小。

3．3 高频变压器设计

由于该电源的输出功率较大，因此高频变压器的漏感应尽量小，一般应选用能够满足132kHz开关频率的锰锌铁氧体，为便于绕制，磁芯形状可选用EI或EE型，变压器的初、次级绕组应相间绕制。

高频变压器的设计由于要考虑大量的相互关联变量，因此计算较为复杂，为减轻设计者的工作量，美国功率公司为TOP Switch开关电源的高频变压器设计制作了一套EXCEL电子表格，设计者可以方便地应用电子表格设计高频变压器。

3．4 次级输出电路设计

输出整流滤波电路由整流二极管和滤波电容构成。整流二极管选用肖特基二极管可降低损耗并消除输出电压的纹波，但肖特基二极管应加上功率较大的散热器；电容器一般应选择低ESR?等效串联阻抗?的电容。为提高输出电压的滤波效果，滤除开关所产生的噪声，在整流滤波环节的后面通常应再加一级LCC滤波环节。

3．5 保护电路设计

本电源除了电源控制电路TOP249Y本身所具备的欠压、过压、过热、过流等保护措施外，其外围控制电路也应有一定的保护措施。用D3、R12、Q1可构成一个5．5V的过压检测保护电路。这样，当5V输出电压超过5．5V时，D3击穿使Q1导通，从而使光耦电流增大，进而增大了控制电路TOP249Y的控制端电流IC，最后通过内部调节即可使输出电压下降到安全值。

图3

    为防止在开关周期内，TOP249Y关断时漏感产生的尖峰电压使TOP249Y损坏，电路中设计了由箝压齐纳管VR1、阻断二极管D1、电容C5、电阻R2、R3组成的缓冲保护网络。该网络在正常工作时，VR1上的损耗很小，漏磁能量主要由R2和R3承担；而在启动或过载时，VR1即会限制内部MOSFET的漏极电压，以使其总是处于700V以下。

4 电源性能测试及结果分析

根据以上设计方法，笔者对采用TOP249Y设计的多路输出开关电源的性能进行了测试。实测结果表明，该电源工作在满载状态时，电源工作的最大占空比约为0．4，电源的效率约为90％，纹波电压控制、电压调节精度及电源工作效率都超过了以往采用控制电路与功率开关管相分立的拓扑结构形式的开关电源。

第4篇：开关电源的设计与制作范文

数字接收机开关电源的

一般检修方法

1、了解情况。接修一台数字接收机，首先要向机主了解机器的相关情况，如机器发生故障前后的情况，发生故障时供电电压是否稳定，有无异味异响、有无图像和伴音等，根据机主所反映的故障现象确定不同的检修方法，防止检修的盲目性。

2、直观检查。直观检查就是根据故障机外在表现及元器件的一些异常现象确定故障点。简而言之，直观检查法就是直接观察元器件是否存在烧毁、变形、变色、破裂等现象，表现出的这些现象常常就是故障位置所在或与故障有密切关系，据此推断出故障的部位所在。如：检查电源开关及电源线是否正常，检查显示屏显示是否正常，图像和声音是否正常，是否听到异常的声音等。打开机盖，观察保险管是否熔断，熔断的保险管是否发黑，电解电容顶部有无开裂和漏液现象，开关管或集成块等元件有无炸裂，电阻等元件有无烧黑变形等。一般带有散热片的元器件微热是正常的，查这类元件是否过热。机内是否有烧焦气味，仔细检查电路板底的所有焊点，看有无虚焊。如元件异常则根据具体情况检查相关电路。一般保险管发黑烧毁是机内存在短路故障的重要标志，故障部位应发生在开关变压器之前，应检查抗干扰电路中的电容及整流电路后的滤波电容是否漏电，桥式整流电路中二极管是否损坏，开关管或专用集成块是否击穿等。

3、测量电压、电阻检查法。有些故障无法用直观检查法查出损坏元件。这时，可用测量关键点电压的方法来判断故障的大致范围。例如：测量桥式整流电路后的滤波电容两端有无300V电压，可断定抗干扰电路及整流电路是否工作正常，测量开关管基极或专用开关电源模块启动端有无电压判断是否启动，断定启动电路有无故障，如启动电路及开关管正常，则应检查开关变压器初级绕组、反馈电路是否有故障。如更换的开关管或专用开关电源模块多次击穿，则应重点检查消尖峰电路是否正常。测量电压检查方法还可根据电源输出端各组输出电压确定故障范围，断定开关电源是否启动工作，工作有无异常等。例如：各组电源电压普遍偏低，则可能是误差取样放大和反馈电路存在故障，各组电源中电压有的偏低，则应重点检查异常电压的支路有无故障等。测量电阻检查法主要分为两种：一是测量开关电源电路或元器件的对地电阻，二是测量元器件本身的电阻。测量开关电源输出端的对地电阻，可以判断电路的负载是否正常，当负载电阻发生较大变化时，电源输出端对地电阻必然也会有较大的变化，以此变化来判断出发生故障的部位。测量电阻法也可以对怀疑有短路的故障点进行确认。在检查以专用开关电源模块为核心元件的主变换电路中，在确保专用开关电源模块元件正常的情况下，通过检查电源模块各引脚的阻值，阻值本不应为0的引脚，电阻反而为0，即可断定集成电路已击穿损坏。

检修卫星数字接收机开关电源的

注意事项

1、开关电源与市电连接，检修时要注意安全。特别是不要带电触摸开关变压器之前的元件，防止发生电击或触电现象。

2、卫星数字接收机大多采用小功率开关电源，负载电流及输出电压不高且将开关电源制作成单独的电源板，检修时，可断开电源板与主板的连线，这样既可防止在检修过程中因电压异常升高而烧毁主板上的元件，也可确认故障发生部位在主板或开关电源本身。

3、对于保险管或限流电阻等保护性电路元件损坏的故障机，在未查明原因前不可更换元件盲目通电，更不能用大规格保险管或金属丝代替，以防扩大故障范围。如不通电对检修有困难，确有必要通电的，可在原保险管处串入一只白炽灯灯泡，根据灯泡发光程度来确定有无短路故障存在，如灯泡很暗或不发光，则可以直接更换受损元件通电检修。

4、开关管或专用电源模块的损坏常常是由于其外部电路发生故障引起的，在开关管或专用电源模块更换后，应对与其直接相关电路的元件进行全面检查，确认无误后再通电试机，防止开关管或专用电源模块的再次损坏。

5、在测量桥式整流电路后滤波电容两端这一关键点电压时，要先对该电容进行放电，然后再用万用表电阻档检测，否则容易造成万用表损坏。

第5篇：开关电源的设计与制作范文

工作原理

220V交流市电经电源开关SW和保险管FUSE送至抗干扰电路，滤除电网中的高频干扰信号，同时对开关电源产生的干扰信号起抑制作用。经抗干扰电路处理的220V交流电经过VD1-VD4组成的桥式整流和C1滤波电路，得到约300V直流电压。300V直流电压一路经开关变压器初级①-②绕组加至DH321⑥、⑦、⑧脚内部的“敏感型”场效应功率开关管漏极，另一路直接加到的DH321⑤脚，通过内部高压启动电流源对②脚外接电容C4充电，随着充电的进行，当②脚电压上升到大于12V时，高压电流源的供电自行切断，DH321内部各功能电路开始正常工作，此时开关管进入正常开关状态。电路起振后，改由开关变压器③-④绕组产生的感应脉冲电压经VD6整流、R4限流及C4滤波后产生的约14V直流电压为②脚供电。只要②脚电压不低于8V，电路就将锁定在正常工作状态，当②脚电压低于8V时，高压启动电流源的供电立即接通，为②脚外接电容C4充电，只有当②脚电压回升到大于12V时，内部自动重启动电路动作，实现电源的自动重启动。由于DH321内部集成了高压启动电流源，因而无需外加启动电路，大大简化了电路。电源正常工作后，开关变压器次级各绕组产生高频脉冲电压，分别经过整流、滤波后输出不同的电压，为主板各单元电路提供工作电源。

IC2（PC817）和IC3（KA431）等元件组成电压取样、稳压电路，当因某种原因使输出电压升高时，取样电压比较放大器KA 431的控制端R电压也随之升高，使KA 431的K端电压下降，光电耦合器IC2（PC817）内的发光二极管发光增强，光敏三极管导通增强而内阻减小，流经DH321③脚电流增大，因DH321内部集成有电流型PWM（脉冲宽度调制）控制器，经过脉宽调整，使开关管导通时间变短，开关变压器储能减少，输出电压降低，从而达到稳定输出电压的目的。当输出电压降低时，稳压控制与上述过程相反。

由DH321组成的开关电源具有多种完善的保护措施。当市电电压升高或稳压控制电路失控造成输出电压升高时，开关变压器③-④绕组上的电压也会升高，加至②脚的电压随之升高，当②脚电压超过19V时，内部过压保护电路启动，开关管截止，实现过压保护。当电源输入电压过低时，开关变压器③-④绕组上感应脉冲电压随之下降，DH321②脚的电压也相应降低，当②脚电压低于8V时，内部欠压保护电路启动，使开关管截止，起到欠压保护作用。当电源过载时，DH321内部脉冲宽度控制器（PWM）输入端电压达到3V时，内部脉冲宽度控制器（PWM）输入端被切断，此时内部一个5µA电流源给DH321③脚外接电容C5充电，当C5两端电压充到6V时，内部电路关闭电源开关管的激励脉冲，电源开关管截止，实现过载保护。电源的过流保护电路以及电流取样检测电路均集成在DH321内部，当因某种原因致使流经DH321内部场效应开关管源极的电流增大时，DH321内部场效开关管源极取样检测电阻两端压降增大，当开关管源极电流增大到1.2A时，开关管源极取样检测电阻两端电压达到阀值电压，内部电压比较器动作，开关管的激励脉冲被关闭，开关管截止，电源停止输出。DH321内部还集成了过热检测器，当内部温度达到140℃时，过热保护电路动作，开关管的激励脉冲被关闭，开关管截止，实现了过热保护。此外，由R1、C3、VD5组成消尖峰电路，吸收DH321内部开关管截止瞬间，开关变压器初级绕组产生的尖峰脉冲，达到保护开关管的目的。

检修思路

1、电源无输出电压。

应先检查保险管FUSE是否熔断，如果保险管FUSE已熔断，则应检查电路中是否存在短路故障，重点检查桥式整流电路中四只二极管和滤波电容C1有无短路现象，排除短路故障更换保险管后再通电试机。通电测C1两端是否有300V电压，如果C1两端无300V电压，则应检查电源线、插座是否存在故障，抗干扰电路中电感线圈是否已开路。如C1两端有300V电压则说明抗干扰、整流、滤波电路正常，只是主变换电路有故障而未启动，应先检查DH321电路元件是否损坏，如DH321电路元件未发现异常，再更换DH321试之。

2、各组电源输出电压普遍偏高或偏低。

此类故障多为电压取样、稳压电路中元件异常所致，应检查IC2（PC817）和IC3（KA431）相关联电路各元件有无损坏。

第6篇：开关电源的设计与制作范文

【关键词】PWM控制模式；状态空间平均法；boost电路

一、引言

随着电力电子技术的长足发展，电子技术的应用领域越来越广泛，与此同时电源技术的发展也有很大进步，电源是对公用电网或某种电能进行变换和控制的供电设备，能够向各种用电设备提供优质电能。电源在电子电路中起着举足轻重的作用，它是整个系统的心脏部位，其性能的优劣直接影响到整个系统的可靠性和安全性。电源可分为传统线性电源和开关电源，对传统线性稳压电源存在效率低、损耗大、体积大、调整范围小以及工作稳定高等一系列问题，人们研制出开关稳压电源，使得电源管理芯片进入到一个崭新的时代。开关电源自产生以来，已经逐步代替传统的线性电源而得到广泛的应用。开关电源又称作开关型直流稳压电源，其效率可达85%以上，体积小、重量轻，非常适用于各种便携式电子设备中，其次开关电源还有功耗低、效率高、发热量小、系统稳定性好的优点。开关电源按照电源的类型可以分为AC/AC电源、DC/DC电源、AC/DC电源和DC/AC电源。其中DC/DC型开关电源现已实现模块化，它的功率调整器件工作在截止区饱和导通区，起到一个开关的作用。目前DC-DC开关电源的需求也越来越大，其性能要求也越来越高。PWM控制技术是以冲量相等而形状不同的窄脉冲代替正弦波，按照一定的采样规则对各个脉冲进行调制，从而的得到开关管所需的触发脉冲，以此改变电路输出电压大小和输出频率。随着PWM技术、微电子技术以及自动控制技术的发展，PWM控制技术获得空前的发展，相应的PWM控制技术的改进在开关电源的应用方法具有十分重要的现实意思。与传统开关电源相比，PWM控制的开关电源具有提高功率因素和抑制谐波能力的优点。由于开关电源本质上是一个离散的、非线性系统，所以要建立统一的传函在实现上很困难。本文在深入分析PWM控制的开关电源的基本原理的基础上，在理想条件下，运用状态空间平均法建立Boost电路的数学模型，并利用MATLAB软件对模型进行仿真，并将仿真结果与实际PWM控制的DC/DC模式的输出波形进行对比分析，结果表明基于PWM控制的DC/DC开关电源具有更好性能，这对于提高控制系统的性能具有现实意义和研究价值。

二、开关电源工作原理

开关电源以半导体器件作为开关器件，通过控制开关管开通和关断占空比，来保证输出电压稳定的电源。利用功率开关管和储能元件共同实现开关管开通和关断时刻，能量的转换即：在开关管开头时间里，电感从输入电压源获取能量，并以电磁能的形式储存起来；在开关管关断时间里，电感释放所获取的能量并提供外部电路使用。开关电源主要由四个主体部分组成：输入回路、功率变换电路、输出回路和控制电路典型的开关电源原理结构图如图1所示。开关电源的工作原理可以分为如下几分：1、交流输入电源经过输入回来进行经滤波、整流得到较为平滑的直流电压；2、经过输入回路处理过的直流高电压再通过功率变换电路变换为高频脉冲电压，然后将此方波电压经输出回路二次整流滤波变为所需要的直流电压并输出；3、高频脉冲电压通过输出回路逆变滤波为稳定的直流输出电压；4、采样电路对输出电压进行检测和采样，经过控制电路对功率开关管的触发脉冲进行调制，从而调整开关管的开通时间，以稳定输出交流电压。开关电源功率开关器件处于开关工作状态，其导通时的管压降非常小，可以近似不消耗能量，其关断时漏电流很小，也近似为不消耗能量，所以开关电源的功率转换效率非常高。

图1 开关电源原理结构图

三、开关电源拓扑结构

DC/DC型开关电源拓扑结构有降压型（Buck）、升压型（Boost）以及降压-升压型（Buck-Boost）型，其拓扑结构图如图2所示：图2（a）为BUCK型电路。可以通过调整PWM占空比的大小，来获得任意大于输入电压的输出电压。图2（b）为Boost电路可以得到任意小于输入电压的输出电压。图2（c）为Buck―Boost电路，此电路可以获得大于或小于输入电压的输出电压。

（a）降压型（Buck） （b）降压型升压型（Boost）

（c）降压-升压型（Buck-Boost）

图2 DC/DC型开关电源拓扑结构

四、PWM调制模式

开关电源调制方式主要有四种调制方式包括：脉冲宽度调制（PWM）、脉冲频率调制（PFM）、脉冲周期调制（PSM）和混合调制方式。其中脉冲宽度调制（PWM）是开关电源中最为常用的控制方式，也是易于控制的一种方式，因为其开关频率固定，通过改变脉冲宽度来调节占空比，从而实现对开关管通断的控制，以达到输出电压的控制。PWM的工作原理：是在输入电压、内部参数及外部负载变化时，将基准信号与控制信号的差值进行闭环控制，来调节主电路开关管的导通脉冲宽度，来使开关电源的输出电压稳定。开关电源PWM控制电路根据不同的反馈形式及不同的反馈取样信号，可以分为电压控制模式和电流控制模式两种。

（一）电压型PWM控制。电压PWM控制将输出电压反馈与给定值进行比较输出PWM开关管开通触发信号，进而控制输出电压的控制模式，其电路原理图如图3所示。

图3 电压型PWM控制

电压型PWM控制电路是一种单环控制系统，包含一个电压反馈电路。采样电路从输出电压采取电压反馈信号，并且对其进行处理以改变开关关占空比，从而实现输出电压的稳定。通过规则采样法或自然采样法对输出电压Vout进行采样，Vout经分压后送入误差放大器的反相输入端，与参考电压Vref进行差值放大，得到误差输出电压Ve，误差输出电压Ve和载波信号经过PWM比较器进行比较，得到一系列脉冲控制信号。当锯齿波信号高于Ve=大于载波信号时时，脉冲输出信号为高电平，反之为低电平，进而控制了电源的输出。电压型PWM控制模型工作波形如图4所示。

图4 电压控制模式工作波形

电压控制模式的优点是抗噪声能力强，对于多路输出电源之间的交互调节效应较好，占空比调节不受限制，对输出负载变化有较快的响应速度。它的缺点是只有电压反馈回路没有电流环，对于稳压电源来说，要不断地调节输入电流，以满足输出电流的变化和负载变化以稳定输出电压。

（二）电压型PWM控制。为了弥补电压型PWM控制模式的不足，产生了电流型PWM控制模式。电流型控制模式是采用电压、电流双闭环控制系统，在电压控制模式基础上加入电流内环控制。电流反馈信号取自输出电流，其电路原理图如图5所示。

图5 电流型PWM控制模式

电流型PWM是一种双闭环控制系统控制电路包含了一个电压反馈环路和电流反馈环路。在电流控制模式中，输出反馈电压Vfb与基准电压的差值经过比例积分调节器调节后得到输出电压基准值Ve，与反馈输入电压Vs进行PWM调制。当Vs值大于Ve时，PWM比较器翻转，以此调节开关管驱动脉冲的占空比，从而实现输出电压的稳定，电流PWM模式工作波形如图6所示： 电流控制模式有效解决了系统响应速度慢及电压模式控制产生的负载调整补偿问题。电流控制模式对输入电压变化起前馈控制作用，即在输入电压变化还未导致输出电压改变时，电流内环就起到调节作用。电流内环具有快速的响应时间，它相对于电压外环是起到一个受控放大器的作用。由于整个系统有响应速度快和稳定性高的特点，所以反馈回路的增益比一般PWM系统高很多。电流型PWM控制模型具有一定的优点：PWM具有良好的开环线形调整；由于采用单极点控制，因而具有良好的小信号稳定性能，对负载调整具有较好的补偿作用且具有优异的动态响应特性。同时也具有一定的缺点：出现次谐波不稳定状况时，需要有斜坡补偿；负载调整差；噪声抑制差；峰值电流与平均电流有很大的误差。

五、理想Boost开关电源数学模型的建立

在理想条件下，当电感L的电流i（t）连续时，Boost电路的一个开关周期可以分为两个阶段。如图7所示。设Boost变换器的输入电压为vg（t），输入电流为ig（t），电感电流为vg（t），电感电压为vl（t），电感的电流i（t），为电容电压为v（t），电容电流为ic（t）。取状态变量为 ，输入变量为，输出变量为。

（a）阶段1等效电路 （b）阶段2等效电路

图7 Boost变换器一个开关周期的两个工作状态

在阶段1时，即，s1导通，电感处于充磁阶段，等效电路如图7（a）所示；在阶段2时，即，s1截止，电感处于放磁阶段，等效电路如图7（b）所示。

在时间段，描述电路瞬时状态的方程为：

时间段，描述电路瞬时状态的方程为：

设开关周期平均算子

代入公式得：

因为

令

则

代入公式得

Boost电路的小信号方程表示为：

六、仿真及结果分析

（一）状态空间平均法仿真。利用MATLAB对理想状态条件下Boost开关电源采用状态空间平均法得到的数学模型进行仿真验证，其模型如图8所示。设置电路参数为：

（二）Boost开关电源实际电路仿真。Boost开关电源PWM控制的实际电路模型如图9所示：

（三）仿真结果及分析。理想条件下，设Boost变换器的电路参数如下：Vg=200V，Vd=0.8V Ron=0.1ohm，R=10ohm，C=2000uF，L=10mH。仿真结果如图10所示。

由图10（b）（c）可以看出，输出电压均为400V是输入电压的2倍并且0.1s内能够稳定在稳定值内，说明PWM控制技术具有良好的控制效果。另外，在理想条件下对Boost变换器建立的状态空间平均模型仿真得到的波形与Boost变换器的实际电路的波形虽有一定的误差，但基本一致。由图10（a）（b）可以看出，在理想条件下建立的Boost变换器的状态空间平均模型虽然能在一定程度上描述Boost变换器的输出特性，但与实际电路的输出特性有较大误差。由上述分析可以得出：采用状态空间平均法建立的Boost变换器的非理想模型相对于理想模型误差更小、更接近于实际的Boost变换器。非理想状态空间平均模型可以用于计算开关变换器开关部分功率损耗，从而得出开关变换器转换效率。器件的非理想是大电流开关变换器效率下降的主要原因，特别是对于大电流开关变换器，建模分析时应使用非理想模型，避免使用理想模型从而导致严重误差。

七、总结

本文介绍了开关电源的基本工作原理以及PWM调制方式，在此基础上设计了一种PWM模式的升压型DC/DC转换升压控制电路。利用状态空间平均建模的方法对Boost电路进行详细的数学建模，利用MATLAB对状态空间平均模型和Boost变换器的实际模型进行仿真，并对仿真结果进行了比较，仿真结果表明PWM控制的Boost电路具有更优越的控制效果。同时也验证了状态空间平均法所建立模型的正确性与合理性。同时证明了状态空间平均法在电力电子系统分析中的重要作用，该方法是解决实际问题的一种重要工具。

参考文献

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第7篇：开关电源的设计与制作范文

引言

目前，电子设备广泛应用在各种不同领域中，各种的电子设备都离不开开关电源，这些设备在运行中会产生的高密度、宽频谱的电磁信号，一些复杂的环境要求电子设备具有更高的电磁兼容性，于是关于EMC的设计方案就显得十分重要。

一、电磁兼容性（EMC）的体系组成

电磁兼容性（EMC），其主要由电磁敏感性（EMS）和电磁干扰（EMI）组成。电子设备既要兼备使设备本身对外产生的噪声较少，又要有对抗来自外部噪声的功能。能满足此两项条件的电子设备，才能同时使用，互无干扰。电磁敏感性（EMS）指在存在电磁骚扰的情况下，装置、设备或系统不能避免性能降低的能力也就是抗干扰能力；电磁干扰（EMI）指电子设备的输出噪声。所以电磁干扰和电磁敏感性既是一对难解难分的“冤家对头”，又是相互关联的矛盾统一体。

二、电磁兼容的基本概念

国际电工委员会（IEC）定义电磁兼容为：电磁兼容是电子设备的一种功能，电子设备在电磁环境中能完成其功能，而不产生不能容忍的干扰。我国颁布的电磁兼容标准中定义电磁兼容为：设备或系统的在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何其他事物造成不能承受的电磁骚扰的能力。说明了电磁兼容的三层意思：一是电子设备应具有的抑制外部电磁干扰的能力；二是该电子设备所产生的电磁干扰应低于规定的限度，不得影响同一电磁环境中其他电子设备的正常工作；三是任何电子设备的电磁兼容性都是可以测量的。

电磁兼容性研究的领域主要包括电磁干扰的产生与传输、电磁兼容的设计标准、电磁干扰的诊断与抑制、电磁兼容性的测试四部分。所研究的对象有自然干扰源和人为干扰源，自然干扰源有大气干扰源（雷电）、天电干扰源（太阳）、热噪声（电阻热噪声），人为干扰源有电网、电刷、家电、点火系统、手机等。我国在该领域起步较晚，但也制定了电磁兼容性的标准，特别在无线电、家电、电动工具等方面制定了规范的测量方法以及标准。

三、电磁兼容性的常见解决方案

目前电磁干扰（EMI）所带来的问题已经是电磁兼容的主要问题，下面就电磁干扰的产生原因、解决方法、以及元件选择和电路板的制作方法做简单介绍。

1、开关电源电磁干扰（EMI）的产生及解决方法

1.1开关电源外部电磁干扰和内部电磁干扰的产生原因

220V/50HZ交流电网或115V/400HZ交流发机电机发电机，都存在各式各样的EMI噪声，还有人为的EMI干扰源如各种雷达、导航、通信等设备的列线电发射信号，会在电源线上和电子设备的连接电缆上感应出电磁干扰信号。

开关电源本身工作时也会产生各种各样的电磁干扰噪声，比如线性稳压电源中，因整流而形成的单向脉 动电流也会产生电磁干扰，开关电源本身在功率变换时也会产生很强的EMI噪声源，这些EMI噪声也会严重影响其它电子设备的正常工作。

1.2针对EMI噪声源采用的对策方法

常用对策就是采用无源噪声滤波器，无源噪声滤波器主要作用是防止外来电磁噪声干扰电源设备本身控制电路的工作和外来电磁噪声干扰负载工作，同时抑制电源设备本身产生的EMI还可以抑制由其它设备产生而经过电源传播的EMI。无源噪声滤波器有两种类型，一种是共模噪音，一种是差模噪音，我们把两条交流输入引线上传输电位相等相同的干扰信号称之为差模噪音，而把交流输入线对大地的干扰称之为共模噪音，对于任何电源输入线上传导的EMI噪声，都可以用差模和共模噪音来表示，一般主要是抵制共模噪声，因为共模噪声在全频域特别是高频占主要部分而在低频内差模噪声比例较大，所以应根据实际情况设计合理的噪声滤波器。

电源噪声滤波器主要由共模线圈，差模电感，以及共模电容和差电容组成，其主要设计原则是选择合理的共模电感线圈，使用磁芯有环形、巨形和U形，材料是铁氧体，而差模电感线圈一般采用金属粉压磁芯，差模电容接在交流输入线两端安全等级分两种，一种适合一般场合，另一种适用于会出现高的噪音峰值电压的应用击倒，共模电容接在交流进线与机壳地之间，它的容量是个重要参数，使其在额定频率电压漏电流小于安全规范值。

2、元器件选择

元器件的选择也是单板 EMC性能的主要影响因素。每种类型的电子元器件都有她自己的特性，这就需要仔细考虑设计。电子元器件的选择方法可以来减少或者抑制EMI。

2.1器件封装

电子元器件的封装可以分为两类，无铅封装和有铅封装。有铅封装的元器件会产生寄生效应，特别是在高频范围中，铅的低值电感大概是1nH/mmlead. 在终端也可以产生小的电容效应，在4pf附近。因此应当尽可能的减少铅的长度。无铅和表面贴的元器件相比来说有更小的寄生效应，首选应当是表面帖元器件，然后是径向的有铅封装元器件，然后才是轴向的有铅封装元器件。

2.2电阻

要想低的寄生效应，表面贴电阻是首选。有铅封装类型的电阻，选择顺序由高到低的次序是 炭膜电阻>金属氧化膜电阻>线绕电阻。在放大电路设计中，电阻的选择极为重要。在高频范围内，由于在电阻上的感应影响，阻抗会增大。因此，增益调整的电阻应尽可能地放置在靠近放大电路的地方，来降低板子的感应系数。

2.3电容

选择合适的电容不是一件容易的事情，因为电容有不同的类型及行为反应。电容是解决许多 EMC问题的重要器件，旁路电容和去耦电容应当在电源入口的地方尽力靠近放在一起，来滤掉高频噪声，去耦电容的取值大约是旁路电容的1/100到1/1000，去耦电容应当尽可能的靠近IC，因为导线电阻会降低去耦电容的作用。

2.4电感

电感是电场和磁场的连接器件.因为可以和磁场相互影响固有的本性，所以电感比其他元器件更敏感。和电容一样，当我们恰当的应用电感时， 它可以解决许多EMC问题。

2.5二极管以及集成电路

二极管是最简单的半导体器件。结合它们独特的个性，一些二极管可以解决或者改善有关 EMI的问题。集成电路的制作技术也会影响到设备的电磁兼容性（EMC）。

3、印刷电路板Layout技术

印刷电路板的Layout技术也是EMC性能的重要影响因素之一。PCB是系统中固有的一部分，所以通过PCBlayout技术来改进EMC性能对最终产品不会增加任何额外的费用。

采用常见的一些设计技术：例如分割、局部电源和IC的去耦、基准面的射频电流、走线分离、保护和分流走线、采用接地技术等。在这里就不一一说明了。

第8篇：开关电源的设计与制作范文

关键词：三端离线PWM开关；正激变换器；高频变压器设计

引言

TOPSwitch是美国功率集成公司（PI）于20世纪90年代中期推出的新型高频开关电源芯片，是三端离线PWM开关（ThreeterminalofflinePWMSwitch）的缩写。它将开关电源中最重要的两个部分——PWM控制集成电路和功率开关管MOSFET集成在一块芯片上，构成PWM/MOSFET合二为一集成芯片，使外部电路简化，其工作频率高达100kHz，交流输入电压85～265V，AC/DC转换效率高达90％。对200W以下的开关电源，采用TOPSwitch作为主功率器件与其他电路相比，体积小、重量轻，自我保护功能齐全，从而降低了开关电源设计的复杂性，是一种简捷的SMPS（SwitchModePowerSupply）设计方案。

TOPSwitch系列可在降压型，升压型，正激式和反激式等变换电路中使用。但是，在现有的参考文献以及PI公司提供的设计手册中，所介绍的都是用TOPSwitch制作单端反激式开关电源的设计方法。反激式变换器一般有两种工作方式：完全能量转换（电感电流不连续）和不完全能量转换（电感电流连续）。这两种工作方式的小信号传递函数是截然不同的，动态分析时要做不同的处理。实际上当变换器输入电压在一个较大范围发生变化，和（或者）负载电流在较大范围内变化时，必然跨越两种工作方式，因此，常要求反激式变换器在完全能量和不完全能量转换方式下都能稳定工作。但是，要求同一个电路能实现从一种工作方式转变为另一种工作方式，在设计上是较为困难的。而且，作为单片开关电源的核心部件高频变压器的设计，由于反激式变换器中的变压器兼有储能、限流、隔离的作用，在设计上要比正激式变换器中的高频变压器困难，对于初学者来说很难掌握。笔者采用TOP225Y设计了一种单端正激式开关电源电路，实验证明该电路是切实可行的。下面介绍其工作原理与设计方法，以供探讨。

1TOPSwitch系列应用于单端正激变换器中存在的问题

TOPSwitch的交流输入电压范围为85～265V，最大电压应力≤700V，这个耐压值对于输入最大直流电压Vmax=265×1.4=371V是足够的,但应用在一般的单端正激变换器中却存在问题。

图1是典型的单端正激变换器电路，设计时通常取NS=NP，Dmax<0.5（一般取0.4）,按正激变换器工作过程,TOPSwitch关断期间，变压器初级的励磁能量通过NS，D1，E续流（泄放）。此时，TOPSwitch承受的最大电压为

VDSmax≥2E=2Vmax=742V（1）

大于TOPSwitch所能承受的最大电压应力700V，所以，TOPSwitch不能在一般通用的正激变换器中使用。

2TOPSwitch在单端正激变换器中的应用

由式（1）可知，TOPSwitch不能在典型单端正激变换器中应用的关键问题，是其在关断期间所承受的电压应力超过了允许值，如果能降低关断期间的电压应力，使它小于700V，则TOPSwitch仍可在单端正激变换器中应用。

2.1电路结构及工作原理

本文提出的TOPSwitch的单端正激变换器拓扑结构如图1所示。它与典型的单端正激变换器电路结构完全相同,只是变压器的去磁绕组的匝数为初级绕组匝数的2倍,即NS=2NP。

TOPSwitch关断时的等效电路如图2所示。

若NS与NP是紧耦合，则，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绕组每个开关周期正负V·s平衡原理，有

VNPon(Dmax/T)=VNPoff[(1-Dmax)/T]（4）

式中：VNPon为TOPSwitch开通时变压器初级电压，VNPon=E；

VNPoff为TOPSwitch关断时变压器初级电压，VNPoff=（1/2）E。

解式（4）得

Dmax=1/3（5）

为保险，取Dmax≤30％

2.3去磁绕组电流分析

改变了去磁绕组与初级绕组的匝比后，变压器初级绕组仍应该满足A·s平衡，初级绕组最大励磁电流为

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

式中：Lm为初级绕组励磁电感。

当im(t)=Ism时，B=Bmax，H=Hmax，则去磁电流最大值为

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

式中：lc为磁路长度；

Ipm为初级电流的峰值。

根据图2（b）去磁电流的波形可以得到去磁电流的平均值和去磁电流的有效值Is分别为

下面讨论当NP=NS，Dmax=0.5与NP=NS，Dmax=0.3时的去磁电流的平均值和有效值。设上述两种情况下的Hmax或Bmax相等，即两种情况下励磁绕组的安匝数相等，则有

Im1NP1=Im2NP2（10）

式中：NP1为Dmax=0.5时的励磁绕组匝数；

NP2为Dmax=0.3时的励磁绕组匝数；

设Lm1及Lm2分别为Dmax=0.5和Dmax=0.3时的初级绕组励磁电感，则有

Im1=E/Lm1×0.5T为Dmax=0.5时的初级励磁电流；

Im2=E/Lm2×0.3T为Dmax=0.3时的初级励磁电流。

由式（10）及Lm1，Lm2分别与NP12，NP22成正比，可得两种情况下的励磁绕组匝数之比为

(NP1)/(NP2)=0.5/0.3

及(Im1)/(Im2)=(Np2)/(Np1)=0.3/0.5(12)

当NS1=NP1时和NS2=2NP2时去磁电流最大值分别为

Ism1=Im1=Im（13）

Ism2=Im2=(0.5/0.6)Im（14）

将式（10）～（14）有关参数代入式（8）～（9）可得到，当Dmax=0.5时和Dmax=0.3时的去磁电流平均值及与有效值Is1及Is2分别为

Is1=1/4ImImIs1=0.408Im（Dmax=0.5）

Is2≈0.29ImIs2=0.483Im（Dmax=0.3）

从计算结果可知，采用NS=2NP设计的去磁绕组的电流平均值或有效值要大于NS=NP设计的去磁绕组的电流值。因此，在选择去磁绕组的线径时要注意。

3高频变压器设计

由于电路元件少,该电源设计的关键是高频变压器,下面给出其设计方法。

3.1磁芯的选择

按照输出Vo=15V，Io=1.5A的要求，以及高频变压器考虑6％的余量，则输出功率Po=1.06×15×1.5=23.85W。根据输出功率选择磁芯，实际选取能输出25W功率的磁芯，根据有关设计手册选用EI25，查表可得该磁芯的有效截面积Ae=0.42cm2。

3.2工作磁感应强度ΔB的选择

ΔB=0.5BS，BS为磁芯的饱和磁感应强度，由于铁氧体的BS为0.2～0.3T，取ΔB=0.15T。

3.3初级绕组匝数NP的选取

选开关频率f=100kHz（T=10μs），按交流输入电压为最低值85V，Emin≈1.4×85V，Dmax=0.3计算则

取NP=53匝。

3.4去磁绕组匝数NS的选取

取NS=2NP=106匝。

3.5次级匝数NT的选取

输出电压要考虑整流二极管及绕组的压降，设输出电流为2A时的线路压降为7％，则空载输出电压VO0≈16V。

取NT=24匝。

3.6偏置绕组匝数NB的选取

取偏置电压为9V，根据变压器次级伏匝数相等的原则，由16/24=9/NB，得NB=13.5,取NB=14匝。

3.7TOPSwitch电流额定值ICN的选取

平均输入功率Pi==28.12W（假定η=0.8），在Dmax时的输入功率应为平均输入功率，因此Pi=DmaxEminIC=0.3×85×1.4×IC=28.12，则IC=0.85A，为了可靠并考虑调整电感量时电流不可避免的失控，实际选择的TOPSwitch电流额定值至少是两倍于此值，即ICN>1.7A。所以，我们选择ILIMIT=2A的TOP225Y。

4实验指标及主要波形

输入AC220V，频率50Hz，输出DCVo=15(1±1％)V，IO=1.5A，工作频率100kHz，图3及图4是实验中的主要波形。

图3中的1是开关管漏源电压VDS波形，2是输入直流电压E波形，由图可知VDS=1.5E；图4中的1是开关管漏源电压VDS波形，2是去磁绕组电流is波形，实验结果与理论分析是完全吻合的。

第9篇：开关电源的设计与制作范文

(广东职业技术学院，广东佛山528041)

【摘要】LED驱动电源在高职高专中是一门较新的课程，知识结构繁杂、注重实践能力，一般传统的理论教学不能满足行业人才培养的需要。介绍了构建基于校企合作平台的课程模式，将企业实际项目设计成为教学内容，利用校企合作进行项目与实境训练的教学，实施细致的考核方式等方面的教学改革探索。

关键词 LED驱动电源；校企合作；实践教学

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的发展使得其专业的划分越来越细，LED驱动电源是其中的一个比较特别的分支专业，驱动电源作为LED照明产业的能源保障，被比喻成系统的“心脏”，是保证LED系统正常、可靠运行的基础。现国内院校都比较少开设LED驱动电源专业课程或者开设了相对比较偏重理论的电源教学，使得在快速发展的LED行业里真正能从事电源设计人才缺口相对较大。

目前，LED驱动电源主要是以开关电源为主[1]，它的原理看似并不是很复杂，但实际要想设计一个合格的电源，要涉及电子电路、控制理论、半导体物理、磁学等众多学科，对设计者的专业要求很高，因此对在高职院校的初学者往往会历尽艰苦，仍不得其门而入。为了顺应地区LED行业对复合型人才的需求趋势，依托我院中央财政支持的LED新型光源专业建设的平台，我们开设了《开关电源与LED电源驱动设计》课程。对该课程进行以项目驱动、分层次和按企业岗位实施实境训练的教学改革。

1基于行业实际应用LED驱动电源项目，构建理论与实践技能相结合课程教学体系

通过走访相关企业进行调研分析，针对以LED驱动电源工程师等岗位具体要求和职责，以职业化培养为教学主线，构建了基于典型岗位能力的课程模式。《开关电源与LED驱动电源设计》是一门综合性课程，重在实际应用，兼顾技术理论分析计算和基础知识。所以改革要求在教学过程中，系统地、分阶段地引入不同技术含量的LED驱动电源项目作为载体，承载课程所涵盖的知识和技能。通过企业项目导向，使学生在学习、设计、分析LED驱动电源产品或作品的过程中逐步掌握专业的基本技能、核心技能和拓展技能。教学设计改革具体内容按企业项目教学实施时分为四大任务，其内容及课时安排如下表1所示。

设立了4大教学任务8个实训项目。通过项目任务教学激发学生的兴趣，利于培养学生的创造性思维。我们在实境教学设计中设置了多个模块的实训项目以及综合性较强的实践项目，有利于培养学生的综合职业能力。

课程总体开发流程如图1所示。将企业中LED驱动电源常见的设计项目细分与教材结合成上课的教学任务内容，一个工作任务可能涉及多个技能和知识点，而一个技能和知识点可以指导多个工作任务的实施。

项目细分为各个不同应用实境训练情境及任务知识点，内容循序渐进，难度由浅渐深，以利于专业知识的融会贯通。针对不同学生具有不同的学习基础，进行分层次教学，重点培养各自适应岗位的技能教学，使大部分学生具有一定特长的技能应用型专门人才。

图1《开关电源与LED驱动电源设计》课程内容设计流程

2充分利用社会资源共建校企合作平台，以职业化培养模式进行教学

LED驱动电源课程知识结构繁杂、注重实践能力，若采用传统的课程理论教学难以形成良好的学习效果，而且会使学生学习失去兴趣。在课程理论讲解过程中往往也会相对枯燥和难懂。本课程改革在校内从开关电源基本原理、LED驱动电源电路元器件电气特性等基础理论入手，到常用开关电源拓扑架构的详细讲解，常用开关电源拓扑在不同应用中的设计，再结合特定芯片的运用进行项目讲解，分析项目的输出特性、电源性能参数、可靠性以及稳定性等。除此之外，我们充分利用地区行业资源，加强与当地的LED企业祥新光电的协同创新合作，在祥新光电设立课程实训企业课堂-光电学院，大胆改革传统教学模式，大幅提高实验实训课比例，创造真实的企业环境和工作情境，灵活实行校内——校外——校内——校外的教学模式。充分利用校企合作平台，安排学生到电源车间实践，校企人员互派，双方指导人才培养，共同探索的现代学徒制教育，实现共赢互利。以基础、实用为原则，通过企业提炼选择实例项目，结合支撑知识与技术点的学习形式，循序渐近地讲解了LED驱动原理并进行相关应用项目的实践，学会主要基于开关电源的LED驱动拓扑设计的各种方法与要点[2]。形成依照基本技能训练、专业能力实训、实境训练三层的实践能力递进的培养方式。

课程改革是以针对电源设计的特点实施“以项目为导向、实境训练”的教学模式。课程设计的企业实境训练共有8个项目。LED驱动电源项目在“课内课堂”中学习、分析、设计，在“企业课堂”实境训练中认识、熟悉、实践，然后回到“课内课堂”总结、深化、理解,最后在“企业课堂”中检测、求证、掌握，形成校内——校外——校内——校外的灵活教学模式；学生还可再通过课余的“第二课堂”得到知识的巩固和发挥——即学生借助学校网络资源平台、开放的实训室环境，组成日常兴趣小组，参加各级别技能大赛，参与校内工作室项目工作等，使“课内课堂”、“企业课堂”中所学的知识、技能得到运用、扩展，自学能力得到加强，创新能力得到发挥。

利用社会资源共建良好的人才培养模式，以职业化培养为教学，创造真实的企业环境情景和项目任务，可以增强学生学习目的性、能动性和实现早期的职业生涯规划，有利于学生实践能力的锤炼、实践经验的积累，以及创新精神的培养，最终培养出真正符合社会需要的高素质技能型人才[3]。

3细化课程考核方式，强调知识、能力和素质的全面培养

考虑到LED驱动电源课程的教学设计的实践性强的特点，采用传统的理论考试方式，并不能很好激励学生和让学生掌握相关技能，所以在设计课程考核的方式时，采用理论考核与实践考核相结合，笔试与实践制作表现评价相联系的方式，强调知识、能力、素质的全面培养。具体考核点如表2所示。着重考核学生掌握所学的基本电路拓扑理论和技能，能综合运用所学知识和技能去分析电路、实践调试和测试电路、分析电路故障及排除电路故障的能力。

4结束语

基于项目驱动、实境训练的《开关电源与LED驱动电源设计》课程内容改革与实践正处于开始尝试阶段，从初步实施的效果看，学生在光电学院上课，能够很好进行技能的实际操练，对动手能力有极大的提高。专业课程体系的构建是高职教育培养高端技能型专门人才的重要环节，是决定如何培养学生，培养什么样学生的关键，也是高职教育特色所在。LED驱动电源课程的构建正是围绕“这个项目为什么这样做”、“怎么来解决项目问题”、“采用这种方法会有什么结果”等几个方向来进行。校企产学研结合是办好高职教育的重要措施，是解决就业的根本之路。通过与祥新光电的合作，在学生“学”的同时安排他们进行“产”的工作，学产结合，不断提高学生的实践能力、理论能力以及企业适应能力。该课程教改的目的就是在于更好培养学生在校时的实践能力同时更要培养学生进企业后的后续发展的潜力，主动适应社会，接收社会的洗礼和挑战，满足当代教育培养技能应用型人才的需要。

参考文献

［1］梁奇峰,廖鸿飞．基于工作任务的《开关电源原理与分析》教学改革[J]．职业教育研究,2012(6):88－90．

［2］于雁南,高柏臣,严继池．开关电源技术教学改革实践与思考[J]．当代教育理论与实践,2014(6):58－60．