开关电源原理设计精选(九篇)

前言：一篇好文章的诞生，需要你不断地搜集资料、整理思路，本站小编为你收集了丰富的开关电源原理设计主题范文，仅供参考，欢迎阅读并收藏。

第1篇：开关电源原理设计范文

关键词：气隙；RCD；离线式；变换器；电磁辐射

中图分类号：TP212文献标识码：Adoi: 10.3969/j.issn.1003-6970.2011.03.039

0引 言

以往对于小于10W以下的离线式直流电源来说，在效率要求不高的地方，一般认为采用工频变压器加整流电路及线性稳压电路比较合理。因为那时10W以下的工频变压器成本相对于开关变换器来说并不高，而线性稳压器的半导体器件比开关电源的环路控制成本要低，至于说工频变压器转换效率低的问题那是用户的事情，研发者并不关心。而如今提倡节能环保，电子设备高度集成化，体积做得越来越小。相同功率的工频变压器要比开关变换器的重量（体积）大几倍，对于原材料、人工费不断攀升的今天来说用离线式10W小功率开关电源取代线性电源是当勿之急。

110W开关电源的设计制作要点：

1.1频率问题

选择工作频率高的芯片，可以使变换器的体积减小、容性器件的容量及体积减小，PCB尺寸将减小，制作的开关电源体积自然减小，但它所带来的缺点是对变换器的磁芯要求提高，人工缠绕变换器的难度增加，高频磁芯不但成本高而且在国内不易购买；而选择工作频率过低的芯片，所制作出的开关电源其效率降低、体积增大，这不是我们所追求的。

1.2器件是否容易购买

阻容器件在电子市场上容易购买，滤波电感可以自行绕制，磁芯、控制芯片的选取上是令人郁闷的事情。对于小批量生产，为了购买到器件不得不修改合理的设计初宗，但不管怎样，制作出性能稳定的产品才是硬道理。

1.3成本

尽量选用国产器件，以便降低成本。

设计一个离线式10W开关电源并不是一件容易的事情，因为它涉及到许多电学、磁学、安全规范方面的知识，在器件的选定上要经过反复大量的计算，试验才能最终敲定。如何利用先人的经验撇开繁琐的计算快速地设计出性能稳定的开关电源，我想这是每个电路设计者所期望的。在芯片高度集成的今天，开关电源的控制、驱动、振荡、比较等电路都集成到一个芯片里，这为对开关电源的拆分设计提供了条件。在离线式10W开关电源应用领域，芯片制造商推出多种型号的开关电源控制芯片，这些芯片虽然型号不同但在性能和使用的方式上却雷同。THX203H是南京通华芯微电子公司制造，它性能稳定、功能多、价格低，工作频率在60KHz左右，易于买到与之相适应的磁芯，是一款比较实用的离线式10W开关电源控制芯片。

2离线式10W开关电源基本框架说明

图1是基于THX203H的离线式10W开关电源的基本框架。

Fuse：选用1.5A保险丝。

Bridge：选用1N4007

Cin：在VAC 85～265V时，一般认为3uF/1W，10W应选30uF/400V的电容。

R1、R2、CT：是THX203H固定搭配电路，按要求设定即可。当然CT、R2尽量选用贴片件，以减少器件的分布电感，且在PCB布线时尽量靠近THX203H。

Clamp Zener、Blocking Diode ：两个二极管组合成箝位电路用以消除THX203H内部功率管关断时变换器漏感储能所引起的尖峰，当然这个电路在小于10W功率输出时完全可以用RCD电路替代。 RCD即电阻、电容、二极管。

Clamp Zener选用P6KE200，Blocking Diode选用BYV26C。

光藕、RB、RZ：完成对开关电源输出端的取样、反馈。DZ可选BZX79-B4V7，RB可选39Ω。一般认为选用这种反馈电路VOUT精度较低，约为±5%，利用TL431构成的反馈电路VOUT精度更高，约为±1%。

VDB：可选1N4148，Cb可选47uF/50V。

VD：整流管，可选肖特基1N5822。

Cm：VOUT输出5-24V，1A时选330uF/35V。VOUT输出5-24V，2A时选1000uF/35V。这种选择是有条件的，要求电解的ESR（等效内阻）要低。我们在市场上购得的电解性能优劣不一，所以在选定电解容量时，要比上述容量大100-200uF 比较合理。

Lf、Cf：起消除纹波作用。Lf选8-12uH，Cf选470uF/35V。

磁芯的选定[1]：有一个非常简单的预测典型铁氧体反激变器的能量转换关系式，PO≈100×f×Ve(W)。这里f为工作频率，单位为HZ，Ve铁氧体体积单位为m3，EE25磁芯

Ve=1890×10-9m3。设f=60kHZ，则磁芯转换出的功率PO≈11.34W。满足10W要求。

初级线圈匝数的确定[2] ：首先确定初级线圈的电感量，10W离线式开关电源工作频率在100KHz时，初级线圈电感量一般在1～2mH之间，我们所设计的开关电源工作频率为60kHz，所以首先设定初级线圈电感量为2mH。气隙的设定，气隙就是在组装变换器时在变换器的两个E型磁芯之间保留一段距离，大批量生产通过研磨E型磁芯中间柱实现，小批量生产通过在E型磁芯的两边柱中间加垫绝缘层来实现。为了便于加工，气隙要大于0.051mm。气隙即不能太小也不能太大，太大会大大降低磁导率。在磁芯中加上气隙是为了防止磁饱和。 青稞纸，防静电、绝缘性好、耐压性强。用0.12mm厚度的青稞纸作为气隙绝缘层。磁芯、初级电感量、气隙确定之后初级线圈匝数基本确定。

初级线圈要排绕、密绕、布满整个骨架的绕线窗，留够爬线距离。直径0.21mm漆包线绕3层，每层40圈，实测变换器初级绕组电感量为1.9mH±0.1mH。

次级线圈、偏置绕组线圈匝数的确定：对于VOUT=5V这类开关电源匝比多设在14：1左右。现在按照14：1匝比进行设置，次级线圈的匝数为8圈。那么，次级每圈对应0.625V。偏置绕组设为9圈，则偏执绕组产生的电压约为5.6V接近THX203H的典型供电值。如果次级还有其它绕组，只需按照 0.625V/1圈 进行推算即可。

3一款完整离线式10W开关电源电路的推荐

下面介绍一个成型电路，AC输入电压范围：130V―250V；DC输出：5V、5V、15V；第二绕组输出电流可达1A，精度±0.2V，纹波小于30mV。第四绕组输出电流可达200mA，电压精度在10%以内，纹波小于30mV。

原理图如图2所示：

4变换器的绕制

磁芯参数：EE25，TDK PC40，骨架：10脚，立式。

4.1变换器的绕制方法

4.2变换器绕制要点

1.变换器1、2脚爬线距离大于6mm，不同绕组之间的爬线距离大于3mm，每层排绕。

2.第一绕组的电感量=19mH±0.1mH，通过调整磁芯的气隙实现。气隙的实现：在E型磁芯的两端的柱上，分别加上约0.12mm厚的青稞纸。

3.PCB布线问题，器件尽量紧凑，以减少分布电容、分布电感、电磁辐射。

4.THX203H的散热问题[3]，在THX203H的7、8脚上铺设200mm 以上的铜箔，最好将铺设的铜箔定义成焊盘，在焊盘上加焊锡以提高其散热能力。

5.漆包线绕的一定要紧。如果制作的开关电源用于商品出售，变换器要浸漆，要是自用可不必浸漆。

5结论

本文介绍了离线式10W开关电源的设计制作方法，提供了一些经验数据及相关公式，对离线式10W开关电源的设计制作要点进行了阐述。文中所用电路是经过实践检验的，所选磁芯、芯片只要上网查找均可轻松查到，文中公式、数据多数是笔者查阅相关资料获得，也有些是笔者长期工作经验的总结。希望对此方面感兴趣的朋友阅读此文时，剔除糟粕汲取精华。

参考文献

[1] Sanjaya Maniktala 著王志强、郑俊杰译. 开关电源设计与优化[M]. 北京：电子工业出版社，2006

[2] Abraham I. Pressman, Switching Power Supply Design (2nded.), New York, McGraw-Hill, Inc., 1991

第2篇：开关电源原理设计范文

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[4] 张忠田.山东农大建成千余亩中药材示范基地[J].中国中医药报， 2011-08-22（4）.

[5] 新华社.云南建成世界上最齐全的重楼种质资源库[N].中国中医药报，2014-09-25（3）.

[6] 郭丁丁，张潞，朱秀峰.中药连翘种质资源调查报告[J].时珍国医国药，2012，23（10）：2601-2603.

[7] 侯嘉.不同产地川芎种质资源的品质研究[D].成都：成都中医药大学， 2007.

[8] 王晨，李佳，张永清.丹参种质资源与优良品种选育研究进展[J].中国现代中药，2012，14（4）：37-41.

[9] 魏建和.中药材新品种选育研究现状、特点及策略探讨[J].中国现代中药，2011，13（9）：3-8.

[10] 韦永诚，郑本家，韦宏.广西药用珍稀濒危物种保护的问题及对策研究[C]//中国科学技术信息研究所.中国濒危野生物种保护战略研究（分报告集），2003：154-178.

[11] 河北省遵化市魏进河林场国家板栗良种基地.河北省遵化市魏进河林场国家板栗良种基地建设进展顺利[EB/OL].[2013-12-16]..

[12] 张超良，郑本家.广西中草药资源利用概况[C]//《广西中草药资源开发利用规划及实施方案的研究》课题组.广西中草药资源开发利用规划及实施方案的研究，2000：64-65.

第3篇：开关电源原理设计范文

关键词aber;反激式开关电源;仿真

中图分类号TM359.4 文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)042-0020-01

开关电源被誉为高效节能电源,它代表着稳压电源的发展方向。目前,随着各种新科技不断涌现,新工艺被普遍采用,新产品层出不穷,开关电源正向小体积、高功率密度、高效率的方向发展,开关电源的保护电路日趋完善,开关电源的电磁兼容性设计及取得突破性进展,专用计算机软件的问世为开关电源的优化设计提供了便利条件。

Saber是美国Analogy公司开发,现由Synopsys公司经营的系统仿真软件,被誉为全球最先进的系统仿真软件,也是唯一的多技术,多领域的系统仿真产品,现已成为混合信号、混合设计技术和验证工具的业界标准,可用于电子、机电一体化、机械、光电、光学、控制等不同类型系统构成的混合系统仿真,与其他由电路仿真软件相比,其具有更丰富的元件库和更精致的仿真描述能力,仿真真实性更好。

1反激式开关电源基本原理

反激式开关电源其拓扑结构如图1。

其电磁能量储存与转换关系如下

如图2(a)当开关管导通,原边绕组的电流Ip将线形增加,磁芯内的磁感应强度将增大到工作峰值,这时可以把变压器看成一个电感,逐步储能的过程。

如图2(b)当开关管关断,初级电流降到零。副边整流二极管导通,感生电流将出现在复边。从而完成能量的传递。按功率恒定原则,副边绕组安匝值与原边安匝值相等。

2基于UC3842的反激式开关电源电路设计

由Buck-Boost推演并加隔离变压器后而得反激变换器原理线路。多数设计中采用了稳定性很好的双环路反馈(输出直流电压隔离取样反馈外回路和初级线圈充磁峰值电流取样反馈内回路)控制系统,就可以通过开关电源的PWM(脉冲宽度调制器)迅速调整脉冲占空比,从而在每一个周期内对前一个周期的输出电压和初级线圈充磁峰值电流进行有效调节,达到稳定输出电压的目的。这种反馈控制电路的最大特点是:在输入电压和负载电流变化较大时,具有更快的动态响应速度,自动限制负载电流,补偿电路简单。以UC3842为控制芯片设计一款50W反激式开关电源,其原理图如图3所示。

2.1高频变压器设计

1)原边匝数

因为作用电压是一个方波,一个导通周期的伏秒值与原边匝数关系如式(1)

Np=(1)

式中 Np――原边匝数;

Vp――原边所加直流电压(V);

ton ――导通时间(us);

Bac――交变工作磁密(mT);

Ae――磁心有效面积(mm2)。

2)副边绕组

由原边绕组每匝伏数=母线电压/原边匝数可得

副边绕组匝数=(输出电压+整流二极管压降+绕组压降)/原边绕组每匝伏数

3)气隙

实用方法:插入一个常用气隙,例如0.5mm,使电源工作起来在原边串入电流探头。注意电流波形的斜率,并调整气隙达到所要求的斜率。

也可用式(2)计算气隙。

lg=(2)

式中lg ――气隙长度(mm);

u0 ――4n×107;

Np――原边匝数;

Lp――原边电感;

Ae ――磁心面积(mm2)。

2.2反馈环节

图3中反馈环节由光耦PC817和TL431组成,适用于电流控制模式。输出电压精度1%。电压反馈信号经分压网络引入TL431的Ref段,装换为电流反馈信号,经过光耦隔离后输入UC3842的控制段。

TL431是由美国德州仪器生产的2.5V-36V可调式精密并联稳压器。内有参考电压2.5V,它与参考端一起控制内部的比较放大器。在输出阴极和参考端可加反馈网络,影响整个开关电源的动态品质特性。

2.3控制芯片电路

UC3842由4脚外接RC生成稳定的振荡波形,振荡频率=1.8/R12×C15。6脚输出驱动脉冲,驱动MOSFET在导通和截至之间工作。8脚提供一个稳定的5V基准源。

3Saber电路仿真

利用 Saber 软件进行仿真分析主要有两种途径,一种是基于原理图进行仿真分析,另一种是基于网表进行仿真分析。基于原理图进行仿真分析的基本过程如下:

1)在Saber Sketch中完成原理图录入工作;

2)然后使用net list命令为原理图产生相应的网表;

3)在使用simulate命令将原理图所对应的网表文件加载到仿真器中,同时在Sketch中启动Saber Guide界面;

4)在Saber Guide界面下设置所需要的仿真分析环境,并启动仿真;

5)仿真结束以后利用Cosmos Scope工具对仿真结果进行分析处理。

在这种方法中,需要使用Saber Sketch和Cosmos Scope两个工具,但从原理图开始,比较直观。所以,多数Saber的使用者都采用这种方法进行仿真分析。但它有一个不好的地方就是仿真分析设置和结果观察在两个工具中进行,在需要反复修改测试的情况下,需要在两个窗口间来回切换,比较麻烦。

4系统仿真及实测

在Saber Sketch中完成原理图。并进行DC/AC分析。

如图4(a)为开关电源在220V交流输入时的MOSFET驱动电压波形仿真结果(b)为实测样机MOSFET驱动电压波形。作为专业级开关电源仿真软件,Saber在控制环路设计上,能够真实且直观的检验设计的稳定性。

如图5(a)为开关电源电流采样电阻上的电压波形的仿真结果(b)为实测波形。涉及开关电源部分器件选型的重要参数也同样可以通过仿真波形得到,例如开关器件MOSFET额定工作时通态最大电流等参数,同样可以从仿真波形中得出。

5结束语

在电路设计初期,借用Saber的电路级仿真可以很直观的对开关电源电路设计进行的评估,并在控制环路的设计上会有很大的帮助。在完成样机的初步测试后,同样可以借助仿真对电路功能进行校验。该电路广泛应用于小功率场合,具有体积小,成本低,结构简单等优点。

(a)仿真(b)实测

图4MOSFET驱动电压波形

(a)仿真 (b)实测

图5电流采样电阻电压波形

测试结果(图5b)为220V,50Hz交流输入时,实验样机测试波形。

参考文献

[1]沙占友.单片开关电源最新应用技术,2006.

[2]王建秋,刘文生.Saber仿真在移向全桥软开关电源研发中的应用,2009.

[3]张占松,蔡宣三.开关电源的原理与设计,2000.

[4]Saber.仿真中文教程.

[5]张煜.基于Saber的Boost APFC仿真分析及DSP实现.2009.

第4篇：开关电源原理设计范文

关键词：开关电源；反激式电路；高频变压器

引言

开关电源是综合现代电力电子、自动控制、电力变换等技术，通过控制开关管开通和关断的时间比率，来获得稳定输出电压的一种电源，因其具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点，在现代电力电子设备中得到广泛应用，代表着当今稳压电源的发展方向，已成为稳压电源的主导产品。文章设计了一种基于TOP-Switch系列芯片的小功率多路输出DC/DC的反激式开关电源。

1 电源设计要求

文章设计的开关电源将用于轨道车辆电动门控制系统中，最大的功率为12W，分四路输出，具体设计参数如下：（1）输入电压Vin=110V；（2）开关频率fs=132kHz；（3）效率η=80%；（4）输出电压/电流 48V/0.2A，15V/0.02A-15V/0.02A，5V/0.3A；（5）输出功率12W；（6）电压精度1%；（7）纹波率1%。（8）负载调整率±3%，电源最小输入电压为Vimin=77V，最大输入电压为Vimax=138V。考虑到设计要满足结构简单，可靠性高，经济性及电磁兼容性等要求，结合本设计输出功率小的特点，最终选用了单端反激式开关电源，它具有结构简单，所需元器件少，可靠性高，驱动电路简单的特点，适合多路输出场合。

2 单端反激式开关电源的基本原理

单端反激式开关电源由功率MOS管，高频变压器，无源钳位RCD电路及输出整流电路组成。其工作原理是当开关管Q被PWM脉冲激励而导通时，输入电压就加在高频变压器的初级绕组N1上，由于变压器次级整流二极管D1反接，次级绕组N2没有电流流过；当开关管关断时，次级绕组上的电压极性是上正下负，整流二极管正偏导通，开关管导通期间储存在变压器中的能量便通过整流二极管向输出负载释放。反激变压器在开关管导通期间只存能量，在截止期间才向负载传递能量，因为能量是单方向传导，所以称为单端变化器[1]。

图1 单端反激式开关电源的原理图

3 TOP-Switch系列芯片的介绍及选型

TOP-Swtich单片开关电源是开关电源专用集成电路，它将脉宽调制电路与高压MOSFET开关管及驱动电路等集成在一起，具备完善的保护功能。使用该芯片设计的小功率开关电源，可大大减少电路，降低成本，提高可靠性[4]。

对于芯片的选择主要考虑输入电压和功率，由设计要求可知，输入电压为宽范围输入，输出功率不大于12W，故选择TOP264VG。

4 电路设计

本设计开关电源的总体设计方案如图2所示。

4.1 主电路设计

4.1.1 变压器设计

变压器的设计是整个电源设计最重要的部分，它的设计好坏直接影响到整个电源性能。

（1）磁芯和骨架的确定

由参考文献[1]可查出，当P0=12W时可供选择的铁氧体磁芯型号，由于采用包线绕制，而且EE型铁芯廉价，磁损耗小且适用性强，故选择EEL19。从厂家提供的磁芯产品手册中可以查到磁芯有效截面积Ae=0.23cm2，磁路有效长度Le=3.94cm2，磁芯等效电感AL=1250Nh/T2

（2）确定最大占空比

（式中VOR为初级感应电压，VDS为开关管漏源导通电压，其中VOR=135V，VDS=10V）

（3）初级波形参数计算

初级波形的参数主要包括输入电流平均值IAGV、初级峰值电流IP

输入电流平均值

初级峰值电流

（其中KRP为初级纹波电流IR与初级峰值电流IP的比值，当反激式开关电源工作在不连续状态时取KRP=1）

（4）确定初级绕组电感

（5）计算各绕组的匝数

初级绕组的匝数 实取33匝

次级为5v输出的绕组定义为NS=4turn

对于±15V输出 实取12匝

对于48V输出 实取36匝

对于偏置绕组 实取10匝

4.1.2 无源钳位电路的设计

反激式开关电源，每当功率MOSFET由导通变为截止时，在开关电源的一次绕组上就会产生尖峰电压和感应电压，和直流高压一起叠加在MOSFET上，漏极电压

这就要求功率MOSFET至少能承受450V的高压，并且要求钳位电路吸收尖峰电压来保护功率MOSFET。本电源的钳位电路由稳压管和二极管D1组成，其中VR1为瞬态电压抑制器P6KE200，D1为快恢复二极管IN4936，当MOSFET导通时，原边绕组电压上正下负，使D1截止，钳位电路不起作用；当MOSFET截止瞬间，原边绕组电压上负下正，使得D1导通，电压被钳位在200V左右。

4.1.3 输出环节的设计

以+5V输出为例，次级绕组高频电压经肖特基二极管SB120整流后，用超低的ESR滤波，为了得到获得更小的纹波电压，在设计时又加入了次级LC滤波器，实验表明，输出的电压更符合期望值。

4.2 反馈环节的设计

反馈回路主要由PC817和TL431组成，这里用的TL431型可调式精密并联稳压器来代替普通的稳压管，构成外部误差放大器，进而对输出电压作精密调整，当输出电压发生波动时，经过电阻R13、R14分压后得到取样电压与TL431中的2.5V的基准电压进行比较，在阴极K上形成误差电压，使光耦合器中的LED工作电流产生相应变化，再通过光耦合器去改变单片开关电源的控制端电流，进而调节输出占空比，使输出电压维持不变，达到稳压目的。

5 结束语

文章设计的开关电源具有结构简单，所需元器件少，体积小，成本低的特点，并且满足所有设计要求，在轨道车辆电动门控制系统中有很好的应用前景。

参考文献

[1]杨立杰.多路输出单端反激式开关电源的设计[J].现代电子技术，2007.

[2]沙占友.开关电源实用技术[M].北京：中国电力出版社，2011.

第5篇：开关电源原理设计范文

关键词：开关电源 重启 反激式电源

中图分类号：TM46 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）11-0073-01

开关电源具有高效率、低功耗、体积小、重量轻等显著优点，其电源效率可达到80%以上，远远高于传统的线性稳压电源从而使得开关电源应用领域十分广泛。根据负载功率的不同，往往采用自激振荡式，即反激式和正激式不同的方法。随着开关电源的使用的不断发展，反激式开关电源也在更多的领域使用，但该开关经常存在着不断重启的缺点，导致设备工作不够稳定，所以，探索和研究有效的技术策略，就有着非常重要的意义。

1 反激式电源的基本原理

本文以其中一种反激式开关电源为例进行说明。该电源通过220V电压供电，通过整流桥整流和电容滤波将交流电变成直流电，通过两个1M欧的电阻限流给LD7535启动电流，LD7535启动，控制MOSFET，不断开关，形成高频开关电压来使变压器工作，变压器通过芯片供电绕组给芯片供电，通过副绕组转换成为想要得到的高频电压，再通过高频二极管整流，形成需要得到的电压，同时通过TL431中的内部设定基准电压（2.5V）和电阻的串联分压来设定输出电压，并通过光电耦合器来进行反馈调节。

其中NTC为防止启动时电流过大，电阻R5和电阻R8负责启动时对LD7535供电，启动后改为变压器通过R9和D5给予供电，C8和C8A负责储能。R6的10欧姆电阻防止MOS管的电压斜率过于陡峭，R1大功率小电阻负责电流检测，从而改变保护电流；R19和C9串联防止TL431自激，R20和R21为了确定输出电压。

2 LD7535特点及其在反激式电源中的应用

但是，在反激电源制作过程中会遇到开关电源空载时不断重启的过程，并且伴随着这种现象，往往能够听到变压器的响声。其空载不断重启，需要通过LD7535控制器加以技术改进。

LD7535是一种低成本，低启动电流，电流模式，PWM控制的省电模式控制器，具有包括电流检测的前沿消隐、内部斜率补偿，采用SOT-26封装。常用于高效率，较少元器件的AC/DC电源设备。其特点是高压CMOS工艺，具有优良的ESD保护，仅需要极低的启动电流（

各个引脚定义为：第1引脚GND，接地端，第2引脚COMP，电压反馈引脚，通过连接光电耦合器，以使控制环路闭合，实现调节，第3引脚RT，设置开关频率，通过连接一个电阻对地设置开关频率，第4引脚CS，位电流检测引脚，连接到感应电流MOSFET，第5引脚VCC，为电源电压引脚，第6引脚OUT，栅极驱动输出，以驱动外部MOSFET。

3 重启的解决方法

在反激电源制作过程中开关电源空载时不断重启的原因是由于IC供电不足或者光耦供电不足引起。对于此种不断重启的现象，有以下几点方法进行克服。

3.1 设立假负载

设立假负载是最有效的解决开关电源不断重启的方法，只需要在输出端增加一个大电阻，使得开关电源一直处于工作状态，这种方法简单易行，对产品的价格也没有太大影响，但是这种方法会对开关电源真正的使用转换效率有一定的影响，造成转换效率有所降低，对于转换效率要求不是很高的或者需要大电流输出的开关电源来说最为合适。

3.2 采用较好的二极管对芯片供电

出现不断重启的原因往往是供电芯片的供电电压介于满足启动和不满足启动的临界状态，当采用较好的供电二极管（D7）时，如FR107二极管，可以提高了二极管的开关速度，并且也降低供电二极管的管压降，从而能够满足控制芯片的供电电压，从而解决二极管不断重启的现象。

3.3 采用增加芯片供电绕组的匝数

采用增加对芯片供电绕组的匝数对产品价格没有太大影响，也不会增加产品工序，但是由于绕组匝数的增加会增加变压器的电感量，造成变压器性能有一定的改变，致使很多参数需要重新计算或修订，更严重的会造成变压器不适合本产品而需要重新设计变压器。

4 结语

本文通过一个具体的电路设计为例，简要的说明针对开关电源不断重启现象的一些改进的方法。本文并通过实际使用，证明了其有效性。

参考文献

[1]张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].北京：电子工业出版社，1998.

第6篇：开关电源原理设计范文

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7篇：开关电源原理设计范文

摘 要：以UC3842和FQP12N60C为基础设计了一款可编程序控制器专用电源。意在介绍通用开关电源的工作原理与设计过程，并且着重介绍高频变压器的设计以及整板调试过程，突出以理论为基础，工程设计为主导的设计方法。该电源经过实际测试，符合可编程序控制器专用电源的标准。

关键词：变频器；开关电源；UC3842

引言

现应用UC3842芯片设计了一款可编程序控制器用的开关电源，经过大量实验。在输入有很大波动的时候，该电源也能稳定工作。其中为CPU供电的+5V电源误差范围在0.1V，达到了设计目标。而且本开关电源也可作为其它电力电子控制设备的电源，可移植性能好。

1 设计要求

本电源利用PWM控制技术实现DC-DC转换，通过FQP12N60C的电流检测端口与控制电路要求精度最高的电源相连，当输入有干扰的情况下，通过调节占空比来稳定对多路电源的输出。

具体指标如下：输入：直流250V±40%，输出：直流+24V、6A；+5V、2A。输出全部采用共地方式，控制系统对电源输出的纹波电压小于5%。

2 原理图功能分析与设计过程

基于UC3842和FQP12N60C所组成的开关电源的电路原理图。包括整流、滤波、PWM控制器等结构。电源内部采用单端反激式拓扑结构，具有输入欠电压保护、过电压保护、外部设定极限电流、降低最大占空比等功能。

2.1输入侧整流、滤波、保护电路设计。从AC（L）线路进线串联保险丝（F1），起到过流保护作用。从AC（N）线路进线串联热敏电阻（RT110D-9），对接通AC电源时产生的浪涌电流起限制作用。在熔断器与热敏电阻的出线端并联压敏电阻（VR1），对接通AC电源时产生的浪涌电压起限制作用。之后并联安规电容CX1，泄流电阻R5。防止大电容失效后漏电，危及用电人员安全。之后串联电感，出线端并联X2电容。然后经过整流桥D1整流，在直流侧并联电解电容C10滤除整流后的交流分量以及谐波成份。

2.2功率管参数调整与外围电路设计。电阻R1提供电压前馈信号，使电流可随电压而降低，从而限定在高输入电压时的最大过载功率。电阻R2实现线电压检测。由电阻R6，电容C30，开关管ZD1，二极管D88组成简单的RCD箝位电路。达到保护开关管的目的。因而T1可以使用较高的初次级匝数比，以降低次级整流管D3上的峰值反向电压。电路采用简单的齐纳检测电路来降低成本。输出电压稳压由齐纳二极管（IC2）电压及光耦合器（IC1）决定。电阻R9提供进入齐纳二极管的偏置电流，产生对+5V输出电平、过压过载和元件变化时±5%的稳定度。

2.3高频变压器磁路设计。由于反激变换器对多组输出的应用特别有效。即单个输入电源使用同一磁路有效地提供多个稳定输出。因此本文设计的开关电源采用反激式变换结构。高频变压器的设计过程主要包括：磁芯大小的选择、最低直流输入电压的计算、工作时的磁通密度值的选择等。

（1）设计参数。设计使其工作在132KHz模式下。输入：直流250V±40%，输出：+24V、6A；+5V、2A。

（2）功率计算。

P=24×6×1+5×2×1=154W （1）

（3）磁芯选择。由公式（2）、（3）

Sj=0.15■=2.01cm2 （2）

P1=■=■=181.18W （3）

再由实际中输出引脚个数等因素，查磁芯曲线可得选择磁芯EER40。

（4）工作时的磁通密度计算。对于EER40的磁芯，振幅取其一半Bac=0.195T。

（5）原边感应电压的选择。这个值是由自己来设定的，但是这个值决定了电源的占空比。其中D为占空比，VS为原边输入电压，VOR为原边感应电压。D=■本文选定占空比D=0.5。

（6）计算变压器的原边匝数：Np=■=42匝。

（7）计算变压器的副边匝数。对于+5V，考虑到整流管的压降0.7V以及绕组压降0.6V。则副边+5V电压值：V2=（5+0.7+0.6）V=6.3V。

原边绕组每匝伏数=■=■=3.57伏/匝。

则+5V副边绕组匝数为：N5=■=1.76匝。由于副边低压大电流，应避免应用半匝线圈，考虑到E型磁芯磁路可能产生饱和的情况，使变压器调节性能变差，因此取1.76的整数值2匝。计算选定匝数下的占空比辅助输出绕组匝数，因为+5V副边匝数取整数2匝，反激电压小于正向电压，新的每匝的反激电压为6.3伏/匝。占空比必须以同样的比率变化来维持V-S值相等。由此可得：+24V副边绕组匝数为：N24=■=7.08匝。取整数值为7匝。

对于反馈线圈的匝数，反馈电压是反激的，其匝数比要和幅边对应。NS=■=1.76匝。取整数值为2匝。

（8）确定磁芯气隙的大小。首先求出原边电感量（mH），根据LP=VS■则全周期TS的平均输入电流IS=■=■=1A。

相应的Im=■=2A，IP1=■=1A。

IP2=3IP1=3A在ton期间电流变化量i=IP2-IP1=2A，LP=VS■=150×■=0.56mH。所以电感系数Al=■=■=0.00049×■。根据所选磁芯的AL=f（lg）曲线，可求得气隙

lg=■=■=0.45mm

（9）变压器设计合理性检验。首先利用磁感应强度与直流磁密相关的关系计算直流成分Bdc。根据公式计算可以得到：Bdc=?滋H=185mT

而交流和直流磁感应强度相加之和得到的磁感应强度最大值Bmax=?滋H=■+Bdc=282.5mT，而从磁性材料曲线可知BS=390mT，故工作时留有余量，设计通过。

（1、烟台德尔自控技术有限公司，山东 烟台 264006 2、沈阳工业大学，辽宁 沈阳 110178）

摘 要：以UC3842和FQP12N60C为基础设计了一款可编程序控制器专用电源。意在介绍通用开关电源的工作原理与设计过程，并且着重介绍高频变压器的设计以及整板调试过程，突出以理论为基础，工程设计为主导的设计方法。该电源经过实际测试，符合可编程序控制器专用电源的标准。

关键词：变频器；开关电源；UC3842

引言

现应用UC3842芯片设计了一款可编程序控制器用的开关电源，经过大量实验。在输入有很大波动的时候，该电源也能稳定工作。其中为CPU供电的+5V电源误差范围在0.1V，达到了设计目标。而且本开关电源也可作为其它电力电子控制设备的电源，可移植性能好。

1 设计要求

本电源利用PWM控制技术实现DC-DC转换，通过FQP12N60C的电流检测端口与控制电路要求精度最高的电源相连，当输入有干扰的情况下，通过调节占空比来稳定对多路电源的输出。

具体指标如下：输入：直流250V±40%，输出：直流+24V、6A；+5V、2A。输出全部采用共地方式，控制系统对电源输出的纹波电压小于5%。

2 原理图功能分析与设计过程

基于UC3842和FQP12N60C所组成的开关电源的电路原理图。包括整流、滤波、PWM控制器等结构。电源内部采用单端反激式拓扑结构，具有输入欠电压保护、过电压保护、外部设定极限电流、降低最大占空比等功能。

2.1输入侧整流、滤波、保护电路设计。从AC（L）线路进线串联保险丝（F1），起到过流保护作用。从AC（N）线路进线串联热敏电阻（RT110D-9），对接通AC电源时产生的浪涌电流起限制作用。在熔断器与热敏电阻的出线端并联压敏电阻（VR1），对接通AC电源时产生的浪涌电压起限制作用。之后并联安规电容CX1，泄流电阻R5。防止大电容失效后漏电，危及用电人员安全。之后串联电感，出线端并联X2电容。然后经过整流桥D1整流，在直流侧并联电解电容C10滤除整流后的交流分量以及谐波成份。

2.2功率管参数调整与外围电路设计。电阻R1提供电压前馈信号，使电流可随电压而降低，从而限定在高输入电压时的最大过载功率。电阻R2实现线电压检测。由电阻R6，电容C30，开关管ZD1，二极管D88组成简单的RCD箝位电路。达到保护开关管的目的。因而T1可以使用较高的初次级匝数比，以降低次级整流管D3上的峰值反向电压。电路采用简单的齐纳检测电路来降低成本。输出电压稳压由齐纳二极管（IC2）电压及光耦合器（IC1）决定。电阻R9提供进入齐纳二极管的偏置电流，产生对+5V输出电平、过压过载和元件变化时±5%的稳定度。

2.3高频变压器磁路设计。由于反激变换器对多组输出的应用特别有效。即单个输入电源使用同一磁路有效地提供多个稳定输出。因此本文设计的开关电源采用反激式变换结构。高频变压器的设计过程主要包括：磁芯大小的选择、最低直流输入电压的计算、工作时的磁通密度值的选择等。

（1）设计参数。设计使其工作在132KHz模式下。输入：直流250V±40%，输出：+24V、6A；+5V、2A。

（2）功率计算。

P=24×6×1+5×2×1=154W （1）

（3）磁芯选择。由公式（2）、（3）

Sj=0.15■=2.01cm2 （2）

P1=■=■=181.18W （3）

再由实际中输出引脚个数等因素，查磁芯曲线可得选择磁芯EER40。

（4）工作时的磁通密度计算。对于EER40的磁芯，振幅取其一半Bac=0.195T。

（5）原边感应电压的选择。这个值是由自己来设定的，但是这个值决定了电源的占空比。其中D为占空比，VS为原边输入电压，VOR为原边感应电压。D=■本文选定占空比D=0.5。

（6）计算变压器的原边匝数：Np=■=42匝。

（7）计算变压器的副边匝数。对于+5V，考虑到整流管的压降0.7V以及绕组压降0.6V。则副边+5V电压值：V2=（5+0.7+0.6）V=6.3V。

原边绕组每匝伏数=■=■=3.57伏/匝。

则+5V副边绕组匝数为：N5=■=1.76匝。由于副边低压大电流，应避免应用半匝线圈，考虑到E型磁芯磁路可能产生饱和的情况，使变压器调节性能变差，因此取1.76的整数值2匝。计算选定匝数下的占空比辅助输出绕组匝数，因为+5V副边匝数取整数2匝，反激电压小于正向电压，新的每匝的反激电压为6.3伏/匝。占空比必须以同样的比率变化来维持V-S值相等。由此可得：+24V副边绕组匝数为：N24=■=7.08匝。取整数值为7匝。

对于反馈线圈的匝数，反馈电压是反激的，其匝数比要和幅边对应。NS=■=1.76匝。取整数值为2匝。

（8）确定磁芯气隙的大小。首先求出原边电感量（mH），根据LP=VS■则全周期TS的平均输入电流IS=■=■=1A。

相应的Im=■=2A，IP1=■=1A。

IP2=3IP1=3A在ton期间电流变化量i=IP2-IP1=2A，LP=VS■=150×■=0.56mH。所以电感系数Al=■=■=0.00049×■。根据所选磁芯的AL=f（lg）曲线，可求得气隙

lg=■=■=0.45mm

（9）变压器设计合理性检验。首先利用磁感应强度与直流磁密相关的关系计算直流成分Bdc。根据公式计算可以得到：Bdc=?滋H=185mT

而交流和直流磁感应强度相加之和得到的磁感应强度最大值Bmax=?滋H=■+Bdc=282.5mT，而从磁性材料曲线可知BS=390mT，故工作时留有余量，设计通过。

3 结论

24V输出电压波形

参考文献

[1]张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].第一版.北京：电子工业出版社，1999，7.

[2]赵书红，谢吉华，曹曦.一种基于TOP Switch的变频器开关电源[J].电气传动，2007，26（9）：76-80.3 结论

24V输出电压波形

参考文献

第8篇：开关电源原理设计范文

关键词 开关电源；热分析；ANSYS；热设计

中图分类号TN86 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）47-0034-02

0 引言

开关电源被广泛的应用于国防军事，工业自动化，家用电气等领域的电子系统中。随着开关电源逐步向小型化、高频化、高功率密度发展，用户对开关电源的可靠性设计提出了更高的要求。温升是影响开关电源可靠性的关键性因素，如何将热量高效快速的导出，成为电源工程师的首要任务[1]。热设计的好坏直接影响着开关电源的可靠性和寿命，因而热设计是开关电源可靠性设计的重要环节。

本文以一个工作于密闭电源盒的开关电源为例，利用有限元软件ANSYS对开关电源进行热设计，来提高整个开关电源的散热性能，使得开关电源的主要发热器件的温度控制在允许的范围内，保证开关电源安全可靠的运行。

1 开关电源的热分析

本文中开关电源为反激式，具有有源功率因数校正(APFC)环节，主要发热元件有开关管，整流二极管，大功率电阻，变压器与电感等[2]。

首先利用ANSYS分析工作在空气中开关电源的温度分布情况。

1.1 仿真边界条件和载荷说明

1）环境温度：25℃；

2）对流系数：6W/m・K；

3）载荷：器件的生热率（P为器件的发热功率，V是器件等效热源的体积）。

1.2 模型的简化处理

1）对于简化线圈模型来说，由于线圈在实际中是由一圈一圈的漆包线绕制的，而且这样的绕线也不规则，在模型建立中使用单一圆柱体来代替多圈的导体；

2）芯片热源等效为长方体。

1.3 网格模型

模型中有些部分的尺寸微小，如MOSFET的等效热源，尺寸为13.8×8×0.2mm3。选用ANSYS软件中的SOLIDTO单元．通过设置MSHKEY和MSHAPE两个选项，完成对单元形状的控制。在建立网格处理不规则体的时候，特别是连接处理后的非六面体的情况，采用退化的四面体单元进行网格划分，可以通过设定ESIZE，LESIZE的大小来决定单元网格的大小，则模型网格单元数目为324532。

1.4 仿真结果分析

表1中是工作在空气中开关电源的温度分布情况。利用红外热像仪测得的温度，与仿真的温度值对照，相对误差较小，具有很好的准确性。实际上，此开关电源工作在一个封闭的电源盒内，内部的空气流动速度很慢，在理想状态下，认为内部空气处于绝热状态，几乎不导热。因而各器件的实际工作时温度会更高。因此。为保证开关电源安全可靠的运行。必须采取有效的散热措施，迅速的将电源盘内部的热量导出，降低主要热源的温度。

2 开关电源的热设计分析

如何寻找低热阻通路来将热最迅速导出是设计开关电源热设计的关键问题，因为只有开关电源器件的结点温度降低后，这样才能避免高温而导致开关电源可靠性下降的问题。此开关电源工作在一个封闭的电源盘内，由于工作环境特殊，不允许加风扇，只能采取自然散热的措施。其热设计的内容包括电源盘的内部热设汁和电源盘的外部热设计。

通过设计将开关电源的前后级MOSFET，后级二级管，整流桥的温度控制在60℃以内，变压器的温度低于65℃。

2.1 电源盒的内部热设计

开关电源的电源盒内部热设计主要是调整器件布局和改变内部介质。

1）电路布局的热设计

密封电源盘内热源的主要散热途径有以下几个方面：首先，通过热源经盒内介质向壳体传导的热量，可以通过对流和辐射在壳体的表面将热量发散到大气中；其次，通过盒体内部的介质可以把热量传递到其他部件上，这样就可以形成温度的叠加效应。

所以，在设计过程中，在考虑不影响电路性能的情况下，应该使得发热部件尽可能分散，且在电路板边缘分布，另外，固定在电源盒的导热铝板应该与其相连。电路板的后边缘则应该放置前后级MOSFET和整流桥，与电源盒的侧壁相连靠的是2mm的导热铝板；而电路板的前侧边缘放置后级二极管，同样，电源盒的侧壁相连靠的是同样厚度表2是开关电源电路靠局调整前后的温度对照表，通过表2可以得出如下结论：

首先，可以看出前后级的MOSFET、整流桥和后级二极管温度都有明显的降低变化，其主要的原因是因为由于低热阻通路-导热铝板的存在，使得电路布局为这些器件与外壳之间存在这样一种合理的通路，这样就可以使得器件产生的热量传导到电源盒体，从而温度梯度也得以降低。

其次，对于变压器来说，温度变化很小。通过内部空气传导到电源盒的变压器的热量，在加上空气的热阻很大的原因，这样可以认为在密闭条件较好的情况下的绝热状态。同时，最高结点温度和环境温度梯度也很大，这样来说对于变压器温度没有明显的降低。

变压器的温度变化很小。这是因为变压器的热量主要通过内部空气传导到电源盒，而空气的热阻很大，在密闭条件很好的情况下，可以认为处于绝热状态。变压器的最高结点温度与环境的温度梯度很大，导致温度没有明显的降低。所以尽管电路布局的调整改善了开关电源的温度分布情况， 有些器件的还存在较高的温度梯度，无法满足安全可靠运行的要求。

2）电源盒内部介质的热设计

热量主要以传导方式由内部器件传到电源盒，这一点可以从前面的电源盒内热源的散热途径获得，经过对流换热的方式散发到空气中。根据传导散热的原理，内部介质的导热系数可以看做是影响电源盒内部温度梯度的主要因素，其中，由于介质的导热系数与内部热源的温度梯度成反比的原因，说明了质的导热系数越大，内部器件的温度梯度就越小，热源的结点温度就越低。

根据开关电源主要器件温度与内部介质的导热系数的关系曲线可以得出如下的结论：

（1）器件的温度和内部介质导热系数变化成反比，并且基本上所有器件最终趋于同一温度。

（2）变压器的温度曲线存在一定区别，表现在介质导热系数为1.2 W/m・K时有一定的上升，这可能是因为变压器的温度低于其他热源的温度，但是需要注意热量具有从温度高的流向温度低物体的规律，这样由于变压器温度相对较低时，当存在其他热源的影响，变压器温度也是可以理解的。

2.2 电源盒的外部热设计

电源盒的壁厚和壳体表面肋片的设计构成了电源盒的外部热设计，需要注意，其表面的散热方式为对流和辐射，这样，根据流散热的原理，表面散热面积则是影响散热的主要因素，其中，电源盒的表面散热面积与外壳肋片的高度影响直接相关。

开关电源的传导散热主要受到电源盒的壁厚的影响，同时，电源盒表面的对流散热则受到外壳的肋片高度影响。因此，对于多热源的封闭盒体来说，在限定电源盒尺的条件下，外壳的肋片高度对于散热的影响一般大于壁厚的影响，所以对于封闭盒体来说，主要的散热形式为表面的对流散热，这样能有效的散发热量，降低盒体内部器件的结点温度。

所以根据上述结果分析可知，对于电源热设计中需要采用内部灌胶，而对于主要发热器件来说则需要通过导热铝板与电源盒外壳相连，同时采取电源盒外壳加肋片的综合散热措施，这样可以有效控制开关电源温度，达到预定目标，从而满足设计要求。

3 结论

本文开共电源因其工作环境的要求，限制了散热措施的选择。在只能采取自然散热措施，且功耗很大，电源盒的尺寸和重量受到严格限制的条件下，分别对电路板和电源盒的结构进行了热设计，寻找一种有效的散热措施，降低了主要器件的温度，提高开关电源的可靠性，延长了寿命。

参考文献

第9篇：开关电源原理设计范文

【关键词】直流开关电源；工作原理；保护

随着科学技术的发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，因此直流开关电源开始发挥着越来越重要的作用，并相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了直流开关电源。同时随着许多高新技术，包括高频开关技术、软开关技术、功率因数校正技术、同步整流技术、智能化技术、表面安装技术等技术的发展，开关电源技术在不断地创新，这为直流开关电源提供了广泛的发展空间。但是由于开关电源中控制电路比较复杂，晶体管和集成器件耐受电、热冲击的能力较差，在使用过程中给用户带来很大不便。为了保护开关电源自身和负载的安全，根据了直流开关电源的原理和特点，设计了过热保护、过电流保护、过电压保护以及软启动保护电路。

1．开关电源的原理及特点

1.1 工作原理

直流开关电源由输入部分、功率转换部分、输出部分、控制部分组成。功率转换部分是开关电源的核心，它对非稳定直流进行高频斩波并完成输出所需要的变换功能。它主要由开关三极管和高频变压器组成。

1.2 特点

为了适应用户的需求，国内外各大开关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件，特别是通过改善二次整流器件的损耗，并在功率铁氧体材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密度下获得高的磁性能，同时SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的进展，在电路板两面布置元器件，以确保开关电源的轻、小、薄。因此直流开关电源的发展趋势是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。

2.直流开关电源的保护

基于直流开关电源的特点和实际的电气状况，为使直流开关电源在恶劣环境及突发故障情况下安全可靠地工作，本文根据不同的情况设计了多种保护电路。

2.1 过电流保护电路

在直流开关电源电路中，为了保护调整管在电路短路、电流增大时不被烧毁。其基本方法是，当输出电流超过某一值时，调整管处于反向偏置状态，从而截止，自动切断电路电流。当出现负载短路，过载或者控制电路失效等意外情况时,会引起流过稳压器中开关三极管的电流过大，使管子功耗增大,发热,若没有过流保护装置，大功率开关三极管就有可能损坏。故而在开关稳压器中过电流保护是常用的，最经济简便的方法是用保险丝。由于晶体管的热容量小,普通保险丝一般不能起到保护作用,常用的是快速熔断保险丝，这种方法具有保护容易的优点。

2.2 过电压保护电路

直流开关电源中开关稳压器的过电压保护包括输入过电压保护和输出过电压保护。如果开关稳压器所使用的未稳压直流电源的电压如果过高，将导致开关稳压器不能正常工作，甚至损坏内部器件，因此开关电源中有必要使用输入过电压保护电路。采用集成电路电压比较器来检测开关稳压器的输出电压，是目前较为常用的方法，利用比较器的输出状态的改变跟相应的逻辑电路配合，构成过电压保护电路，这种电路既灵敏又稳定。

2.3 软启动保护电路

开关稳压电源的电路比较复杂，开关稳压器的输入端一般接有小电感、大电容的输入滤波器。在开机瞬间，滤波电容器会流过很大的浪涌电流，这个浪涌电流可以为正常输入电流的数倍。这样大的浪涌电流会使普通电源开关的触点或继电器的触点熔化，并使输入保险丝熔断。另外，浪涌电流也会损害电容器，使之寿命缩短，过早损坏。为此，开机时应该接入一个限流电阻，通过这个限流电阻来对电容器充电。为了不使该限流电阻消耗过多的功率，以致影响开关稳压器的正常工作，而在开机暂态过程结束后，用一个继电器自动短接它，使直流电源直接对开关稳压器供电，这种电路称之谓直流开关电源的“软启动”电路。

2.4 过热保护电路

直流开关电源中开关稳压器的高集成化和轻量小体积，使其单位体积内的功率密度大大提高，因此如果电源装置内部的元器件对其工作环境温度的要求没有相应提高，必然会使电路性能变坏，元器件过早失效。因此在大功率直流开关电源中应该设过热保护电路。采用温度继电器来检测电源装置内部的温度，当电源装置内部产生过热时，温度继电器就动作，使整机告警电路处于告警状态，实现对电源的过热保护，亦可将温度继电器置于开关三极管的附近，一般大功率管允许的最高管壳温度是75℃，调节温度整定值为60℃。当管壳温度超过允许值后继电器就切断电器，对开关管进行保护。

3.开关电源的应用

开关电源是利用现代电力电子技术，控制功率半导体器件开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。与线性稳压电源相比，开关电源具有体积小、效率高、重量轻等一系列优点，在各种电子设备中得到广泛的应用。

3.1开关电源的分类

根据分类的原则不同，开关电源有很多种分类方法：

(1)根据输入输出类型，可分为DC/DC变换器和AC/DC变换器。

(2)根据驱动方式，可分为自励式和他励式。

(3)根据控制方式，可分为脉冲宽度调制式（PWM）、脉冲频率调制式（PFM）、PWM和PFM混合式。

(4)根据电路组成，可分为谐振型和非谐振型。

此外还可分为单端正激式和反激式、推挽式、半桥式、全桥式、降压式、升压式和升降压式等等。

3.2 开关电源的发展趋势

高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化是开关电源的发展趋势。目前市场上的开关电源中采用双极性晶体管制成的100kHz、用MOS-FET制成的500kHz电源，其频率有待进一步提高。提高开关频率，需要有高速开关元器件。同时为了保证效率，要减少开关损耗。开关速度提高后，会受电路中分布电感和电容或二极管中存储电荷的影响而产生浪涌或噪声。为了控制浪涌，针对不同的情况，可采用R-C或L-C缓冲器、非晶态等磁芯制成的磁缓冲器、谐振式开关。谐振式开关在控制浪涌的同时还可将可开关损耗。

在可靠性方面，开关电源生产商通过降低运行电流，降低结温等措施以减少器件的应力，使得产品的可靠性大大提高。若单独追求高频化，必将导致噪声增大。理论上，采用部分谐振转换电路技术，可实现高频化又可降低噪声。但在这实用化方面存在着技术问题，因此在此领域仍须进行大量研究工作。