正激开关电源设计

2007级电子信息工程专业毕业论文

目 录

摘 要 ......................................................................................................................................... I Abstract .................................................................................................................................... II

1 绪论 ....................................................................................................................................... 1 1.1 引言 ................................................................................................................................ 1 1.2 国内外开关电源的现状与发展方向 ......................................................................... 1 1.2.1国内外开关电源的现状 ......................................................................................... 1 1.2.2开关电源的发展方向 ............................................................................................. 1 1.3 论文的主要工作 ........................................................................................................... 2 2 开关电源原理及设计方法 .................................................................................................... 3 2.1开关电源的基本结构与原理 ........................................................................................... 3 2.1.1开关电源的基本结构 ................................................................................................ 3 2.1.2开关电源的基本工作原理 ........................................................................................ 3 2.2 Forward正激式变换电路 ................................................................................................ 4 2.2.1主电路拓扑和控制方式 ............................................................................................ 4 2.2.2电流连续时Forward变换器的工作原理 ................................................................. 6 2.3开关电源设计流程 ........................................................................................................... 8 2.4论文设计电源的技术指标 ............................................................................................... 9 3高频变压器的设计 ............................................................................................................... 10 3.1变压器的设计过程 ......................................................................................................... 10 3.2变压器绕制说明及绕制原理图 ..................................................................................... 10 4控制单元的设计 ................................................................................................................... 12 4.1TOP244YN芯片特点 ..................................................................................................... 13 4.2引脚功能描述 ................................................................................................................. 13 4.3 控制单元电路原理图 .................................................................................................... 14 5 整流滤波输出和反馈电路的设计 ...................................................................................... 15 5.1EMI滤波器的设计 ......................................................................................................... 15 5.1.1EMI滤波器的基本结构 ........................................................................................... 15 5.1.2 EMI滤波器的设计 .................................................................................................. 15 5.2整流电路的选择 ............................................................................................................. 16 5.3电源滤波电容的确定 ..................................................................................................... 16 5.4输出级的设计 ................................................................................................................. 16 5.4.1正激式滤波扼流圈的设计 ...................................................................................... 17 5.4.2输出滤波电容的设计 .............................................................................................. 17 5.4.3假负载的设计 .......................................................................................................... 17 5.5输出反馈电路的设计 ..................................................................................................... 18 6实验结果 ............................................................................................................................... 20 结 论 ...................................................................................................................................... 21 参考文献 .................................................................................................................................. 22

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张志生：正激式开关稳压电源设计 致 谢 ...................................................................................................................................... 23

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2007级电子信息工程专业毕业论文

1 绪论

1.1 引言

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管导通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。

1.2 国内外开关电源的现状与发展方向

1.2.1 国内外开关电源的现状

近20多年来，开关电源沿着集成化、小型化和高频化方向不断地发展。 集成化方面，PWM控制集成电路的研制成功，如MC3520，SG3524/3525、UC3842/3843/3844和TOPSwitch-GX系列产品等。

小型化方面，1994年，美国电源集成（Power Integrations）公司率先研制成三端隔离式脉宽调制型单片开关电源（AC/DC电源变换器）；2000年，荷兰飞利浦(Philips)公司研制成功TEA系列单片开关电源（最大输出功率125W）；1998年到2001年期间，美国安森美（Onsemi）半导体公司相继开发出NCP1000，NCP1050系列单片开关电源（最大输出功率为40W）。

高频化方面，国外已研制出开关频率高达1MHz的高速PWM、PFM（脉冲频率调制）芯片，典型产品如UC1825、UC1864等。

与国外开关电源技术相比，国内起步较晚、技术相对落后。

1.2.2 开关电源的发展方向

现代电源大致分为线性稳压电源和开关电源两大类，线性电源的效率低，而开关电源的效率较高。其优越性主要表现为功耗小、稳压范围宽、体积小、重量轻、安全可靠等方面。开关电源相关技术的研究正处于迅速发展阶段，以下几个方面将是开关电源发展的方向。

① 小型化、薄型化、轻量化：开关电源的小型化是要尽可能减小储能元件的 体积。

② 高频化：一定范围内，提高开关频率，既能有效地减小储能元件的尺寸，还能够抑制干扰，改善系统的动态性能，因此高频化是开关电源的主要发展方向。

③ 高效率：效率是电源最关键的指标之一。高频化使开关损耗显著增加。因 此软开关技术始终是开关电源技术中重要的研究课题。

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张志生：正激式开关稳压电源设计 ④ 高可靠性。开关电源比线性电源使用的元器件多，可靠性降低。电解电容、光耦合器及排风扇等器件的寿命决定着电源的寿命。所以，要尽可能使用较少的器件，提高集成度，采用模块化技术来提高系统的可靠性。

⑤ 低噪声。开关电源的缺点之一是噪声大，单纯地追求高频化，噪声也会随 之增大。所以，尽可能降低噪声影响是开关电源的又一发展方向。

开关电源被誉为高效能电源，代表着稳压电源的发展方向，现在已经成为稳压电源的主流产品。采用了高频变压器和控制集成电路的开关电源更具有效率高、输出稳定、可靠性高等特性，是今后电源的发展趋势。

1.3 论文的主要工作

分析单端正激式开关电源和控制芯片TOP244控制芯片的的基本原理；掌握开关电源的设计流程；设计出一个完整的开关电源电路原理图；通过实验对原理图进行验证。

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