開關電源設計管理論文

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摘要

本設計是DC/DC直流開關電源設計,首先將開關電源與線性電源進行對比，總結了開關電源的優點,并對其當前的發展以及在發展中存在的問題進行了描述，然后在對開關電源的整體結構進行了介紹的基礎上，對開關電源的主回路和控制回路進行設計：在主回路中整流電路采用單相橋式、功率轉換電路采用單端正激功率轉換電路、采用增加副邊繞組的方法實現多路輸出，其中功率轉換電路（DC/DC變換器）是開關電源的核心部分，對此部分進行了重點設計；控制電路采用PWM控制，控制器采用開關電源集成控制器GW1524、設計了過壓保護電路、電壓檢測電路和電流檢測電路，對各個部分的參數進行了計算并進行了元器件的選型。

【關鍵詞】DC/DC變換器、PWM控制、整流、濾波。

Abstract

Inthispaper,Idesignedaswitchpowersupplysystemwiththreeoutputs:Comparetheswitchpowerwithlinearpoweratfirst,hassummarizedtheadvantageoftheswitchpower,havedescribeditspresentdevelopmentandtherearenaturalquestionsindevelopment.Onthebasisofthethingthatthewholestructuretotheswitchpowerhasmadeanintroduction,tothemainreturncircuitandcontrollingthereturncircuittodesignoftheswitchpower:Therectificationcircuitadoptsthesingle-phasebridgetypeinthemainreturncircuit,thepowerchangesthecircuitandadoptsanddefiesthepowertochangethecircuit,realizebyincreasingthewindingofonepairofsidessingleandwellthatmanywaysareexported,itisakeypartoftheswitchpowersupplythatthepowerchangescircuit(DC/DCtransformer),havedesignedthispartespecially;ThecontrolcircuitadoptsPWMtocontrol,thecontrolleradoptstheswitchpowerintegratedcontrollerGW1524,designthecircuittomeasurevoltageandthecircuittoelmeasureectriccurrent,selectingtypeofcalculatingandcarryingonthecomponentsandpartstheparameterofeachpart.

Keyword：DC/DCtransformer,PWMcontrol,rectification,strainingwaves.

1概述

電子設備都離不開可靠的電源，進入80年代計算機電源全面實現了開關電源化，率先完成計算機的電源換代，進入90年代開關電源相繼進入各種電子、電器設備領域，程控交換機、通訊、電子檢測設備電源、控制設備電源等都已廣泛地使用了開關電源，更促進了開關電源技術的迅速發展。

1.1開關電源的基本原理

開關電源就是采用功率半導體器件作為開關元件，通過周期性通斷開關，控制開關元件的占空比調整輸出電壓，開關電源的基本構成如圖1-1所示，DC-DC變換器是進行功率變換的器件，是開關電源的核心部件，此外還有啟動電路、過流與過壓保護電路、噪聲濾波器等組成部分。反饋回路檢測其輸出電壓，并與基準電壓比較，其誤差通過誤差放大器進行放大，控制脈寬調制電路，再經過驅動電路控制半導體開關的通斷時間，從而調整輸出電壓。

1.2開關電源與線性電源的比較

是先將交流電經過變壓器變壓，再經過整流電路整流濾波得到未穩定的直流電壓，要達到高精度的直流電壓，必須經過電壓反饋調整輸出電壓。它的缺點是需要龐大而笨重的變壓器，所需的濾波電容的體積和重量也相當大，而且電壓反饋電路是工作在線性狀態，調整管上有一定的電壓降，在輸出較大工作電流時，致使調整管的功耗太大，轉換效率低，還要安裝很大的散熱片。這種電源不適合計算機等設備的需要，將逐步被開關電源所取代。

1.3開關電源的發展與應用

當前,開關電源新技術產品正在向以下"四化"的方向發展:應用技術的高頻化;硬件結構的模塊化;軟件控制的數字化;產品性能的綠色化。由此,新一代開關電源產品的技術含量大大提高,使之更加可靠、成熟、經濟、實用。

開關電源高頻化是其發展的方向，高頻化使開關電源小型化，并使開關電源進入更廣泛的應用領域，特別是在高新技術領域的應用，推動了高新技術產品的小型化、輕便化。

近年,有些公司把開關器件的驅動保護電路也裝到功率模塊中去,構成了"智能化"功率模塊(IPM),這樣縮小了整機的體積,方便了整機設計和制造。為了提高系統的可靠性,有些制造商開發了"用戶專用"功率模塊(ASPM),它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件間不再有傳統的引線相連,這樣的模塊經過嚴格、合理的、熱、電、機械方面的設計,達到優化完善的境地。

開關電源是一種采用開關方式控制的直流穩定電源,它以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用于以電子計算機為主導的各種終端設備、通信設備等幾乎所有的電子設備,是當今電子信息產業飛速發展不可缺少的一種電源方式。而當我們把開關電源的研究擴大到可調高電壓、大電流時,以及將研究新技術應用于DC/AC變換器,即開拓了大功率應用領域,又使開關電源的應用范圍擴大到了從發電廠設備至家用電器的所有應用電力、電子技術的電氣工程領域。作為節能、節材、自動化、智能化、機電一體化的基礎的開關電源,它的產品展現了廣闊的市場前景。例如,發電廠的貯能發電設備、直流輸電系統、動態無功補償、機車牽引、交直流電機傳動、不停電電源、汽車電子化、開關電源、中高頻感應加熱設備以及電視、通訊、辦公自動化設備等。

1.4開關電源當前存在的問題

當我們對該技術進行深入研究后卻發現它仍然存在著一些問題需要解決，而且有的問題還帶有全局性：采用定頻調寬的控制方式來設計電源，都以輸出功率最大時所需的續流時間為依據來預留開關截止時間的，則負載所需的功率小于電源的最大輸出功率時就必然造成了工作電流的不連續；"反峰電壓"是開關導通期間存入高頻變壓器的勵磁能量在開關關斷時的一種表現，而勵磁能量只能在、也必須在開關關斷后的截止期間處理掉，既能高效處理勵磁能量又能有效限制反峰電壓的辦法是存在的，那就是要及時地為勵磁能量提供一個"低阻抗通道"，并且為勵磁能量的通過提供一段時間，但"單調"控制方法不具備這一條件；高頻變壓器的磁通復位問題；傳統的電流取樣方法是在功率回路中串聯電阻，效率不高，這個問題向來是電源技術，尤其是以小體積、高功率密度見長的開關電源技術發展的"瓶頸"；高頻開關電源的并聯同步輸出問題。

以上的問題看似彼此獨立，其實它們之間存在著一定的關聯性解決這些問題，也許還是一條艱難而漫長的路。

2整流電路的設計

整流是將交流電變成脈動直流電的過程。電源變壓器輸出的交流電經整流電路得到一個大小變化但方向不變的脈動直流電。整流電路是由具有單向導電性的元件例如二極管、晶間管等整流元件組成的。

2.1整流電路的選擇

單相整流電路有兩種：電容輸入型電路和扼流圈輸入型電路

電容輸入型的基本電路如圖2-1：（a）為半波整流電路（b）為中間抽頭的全波整流電路（c）橋式整流電路（d）倍壓整流電路。

扼流圈輸入型基本電路，用于負載電流I0較大的電路，扼流圈L的作用是抑制尖峰電流。

兩種基本電路的比較如下：(1)開關電源多采用脈寬調制方式，空載時開關晶體管的導通時間非常短。其導通時間隨開關電源的設計方法不同而異，也有采用控制開關晶體管電路的延時進行的間歇開關工作，這時，若采用扼流圈輸入型整流電路，接近空載時，扼流固變為臨界值，逆流電路由扼梳閡輸入型變為業為電容輸入型。為此，從滿載到空載變動時，整流輸出電壓變動較大，空載時有可能進入間歇開關領域。(2)開關電源的特點是效率高而體積小，若使用扼流圈時，為提高負載調整率需要接入扼流圈以及阻尼電阻。(3)扼流圈可能與次級側濾波回路產生諧振。

因此，開關電源的輸入整流電路采用電容輸入型。