【正文】 目 錄 摘 要 .................................................................. 1 前 言 .................................................................. 3 1 緒論 ................................................................... 4 開關(guān)電源的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 .......................................... 4 開關(guān)電源發(fā)展現(xiàn)狀 .................................................. 4 開關(guān)電源發(fā)展趨勢 .................................................. 4 課題背景和研究意義 .................................................... 4 2 開關(guān)電源概述 ......................................................... 5 開關(guān)電源的分類和結(jié)構(gòu) .................................................. 6 開關(guān) 電源的工作原理 .................................................... 6 開關(guān)電源電路的組成 ................................................ 6 反激式開關(guān)電源的工作原理 .......................................... 6 3 設(shè)計方案的比較與與選擇 .............................................. 7 本課題的設(shè)計要求 ...................................................... 7 系統(tǒng)設(shè)計整體架構(gòu) ...................................................... 8 開關(guān)電源控制電路的比較選擇 ............................................ 8 控制電路分析 ...................................................... 8 UC3842 的工作原理和特點 ........................................... 9 TOP243Y 工作原理和特點 ........................................... 11 電力場效應(yīng)管 MOSFET .................................................. 13 TL431 ................................................................ 14 系統(tǒng)原理圖 ........................................................... 15 系統(tǒng)原理 ......................................................... 15 電路主要參數(shù)的設(shè)計 ............................................... 17 4 開關(guān)電源系統(tǒng)仿真 .................................................... 19 NI Multisim 10 系統(tǒng)簡介 .............................................. 19 本課題仿真結(jié)果 ....................................................... 20 致 謝 .............................................................. 23 參 考 文 獻(xiàn) ............................................................ 24 第 1 頁 共 25 頁 100W 反激式 開關(guān)電源設(shè)計研究 摘 要 ： 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)電源的應(yīng)用越來越廣泛。 開關(guān)電源以其小型、輕量和高效率的特點，被廣泛地應(yīng)用于各種電氣設(shè)備和系統(tǒng)中，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。 開關(guān)電源有多種類型，其中 反激式開關(guān)電源由于具有線路簡單，所需要的元器件少，能夠提供多路隔離輸出等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于小功率電源領(lǐng)域。 隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 ,開關(guān)電源的建模仿真研究對電源的設(shè)計起著重要的輔助作用 ,不僅 可以縮短開發(fā)周期 ,而且可以節(jié)約成本 ,所以電源的建模仿真研究已成為當(dāng)今開發(fā)開關(guān)電源必不可少的部分 ,而且隨著仿真軟件的完善 ,使得開關(guān)電源的仿真越來越簡單 ,可以仿真的部分與功能也越來越多 。 本文設(shè)計了一款 100W 反激式開關(guān)電源 。 關(guān)鍵詞 ： 反激；開關(guān)電源； 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ； 芯片 第 2 頁 共 25 頁 Abstract： With the development of power electronics, switching power supply used more and more widely. Switching power supply with its small, light weight and high efficiency characteristics, is widely used in various electrical equipment and systems, the merits of their performance is directly related to the realization of the whole system functions. There are many types of switching power supply, including flyback switching power supply With simple circuit, the fewer ponents needed, can provide multiple advantages, such isolated output is widely used in lowpower power supply field. With the development of puter technology, the modeling and simulation of Switching Power Supply have assistant effects on power design and study。 it can not only shorten the researching and development cycle but also reduce the design cost. The modeling and simulation research of power supply have bee the essential part for Switching Power Supply researching and developing, and as simulation software improved, the simulation of Switching Power Supply is simpler, the part and function of Switching Power Supply can be simulation also more and more. The paper designed a 100W flyback switching power supply. Key words: Flyback 。Switching Power supplies。Topology Structure。Chip 第 3 頁 共 25 頁 前言 電是工業(yè)的動力，是人類生活的源泉，我們都離不開電。 而電源是產(chǎn)生電能的裝置，表示電源性能的參數(shù)有功率、頻率、電流、電壓、效率、體積、重量等。 因此，開關(guān)電源憑借著 其小型、輕量和高效率的特點，被廣泛地應(yīng)用 。 開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù) ， 控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源 。 開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（ PWM） 、 控制 IC 和 MOSFET 構(gòu)成。 開關(guān)電源技術(shù)屬于電力電子技術(shù)，它運(yùn)用功率變換器進(jìn)行電能變換，經(jīng)過變換電能，可以滿足各種用電要求。由于其高效節(jié)能可帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益，因而引起社會各方面的重視而得到迅速推廣。正因為如此， 1994 年我國原郵電部做出重大決策，要求通信領(lǐng)域推廣使用開關(guān)電源以取代相控電源。 開關(guān)電源的發(fā)展歷史可以追溯到幾十年前，可分為下列幾個時期： 1) 電子管穩(wěn)壓電源時期 (1950 年代 )。此時期主要為電子管直 流電源和磁飽和交流電源，這種電源體積大、耗能多、效率低。 2) 晶體管穩(wěn)壓電源時期 (1960 年代 1970 年代中期 )。隨著晶體管技術(shù)的發(fā)展，晶體管穩(wěn)壓電源得到迅速發(fā)展，電子管穩(wěn)壓電源逐漸被淘汰。 3) 低性能穩(wěn)壓電源時期 (1970 年代 1980 年代末期 )。出現(xiàn)了晶體管自激式開關(guān)穩(wěn)壓電源，工作頻率在 20kHz 以下，工作效率 60%左右。隨著壓控功率器件的出現(xiàn)，促進(jìn)了電源技術(shù)的極大發(fā)展，它可使兆瓦級的逆變電源設(shè)計簡化，可取代需要強(qiáng)迫換流的晶閘管，目前仍在使用。功率 MOSFET 的出現(xiàn)，構(gòu)成了高頻電力電子技術(shù)， 其開關(guān)頻率可達(dá) l00kHz 以上，并且可并聯(lián)大電流輸出。 4) 高性能的開關(guān)穩(wěn)壓電源時期 (1990 年代 ~至今 )。隨著新型功率器件和脈寬調(diào)制 (PWM)電路的出現(xiàn)和各種零電壓、零電流變換拓?fù)潆娐返膹V泛應(yīng)用，出現(xiàn)了小體積、高效率、高可靠性的混合集成 DCDC 電源。 由于開關(guān)電源功耗小、效率高 (可高達(dá) 70%95%)、體積小、重量輕、穩(wěn)壓范圍寬、濾波效率高、不需要大容量濾波電容等優(yōu)點，而線性電源效率低 (一般低于 50%)，并且電壓轉(zhuǎn)換形式單一 (只有降壓 )等缺點，如今開關(guān)電源已逐漸取代線性電源。當(dāng)然線性電源因為其低 噪聲、低紋波的優(yōu)點，在一些電子測量儀器、代線性電源 AD/DA 和取樣保持電路中，線形電源仍然無法被開關(guān)電源取代。 開關(guān)電源 通常由六大部分組成 ： 輸入電路 、 功率因數(shù)校正 、 功率轉(zhuǎn)換 、 輸出電路 、控制電路 、 頻率振蕩發(fā)生器 。參考文獻(xiàn) [2][46][8111][1315]詳細(xì)的講解了各個部分電路的工作原理、功能、設(shè)計方法以及參數(shù)的計算。參考文獻(xiàn) [1]研究的是共模傳導(dǎo)的模型分析了 單相小功率回掃式開關(guān)電源的傳導(dǎo)干擾源和共模干擾傳播通道， 在細(xì)致分析回掃變壓器繞組和屏蔽層作用的基礎(chǔ)上， 建立了開關(guān)電源的共模傳導(dǎo)干擾電路 模型。具體說明了各干擾源的作用。 文獻(xiàn) [12]介紹了控制芯片 UC3842 的功能原理和其內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及各管腳的功能。文獻(xiàn) [7]介紹了采用實驗和仿真結(jié)果建立基于 Matlab 環(huán)境下的開關(guān)電源 第 4 頁 共 25 頁 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的方法 ， 以及利用該非線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)合遺傳算法理論對開關(guān)電源的電路參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的過程 。 文獻(xiàn) [3]對目前出現(xiàn)的幾種典型的開關(guān)電源技術(shù)作了歸納總結(jié)和分析比較，在此基礎(chǔ)上指出了開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r和開關(guān)電源產(chǎn)品的發(fā)展趨勢。并且對開關(guān)電源的發(fā)展史、應(yīng)用范圍、主電路的選擇作了簡要的介紹。 1 緒論 開關(guān)電源的 發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 開關(guān)電源發(fā)展現(xiàn)狀 從開關(guān)電源出現(xiàn)以來，其發(fā)展大致經(jīng)歷了以下幾個階段：最早出現(xiàn)的開關(guān)電源是由分立器件組成的，其開關(guān)速度慢、效率低，并且電路復(fù)雜、所含器件多、穩(wěn)定性差、設(shè)計和調(diào)試都很不容易； 20 世紀(jì) 70 年代由于大集成電路的出現(xiàn)和不斷發(fā)展，人們實現(xiàn)了開關(guān)電源控制電路的集成化，從而開關(guān)電源的體積減小，效率和穩(wěn)定性得到了很大的提高； 20 世紀(jì) 80 年代研制成功了單片開關(guān)電源，它可以將開關(guān)電源的基本功能通過一個集成 IC 來實現(xiàn)，這種電源屬于一種高度集成化的交流一直流變換器；如今 ,隨著各種類型開 關(guān)電源集成電路的不斷發(fā)展和控制芯片功能的不斷完善，電源的集成化程度越來越高 ,其效率和穩(wěn)定性也不斷的得到提高 。 開關(guān)電源發(fā)展趨勢 科學(xué)技術(shù)的日新月異，開關(guān)電源取得了快速的發(fā)展，其發(fā)展趨勢大致為： 1) 小型化和高頻化 ：開關(guān)電源的發(fā)展方向之一是小型化，降低其體積和重量，提高功率密度。為了實現(xiàn)電源高功率密度，必須提高 PWM 變換器的工作頻率，從而減小電路中儲能元件的體積和重量 ； 2) 高效率：減少開關(guān)電源損耗，提高電能的轉(zhuǎn)換效率 ； 3) 數(shù)字化：在功率電子技術(shù)中，控制部分最初是按模擬信號來設(shè)計和工作的。隨著數(shù)字信號處 理技術(shù)的出現(xiàn)和日趨發(fā)展，并且越來越完善和