【正文】 畢業(yè)論文（設(shè)計） 正激式開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計 論 文 作 者 指 導(dǎo) 教 師 專業(yè) 本 科 專 科 年級 論文提交日期 論文答辯日期 ：：：：：： ： 張志生 侯曉云 電子信息工程 本科 2020 級 2020 年 5 月 18 日 2020 年 6 月 01 日 畢業(yè)論文（設(shè)計）學術(shù)承諾 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)論文是本人在 導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不存在抄襲情況，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表的研究成果，也不包含他人或其他教學機構(gòu)取得的研究成果。即：學校有權(quán)保留或向有關(guān)部門送交畢業(yè)論文的原件或復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學校可以公開論文的全部或部分內(nèi)容，可以采 用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文及相關(guān)資料。 在深入研究分析各種開關(guān)電源原理和特點的基礎(chǔ)上，根據(jù)項目的指標要求，論文設(shè)計了一種單端正激式高頻多路輸出開關(guān)電源。論文所設(shè)計的開關(guān)電源輸入為市電 110V/220V 交流，兩路輸出電壓分別為 +5V 和 ? 15V 直流 電壓，開關(guān)頻率為 132KHz。 關(guān)鍵詞 ： 高頻開關(guān)電源；單端正激 式 ；變壓器； EMI 張志生：正激式開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計 II Title： Switching Power Supply Design Abstract: Power equipment used to achieve the power conversion and power transmission, which is basic to the various electronic devices working normally, and the high frequency and high efficient small switching power supply is an inevitable development trend, which is used more and more in munications, military equipment, transport facilities, instrumentation, industrial equipment, household appliances and areas. This paper designed a singleterminal forward highfrequency multioutput switching power supply under the Indepth research and analysis of various principles, and the requirements of the characteristics of switching power supply basing on the indicators of the project. The characteristics of this switching power supply is that: it achieved four stable output with the singleterminal as the main topology, with TOP244YN and highfrequency transformer as the core, using EMI filters, MOSFET, the output filter circuit, sampling feedback channel and other major ponents and circuit modules. Switching Power Supply is 110V AC or 220V AC as the main input, two output voltages are +5V and ? 15V DC voltage, and the switching frequency is 132KHz. With an area product method (AP), we identify the choice of the original or assistant side of the highfrequency transformer, design the output circuit, the pensator system, the start circuit and EMI filtering circuits. Keywords: highfrequency switching power supply。 transformers。 國內(nèi)外開關(guān)電源的現(xiàn)狀與發(fā)展方向 國內(nèi)外開關(guān)電源的現(xiàn)狀 近 20 多年來，開關(guān)電源沿著集成化、小型化和高頻化方向不斷地發(fā)展。 小型化方面， 1994 年，美國電源集成（ Power Integrations）公司率先研制成三端隔離式脈寬調(diào) 制型單片開關(guān)電源（ AC/DC 電源變換器）； 2020 年，荷蘭飛利浦 (Philips)公司研制成功 TEA 系列單片開關(guān)電源（最大輸出功率 125W）； 1998年到 2020 年期間，美國安森美（ Onsemi）半導(dǎo)體公司相繼開發(fā)出 NCP1000，NCP1050 系列單片開關(guān)電源（最大輸出功率為 40W）。 與國外開關(guān)電源技術(shù)相比，國內(nèi)起步較晚、技術(shù)相對落后。其優(yōu)越性主要表現(xiàn)為功耗小、穩(wěn)壓范圍寬、體積小、重量輕、安全可靠等方面。 ① 小型化、薄型化、輕量化：開關(guān)電源的小型化是要盡可能減小儲能元件的 體積。 ③ 高效率：效率是電源最關(guān)鍵的指標之一。因 此軟開關(guān)技術(shù)始終是開關(guān)電源技術(shù)中重要的研究課題。開關(guān)電源比線性電源使用的元器件多，可靠性降低。所以，要盡可能使用較少的器件，提高集成度，采用模塊化技術(shù) 來 提高系統(tǒng)的可靠性。開關(guān)電源 的缺點之一是噪聲大，單純地追求高頻化，噪聲也會隨 之增大。 開關(guān)電源被譽為高效能電源，代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向，現(xiàn)在已經(jīng)成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。 論文的主要工作 分析單端正激式開關(guān)電源和控制芯片 TOP244 控制芯片的的基本原理；掌握開關(guān)電源的設(shè)計流程；設(shè)計出一個完整的開關(guān)電源電路原理圖；通過實驗對原理圖進行驗證。 前級整流濾波電路用來消除來自電網(wǎng)的干擾，同時也防止開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻噪聲向電網(wǎng)擴散，并將電網(wǎng)輸入電壓進行整流濾波，為變換器提供直流電壓。輸出整流濾波電路將變換器輸出的高頻交流 電壓整流濾波得到需要的直流電壓，同時還防止高頻噪聲對負載的干擾。 圖 開關(guān)電源典型結(jié) 構(gòu) 開關(guān)電源的基本工作原理 開關(guān)電源的基本工作原理：輸入交流電 (市電 )首先經(jīng)過整流濾波電路形成直流 VS，該直流電 VS再經(jīng)過通、斷狀態(tài)。（圖 （ b））， VO39。 VO R1 R2 VE VC VREF 張志生：正激式開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計 第 4 頁 共 23 頁 電路平滑后，輸出直流電 VO（圖 （ c））。的有效值大小（成正比），而VO39。此外，通過取樣比較電路中的取樣電阻 R1 和 R2 對輸出電壓 VO 取樣，并使之與基準電壓 VREF 進行比較，若取樣電壓高于 VREF，則比較電路輸出 VE 減小，取樣電壓控制占空比控制電路，使 TON/T 下降，從而使 VO 下降；若取樣電壓低于 VREF，則比較電路輸出 VE 增加，使TON/T 增加，從而使 VO 增加，這樣就可以使開關(guān)電源的輸出電壓 VO 穩(wěn)定在一個恒定值上。高頻變壓器的引入，極大地增加了變換器的種類，豐富了變換器的功能。 正激式直流變換器變壓器鐵芯的磁復(fù)位有多種方法，在輸入端接入復(fù)位繞組是最基本的方法 ，復(fù)位繞組也可以接 至 輸出端，其次還有 RCD 復(fù)位， LCD 復(fù)位和有源箝位等磁復(fù)位方法，這里應(yīng)用具有復(fù)位繞組的 Forward 變換器。開關(guān)管 Q 按 PWM 方式工作， D1 是輸出整流2020 級電子信息工程專業(yè)畢業(yè)論文 第 5 頁 共 23 頁 二極管， D2 是續(xù)流二極管， Lf 是輸出濾波電感， Cf 是輸出濾波電容?！碧柕囊欢吮硎驹摾@組的正端。 圖 Forward 變換器的主電路及其主要波形 張志生：正激式開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計 第 6 頁 共 23 頁 電流連續(xù)時 Forward 變換器的工作原理 圖 給出了變換器在不同工作模式下的等效電路圖。在 t=0時，開關(guān)管 Q 導(dǎo)通，電源電壓 VIN 加在原邊繞組 W1 上，即 Vw1=Vin,故鐵芯磁 化，鐵芯磁通 ? 增長： inVdtdW ??1 （ 21） 在此工作模式中，鐵芯磁通 ? 的增長量為： ? ? syin TDWV 1?? ?? （ 22）變壓器的勵磁電流 iM 從 0 開始線性增加： tLVi MinM? （ 23） 式中， ML 是原邊繞組的勵磁電感。 此時，整流二極管 D1 導(dǎo)通，續(xù)流二極管 D2 截止，濾波電感電流 iLf 線性增加，這與 Buck 變換器中 Q 導(dǎo)通時一樣，只是電壓為 Vin/K12。在Ton 時刻，關(guān)斷 Q,原邊繞阻與副邊繞阻中沒有電流流過，此時變壓器通過復(fù)位繞阻進行磁復(fù)位，勵磁電流 iM 從復(fù)位繞阻 W3 經(jīng)過二極管 D3 回饋到輸入電源中去。 此時，整流管 D1 關(guān)斷，濾波電感電流 iLf 通過 D2 續(xù)流，與 Buck 變換器類似。 勵磁電流 iM 從原邊繞組中轉(zhuǎn)移到復(fù)位繞組中，并開始線性減少。 ③ 工作模式 3[Tr， Ts] 如圖 （ c） 所示，圖中加粗部分是電流流過部分，為加粗部分為斷開部分。濾波電感電流繼續(xù)經(jīng)過續(xù)流管續(xù)流。 開關(guān)電源設(shè)計流程 明確所要設(shè)計電源的技術(shù)指標 選擇控制芯片及開關(guān)管，并設(shè)計控制單元電路 高頻變壓器設(shè)計 整流濾波電路的設(shè)計 輸出級和反饋電路的設(shè)計 2020 級電子信息工程專業(yè)畢業(yè)論文 第 9 頁 共 23 頁 論文設(shè)計電源的技術(shù)指標