【正文】 使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。為了適應(yīng)市場(chǎng)需求，全球各開(kāi)關(guān)電源制造廠商不斷推出各種性?xún)r(jià)比很高的產(chǎn)品或模塊。PWM半橋式開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有深遠(yuǎn)的意義。開(kāi)關(guān)電源的高頻變換電路形式很多，常用的變換電路有推挽、全橋、半橋、單端正激和單端反激等形式。它克服了推挽式電路的缺點(diǎn)，所使用的功率晶體管耐壓要求較低；其次，晶體管的飽和壓降也減少到最?。辉僬?，對(duì)輸入濾波電容電壓要求也比較低。本次設(shè)計(jì)從兩個(gè)部分進(jìn)行，第一部分介紹了開(kāi)關(guān)電源基礎(chǔ)知識(shí)和理論，第二部分具體介紹開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)步驟和具體電路及元件的設(shè)計(jì)計(jì)算。設(shè)計(jì)部分從電源的主電路圖，模塊框圖，高頻變壓器的設(shè)計(jì)，PWM控制及驅(qū)動(dòng)電路等進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開(kāi)關(guān)電源技術(shù)在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動(dòng)，這為開(kāi)關(guān)電源提供了廣泛的發(fā)展空間。開(kāi)關(guān)電源以其效率高、體積小、重量輕等優(yōu)勢(shì)在很多方面逐步取代了效率低、又笨又重的線(xiàn)性電源。它克服了推挽式電路的缺點(diǎn)，所使用的功率晶體管耐壓要求低，半橋式變換器在高頻開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中得到廣泛的應(yīng)用。圖中輸入的直流不穩(wěn)定電壓經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)S加至輸出端，S為受控開(kāi)關(guān)，是一個(gè)受開(kāi)關(guān)脈沖控制的開(kāi)關(guān)調(diào)整管，若使開(kāi)關(guān)S按要求改變導(dǎo)通或斷開(kāi)時(shí)間，就能把輸入的直流電壓變成矩形脈沖電壓。開(kāi)關(guān)電源直流輸出電壓與輸入電壓之間有如下關(guān)系： （12）由式（11）和（12）可以看出，若開(kāi)關(guān)周期T一定，改變開(kāi)關(guān)S的導(dǎo)通時(shí)間，即可改變脈沖占空比，從而達(dá)到輸出電壓的目的。由于PWM式的開(kāi)關(guān)頻率固定，輸出濾波電路比較容易設(shè)計(jì)，易實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化，因此PWM式的開(kāi)關(guān)電源用的比較多。其中DC/DC變換器用以進(jìn)行功率變換，它是開(kāi)關(guān)電源的核心部分；驅(qū)動(dòng)器是開(kāi)關(guān)信號(hào)的放大部分，對(duì)來(lái)自信號(hào)源的開(kāi)關(guān)信號(hào)進(jìn)行放大和整形，以適應(yīng)開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)要求；信號(hào)源產(chǎn)生控制信號(hào)，該信號(hào)由它激或自激電路產(chǎn)生，可以是PWM信號(hào)、PFM信號(hào)或其它信號(hào)；比較放大器對(duì)給定信號(hào)和輸出反饋信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，控制開(kāi)關(guān)信號(hào)的幅值、頻率、波形等，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器控制開(kāi)關(guān)器件的占空比，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓值的目的。DC/DC變換器驅(qū)動(dòng)器信號(hào)源比較放大器 開(kāi)關(guān)電源的基本組成DC/DC變換器有多種電路形式，其中控制波形為方波的PWM變換器以及工作波形為準(zhǔn)正弦波的諧振變換器應(yīng)用較為普遍。開(kāi)關(guān)電源結(jié)構(gòu)原理方框圖中的晶體管在激勵(lì)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，其工作狀態(tài)處于導(dǎo)通截止和截止導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)換速度很快，頻率一般為50kHz左右。晶體管V飽和導(dǎo)通時(shí)，雖然電流較大，但管壓降很小；截止斷開(kāi)時(shí)，雖然管壓降很大，但通過(guò)的電流幾乎為零。（2）體積小、重量輕。由于調(diào)整管上的耗散功率大幅度地降低，因而省去了體積和重量都較大的散熱片。（3）穩(wěn)壓范圍寬。所以，開(kāi)關(guān)電源的穩(wěn)壓范圍很寬，穩(wěn)壓效果較好。這樣開(kāi)關(guān)電源不僅具有穩(wěn)壓范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，而且實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的方法也較多較靈活，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要和要求，靈活選用各種形式的穩(wěn)壓方法。開(kāi)關(guān)電源的工作頻率目前基本上是工作在50kHz左右，是線(xiàn)性電源的1000倍，這使整流后的濾波效率幾乎也提高了1000倍。在相同波紋輸出電壓的要求下，采用開(kāi)關(guān)電源時(shí)，濾波電容的容量只是線(xiàn)性電源中濾波電容容量的1/500~1/1000。（5）電路形式靈活多樣。設(shè)計(jì)者可以發(fā)揮各種類(lèi)型電路的特長(zhǎng)，設(shè)計(jì)出能滿(mǎn)足各種不同應(yīng)用場(chǎng)合的開(kāi)關(guān)電源。1. 按電路的輸出穩(wěn)壓控制方式按電路的輸出穩(wěn)壓控制方式，開(kāi)關(guān)電源可分為脈沖寬度調(diào)制（PWM）式、脈沖頻率調(diào)制（PFM）式和脈沖調(diào)頻調(diào)寬式三種。在顯示設(shè)備的PWM式開(kāi)關(guān)電源中，自激震蕩頻率同步于行頻脈沖，即使在掃描電路發(fā)生故障時(shí)，電源電路仍能維持自激震蕩而有直流輸出電壓。3. 按電路的輸出取樣分類(lèi)1) 直接輸出取樣開(kāi)關(guān)電源直接輸出取樣電路在光電耦合器尚未應(yīng)用時(shí),主要在串聯(lián)開(kāi)關(guān)電源上使用。圖13為直接輸出取樣電路在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用實(shí)例。 三端誤差取樣放大器，其可靠性也得到了提高，因此目前視聽(tīng)設(shè)備的開(kāi)關(guān)電源大多采用這種三端誤差取樣放大器的直接取樣電路方式。該電路的特點(diǎn)是在開(kāi)關(guān)變壓器上專(zhuān)門(mén)設(shè)置了一個(gè)取樣繞組，即①②繞組，取樣繞組感應(yīng)的脈沖電壓經(jīng)V811整流，在濾波電容C815兩端產(chǎn)生供養(yǎng)電路取樣的直流電壓。間接輸出取樣方式的缺點(diǎn)是響應(yīng)差，當(dāng)輸出電壓因輸入電壓等原因發(fā)生變化時(shí)，輸出電壓的變化需經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)變壓器磁耦合才能反映到取樣繞組兩端，所以穩(wěn)壓速度低，并且這種開(kāi)關(guān)電源不能空載檢修，檢修時(shí)須在輸出端接替代負(fù)載。 開(kāi)關(guān)電源的主要技術(shù)指標(biāo)開(kāi)關(guān)電源主要有以下技術(shù)指標(biāo)：(1)輸入電壓變化范圍：當(dāng)穩(wěn)壓電源的輸入電壓發(fā)生變化時(shí)，使輸出電壓保持不變的輸出電壓的變化范圍。他和電源的誤差放大、反饋調(diào)節(jié)電路的增益以及占空比調(diào)節(jié)范圍有關(guān)。(2)輸出內(nèi)阻R0：輸出電壓的變化量ΔU0 與輸出電流的變化量ΔI0的比值。(3)效率η：電源輸出功率P0與輸入功率Pi的比值，這個(gè)比值越高，開(kāi)關(guān)電源體積越小，同時(shí)可靠性也越高。(4)輸出紋波電壓：由于開(kāi)關(guān)電源的穩(wěn)壓過(guò)程是一個(gè)不斷反饋調(diào)節(jié)的過(guò)程，因此在輸出的的直流電壓U0會(huì)出現(xiàn)一個(gè)疊加的波動(dòng)的紋波電壓，即輸出紋波電壓。這個(gè)參數(shù)的表示方法有兩種：一是輸出波紋電壓的有效值；二是輸出波紋電壓的峰峰值Upp.(5)輸出電壓調(diào)節(jié)范圍：由于電源的輸出電壓只和基準(zhǔn)電壓與輸出取樣電路的元器件參數(shù)有關(guān)，因此，輸出電壓調(diào)節(jié)范圍反應(yīng)在線(xiàn)性電源上是穩(wěn)壓調(diào)整管集電極電流的變化范圍，反映在開(kāi)關(guān)電源上是開(kāi)關(guān)調(diào)整管脈沖占空比D的變化范圍。它主要和反饋調(diào)節(jié)回路的增益及頻響特性有關(guān)。(7)輸出功率P0：電源能輸出給負(fù)載的最大功率，他和負(fù)載功率有關(guān)。第二章 開(kāi)關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及比較 開(kāi)關(guān)電源典型結(jié)構(gòu) 串聯(lián)電源典型結(jié)構(gòu)。正常工作時(shí)，功率開(kāi)關(guān)晶體管VT在開(kāi)關(guān)脈沖信號(hào)的作用下周期性的在導(dǎo)通、界之間交替轉(zhuǎn)換，是輸入與輸出之間周期性的閉合和斷開(kāi)。U0和功率開(kāi)關(guān)晶體管VT的脈沖占空比D有式（12）的關(guān)系。在串聯(lián)開(kāi)關(guān)電源中，由于功率開(kāi)關(guān)VT串聯(lián)在輸入電壓Ui和輸出電壓U0之間，因此對(duì)開(kāi)關(guān)耐壓要求低。因此在目前的電子裝置和視聽(tīng)設(shè)備的電源電路中以較少采用長(zhǎng)聯(lián)開(kāi)關(guān)電源，而更多是采用并聯(lián)開(kāi)關(guān)電源。輸出負(fù)載并聯(lián)，輸出電壓為： (14)圖17所示為一種輸出升壓型并聯(lián)開(kāi)關(guān)電源，電路中有一個(gè)儲(chǔ)能電感，適當(dāng)利用這個(gè)儲(chǔ)能電感，可將輸出升壓型并聯(lián)開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)化為廣泛使用的變壓器耦合并聯(lián)開(kāi)關(guān)電源。同樣，經(jīng)過(guò)取樣電路后將得到的取樣電壓與基準(zhǔn)電壓UE進(jìn)行比較，其誤差電壓再被誤差放大器放大后輸出值功率開(kāi)關(guān)管VT，來(lái)控制功率開(kāi)關(guān)管VT的導(dǎo)通、截止，達(dá)到控制脈沖占空比的目的，從而穩(wěn)定直流輸出電壓。同時(shí)由于變壓器耦合，因此可以使用多組次級(jí)線(xiàn)圈，在次級(jí)得到多組直流輸出電壓。使用中應(yīng)注意，在并聯(lián)開(kāi)關(guān)電源中，對(duì)功率開(kāi)關(guān)管VT的耐壓要求較高，一般高于2~3倍電源供電電壓。加在變壓器N1繞組上的電壓振幅等于輸入電壓UI功率開(kāi)關(guān)管VT導(dǎo)通時(shí)間TON為開(kāi)關(guān)脈沖寬度，變壓器次級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)脈沖電壓經(jīng)二極管Vi整流變?yōu)橹绷?。正激開(kāi)關(guān)源的特點(diǎn)是，當(dāng)初級(jí)側(cè)的功率開(kāi)關(guān)管VT導(dǎo)通時(shí)，電源輸入側(cè)的能量由次級(jí)側(cè)二極管V1經(jīng)輸出電感L為負(fù)載供電；當(dāng)功率開(kāi)關(guān)管VT斷開(kāi)時(shí)，有續(xù)流二極管V2=繼續(xù)為負(fù)載供電，并由消磁繞組N3和消磁二極管V3將初級(jí)繞組N1的勵(lì)磁回饋到輸入端。當(dāng)功率開(kāi)關(guān)晶體管VT斷開(kāi)時(shí)，變壓器次級(jí)繞組以輸出電壓U0為負(fù)載供電，并對(duì)變壓器進(jìn)行消磁。當(dāng)要求電源開(kāi)關(guān)輸出功率更大，如在200W~400W范圍內(nèi)時(shí)，可采用半橋開(kāi)關(guān)電源，他在一些較大負(fù)載的電路中被普遍采用。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1導(dǎo)通，VT2截止時(shí)，輸入電壓Ui經(jīng)VT變壓器初級(jí)繞組N1及電容C2為變壓器初級(jí)線(xiàn)圈N1勵(lì)磁，同時(shí)經(jīng)次級(jí)側(cè)二極管V繞組N2給負(fù)載供電。變壓器初級(jí)側(cè)的脈沖電壓峰值為Ui/2。半橋開(kāi)關(guān)電源最大的優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)平衡能力強(qiáng)，不易使變壓器由于VTVT2的導(dǎo)通時(shí)間不一致而產(chǎn)生磁飽和顯現(xiàn)，是功率開(kāi)關(guān)管VTVT2損壞。但是由于每個(gè)開(kāi)關(guān)管中流過(guò)的電壓只有輸出電源電壓的的一半，因此要輸出同樣的功率，每個(gè)功率開(kāi)關(guān)管中流過(guò)的電流就要增大一倍。同時(shí)，半橋開(kāi)關(guān)電源中需要避免功率開(kāi)關(guān)VTVT2的共態(tài)導(dǎo)通問(wèn)題，否則將是兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)損壞。這一相互錯(cuò)開(kāi)的的最小時(shí)間成為死區(qū)時(shí)間。由4個(gè)功率開(kāi)關(guān)管VTVTVTVT4組成一個(gè)電橋形式的電路，其中，由VT1與VTVT2與VT3分別組成兩個(gè)導(dǎo)通回路，當(dāng)VTVT3的觸發(fā)控制信號(hào)有效時(shí)，VTVT4的觸發(fā)控制信號(hào)無(wú)效，VTVT3導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓Ui經(jīng)VT變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈N1和VT3形成電流回路，加之變壓器初級(jí)線(xiàn)圈，的電壓為電源電壓Ui,并經(jīng)次級(jí)側(cè)二極管V1整流、濾波后為負(fù)載供電。 和半橋開(kāi)關(guān)電源相比，由于家在全橋變壓器初級(jí)線(xiàn)圈上的電壓、電流比半橋開(kāi)關(guān)電源的各大一倍，因此在相同的電源供電電壓Ui下，全橋開(kāi)關(guān)電源的輸出功率是半橋電源開(kāi)關(guān)的4倍。（a） 電路圖；（b） 波形圖 全橋開(kāi)關(guān)電源及波形圖同樣，在全橋電源開(kāi)關(guān)中也存在4個(gè)功率開(kāi)關(guān)管VTVTVTVT4的共態(tài)導(dǎo)通問(wèn)題。 開(kāi)關(guān)電源技術(shù)要點(diǎn) 電源電路的組成及主要特點(diǎn)1. 電源電路主要由開(kāi)關(guān)電源、副電源、輔助電路組成。它將220V的交流輸入直接整流、濾波為300V左右的直流電壓，在經(jīng)過(guò)電源穩(wěn)壓調(diào)整環(huán)節(jié)中的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)管、開(kāi)關(guān)變壓器、穩(wěn)壓控制電路、激勵(lì)脈沖產(chǎn)生電路對(duì)300V左右的直流電壓進(jìn)行DC/DC開(kāi)關(guān)變換，產(chǎn)生各種所需穩(wěn)定的直流電壓輸出。電源電路的遙控待機(jī)功能是通過(guò)對(duì)主開(kāi)關(guān)電源的控制實(shí)現(xiàn)的，主開(kāi)關(guān)電源一旦停止工作，則相應(yīng)的功率放大級(jí)也將停止工作，于是主負(fù)載失去直流供電。副電源電路一般較簡(jiǎn)單，既可采用簡(jiǎn)易開(kāi)關(guān)電源，也可采用傳統(tǒng)的線(xiàn)性穩(wěn)壓電路。(3)輔助電路將行輸出變壓器中產(chǎn)生的行掃描脈沖進(jìn)行整流、濾波，就可以得到所需的直流電壓。行輸出極產(chǎn)生的各種直流電壓主要給顯像管各電極供電，同時(shí)也可以為視頻輸出板尾板、場(chǎng)掃描以及圖像和伴音通道供電。(2) 為擴(kuò)大設(shè)備儀器的使用范圍，要求電源電路能適應(yīng)110V和220V交流供電的需要。(3) 為了使負(fù)載儀器設(shè)備使用安全，要求機(jī)芯為冷底板設(shè)計(jì)，所以輸出穩(wěn)壓取樣反饋回路普遍采用光電耦合器進(jìn)行電源初、次級(jí)側(cè)的隔離，以提高設(shè)備的抗干擾性和安全性。(5) 為了保證遙控古代及功能的實(shí)現(xiàn)，電源電路一般還加有副電源電路（待機(jī)電源），副電源電路功率不大，一般在幾瓦左右，既可以采用開(kāi)關(guān)電源實(shí)現(xiàn)，也可以用線(xiàn)性電源實(shí)現(xiàn)。如果不采用倍壓/橋式整流自動(dòng)切換，則易使開(kāi)關(guān)電源在110V交流供電狀態(tài)時(shí)處于欠激勵(lì)工作狀態(tài)，而在220V交流供電狀態(tài)時(shí)有易工作于過(guò)激勵(lì)狀態(tài)，不能保證開(kāi)關(guān)電源處在最佳工作狀態(tài)，其效率及可靠性等指標(biāo)都可以得到保證。當(dāng)輸入220交流電壓時(shí)，通過(guò)電壓檢測(cè)電路可使雙向晶閘管截止，這是電容CC2相串聯(lián)，整流電路為普通的整流工作方式，整流輸出電壓為U0為300V左右的直流電壓。倍壓整流方式的工作原理圖所示。但是倍壓/橋式整流自動(dòng)切換電路如不能正常完成切換功能，同樣會(huì)引起負(fù)載電路的大面積損壞，設(shè)計(jì)電路時(shí)必須十分重視。 開(kāi)關(guān)器件的特征同處理信息的電子器件相比，開(kāi)關(guān)電子器件具有以下特征：(1) 能處理功率的大小，即承受電壓和電流的能力是開(kāi)關(guān)器件最重要的參數(shù)，其處理電功率的能力小至毫瓦級(jí)，大至兆瓦級(jí)，大多遠(yuǎn)大于信息處理的電子器件(2) 開(kāi)關(guān)器件一般都工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通時(shí)阻抗很小，接近短路，管壓降接近于零，電流由外電路決定；阻斷是阻抗很大，接近于斷路，電流幾乎為零，管子兩端電壓由外電路決定。(4) 電路中的開(kāi)關(guān)器件有信息電路電件的驅(qū)動(dòng)電路。導(dǎo)通時(shí)，器件上有一定的通態(tài)壓降；形成通態(tài)損耗阻斷時(shí)，開(kāi)關(guān)器件上有微小的斷態(tài)電流流過(guò)；形成斷態(tài)損耗時(shí)，在開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通或斷開(kāi)地轉(zhuǎn)換過(guò)成中產(chǎn)生開(kāi)通損耗和關(guān)短損耗，總成開(kāi)關(guān)損耗子來(lái)控制，在主電路和控電路之間需要一定的中間電路對(duì)控制電路的信號(hào)進(jìn)行放大，這就是開(kāi)關(guān)器。 開(kāi)關(guān)器件的組成開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)由控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、以及開(kāi)關(guān)器件為核心的主電路組成。 開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)中需要有檢測(cè)電路。開(kāi)關(guān)器件一般有三個(gè)端子，其中兩個(gè)來(lái)連接在主電路中，而第三端被稱(chēng)為控制端或者控制極。 開(kāi)關(guān)器件的分類(lèi)開(kāi)關(guān)器件按照豈能被控制電路信號(hào)所控制的程度分為以下三類(lèi)。(2) 全控制型器件 通過(guò)控制信號(hào)既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)斷，又稱(chēng)自關(guān)斷器件，如電力場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET、門(mén)極可關(guān)斷晶閘管GTO。如電力二極管只有兩個(gè)端子，它的通斷是由其在主電路中承受的電壓和電流絕定的。但通常指后者中的MOS 管，即MOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）。和普通MOS 管一樣，它也有：耗盡型：柵極電壓為零時(shí)，即存在導(dǎo)電溝道。增強(qiáng)型：需要正偏置柵極電壓，才生成導(dǎo)電溝道。一般使用的功率MOSFET 多數(shù)是N 溝道增強(qiáng)型。驅(qū)動(dòng)功率小，速度高，安全工作區(qū)寬。適