開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)精選(九篇)

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第1篇：開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)范文

【關(guān)鍵詞】高頻 開(kāi)關(guān)電源 變壓器 優(yōu)化設(shè)計(jì) 應(yīng)用

電源變壓器具備的主要功能是隔離絕緣、傳送功率以及變換電壓。電源變壓器是一種主要軟磁電磁元件，被廣泛運(yùn)用于電力電子技術(shù)和電源技術(shù)中。開(kāi)關(guān)電源變壓器是開(kāi)關(guān)電源的核心部件，能夠轉(zhuǎn)換和傳輸能量。此外，在開(kāi)關(guān)電源變壓器的開(kāi)關(guān)電源中，主要的體積與重量占有者，也是發(fā)熱源，可以使得開(kāi)關(guān)電源向小型輕量方向發(fā)展，并且實(shí)現(xiàn)平面智能等目標(biāo)。因此，開(kāi)關(guān)電源的高頻化是重中之重。

1 高頻開(kāi)關(guān)電源變壓器的主要構(gòu)成以及分類(lèi)

通常從廣義角度而言，凡是將半導(dǎo)體功率的開(kāi)關(guān)器件作為開(kāi)關(guān)管，經(jīng)對(duì)開(kāi)關(guān)管，進(jìn)行高頻開(kāi)通，或者是進(jìn)行關(guān)斷控制，均會(huì)促使電能形態(tài)向其他電能形態(tài)裝置轉(zhuǎn)化，即開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器。開(kāi)關(guān)電源是指將開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器作為主要組成部件，通過(guò)采取閉環(huán)自動(dòng)控制的方式，實(shí)現(xiàn)輸出電壓保持穩(wěn)定的目標(biāo)，并且實(shí)現(xiàn)在電路中增加保護(hù)環(huán)節(jié)電源。高頻開(kāi)關(guān)電源是指采用高頻DC/DC轉(zhuǎn)換器，作為開(kāi)關(guān)電源工作狀態(tài)下的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器。

高頻開(kāi)關(guān)電源的基本路線主要是由開(kāi)關(guān)型功率變換器，整流濾波電路，交流直線轉(zhuǎn)換電路及控制電路幾部分組成。高頻開(kāi)關(guān)電源變壓器分為他激式和自激式、隔離式和非隔離式、硬開(kāi)關(guān)以及軟開(kāi)關(guān)幾類(lèi)。

2 高頻開(kāi)關(guān)電源變壓器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)選取

高頻變壓器的設(shè)計(jì)參數(shù)彼此聯(lián)系，所以，在具體設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)各個(gè)參數(shù)應(yīng)該在合理范圍內(nèi)進(jìn)行有效折中?；诟黝?lèi)應(yīng)用場(chǎng)景應(yīng)當(dāng)首，首先符合占支配地位的重要影因素，其次權(quán)衡剩余其他參數(shù)帶來(lái)的影響。因?yàn)楦鲄?shù)間緊密聯(lián)系，在設(shè)計(jì)時(shí)，想把一切參數(shù)均達(dá)到最佳基本上不太可能。如變壓器體積和效率二者之間存在的矛盾，漏感合分布電容二者難以同時(shí)減小。所以，在高頻開(kāi)關(guān)電源變壓器優(yōu)化設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中，本文選取了三個(gè)相對(duì)比較重要的參數(shù)，以此展開(kāi)分析。

2.1.1 溫升

在變壓器具體工作的整個(gè)過(guò)程中，鐵芯和繞組中的損耗必定會(huì)產(chǎn)生一定熱量，從而促使變壓器溫度逐漸升高，與此同時(shí)，這些熱量通常會(huì)采取輻射和對(duì)流的方法，在周?chē)h(huán)境中相互傳遞。因此，應(yīng)該有效控制溫升，進(jìn)而以防繞組被燒，或者是防止變壓器熱擊穿、防止磁芯性能下降的現(xiàn)象出現(xiàn)。并且，在計(jì)算變壓器的溫升時(shí)，通常是會(huì)將磁芯和繞組的損耗歸在，假設(shè)熱量經(jīng)過(guò)磁芯與繞組后，整個(gè)表面積會(huì)發(fā)生均勻消散的現(xiàn)象。

2.1.2 分布參數(shù)

高頻變壓器的主要分布參數(shù)通常是漏感、分布電容。在高頻下，分布參數(shù)對(duì)開(kāi)關(guān)電源性能會(huì)產(chǎn)生關(guān)鍵影響。在開(kāi)關(guān)式的變換器上，漏感可以致使電壓尖峰，此時(shí)電路中的部分器件會(huì)受此影響，發(fā)生不必要的破壞。同時(shí)，分布電容可能會(huì)引起電流尖峰，且可以大幅度延長(zhǎng)充電時(shí)間，從而開(kāi)關(guān)和二極管會(huì)受此影響，發(fā)生大規(guī)模損耗，進(jìn)而降低變壓器效率及可靠性。因此，在這樣的工作模式種，需要盡量降低變壓器的分布參數(shù)。此外，對(duì)于諧振式的變換器而言，能夠吸收、利用變壓器分布參數(shù)。所以在這種模式下，要求必須準(zhǔn)確設(shè)計(jì)分布電容和漏感的值。

2.1.3 損耗與效率

本文將輸入功率和輸出功率二者的差視為變壓器功率損耗值，并且，將其分成兩個(gè)分量，即繞組損耗和磁芯損耗。通常，在額定電壓運(yùn)行的條件下，隨著負(fù)載電流的不斷變化，鐵損不會(huì)發(fā)生變化，所以鐵損也被稱(chēng)作是不變損耗。如果忽視勵(lì)磁電流，銅損和負(fù)載電流的平方成正比，所以銅損也被稱(chēng)作是可變損耗。筆者對(duì)變壓器分別進(jìn)行了兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，即短路試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)和空載實(shí)驗(yàn)，在額定電壓下，分別測(cè)得鐵損耗和額定負(fù)載下銅損耗，結(jié)果得出鐵損在正常工作時(shí)依舊保持不變，而隨著負(fù)載的變化，銅損會(huì)發(fā)生一系列變化。

2.2 優(yōu)化目標(biāo)

高頻開(kāi)關(guān)電源變壓器優(yōu)化的目標(biāo)是盡量使變壓器體積向更小的方向發(fā)展，因?yàn)橹挥兄亓窟_(dá)到更輕，頻率達(dá)到更高，才能保證溫升，從而使得分布參數(shù)和絕緣滿足設(shè)計(jì)的前提條件。為將變壓器的效率實(shí)現(xiàn)最大化，需要注意的是，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)該遵循以下兩個(gè)基本原則：

（1）保證變壓器的銅損和鐵損二者相等。

（2）保證在初次繞組時(shí)，變壓損耗相呈相等狀態(tài)。

此外，為使得變壓器的體積盡量縮小，在設(shè)計(jì)時(shí)必須采用合適的磁芯和繞組結(jié)構(gòu)，以此保證設(shè)計(jì)的正常進(jìn)行。

2.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

現(xiàn)階段，納米晶帶材的可用磁心結(jié)構(gòu)主要分為矩形與環(huán)形。在磁心結(jié)構(gòu)確定后，根據(jù)變壓器自身指定的工作條件，初級(jí)繞組匝數(shù)和繞組結(jié)構(gòu)直接決定了變壓器的磁芯截面積大小，繞組尺寸和磁心的窗口面積。因此，對(duì)于矩形和環(huán)形這類(lèi)磁心結(jié)構(gòu)，一般是需要對(duì)不同層次和匝數(shù)下，變壓器的體積、重量以及損耗等進(jìn)行具體的比較，進(jìn)而對(duì)高頻開(kāi)關(guān)電源變壓器采取更加優(yōu)質(zhì)的設(shè)計(jì)方案。

3 高頻開(kāi)關(guān)電源變壓器的應(yīng)用

通過(guò)將本文的設(shè)計(jì)進(jìn)行應(yīng)用分析可后可知，在變壓器功率相同時(shí)，矩形磁心比環(huán)形磁心更緊湊，主要原因是：

（1）環(huán)形變壓器通常是會(huì)占用部分磁心，從而使變壓器保持固定狀態(tài)，但是矩形變壓器可以利用下側(cè)磁心，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)固定變壓器的目標(biāo)。

（2）環(huán)形變壓器的繞組內(nèi)側(cè)長(zhǎng)度，會(huì)極大降低磁心窗口實(shí)際利用率，以使變壓器的中心出現(xiàn)較大冗余空間，但是矩形變壓器的磁心窗口利用率通常不會(huì)受到任何的影響。

參考文獻(xiàn)

[1]甘焯欣.高頻開(kāi)關(guān)電源變壓器優(yōu)化設(shè)計(jì)分析[J].電子制作，2016（02）：28.

[2]宣炯華，羅中良，陳治明，鄧雪晴.開(kāi)關(guān)電源高頻變壓器超聲波測(cè)量裝置設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，2014（12）：48-51.

[3]張學(xué)廷.如何進(jìn)一步優(yōu)化高頻開(kāi)關(guān)電源變壓器[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（03）：122-123.

[4]周興明，朱錫培.開(kāi)關(guān)電源高頻變壓器電容效應(yīng)建模與分析[J].電子世界，2014（10）：482.

[5]楊旭峰，韓闖，李彥斌，YANGXu-feng，HANChuang.關(guān)于開(kāi)關(guān)電源變壓器變換效率優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)仿真，2015（10）：149-153.

[6]王曉毛，梅桂華，謝應(yīng)耿.基于高頻開(kāi)關(guān)電源的反向注入式直流平衡裝置的研究及應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2015（08）：139-144.

作者簡(jiǎn)介

常樂(lè)（1984-），女，山西省晉中市壽陽(yáng)縣人?，F(xiàn)為山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院本科碩士講師。主要研究方向?yàn)閼?yīng)用電子、通信工程。

第2篇：開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)范文

關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源 高頻 小型

1　引言

隨著電力電子技術(shù)的告訴發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開(kāi)可靠的電源，進(jìn)入80年代計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代，進(jìn)入90年代開(kāi)關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通訊、電子檢測(cè)設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開(kāi)關(guān)電源，更促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)晶體管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開(kāi)關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。開(kāi)關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長(zhǎng)，但二者增長(zhǎng)速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，反而高于開(kāi)關(guān)電源，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)。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)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開(kāi)關(guān)電源小型化，并使開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。 2　開(kāi)關(guān)電源的分類(lèi)

人們的開(kāi)關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域是邊開(kāi)發(fā)相關(guān)電力電子器件，邊開(kāi)發(fā)開(kāi)關(guān)變頻技術(shù)，兩者相互促進(jìn)推動(dòng)著開(kāi)關(guān)電源每年以超過(guò)兩位數(shù)字的增長(zhǎng)率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。開(kāi)關(guān)電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類(lèi)，DC/DC變換器現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)模塊化，且設(shè)計(jì)技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國(guó)內(nèi)外均已成熟和標(biāo)準(zhǔn)化，并已得到用戶的認(rèn)可，但AC/DC的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進(jìn)程中，遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問(wèn)題。以下分別對(duì)兩類(lèi)開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)和特性作以闡述。 2.1 DC/DC變換

DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱(chēng)為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調(diào)制方式Ts不變，改變ton（通用），二是頻率調(diào)制方式，ton不變，改變Ts（易產(chǎn)生干擾）。其具體的電路由以下幾類(lèi)： （1） Buck電路——降壓斬波器，其輸出平均電壓Uo小于輸入電壓Ui，極性相同。 （2） Boost電路——升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于輸入電壓Ui，極性相同。 （3） Buck-Boost電路——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于或小于輸入電壓Ui，極性相反，電感傳輸。 （4） Cuk電路——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo 大于或小于輸入電壓UI，極性相反，電容傳輸。

當(dāng)今軟開(kāi)關(guān)技術(shù)使得DC/DC發(fā)生了質(zhì)的飛躍，美國(guó)VICOR公司設(shè)計(jì)制造的多種ECI軟開(kāi)關(guān)DC/DC變換器，其最大輸出功率有300W、600W、800W等，相應(yīng)的功率密度為（6、2、10、17）W/cm3，效率為（80-90）%。日本NemicLambda公司最新推出的一種采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的高頻開(kāi)關(guān)電源模塊RM系列，其開(kāi)關(guān)頻率為（200~300）kHz，功率密度已達(dá)到27 W/cm3，采用同步整流器（MOS-FET代替肖特基二極管），是整個(gè)電路效率提高到90%。 2.2 AC/DC變換

AC/DC變換是將交流變換為直流，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負(fù)載的稱(chēng)為“整流”，功率流由負(fù)載返回電源的稱(chēng)為“有源逆變”。AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電，因必須經(jīng)整流、濾波，因此體積相對(duì)較大的濾波電容器是必不可少的，同時(shí)因遇到安全標(biāo)準(zhǔn)（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、FCC、CSA），交流輸入側(cè)必須加EMC濾波及使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的元件，這樣就限制AC/DC電源體積的小型化，另外，由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開(kāi)關(guān)動(dòng)作，使得解決EMC電磁兼容問(wèn)題難度加大，也就對(duì)內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計(jì)提出了很高的要求，由于同樣的原因，高電壓、大電流開(kāi)關(guān)使得電源工作消耗增大，限制了AC/DC變換器模塊化的進(jìn)程，因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法才能使其工作效率達(dá)到一定的滿意程度。

AC/DC變換按電路的接線方式可分為，半波電路、全波電路。按電源相數(shù)可分為，單項(xiàng)、三相、多相。按電路工作象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。

3　開(kāi)關(guān)電源的選用

開(kāi)關(guān)電源在輸入抗干擾性能上，由于其自身電路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（多級(jí)串聯(lián)），一般的輸入干擾如浪涌電壓很難通過(guò)，在輸出電壓穩(wěn)定度這一技術(shù)指標(biāo)上與線性電源相比具有較大的優(yōu)勢(shì)，其輸出電壓穩(wěn)定度可達(dá)（0.5~1）%。開(kāi)關(guān)電源模塊作為一種電力電子集成器件，在選用中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 3.1輸出電流的選擇

因開(kāi)關(guān)電源工作效率高，一般可達(dá)到80%以上，故在其輸出電流的選擇上，應(yīng)準(zhǔn)確測(cè)量或計(jì)算用電設(shè)備的最大吸收電流，以使被選用的開(kāi)關(guān)電源具有高的性能價(jià)格比，通常輸出計(jì)算公式為： Is=KIf 式中：Is—開(kāi)關(guān)電源的額定輸出電流； If—用電設(shè)備的最大吸收電流； K—裕量系數(shù)，一般取1.5~1.8； 3.2接地

開(kāi)關(guān)電源比線性電源會(huì)產(chǎn)生更多的干擾，對(duì)共模干擾敏感的用電設(shè)備，應(yīng)采取接地和屏蔽措施，按ICE1000．EN61000．FCC等EMC限制，形狀開(kāi)關(guān)電源均采取EMC電磁兼容措施，因此開(kāi)關(guān)電源一般應(yīng)帶有EMC電磁兼容濾波器。如利德華福技術(shù)的HA系列開(kāi)關(guān)電源，將其FG端子接大地或接用戶機(jī)殼，方能滿足上述電磁兼容的要求。 3.3保護(hù)電路

開(kāi)關(guān)電源在設(shè)計(jì)中必須具有過(guò)流、過(guò)熱、短路等保護(hù)功能，故在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首選保護(hù)功能齊備的開(kāi)關(guān)電源模塊，并且其保護(hù)電路的技術(shù)參數(shù)應(yīng)與用電設(shè)備的工作特性相匹配，以避免損壞用電設(shè)備或開(kāi)關(guān)電源。 4　開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向

開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。由于開(kāi)關(guān)電源輕、小、薄的關(guān)鍵技術(shù)是高頻化，因此國(guó)外各大開(kāi)關(guān)電源制造商都致力于同步開(kāi)發(fā)新型高智能化的元器件，特別是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體（Mn-Zn）材料上加大科技創(chuàng)新，以提高在高頻率和較大磁通密度（Bs）下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。SMT技術(shù)的應(yīng)用使得開(kāi)關(guān)電源取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，在電路板兩面布置元器件，以確保開(kāi)關(guān)電源的輕、小、薄。開(kāi)關(guān)電源的高頻化就必然對(duì)傳統(tǒng)的PWM開(kāi)關(guān)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)ZVS、ZCS的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)已成為開(kāi)關(guān)電源的主流技術(shù)，并大幅提高了開(kāi)關(guān)電源工作效率。對(duì)于高可靠性指標(biāo)，美國(guó)的開(kāi)關(guān)電源生產(chǎn)商通過(guò)降低運(yùn)行電流，降低結(jié)溫等措施以減少器件的應(yīng)力，使得產(chǎn)品的的可靠性大大提高。

第3篇：開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)范文

【關(guān)鍵詞】開(kāi)關(guān)電源 現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢(shì)

前言

電源是對(duì)公用電網(wǎng)或某種電能進(jìn)行交換和控制，并向各種用電負(fù)載提供優(yōu)質(zhì)電能的供電設(shè)備和動(dòng)力裝置。因此，電源的應(yīng)用十分廣泛，已深入到每個(gè)人的生產(chǎn)和生活領(lǐng)域。

直流電源應(yīng)用很廣泛，尤其在軍事、醫(yī)療和煤礦等領(lǐng)域應(yīng)用更為頻繁。傳統(tǒng)的直流電源往往采用線性電源技術(shù)，但是這種結(jié)構(gòu)形式造成電源整體效率偏低，性能一般，體積較大，重量沉。因此，直流電源傾向于采用開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，使得直流電源變得效率高、性能更好、體積小、重量輕。據(jù)業(yè)內(nèi)咨詢機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，在2009年全球開(kāi)關(guān)電源的市場(chǎng)規(guī)模都已達(dá)到160億美元，并隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，更促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的快速發(fā)展和提高，應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛，在整個(gè)電源領(lǐng)域中開(kāi)關(guān)電源所占據(jù)的比重愈來(lái)愈大。

1. 開(kāi)關(guān)電源的現(xiàn)狀

開(kāi)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(guò)變換的電能，可以滿足各種用電需求。當(dāng)負(fù)載需要高要求的直流供電時(shí)，其供電電源采用開(kāi)關(guān)電源。

開(kāi)關(guān)電源具有功率轉(zhuǎn)換效率高、穩(wěn)壓范圍寬、重量輕等特點(diǎn)。開(kāi)關(guān)電源由于采用大功率開(kāi)關(guān)管的高頻整流技術(shù)，不但可以方便地得到不同等級(jí)的電壓，更重要的是甩掉了體積大、笨重的工頻變壓器及濾波電感電容。在傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源中，由于功率器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，器件常在高電壓下開(kāi)通，在大電流下關(guān)斷時(shí)，也存在著一些問(wèn)題，如射頻干擾和電磁干擾大、開(kāi)關(guān)損耗大、輸出紋波大、器件的安全工作區(qū)窄、電路對(duì)分布系數(shù)比較敏感等缺點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，特別是功率器件的更新?lián)Q代、功率變換技術(shù)的不斷改進(jìn)、新型電磁材料的不斷使用、控制方法的不斷進(jìn)步以及相關(guān)科學(xué)的不斷融合，開(kāi)關(guān)電源的缺點(diǎn)正逐步得到克服，射頻干擾和電磁干擾已經(jīng)被抑制在一個(gè)很低的水平上，輸出紋波可以達(dá)到幾毫伏以下。因此，開(kāi)關(guān)電源是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。

2. 開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)

開(kāi)關(guān)電源的許多方面的運(yùn)用已經(jīng)趨于成熟，將來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是高頻，高可靠性，高性能，低耗，低噪聲，模塊化。文獻(xiàn)介紹了功率的增加必然導(dǎo)致電源內(nèi)部電磁環(huán)境的復(fù)雜，由此所產(chǎn)生的各種電磁干擾對(duì)電源本身和附近的其他電子設(shè)備的正常工作帶來(lái)了嚴(yán)重的影響，即既是干擾源，又是擾者。電磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，簡(jiǎn)寫(xiě)EMC）設(shè)計(jì)的目的是使開(kāi)關(guān)電源在預(yù)期的電磁環(huán)境中實(shí)現(xiàn)電磁兼容。電磁兼容問(wèn)題已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，一些發(fā)達(dá)國(guó)家已有EMC技術(shù)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)雖然在EMC方面工作起步較晚，有關(guān)部門(mén)也正頒布相關(guān)指令，跟上國(guó)際步伐。

開(kāi)關(guān)電源也對(duì)功率器件提出了更高的要求：耐壓高、電流大、導(dǎo)通電阻小，恢復(fù)速度快。由于金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）具有很快的開(kāi)關(guān)速度，因此開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)頻率可以做得更高，重量更輕，功率密度更大，電源體積更小。提高器件耐壓，同時(shí)減小導(dǎo)通電阻仍是今后MOSFET的主要研究方向。開(kāi)關(guān)電源的性能指標(biāo)，如紋波、精度、久沖、過(guò)沖等受到功率鐵氧體材料技術(shù)及功率器件性能的限制，與電源發(fā)達(dá)國(guó)家還有很大的差距，

開(kāi)關(guān)電源高頻化是其發(fā)展方向，高頻化使開(kāi)關(guān)電源小型化，并使開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。另外開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。但是高頻化存在一些新的問(wèn)題有待解決，如開(kāi)關(guān)損耗、無(wú)源元件損耗增大、高頻寄生參數(shù)及高頻電磁干擾增大等。

綜上，開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展從來(lái)都是與半導(dǎo)體器件及磁性元件等的發(fā)展休戚相關(guān)。高頻化的實(shí)現(xiàn)，需要相應(yīng)的高速半導(dǎo)體器件和性能優(yōu)良的高頻電磁元件。發(fā)展功率MOSFET等新型高速器件，開(kāi)發(fā)高頻用的低損磁性材料，改進(jìn)磁元件的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方法等，對(duì)于開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展有著巨大的推動(dòng)作用。

3. 結(jié)束語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，在電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新的背景下，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)在理論方面將取得更大的突破，其產(chǎn)業(yè)方面也有著廣闊的發(fā)展前景，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)也更將趨于可靠、成熟、經(jīng)濟(jì)、適用。

【參考文獻(xiàn)】

［1］鐘和清，徐至新，鄒旭東，朝澤云.軟開(kāi)關(guān)高壓開(kāi)關(guān)電源研究.武漢：華中科技大學(xué)，430074.

［2］錢(qián)平，蔣偉凌，袁正民，蔣鴻飛.開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì).上海冶金高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，1999.

［3］石林林，蘇玉剛.基于三電平變換的高壓開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì).重慶：重慶大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，2011.

［4］王兆安，黃俊.電力電子技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000：8-42.

［5］張恩懷.開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展概況.清華大學(xué).北京：電力電子技術(shù)，1996（02）.

［6］蘇玉剛，付軍，夏晨陽(yáng)，孫躍.一種寬壓自適應(yīng)開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)[J].電工技術(shù)，2009（6）.

［7］夏晨陽(yáng)，董軍，孫躍，付軍.基于AC/DC變換的寬壓自適應(yīng)電源研究[J].

［8］付軍，蘇玉剛.寬壓自適應(yīng)開(kāi)關(guān)電源的研制[D].重慶：重慶大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院， 2009.

第4篇：開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)范文

關(guān)鍵詞 直流穩(wěn)壓電源；線性電源；開(kāi)關(guān)電源

中圖分類(lèi)號(hào)：TM44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671―7597（2013）031-134-01

1 線性直流穩(wěn)壓電源

1）晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源：晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源工作在線性放大狀態(tài)，因而具有反應(yīng)迅速，電壓穩(wěn)定度和負(fù)載穩(wěn)定度高，輸出紋波電壓小，噪聲小。在電路技術(shù)方面，其控制電路所用的元件少。對(duì)調(diào)整管的開(kāi)關(guān)特性，濾波器的高頻性能等無(wú)特別要求，所以可靠性高。

串聯(lián)式穩(wěn)壓電源的嚴(yán)重缺點(diǎn)是效率低。要提高效率就必須降低調(diào)整管上的壓降，減少在調(diào)整管上的損耗。解決的辦法：①PNP和NPN晶體管互補(bǔ)：串聯(lián)式穩(wěn)壓電源輸出電源電流較大時(shí)，通常調(diào)整管都要接成共集電極的達(dá)林頓組合管。因?yàn)樵诰w管電參數(shù)相同情況下在保持電流放大倍數(shù)相等的情況下，互補(bǔ)連接的組合調(diào)整管的集射極壓降減少了，因而電源的效率得到提高；②偏置法：一般共集電極組合管集射間的壓降一定程度上取決偏置電流。采用偏置連接法當(dāng)輸出電流一定時(shí)可以有效的提高電源效率；③開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器作前置予調(diào)節(jié)：在輸入-輸出電壓差比較大，輸出電流也比較大的場(chǎng)合，采用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器作串聯(lián)式穩(wěn)壓器的前置予調(diào)節(jié)也是提高電源效率的有效辦法。開(kāi)關(guān)予調(diào)節(jié)還可以設(shè)置在電源變壓器的原邊。

2）集成線性穩(wěn)壓器發(fā)展：早期市場(chǎng)集成穩(wěn)壓器的廠家很多，產(chǎn)量大、應(yīng)用廣泛。主要有半導(dǎo)體單片式集成穩(wěn)壓器和混合式集成穩(wěn)壓器兩大類(lèi)。它們的電路形式、封裝、電壓及電流的規(guī)格都是多種多樣的。集成穩(wěn)壓器可分為定電壓的，可調(diào)的，跟蹤的和浮動(dòng)的。但是不管哪一種形式，它們通常由基準(zhǔn)電壓源，比較放大器，調(diào)整元件即功率晶體三極管和某種形式的限流電路組成。有些集成穩(wěn)壓器內(nèi)部還有邏輯關(guān)閉電路和熱截止電路。集成穩(wěn)壓器與由分立元件組成的穩(wěn)壓器比較，集成穩(wěn)壓器的優(yōu)點(diǎn)非常明顯，成本低，體積小，使用方便，性能好，可靠性高。

3）恒流源網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)壓電源技術(shù)：采用恒流網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)壓是目前串聯(lián)穩(wěn)壓電源的有一特點(diǎn)。采用恒流網(wǎng)絡(luò)可以有效地提高電源的穩(wěn)定性。集成穩(wěn)壓器中普遍采用了恒流網(wǎng)絡(luò)。分立元件組成的串聯(lián)穩(wěn)壓器也愈來(lái)愈多地運(yùn)用恒流技術(shù)。使用晶體管場(chǎng)效應(yīng)管和恒流二極管等元件可以實(shí)現(xiàn)恒流。恒流二極管在分立元件的串聯(lián)穩(wěn)壓器中使用更為方便。

2 開(kāi)關(guān)直流穩(wěn)壓電源

開(kāi)關(guān)式直流穩(wěn)壓電源指其功率調(diào)整元件以“開(kāi)”、“關(guān)”方式工作的一種直流穩(wěn)壓電源。早期的磁放大器開(kāi)關(guān)直流穩(wěn)壓電源是利用鐵芯的“飽和”、“非飽和”兩種狀態(tài)進(jìn)行“開(kāi)”、“關(guān)”控制，那是一種低頻磁放大器。在此過(guò)程中出現(xiàn)的可控硅相控整流穩(wěn)壓電源也屬于開(kāi)關(guān)直流穩(wěn)壓電源。隨后，高頻開(kāi)關(guān)功率變換技術(shù)得到了快速發(fā)展，這主要是指變換器方式的高頻開(kāi)關(guān)直流穩(wěn)壓電源。上個(gè)世紀(jì)90年代電力電子技術(shù)、PWM等技術(shù)的日趨成熟，直流開(kāi)關(guān)電源和交流開(kāi)關(guān)電源已成為主導(dǎo)市場(chǎng)。電力電子技術(shù)是利用電力電子技術(shù)對(duì)電能進(jìn)行控制和轉(zhuǎn)換的學(xué)科。它包括電力電子器件 、變流電路和控制電路三個(gè)部分，是電力、電子、控制三大電氣工程技術(shù)領(lǐng)域之間的交叉學(xué)科。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電力電子技術(shù)由于和現(xiàn)代控制理論、材料科學(xué)、電機(jī)工程、微電 子技術(shù)等許多領(lǐng)域密切相關(guān)，已逐步發(fā)展成為一門(mén)多學(xué)科相互滲透的綜合性技術(shù)學(xué)科。

1）無(wú)工頻變壓器化：省掉工頻電源變壓器而采用直接從電網(wǎng)整流輸入方式是開(kāi)關(guān)電源減少體積和重量的一個(gè)重要措施。無(wú)工頻變壓器化已成為當(dāng)代先進(jìn)開(kāi)關(guān)電源的一個(gè)特點(diǎn)。無(wú)工頻變壓器的開(kāi)關(guān)電源與各種有工頻變壓器的直流穩(wěn)壓電源相比，其突出優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量、效率高。開(kāi)關(guān)電源的電路形式已多種多樣了。就調(diào)制技術(shù)而言有脈寬調(diào)制型、頻率調(diào)制型、混合調(diào)制型，其中脈寬調(diào)制占絕大多數(shù)。目前出現(xiàn)了完全無(wú)變壓器的開(kāi)關(guān)電源，即連高頻變換器都不需要。這種電源的最大特點(diǎn)是體積還可比現(xiàn)在的無(wú)工頻變壓器開(kāi)關(guān)電源小的多，而且沒(méi)有繞制的變壓器這一類(lèi)器件，可以集成電路工藝制作。

2）開(kāi)關(guān)電源高頻化：現(xiàn)代開(kāi)關(guān)電源的一個(gè)顯著特點(diǎn)是開(kāi)關(guān)頻率不斷提高，不管是晶體管開(kāi)關(guān)電源、可控硅開(kāi)關(guān)電源還是場(chǎng)效應(yīng)管開(kāi)關(guān)電源都是向高頻化方向發(fā)展。隨著功率IGBT和MOSFET的出現(xiàn)，開(kāi)關(guān)電源的工作頻率已從早期典型的20KHz逐步提高到兆赫范圍甚至G赫范圍。

3）控制電路集成化：早期開(kāi)關(guān)電源的控制電路是用分立元件構(gòu)成的。這樣，電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，調(diào)試維修麻煩，影響開(kāi)關(guān)電源的推廣應(yīng)用。為了適應(yīng)開(kāi)關(guān)電源的迅速發(fā)展，集成化的開(kāi)關(guān)電源控制電路被研制成功，而且功能愈加完善。開(kāi)關(guān)電源控制電路集成化，大大簡(jiǎn)化了開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)，提高了開(kāi)關(guān)電源的電性能和可靠性，而且體積小，降低成本。

4）主要元器件高頻化：為了適應(yīng)開(kāi)關(guān)電源迅速發(fā)展的需要，開(kāi)關(guān)電源所用的主要元器件的發(fā)展也很快，其主要目標(biāo)是高頻化。開(kāi)關(guān)電源中的開(kāi)關(guān)元件-功率晶體管、可控硅和場(chǎng)效應(yīng)管都在提高看工作頻率方面取得了成績(jī)。但是最引人注目的是功率管IGBT復(fù)合管，MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管的出現(xiàn)，它不僅開(kāi)關(guān)頻率提高到1MHz-1GHz，而且開(kāi)關(guān)特性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小，不存在二次就穿，能防止熱奔等特殊優(yōu)點(diǎn)。另外大電流肖特基勢(shì)壘的出現(xiàn)大大改善了低電壓電流開(kāi)關(guān)電源的整流效率，它具有開(kāi)關(guān)速度快、反向恢復(fù)時(shí)間短，正向壓降地等優(yōu)點(diǎn)。在濾波過(guò)程中，電容器等器件也要在材料、結(jié)構(gòu)工藝諸方面進(jìn)行研制，以適應(yīng)開(kāi)關(guān)電源高頻化的要求。

5）全數(shù)字化控制：開(kāi)關(guān)電源的控制已經(jīng)由模擬控制，模數(shù)混合控制，進(jìn)入到全數(shù)字控制階段。全數(shù)字控制是一個(gè)新的發(fā)展趨勢(shì)，已經(jīng)在許多功率變換設(shè)備中得到應(yīng)用。但是過(guò)去數(shù)字控制在DC/DC變換器中用得較少。近兩年來(lái)，開(kāi)關(guān)電源的高性能全數(shù)字控制芯片已經(jīng)開(kāi)發(fā)，費(fèi)用也已降到比較合理的水平，歐美已有多家公司開(kāi)發(fā)并制造出開(kāi)關(guān)變換器的數(shù)字控制芯片及軟件。全數(shù)字控制的優(yōu)點(diǎn)是：數(shù)字信號(hào)與混合模數(shù)信號(hào)相比可以標(biāo)定更小的量，芯片價(jià)格也更低廉；對(duì)電流檢測(cè)誤差可以進(jìn)行精確的數(shù)字校正，電壓檢測(cè)也更精確；可以實(shí)現(xiàn)快速，靈活的控制設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

第5篇：開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)范文

關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源 重啟 反激式電源

中圖分類(lèi)號(hào)：TM46 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）11-0073-01

開(kāi)關(guān)電源具有高效率、低功耗、體積小、重量輕等顯著優(yōu)點(diǎn)，其電源效率可達(dá)到80%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源從而使得開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。根據(jù)負(fù)載功率的不同，往往采用自激振蕩式，即反激式和正激式不同的方法。隨著開(kāi)關(guān)電源的使用的不斷發(fā)展，反激式開(kāi)關(guān)電源也在更多的領(lǐng)域使用，但該開(kāi)關(guān)經(jīng)常存在著不斷重啟的缺點(diǎn)，導(dǎo)致設(shè)備工作不夠穩(wěn)定，所以，探索和研究有效的技術(shù)策略，就有著非常重要的意義。

1 反激式電源的基本原理

本文以其中一種反激式開(kāi)關(guān)電源為例進(jìn)行說(shuō)明。該電源通過(guò)220V電壓供電，通過(guò)整流橋整流和電容濾波將交流電變成直流電，通過(guò)兩個(gè)1M歐的電阻限流給LD7535啟動(dòng)電流，LD7535啟動(dòng)，控制MOSFET，不斷開(kāi)關(guān)，形成高頻開(kāi)關(guān)電壓來(lái)使變壓器工作，變壓器通過(guò)芯片供電繞組給芯片供電，通過(guò)副繞組轉(zhuǎn)換成為想要得到的高頻電壓，再通過(guò)高頻二極管整流，形成需要得到的電壓，同時(shí)通過(guò)TL431中的內(nèi)部設(shè)定基準(zhǔn)電壓（2.5V）和電阻的串聯(lián)分壓來(lái)設(shè)定輸出電壓，并通過(guò)光電耦合器來(lái)進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)。

其中NTC為防止啟動(dòng)時(shí)電流過(guò)大，電阻R5和電阻R8負(fù)責(zé)啟動(dòng)時(shí)對(duì)LD7535供電，啟動(dòng)后改為變壓器通過(guò)R9和D5給予供電，C8和C8A負(fù)責(zé)儲(chǔ)能。R6的10歐姆電阻防止MOS管的電壓斜率過(guò)于陡峭，R1大功率小電阻負(fù)責(zé)電流檢測(cè)，從而改變保護(hù)電流；R19和C9串聯(lián)防止TL431自激，R20和R21為了確定輸出電壓。

2 LD7535特點(diǎn)及其在反激式電源中的應(yīng)用

但是，在反激電源制作過(guò)程中會(huì)遇到開(kāi)關(guān)電源空載時(shí)不斷重啟的過(guò)程，并且伴隨著這種現(xiàn)象，往往能夠聽(tīng)到變壓器的響聲。其空載不斷重啟，需要通過(guò)LD7535控制器加以技術(shù)改進(jìn)。

LD7535是一種低成本，低啟動(dòng)電流，電流模式，PWM控制的省電模式控制器，具有包括電流檢測(cè)的前沿消隱、內(nèi)部斜率補(bǔ)償，采用SOT-26封裝。常用于高效率，較少元器件的AC/DC電源設(shè)備。其特點(diǎn)是高壓CMOS工藝，具有優(yōu)良的ESD保護(hù)，僅需要極低的啟動(dòng)電流（

各個(gè)引腳定義為：第1引腳GND，接地端，第2引腳COMP，電壓反饋引腳，通過(guò)連接光電耦合器，以使控制環(huán)路閉合，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，第3引腳RT，設(shè)置開(kāi)關(guān)頻率，通過(guò)連接一個(gè)電阻對(duì)地設(shè)置開(kāi)關(guān)頻率，第4引腳CS，位電流檢測(cè)引腳，連接到感應(yīng)電流MOSFET，第5引腳VCC，為電源電壓引腳，第6引腳OUT，柵極驅(qū)動(dòng)輸出，以驅(qū)動(dòng)外部MOSFET。

3 重啟的解決方法

在反激電源制作過(guò)程中開(kāi)關(guān)電源空載時(shí)不斷重啟的原因是由于IC供電不足或者光耦供電不足引起。對(duì)于此種不斷重啟的現(xiàn)象，有以下幾點(diǎn)方法進(jìn)行克服。

3.1 設(shè)立假負(fù)載

設(shè)立假負(fù)載是最有效的解決開(kāi)關(guān)電源不斷重啟的方法，只需要在輸出端增加一個(gè)大電阻，使得開(kāi)關(guān)電源一直處于工作狀態(tài)，這種方法簡(jiǎn)單易行，對(duì)產(chǎn)品的價(jià)格也沒(méi)有太大影響，但是這種方法會(huì)對(duì)開(kāi)關(guān)電源真正的使用轉(zhuǎn)換效率有一定的影響，造成轉(zhuǎn)換效率有所降低，對(duì)于轉(zhuǎn)換效率要求不是很高的或者需要大電流輸出的開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)最為合適。

3.2 采用較好的二極管對(duì)芯片供電

出現(xiàn)不斷重啟的原因往往是供電芯片的供電電壓介于滿足啟動(dòng)和不滿足啟動(dòng)的臨界狀態(tài)，當(dāng)采用較好的供電二極管（D7）時(shí)，如FR107二極管，可以提高了二極管的開(kāi)關(guān)速度，并且也降低供電二極管的管壓降，從而能夠滿足控制芯片的供電電壓，從而解決二極管不斷重啟的現(xiàn)象。

3.3 采用增加芯片供電繞組的匝數(shù)

采用增加對(duì)芯片供電繞組的匝數(shù)對(duì)產(chǎn)品價(jià)格沒(méi)有太大影響，也不會(huì)增加產(chǎn)品工序，但是由于繞組匝數(shù)的增加會(huì)增加變壓器的電感量，造成變壓器性能有一定的改變，致使很多參數(shù)需要重新計(jì)算或修訂，更嚴(yán)重的會(huì)造成變壓器不適合本產(chǎn)品而需要重新設(shè)計(jì)變壓器。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)一個(gè)具體的電路設(shè)計(jì)為例，簡(jiǎn)要的說(shuō)明針對(duì)開(kāi)關(guān)電源不斷重啟現(xiàn)象的一些改進(jìn)的方法。本文并通過(guò)實(shí)際使用，證明了其有效性。

參考文獻(xiàn)

[1]張占松，蔡宣三.開(kāi)關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，1998.

第6篇：開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)范文

[關(guān)鍵詞]開(kāi)關(guān)電源 電磁干擾 抑制措施 改進(jìn)措施

開(kāi)關(guān)電源EMI（Electro magnetic Interference），就是通過(guò)用電子線路組成開(kāi)關(guān)式（方波）震蕩電路來(lái)達(dá)到對(duì)電能的轉(zhuǎn)換。這種方式有好多優(yōu)點(diǎn)，一是穩(wěn)壓范圍寬，在一定范圍內(nèi)輸出電壓與輸入電壓變化無(wú)關(guān)，電腦電源可以在80V～240V都可以正常工作，是其它方式電源無(wú)法比擬的。二是效率高，由于采用開(kāi)關(guān)震蕩工作方式，熱損耗特別少，發(fā)熱低。三是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，相對(duì)于其它相同功率的電源，開(kāi)關(guān)電源的體積與重量要少得多。因此，在眾多的電子設(shè)備中，開(kāi)關(guān)式電源已經(jīng)是相當(dāng)普遍。隨著開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，其電磁干擾已成為一個(gè)很?chē)?yán)重的問(wèn)題，開(kāi)關(guān)電源的功率管工作在非線性條件下，采用脈寬調(diào)制（PWM）開(kāi)關(guān)控制方式，加之開(kāi)關(guān)頻率的不斷提高，使得電磁干擾越來(lái)越突出，對(duì)電網(wǎng)造成污染。因干擾的存在，輸入電源的電網(wǎng)受到了干擾，影響到其它設(shè)備，使其不能正常的工作，也影響到電網(wǎng)的供電質(zhì)量。所以，尋找干擾抑制的方法是很必要的。這里分析與比較了幾種有效的方案，并為開(kāi)關(guān)電源EMI的抑制措施提出新的參考建議。

一、開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機(jī)理

開(kāi)關(guān)電源首先將工頻交流電整流為直流電，然后經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)管的控制變?yōu)楦哳l，最后經(jīng)過(guò)整流濾波電路輸出，得到穩(wěn)定的直流電壓。因此，自身含有大量的諧波干擾。同時(shí)，由于變壓器的漏感和輸出二極管的反向恢復(fù)電流造成的尖峰，都會(huì)產(chǎn)生不同程度的電磁干擾。開(kāi)關(guān)電源中的干擾主要集中在電壓、電流變化大（即dv/dt或di/dt很大）的元器件上，尤其是開(kāi)關(guān)管、輸出二極管和高頻變壓器等。同時(shí)，雜散電容會(huì)將電網(wǎng)的噪聲傳導(dǎo)到電子系統(tǒng)的電源而對(duì)電子線路的工作產(chǎn)生干擾。開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的干擾,按噪聲干擾源種類(lèi)來(lái)分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來(lái)分,可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種?，F(xiàn)在按噪聲干擾源來(lái)分別說(shuō)明:

1.二極管的反向恢復(fù)時(shí)間引起的干擾;

2.開(kāi)關(guān)管工作時(shí)產(chǎn)生的諧波干擾;

3.交流輸入回路產(chǎn)生的干擾;

4.其他原因。

元器件的寄生參數(shù)，開(kāi)關(guān)電源的原理圖設(shè)計(jì)不夠完美，印刷線路板（PCB）走線通常采用手工布置，具有很大的隨意性，PCB的近場(chǎng)干擾大，并且印刷板上器件的安裝、放置，以及方位的不合理都會(huì)造成EMI干擾。

二、開(kāi)關(guān)電源EMI的特點(diǎn)

作為工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)的能量轉(zhuǎn)換裝置，開(kāi)關(guān)電源的電壓、電流變化率很高，產(chǎn)生的干擾強(qiáng)度較大；干擾源主要集中在功率開(kāi)關(guān)期間以及與之相連的散熱器和高平變壓器，相對(duì)于數(shù)字電路干擾源的位置較為清楚；開(kāi)關(guān)頻率不高（從幾十千赫和數(shù)兆赫茲），主要的干擾形式是傳導(dǎo)干擾和近場(chǎng)干擾;而印刷線路板(PCB)走線通常采用手工布線，具有更大的隨意性,這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場(chǎng)干擾估計(jì)的難度。

三、目前抑制干擾的幾種措施

形成電磁干擾的三要素是干擾源、傳播途徑和受擾設(shè)備。因此，抑制電磁干擾也應(yīng)該從這三方面著手。首先應(yīng)該抑制干擾源，直接消除干擾原因;其次是消除干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻射，切斷電磁干擾的傳播途徑;第三是提高受擾設(shè)備的抗擾能力,減低其對(duì)噪聲的敏感度。目前抑制干擾的幾種措施基本上都是用切斷電磁干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合通道，它們的確是行之有效的辦法。常用的方法是屏蔽、接地和濾波。

1.采用屏蔽技術(shù)可以有效地抑制開(kāi)關(guān)電源的電磁輻射干擾。系統(tǒng)中的安全保護(hù)地線、屏蔽接地線和公共參考地線各自形成接地母線后,最終都與大地相連。

在電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循“一點(diǎn)接地”的原則。如果形成多點(diǎn)接地，會(huì)出現(xiàn)閉合的接地環(huán)路，當(dāng)磁力線穿過(guò)該回路時(shí)將產(chǎn)生磁感應(yīng)噪聲，實(shí)際上很難實(shí)現(xiàn)“一點(diǎn)接地”。因此，為降低接地阻抗，消除分布電容的影響而采取平面式或多點(diǎn)接地，利用一個(gè)導(dǎo)電平面(底板或多層印制板電路的導(dǎo)電平面層等)作為參考地，需要接地的各部分就近接到該參考地上。為進(jìn)一步減小接地回路的壓降，可用旁路電容減少返回電流的幅值。在低頻和高頻共存的電路系統(tǒng)中，應(yīng)分別將低頻電路、高頻電路、功率電路的地線單獨(dú)連接后，再連接到公共參考點(diǎn)上。

2.濾波是抑制傳導(dǎo)干擾的一種很好的辦法。例如,在電源輸入端接上濾波器，可以抑制開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾，也可以抑制來(lái)自電網(wǎng)的噪聲對(duì)電源本身的侵害。在濾波電路中,還采用很多專(zhuān)用的濾波元件，如穿心電容器、三端電容器、鐵氧體磁環(huán)，它們能夠改善電路的濾波特性。恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)或選擇濾波器，并正確地安裝和使用濾波器，是抗干擾技術(shù)的重要組成部分。

EMI濾波技術(shù)是一種抑制尖脈沖干擾的有效措施，可以濾除多種原因產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾。測(cè)試表明，只要適當(dāng)選擇元器件的參數(shù)，便可較好地抑制開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾。

四、目前開(kāi)關(guān)電源EMI抑制措施的不足之處

現(xiàn)有的抑制措施大多從消除干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻射，切斷電磁干擾的傳播途徑出發(fā)。這的確是抑制干擾的一種行之有效的辦法，但很少有人涉及直接控制干擾源，消除干擾，或提高受擾設(shè)備的抗擾能力。殊不知后者還有許多發(fā)展的空間。

五、改進(jìn)措施的建議

我認(rèn)為目前從電磁干擾的傳播途徑出發(fā)來(lái)抑制干擾，已漸進(jìn)成熟。我的視點(diǎn)要回到開(kāi)關(guān)電源器件本身來(lái)，在電路方面要注意以下幾點(diǎn):

1.印制板布局時(shí),要將模擬電路區(qū)和數(shù)字電路區(qū)合理地分開(kāi)，電源和地線單獨(dú)引出，電源供給處匯集到一點(diǎn);PCB布線時(shí)，高頻數(shù)字信號(hào)線要用短線，主要信號(hào)線最好集中在PCB板中心，同時(shí)電源線盡可能遠(yuǎn)離高頻數(shù)字信號(hào)線或用地線隔開(kāi)。其次，根據(jù)印制線路經(jīng)電流的大小，應(yīng)盡量加粗電源線寬度，減少環(huán)路電阻。再次，可以根據(jù)耦合系數(shù)來(lái)布線，盡量減少干擾耦合。

2.印制板的電源線和地線印制條盡可能寬，以減小線阻抗，從而減小公共阻抗引起的干擾噪聲。

3.器件多選用貼片元件和盡可能縮短元件的引腳長(zhǎng)度，以減小元件分布電感的影響。

4.在Vdd及Vcc電源端盡可能靠近器件接入濾波電容，以縮短開(kāi)關(guān)電流的流通途徑，如用10μF鋁電解和0.1μF電容并聯(lián)接在電源腳上。對(duì)于高速數(shù)字IC的電源端可以用鉭電解電容代替鋁電解電容，因?yàn)殂g電解的對(duì)地阻抗比鋁電解小得多。

六、結(jié)論

產(chǎn)生開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的因素還很多，抑制電磁干擾還有大量的工作。全面抑制開(kāi)關(guān)電源的各種噪聲會(huì)使開(kāi)關(guān)電源得到更廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn):

第7篇：開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)范文

關(guān)鍵詞：電力電子；開(kāi)關(guān)電源；應(yīng)用

1緒論

著半導(dǎo)體和信息技術(shù)的推進(jìn)，電力電子技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)開(kāi)關(guān)電源由低頻向高頻，整體化到模塊化，由高能耗向低能耗進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)變。高頻開(kāi)關(guān)電源作用為將交流輸入的電流轉(zhuǎn)化為合適的直流輸出。經(jīng)過(guò)大功率開(kāi)關(guān)元件，如金屬—絕緣體—半導(dǎo)體管等組成的逆變電路，將直流高壓轉(zhuǎn)換成方波，之后將方波電壓由高壓降低為低壓，最后輸出穩(wěn)定的直流電壓，在現(xiàn)代開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用中得到極大推崇。高頻開(kāi)關(guān)電源主要特點(diǎn)如下：

1.1質(zhì)量低、體積小。

高頻技術(shù)可以不使用工頻變壓器，使質(zhì)量和體積減少90%。

1.2功率系數(shù)大。

隨著可控硅導(dǎo)通角的變化使相變整流器的功率系數(shù)變化，負(fù)載較小時(shí)，系數(shù)較小，可以達(dá)到0.3；完全導(dǎo)通時(shí)可以使系數(shù)達(dá)到0.69以上。

1.3噪聲弱。

開(kāi)關(guān)電源噪聲只有45db左右，較工頻變壓器以及濾波電感在相控整流設(shè)備中的噪聲降低30%。

1.4效率高。

減少開(kāi)關(guān)瞬間消耗，而且由于整機(jī)的功率因數(shù)補(bǔ)償，可以使效率達(dá)到90%以上。

1.5結(jié)構(gòu)模塊化。

模塊式結(jié)構(gòu)可以便于整個(gè)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)和研發(fā)，降低成本。

2現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用領(lǐng)域

高頻開(kāi)關(guān)電源能通過(guò)大功率晶體管如IGBT等進(jìn)行運(yùn)行，使頻率限制在區(qū)間60~110kHz。并且整流器功率容量也增大到48V/400A以上。大規(guī)模集成電路的突飛猛進(jìn)更是促進(jìn)電源模塊體積的減小，從而進(jìn)一步增加電源的功率密度，以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源的高效化和微小化。整體科技的進(jìn)步需要計(jì)算機(jī)和通信設(shè)施具有更高的性能和穩(wěn)定性，UPS不間斷電源便順時(shí)而出。輸入它的交流電經(jīng)過(guò)整流器轉(zhuǎn)換為直流輸出，一部分流入電池給其充電，另一部分經(jīng)過(guò)逆變器、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等元器件到工作設(shè)備。不間斷電源使用脈寬調(diào)制技術(shù)和大功率IGBT，降低噪聲強(qiáng)度，提高電源利用效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性。變頻器主要在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中用于交流電機(jī)的變頻調(diào)速，具有節(jié)能環(huán)保作用。它的電源經(jīng)過(guò)大功率晶體管和高頻變換器將電壓轉(zhuǎn)換為交流輸出，其電壓和頻率可變，功率可以超過(guò)110kW[1]。通過(guò)模塊科學(xué)堆積、程序智能控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等現(xiàn)代高新技術(shù)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電和弱電有效結(jié)合，降低大功率設(shè)備的研發(fā)成本和研發(fā)難度，并且可以極大的提升生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能、經(jīng)濟(jì)高效、系統(tǒng)穩(wěn)定的卓越性能。

3電力電子技術(shù)在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用

3.1軟開(kāi)關(guān)技術(shù)

IGBT功率器件控制的PWM電源可以克服傳統(tǒng)大功率電源逆變主電路結(jié)構(gòu)的高耗能問(wèn)題，是能耗降低30%~40%。軟開(kāi)關(guān)技術(shù)采用諧振原理，克服傳統(tǒng)電路使用緩沖電路消除電壓尖峰和浪涌電流問(wèn)題，從而使系統(tǒng)趨于簡(jiǎn)單，降低故障發(fā)生的可能性。傳統(tǒng)電路在開(kāi)關(guān)啟動(dòng)和關(guān)閉的瞬間會(huì)產(chǎn)生極大的電流和電壓，瞬間產(chǎn)生的電壓無(wú)法有效利用，從而增加能耗。諧振電路可以吸收高頻變壓器中電感以及電容等，降低晶體管等元件的壓力，從而提高電源的利用率和穩(wěn)定性。

3.2同步整流技術(shù)

同步整流技術(shù)時(shí)在軟開(kāi)關(guān)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升效率的技術(shù)，它通過(guò)作整流開(kāi)關(guān)二極管的金屬絕緣體~半導(dǎo)體管反接，適用于低壓、大電流的電源上。同步電流通過(guò)零電壓開(kāi)關(guān)和零電流開(kāi)關(guān)，它們驅(qū)動(dòng)同步整流的脈沖信號(hào)與初始的脈沖信號(hào)聯(lián)動(dòng)，將其上升沿超過(guò)原來(lái)的上升沿，降低延遲以實(shí)現(xiàn)金屬~氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管和零電壓開(kāi)關(guān)方式。

3.3控制技術(shù)

主電路的設(shè)計(jì)必須滿足開(kāi)關(guān)變換器的結(jié)構(gòu)不同、離散非線性的特點(diǎn)，因此開(kāi)關(guān)電源要使用多路控制。開(kāi)關(guān)電源的動(dòng)態(tài)性可以通過(guò)電子運(yùn)動(dòng)和時(shí)間周期的增減來(lái)控制實(shí)現(xiàn)，開(kāi)關(guān)電源的智能性可以通過(guò)基因算法~BP算法、模糊控制、微機(jī)控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)。MEMS技術(shù)發(fā)展使微機(jī)運(yùn)算的速度巨大提升，微機(jī)或者DSP應(yīng)用到大功率開(kāi)關(guān)的數(shù)字模塊的實(shí)現(xiàn)更加促進(jìn)電源數(shù)字化和高效化的實(shí)現(xiàn)。

3.4功率半導(dǎo)體

MOSFET和IGBT半導(dǎo)體器件的研發(fā)，使開(kāi)關(guān)電源的高效利用能源的能力又得到極大的飛躍，兩種晶體管的內(nèi)部電阻都很小，驅(qū)動(dòng)功率需求低，最重要的是能耗極其小。結(jié)合同步整流技術(shù)和控制技術(shù)，將高頻化開(kāi)關(guān)電源的實(shí)現(xiàn)向前推進(jìn)了極大的一步。

4結(jié)語(yǔ)

電力電子技術(shù)在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用會(huì)隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步轉(zhuǎn)向更加廣泛的應(yīng)用，高頻化、模塊化、智能化、節(jié)能化等必然成為其未來(lái)的應(yīng)用方向。高頻開(kāi)關(guān)技術(shù)的應(yīng)用更是標(biāo)志著電子電力技術(shù)在開(kāi)關(guān)電源上應(yīng)用的成熟，相信不遠(yuǎn)的未來(lái)，電力電子在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用會(huì)進(jìn)一步的突破。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊威,盧俊.電力電子技術(shù)在高頻開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究,2012(36).

[2]王予倩.電力電子技術(shù)的發(fā)展及其在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用[J].四川電力電子,2005,28(5):45~47.

第8篇：開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)范文

關(guān)鍵詞aber;反激式開(kāi)關(guān)電源;仿真

中圖分類(lèi)號(hào)TM359.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1673-9671-(2010)042-0020-01

開(kāi)關(guān)電源被譽(yù)為高效節(jié)能電源,它代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向。目前,隨著各種新科技不斷涌現(xiàn),新工藝被普遍采用,新產(chǎn)品層出不窮,開(kāi)關(guān)電源正向小體積、高功率密度、高效率的方向發(fā)展,開(kāi)關(guān)電源的保護(hù)電路日趨完善,開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)計(jì)及取得突破性進(jìn)展,專(zhuān)用計(jì)算機(jī)軟件的問(wèn)世為開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了便利條件。

Saber是美國(guó)Analogy公司開(kāi)發(fā),現(xiàn)由Synopsys公司經(jīng)營(yíng)的系統(tǒng)仿真軟件,被譽(yù)為全球最先進(jìn)的系統(tǒng)仿真軟件,也是唯一的多技術(shù),多領(lǐng)域的系統(tǒng)仿真產(chǎn)品,現(xiàn)已成為混合信號(hào)、混合設(shè)計(jì)技術(shù)和驗(yàn)證工具的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn),可用于電子、機(jī)電一體化、機(jī)械、光電、光學(xué)、控制等不同類(lèi)型系統(tǒng)構(gòu)成的混合系統(tǒng)仿真,與其他由電路仿真軟件相比,其具有更豐富的元件庫(kù)和更精致的仿真描述能力,仿真真實(shí)性更好。

1反激式開(kāi)關(guān)電源基本原理

反激式開(kāi)關(guān)電源其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1。

其電磁能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)換關(guān)系如下

如圖2(a)當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通,原邊繞組的電流Ip將線形增加,磁芯內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度將增大到工作峰值,這時(shí)可以把變壓器看成一個(gè)電感,逐步儲(chǔ)能的過(guò)程。

如圖2(b)當(dāng)開(kāi)關(guān)管關(guān)斷,初級(jí)電流降到零。副邊整流二極管導(dǎo)通,感生電流將出現(xiàn)在復(fù)邊。從而完成能量的傳遞。按功率恒定原則,副邊繞組安匝值與原邊安匝值相等。

2基于UC3842的反激式開(kāi)關(guān)電源電路設(shè)計(jì)

由Buck-Boost推演并加隔離變壓器后而得反激變換器原理線路。多數(shù)設(shè)計(jì)中采用了穩(wěn)定性很好的雙環(huán)路反饋(輸出直流電壓隔離取樣反饋外回路和初級(jí)線圈充磁峰值電流取樣反饋內(nèi)回路)控制系統(tǒng),就可以通過(guò)開(kāi)關(guān)電源的PWM(脈沖寬度調(diào)制器)迅速調(diào)整脈沖占空比,從而在每一個(gè)周期內(nèi)對(duì)前一個(gè)周期的輸出電壓和初級(jí)線圈充磁峰值電流進(jìn)行有效調(diào)節(jié),達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。這種反饋控制電路的最大特點(diǎn)是:在輸入電壓和負(fù)載電流變化較大時(shí),具有更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度,自動(dòng)限制負(fù)載電流,補(bǔ)償電路簡(jiǎn)單。以UC3842為控制芯片設(shè)計(jì)一款50W反激式開(kāi)關(guān)電源,其原理圖如圖3所示。

2.1高頻變壓器設(shè)計(jì)

1)原邊匝數(shù)

因?yàn)樽饔秒妷菏且粋€(gè)方波,一個(gè)導(dǎo)通周期的伏秒值與原邊匝數(shù)關(guān)系如式(1)

Np=(1)

式中 Np――原邊匝數(shù);

Vp――原邊所加直流電壓(V);

ton ――導(dǎo)通時(shí)間(us);

Bac――交變工作磁密(mT);

Ae――磁心有效面積(mm2)。

2)副邊繞組

由原邊繞組每匝伏數(shù)=母線電壓/原邊匝數(shù)可得

副邊繞組匝數(shù)=(輸出電壓+整流二極管壓降+繞組壓降)/原邊繞組每匝伏數(shù)

3)氣隙

實(shí)用方法:插入一個(gè)常用氣隙,例如0.5mm,使電源工作起來(lái)在原邊串入電流探頭。注意電流波形的斜率,并調(diào)整氣隙達(dá)到所要求的斜率。

也可用式(2)計(jì)算氣隙。

lg=(2)

式中l(wèi)g ――氣隙長(zhǎng)度(mm);

u0 ――4n×107;

Np――原邊匝數(shù);

Lp――原邊電感;

Ae ――磁心面積(mm2)。

2.2反饋環(huán)節(jié)

圖3中反饋環(huán)節(jié)由光耦PC817和TL431組成,適用于電流控制模式。輸出電壓精度1%。電壓反饋信號(hào)經(jīng)分壓網(wǎng)絡(luò)引入TL431的Ref段,裝換為電流反饋信號(hào),經(jīng)過(guò)光耦隔離后輸入U(xiǎn)C3842的控制段。

TL431是由美國(guó)德州儀器生產(chǎn)的2.5V-36V可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器。內(nèi)有參考電壓2.5V,它與參考端一起控制內(nèi)部的比較放大器。在輸出陰極和參考端可加反饋網(wǎng)絡(luò),影響整個(gè)開(kāi)關(guān)電源的動(dòng)態(tài)品質(zhì)特性。

2.3控制芯片電路

UC3842由4腳外接RC生成穩(wěn)定的振蕩波形,振蕩頻率=1.8/R12×C15。6腳輸出驅(qū)動(dòng)脈沖,驅(qū)動(dòng)MOSFET在導(dǎo)通和截至之間工作。8腳提供一個(gè)穩(wěn)定的5V基準(zhǔn)源。

3Saber電路仿真

利用 Saber 軟件進(jìn)行仿真分析主要有兩種途徑,一種是基于原理圖進(jìn)行仿真分析,另一種是基于網(wǎng)表進(jìn)行仿真分析?；谠韴D進(jìn)行仿真分析的基本過(guò)程如下:

1)在Saber Sketch中完成原理圖錄入工作;

2)然后使用net list命令為原理圖產(chǎn)生相應(yīng)的網(wǎng)表;

3)在使用simulate命令將原理圖所對(duì)應(yīng)的網(wǎng)表文件加載到仿真器中,同時(shí)在Sketch中啟動(dòng)Saber Guide界面;

4)在Saber Guide界面下設(shè)置所需要的仿真分析環(huán)境,并啟動(dòng)仿真;

5)仿真結(jié)束以后利用Cosmos Scope工具對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析處理。

在這種方法中,需要使用Saber Sketch和Cosmos Scope兩個(gè)工具,但從原理圖開(kāi)始,比較直觀。所以,多數(shù)Saber的使用者都采用這種方法進(jìn)行仿真分析。但它有一個(gè)不好的地方就是仿真分析設(shè)置和結(jié)果觀察在兩個(gè)工具中進(jìn)行,在需要反復(fù)修改測(cè)試的情況下,需要在兩個(gè)窗口間來(lái)回切換,比較麻煩。

4系統(tǒng)仿真及實(shí)測(cè)

在Saber Sketch中完成原理圖。并進(jìn)行DC/AC分析。

如圖4(a)為開(kāi)關(guān)電源在220V交流輸入時(shí)的MOSFET驅(qū)動(dòng)電壓波形仿真結(jié)果(b)為實(shí)測(cè)樣機(jī)MOSFET驅(qū)動(dòng)電壓波形。作為專(zhuān)業(yè)級(jí)開(kāi)關(guān)電源仿真軟件,Saber在控制環(huán)路設(shè)計(jì)上,能夠真實(shí)且直觀的檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性。

如圖5(a)為開(kāi)關(guān)電源電流采樣電阻上的電壓波形的仿真結(jié)果(b)為實(shí)測(cè)波形。涉及開(kāi)關(guān)電源部分器件選型的重要參數(shù)也同樣可以通過(guò)仿真波形得到,例如開(kāi)關(guān)器件MOSFET額定工作時(shí)通態(tài)最大電流等參數(shù),同樣可以從仿真波形中得出。

5結(jié)束語(yǔ)

在電路設(shè)計(jì)初期,借用Saber的電路級(jí)仿真可以很直觀的對(duì)開(kāi)關(guān)電源電路設(shè)計(jì)進(jìn)行的評(píng)估,并在控制環(huán)路的設(shè)計(jì)上會(huì)有很大的幫助。在完成樣機(jī)的初步測(cè)試后,同樣可以借助仿真對(duì)電路功能進(jìn)行校驗(yàn)。該電路廣泛應(yīng)用于小功率場(chǎng)合,具有體積小,成本低,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

(a)仿真(b)實(shí)測(cè)

圖4MOSFET驅(qū)動(dòng)電壓波形

(a)仿真 (b)實(shí)測(cè)

圖5電流采樣電阻電壓波形

測(cè)試結(jié)果(圖5b)為220V,50Hz交流輸入時(shí),實(shí)驗(yàn)樣機(jī)測(cè)試波形。

參考文獻(xiàn)

[1]沙占友.單片開(kāi)關(guān)電源最新應(yīng)用技術(shù),2006.

[2]王建秋,劉文生.Saber仿真在移向全橋軟開(kāi)關(guān)電源研發(fā)中的應(yīng)用,2009.

[3]張占松,蔡宣三.開(kāi)關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì),2000.

[4]Saber.仿真中文教程.

[5]張煜.基于Saber的Boost APFC仿真分析及DSP實(shí)現(xiàn).2009.

第9篇：開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)范文

自從英國(guó)廣播公司(BBC)于1936年在倫敦開(kāi)通世界上首個(gè)公共電視廣播以來(lái)，電視機(jī)技術(shù)已取得了長(zhǎng)足的發(fā)展：從BBC于1953年首先開(kāi)通彩色電視廣播，到日本NHK于1981年進(jìn)行首例高清電視(HDTV)系統(tǒng)演示等，不一而足。當(dāng)前，世界各國(guó)紛紛采取行動(dòng)，以將TV信號(hào)從模擬傳輸升級(jí)至具備更高質(zhì)量的數(shù)字制式。以美國(guó)為例，到2009年2月美國(guó)將停止模擬電視信號(hào)傳輸。

但是，“在客廳中坐在一個(gè)老式大盒子面前(看電視節(jié)目)的方式已經(jīng)變得落伍。對(duì)于電視行業(yè)來(lái)說(shuō)，新技術(shù)的發(fā)展，正催生著無(wú)窮的機(jī)遇”。這是美國(guó)《新聞周刊》2005年6月份所描述的一個(gè)景象。推動(dòng)這些機(jī)遇的其中一項(xiàng)技術(shù)，就是平板顯示(FPD)。該技術(shù)具有以下兩個(gè)顯著特點(diǎn)：

?支持高達(dá)1080p的高清電視(HDTV)

?屏幕尺寸更大，但總體外形更小

不同尺寸平板電視的電源轉(zhuǎn)換鏈

平板電視與傳統(tǒng)電視很大的一項(xiàng)不同，便是傳統(tǒng)電視所采用的陰極射線管(cRT)被LCD或等離子屏幕取而代之，與之相應(yīng)的是電視機(jī)厚度和機(jī)體尺寸的大幅降低。但是，我們應(yīng)當(dāng)注意的是：

?平板電視消耗的電量相對(duì)較高，并且不同尺寸和功能組合的平板電視耗電量也會(huì)不同。與CRT電視相比，平板電視平均每立方厘米尺寸所消耗的功率要高出許多。

?傳統(tǒng)上消費(fèi)者會(huì)將電視擺放在客廳，電視機(jī)機(jī)身的噪聲傳播開(kāi)來(lái)，可能會(huì)釀成一個(gè)問(wèn)題。如果在電視機(jī)設(shè)計(jì)中增添冷卻風(fēng)扇，可能不會(huì)受到消費(fèi)者歡迎。

?在消費(fèi)電子領(lǐng)域，競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，成本問(wèn)題非常重要，而目前平板電視的售價(jià)相對(duì)較高。

在這種情況下，平板電視制造商根據(jù)面板尺寸的不同，應(yīng)用了不同的電源轉(zhuǎn)換鏈，從而優(yōu)化每一款電視機(jī)的設(shè)計(jì)。

小尺寸：最大為21英寸

這種尺寸的平板電視功耗通常低于70W。這個(gè)數(shù)值低于大多數(shù)諧波含量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)功耗的要求，因此無(wú)須使用功率因數(shù)校正(PFC)技術(shù)。在這種情況下，通常使用一個(gè)開(kāi)關(guān)電源(SMPS)。在正常模式下，開(kāi)關(guān)電源必須輸出額定功率，而在待機(jī)模式下，開(kāi)關(guān)電源必須擁有較高的能效。

市場(chǎng)上也有不同的處理方式：如采用外部電源，適配器遵從各種不同標(biāo)準(zhǔn)和行為準(zhǔn)則。當(dāng)然，作為替代之選，電源也可被嵌在電視機(jī)內(nèi)部作為開(kāi)放式電源。這種電源必須滿足待機(jī)能耗要求，并且在有源模式運(yùn)作下的能效較高，從而減少面板內(nèi)的發(fā)熱量。

在使用內(nèi)部電源單元和外部電源單元這兩種方式中，通常都采用到了反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)換器既能工作在固定頻率，也能工作在可變頻率(特別是就準(zhǔn)諧振模式而言)。

在額定負(fù)載和輕載條件下，要同時(shí)實(shí)現(xiàn)較高能效，關(guān)鍵就在于要采用能夠根據(jù)負(fù)載狀況調(diào)整工作模式的智能開(kāi)關(guān)電源控制器。

針對(duì)這種情況，多家半導(dǎo)體公司開(kāi)發(fā)出了一些備選方案，以安森美公司為例：

?跳過(guò)多余周期方案：固定頻率的如NCP1200/1216/1271，可變頻率的如NCPl207/1337。該方案如圖l所示。

?頻率反走方案：NCPl351

中等尺寸平板電視：介于26英寸至32英寸之間

對(duì)于這種尺寸面板的平板電視而言，功耗大幅增加，最大可達(dá)180W。由于輸入功率高于75W，因此，這種應(yīng)用應(yīng)該遵從歐盟IEC 1000-3-2D類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)或類(lèi)似區(qū)域性諧波含量標(biāo)準(zhǔn)。在這里，功率因數(shù)校正(PFC)技術(shù)也開(kāi)始應(yīng)用；而且，由于主電源必須進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)更高的能效和更小的體積。因此，有源PFC能夠發(fā)揮突出作用，對(duì)主電源單元輸入電壓的變化進(jìn)行限制。在這種功率級(jí)別，臨界導(dǎo)電模式(CRM)PFC是應(yīng)用得最為廣泛的拓?fù)洹Ｔ谶@方面，安森美半導(dǎo)體公司推出的NCP1606提供了一種具有高性價(jià)比并且可靠的解決方案。

在這種尺寸范圍面板的平板電視中，常用的有兩種電源轉(zhuǎn)換鏈。

第一種方法包含兩個(gè)電源。其中一個(gè)開(kāi)關(guān)電源采用的是反激式拓?fù)?，?zhuān)門(mén)用于背光，可為面板提供24V@5A的輸出功率；另一個(gè)開(kāi)關(guān)電源采用的也是反激式拓?fù)洌?fù)責(zé)為控制音視頻輸入輸出信號(hào)處理(CAVIO)板供電，可以提供40W@12V的功率(某些條件下電壓為5V)。后者還用于待機(jī)模式，在這種模式下，多種嚴(yán)格的輕載能效標(biāo)準(zhǔn)可以適用。

第二種電源轉(zhuǎn)換鏈只包含一個(gè)主開(kāi)關(guān)電源，可以為面板提供24V的電壓，還可以為CAVIO板提供12V電壓，這里要求的功率將在170W等級(jí)內(nèi)。此外，它還包含另一個(gè)專(zhuān)用于待機(jī)模式的器件，該器件可在正常模式下提供10W功率，而在待機(jī)條件下的電流消耗僅為500mA。

為了適應(yīng)更高的輸出功率，主開(kāi)關(guān)電源的拓?fù)洳粦?yīng)該還是單開(kāi)關(guān)反激，而應(yīng)該采用關(guān)反激，盡管這個(gè)區(qū)域也采用了一個(gè)半橋諧振LLC。這種拓?fù)渑c屏幕尺寸更大的面板共用一個(gè)通用拓?fù)洹?/p>

這種方法有一個(gè)顯著的好處，就是優(yōu)化了待機(jī)能耗，因?yàn)樵谶@個(gè)模式下，主開(kāi)關(guān)電源器件與PFC的功能會(huì)被關(guān)閉。

這兩種方法中，采用關(guān)電源的方法擁有許多優(yōu)勢(shì)：

?功率被予以更好地均衡，從而允許使用單開(kāi)關(guān)反激轉(zhuǎn)換器。

?消除了對(duì)背光進(jìn)行數(shù)字調(diào)光過(guò)程中滋生的交互穩(wěn)壓隱憂，避免了這個(gè)過(guò)程中負(fù)載變化過(guò)大的問(wèn)題。

?面向不需要執(zhí)行IEC諧波兼容規(guī)范的美國(guó)/北美地區(qū)的產(chǎn)品型號(hào)中，更易于移除PFC級(jí)。

?解耦源自CAVIO電源的面板功率。如果未來(lái)需要采用不同的背光技術(shù)，如EEFL、FEL和LED等，CAVIO電源可以簡(jiǎn)化演進(jìn)過(guò)程。

較大尺寸平板電視：37英寸

這種尺寸的LCD TV功耗最高達(dá)220W。在這種情況下，必須使用PFC技術(shù)，并強(qiáng)烈推薦使用有源PFC。在這個(gè)功率等級(jí)，可以考慮三種備選拓?fù)?，分別是臨界導(dǎo)電模式(CRM)、固定頻率非連續(xù)導(dǎo)電模式(FF DCM)和連續(xù)導(dǎo)電模式(cCM)。

NCPl605中采用了固定頻率非連續(xù)導(dǎo)電模式。這種模式結(jié)合了臨界導(dǎo)電模式的一些優(yōu)點(diǎn)，如從輸入正弦電壓的頂端開(kāi)始減小峰值電流，還結(jié)合了固定頻率解決方案的長(zhǎng)處，也就是當(dāng)輸入電壓通過(guò)零電壓時(shí)可對(duì)開(kāi)關(guān)頻率進(jìn)行鉗位，從而可對(duì)EMI信號(hào)進(jìn)行更好的控制。

在CCM模式下工作的緊湊型8引腳PFC控制器近期已經(jīng)推出，如安森美半導(dǎo)體推出的NCPl653和NCPl654器件。

與尺寸介于26～32英寸之間的面板相似，在37英寸面板市場(chǎng)，有兩種架構(gòu)：

?關(guān)電源架構(gòu)：其中一個(gè)開(kāi)關(guān)電源專(zhuān)用于背光，另一個(gè)電源器件專(zhuān)用于CAVIO板，并支持待機(jī)模式。

?單一主開(kāi)關(guān)電源架構(gòu)：主開(kāi)關(guān)電源提供24V和12V電壓，另加一個(gè)專(zhuān)用

的待機(jī)開(kāi)關(guān)電源。在待機(jī)模式下，主開(kāi)關(guān)電源被切斷。

雖然關(guān)電源架構(gòu)擁有明顯優(yōu)勢(shì)，但在高達(dá)200W的功率范圍下，設(shè)計(jì)人員必須考慮到輕載性能變得越來(lái)越重要，因?yàn)镃AVIO的功率容量增加了。不僅如此，采用反激等傳統(tǒng)拓?fù)淠軌驅(qū)崿F(xiàn)的功率密度在這里則成為一個(gè)問(wèn)題。其他能夠提高能效、減小尺寸和改善交互調(diào)節(jié)狀況的拓?fù)浔仨氂枰钥紤]。例如，大多數(shù)設(shè)計(jì)人員已經(jīng)選擇半橋諧振LLC解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)這些性能改善目標(biāo)。

大尺寸平板電視：40英寸及更大尺寸

40/42英寸LCD TV的功耗可能高達(dá)300W，46英寸的更是高達(dá)330W。在這個(gè)功率等級(jí)，連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)拓?fù)鋵?duì)PFC而言最為適用。此外，最少需要兩個(gè)開(kāi)關(guān)電源來(lái)滿足背光和信號(hào)處理的功率需求，以及遵從待機(jī)能耗要求。在這個(gè)功率等級(jí)，傳統(tǒng)的反激拓?fù)洳辉龠m用，設(shè)計(jì)人員必須考慮新的拓?fù)?，如?關(guān)前向拓?fù)浠虬霕蛲負(fù)洹＿@兩種拓?fù)涠夹枰谶B續(xù)導(dǎo)電模式下工作，而該模式會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)硬開(kāi)關(guān)和EMI信號(hào)挑戰(zhàn)，以及滋生在緊湊型消費(fèi)導(dǎo)向應(yīng)用中不受歡迎的電磁問(wèn)題。對(duì)于功率等級(jí)較低的LCD TV而言，它們通常采用的是準(zhǔn)諧振模式，這種模式憑借減小開(kāi)關(guān)損耗而能夠提高能效。而在功率等級(jí)更高的大屏幕平板電視中，采用諧振拓?fù)涞膬?yōu)勢(shì)十分突出，這種模式會(huì)引導(dǎo)設(shè)計(jì)人員采用半橋諧振LLC，而后者是諧振轉(zhuǎn)換器系列中的一員。半橋諧振LLC的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：

?基于完整負(fù)載范圍的零電壓開(kāi)關(guān)(zVSX在零漏極電壓條件下進(jìn)行開(kāi)關(guān)切換。通電損耗因此接近于零，與半橋相比EMI信號(hào)質(zhì)量更佳，而半橋拓?fù)涫枪ぷ髟谟查_(kāi)關(guān)條件下。

?低關(guān)斷電流：開(kāi)關(guān)在低電流條件下關(guān)斷，因此關(guān)斷損耗也比半橋拓?fù)涓汀?/p>

?副二極管可進(jìn)行零電流關(guān)斷：當(dāng)轉(zhuǎn)換器工作在滿載條件下時(shí)，輸出整流器會(huì)在零電流時(shí)關(guān)斷，從而減少EMI信號(hào)問(wèn)題。

?無(wú)需增加元件數(shù)量：元件數(shù)量基本上與傳統(tǒng)半橋拓?fù)湎喈?dāng)。

?良好的交互調(diào)節(jié)功能：盡管事實(shí)上采用單個(gè)開(kāi)關(guān)電源器件來(lái)同時(shí)為面板提供24V電壓和為CAVIO板提供12V電壓，但背光的數(shù)字調(diào)光并不會(huì)與兩路輸出電壓的調(diào)制產(chǎn)生干擾。

在這個(gè)功率等級(jí)，最常見(jiàn)的電源轉(zhuǎn)換鏈包含一個(gè)主開(kāi)關(guān)電源及一個(gè)待機(jī)專(zhuān)用開(kāi)關(guān)電源，其中主開(kāi)關(guān)電源采用半橋諧振拓?fù)?，能夠同時(shí)輸出24V和12V電壓。

圖所示為該諧振轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)。一個(gè)50％負(fù)載周期半橋提供了在零到輸入電壓VIN再到諧振電路之間搖擺的高壓方波。通過(guò)采用壓控振蕩器(VCO)來(lái)調(diào)節(jié)頻率，反饋回路能夠根據(jù)功率需求來(lái)調(diào)節(jié)輸出等級(jí)。

該諧振電路由電容Cs，以及兩個(gè)電感Ls和Lm串聯(lián)組成。其中的Lm電感代表的是變壓器磁化電感，它與Ls和Cs一起，會(huì)構(gòu)成一個(gè)諧振點(diǎn)。這個(gè)電感上的負(fù)載產(chǎn)生的反射要么會(huì)令諧振點(diǎn)從電路上消失(在大負(fù)載電流條件下，Lm會(huì)被電阻值較小的、發(fā)生了反射的負(fù)載電阻RL所完全短路)，要么會(huì)使其在輕載條件下繼續(xù)與串聯(lián)電感Ls串聯(lián)。其結(jié)果是，根據(jù)負(fù)載條件的不同，諧振頻率會(huì)在最小與最大之間變動(dòng)。

工作頻率取決于功率需求。在低功率條件下，工作頻率相當(dāng)之高，且離諧振點(diǎn)相當(dāng)遠(yuǎn)。但在高功率條件下，控制回路會(huì)降低開(kāi)關(guān)頻率，并會(huì)采用其中某個(gè)諧振頻率來(lái)為負(fù)載提供必需的電流。

結(jié)論

平板電視電源轉(zhuǎn)換鏈的設(shè)計(jì)需要考慮諸多的挑戰(zhàn)和相互沖突的設(shè)計(jì)折中，才能設(shè)計(jì)出無(wú)需有源冷卻的高性價(jià)比、高能效、小巧纖薄的解決方案。此外，為了滿足不同消費(fèi)者的需求，平板電視制造商需要提供眾多不同的功能組合，同時(shí)要求無(wú)須對(duì)每款電源進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)和IC制造商已經(jīng)合作起來(lái)探尋最佳的設(shè)計(jì)折中組合。如今，我們需要集中力量開(kāi)發(fā)下一代的LCD TV，令面板背光子系統(tǒng)能夠直接從功率因數(shù)轉(zhuǎn)換段供電。

Onstar最新監(jiān)測(cè)系統(tǒng)出招，被盜的車(chē)輛會(huì)自動(dòng)減速

當(dāng)偷車(chē)賊駕駛著盜竊的車(chē)輛被警察追逐時(shí)，被盜車(chē)輛會(huì)自動(dòng)減速，這要得益于　OnStar的一種新的被盜車(chē)輛服務(wù)。OnStar的這種服務(wù)容許安全顧問(wèn)通過(guò)發(fā)出遙控信號(hào)讓被盜車(chē)輛引擎的燃油流動(dòng)減少，從而使被盜車(chē)輛減速。該公司表示，其安全顧問(wèn)可能不久將與法律強(qiáng)制權(quán)力機(jī)構(gòu)一道工作，并向被盜車(chē)輛發(fā)出信號(hào)，以便這些被盜車(chē)輛將逐漸減速。

車(chē)輛必須具備電子系統(tǒng)、無(wú)線服務(wù)和QP9衛(wèi)星信號(hào)，以便于OnStar工作，并且戶主必須訂購(gòu)該服務(wù)。該服務(wù)將在一些通用汽車(chē)公司的2009年車(chē)型上亮相。大約160萬(wàn)輛汽車(chē)，其中，大約2/3是雪佛蘭牌汽車(chē)，將配備這種服務(wù)。駕駛員必須報(bào)告車(chē)輛被盜竊，然后，呼叫OnStar請(qǐng)求被盜車(chē)輛定位輔助系統(tǒng)，該系統(tǒng)依賴于GPS實(shí)現(xiàn)精確的跟蹤。一旦警察鎖定了該車(chē)，他們就能夠要求OnStar顧問(wèn)遙控減速。OnStar公司表示，它擁有安全裝置以確保顧問(wèn)能夠瞄準(zhǔn)正確的車(chē)輛。一個(gè)遙控信號(hào)與動(dòng)力總成系統(tǒng)交互作用來(lái)減少燃油的流動(dòng)。