基于反激电路的DCDC降压开关电源设计Word格式文档下载.docx

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稳压管

ABSTRACT

Seriestoprovidepowersupplyforthetransistorwithlargeandbulkysize-frequencytransformers,sizeandweightaregreatfilters,occupyalargerspace,thequalityoflarger,lessefficientnotapplytothedevelopmentofelectronictechnologyisnowthepaperproposedthedevelopmentofnewpowerviews.Inordertoapplymorepowerelectronicsminiaturizationandlightrequirements,switchingpowersupplysoon.Switchingpowersupplyusingpowersemiconductordevicesasswitches,throughperiodicon-offswitch,controlswitchtoadjusttheaircomponentofthetotaloutputvoltage,becauseswitchingpowersupplyisdirectlyrectifiedmainsvoltage,filter,adjustment,nopowertransformer,highfrequency,filtercapacitance,inductanceissmall,sorelativelysmallsize,lowpowerconsumptionandswitchingpowersupplyontheapplicationofstrongpower,soswitchpowergraduallyreplacedthetraditionalpower.Switchingpowersupplypromptedthedevelopmentofpowerelectronicdevicestowardthelightofthedevelopmentofavarietyofswitchingpowersupplytopology,selecttheappropriatetopology,theappropriatedevice,isthetoppriorityofswitchingpowersupplydesign.Flybacktypeswitchpowersupplyplaysarolethatcannotbereplacedbecauseofitsstructureandlowcost,itcanbethebestchoiceforlowpowersource.

Keywords：

switchpowersupply;

TopologyStructure;

Transformer;

stabilivolt

第一章绪论

1.1课题的背景以及选题意义

开关电源的前身是线性稳压电源。

线性稳压电源的结构简单。

其中的关键元件是稳压调整管，电源工作时检测输出电压，通过反馈电路对稳压调整管的基极电流进行负反馈控制。

这样，当输入电压发生变化，或负载变化引起电源的输出电压变化时，就可以通过改变稳压调整管的管压降来使输出电压稳定。

为了使稳压调整管可以发挥足够的调节作用，稳压调整管必须工作在线性放大状态，且保持一定的管压降。

因此，这种电源被称为线性稳压电源。

早期的开关电源的频率仅为几千赫，随着电力电子器件及磁性材料性能的不断改进，开关频率才得以提高。

20世纪60年代末，垂直导电的高耐压、大电流的双极型电力晶体管（亦称巨型晶体管、BJT、GTR）的出现，使得采用高工作频率的开关电源得以问世。

但当开关频率达到10KHZ左右时，变压器、电感等磁性元件发出很刺耳的噪声，给工作和生产造成了很大噪声污染。

为了减小噪声，并进一步减小电源体积，在20世纪70年代，新型电力电子器件的发展给开关电源的发展提供了物质条件。

开关频率终于突破了人耳听觉极限的20KHZ。

随着电力电子技术的发展，工作在高频的开关电源己经广泛应用于电气和电子设备的各个领域。

开关电源设计的目的是通过能量处理将输入能量变化为所需要的能量输出，通常的形式是产生一个符合要求的输出电压，这个输出电压的值不能受输入电压或者负载电流的影响。

开关电源分为，隔离与非隔离两种形式，在这里主要谈一谈隔离式开关电源的拓扑形式，隔离电源按照结构形式不同，可分为两大类：

正激式和反激式。

反激式指在变压器原边导通时副边截止，变压器储能。

原边截止时，副边导通，能量释放到负载的工作状态，一般常规反激式电源单管多，双管的不常见。

正激式指在变压器原边导通同时副边感应出对应电压输出到负载，能量通过变压器直接传递。

按规格又可分为常规正激，包括单管正激，双管正激。

半桥、桥式电路都属于正激电路。

正激和反激电路各有其特点，在设计电路的过程中为达到最优性价比，可以灵活运用。

一般在小功率场合可选用反激式。

稍微大一些可采用单管正激电路，中等功率可采用双管正激电路或半桥电路，低电压时采用推挽电路，与半桥工作状态相同。

大功率输出，一般采用桥式电路，低压也可采用推挽电路。

反激式电源因其结构简单，省掉了一个和变压器体积大小差不多的电感，而在中小功率电源中得到广泛的应用。

在有些介绍中讲到反激式电源功率只能做到几十瓦，输出功率超过100瓦就没有优势，实现起来有难度。

本次设计是为一款为芯片供电的小功率电源，输出只有几瓦，所以选择反激式开关电源。

1.2本课题的主要研究内容

1、主要内容：

开关电源是通过控制开关晶体管开通和关断时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。

开关电源被誉为高效节能电源，它代表着稳压电源的发展方向，现已成为稳压电源的主流产品。

开关电源内部关键元器件工作在高频开关状态，本身消耗的能量很低，电源效率可达80%一90%，比普通线性稳压电源效率提高近一倍。

本文从基础的开关电源电路入手，进行分析和比较，最后选择了用反激的方式设计一款体积小、成本低，降压效果好：

输出电压稳定、可调节性强的直流降压开关电源。

2、基本要求：

1．输入直流24V；

2．输出+15V1A;

－15V0.5A；

3．电压纹波小于0.1V。

3、设计内容：

1．开关电源主电路设计；

2.开关电源控制电路设计；

3．用Protel绘制电路原理图，并XXXPCB；

4．开关电源组装、调试。

4、论文体系与结构如下：

第二章介绍了开关电源的基本的拓扑结构以及工作原理，并进行了适合本次设计的拓扑结构的选择。

第三章主要介绍了控制电路芯片UC3843的工作原理以及电压反馈回路的设计。

第四章主要进行了反激式开关电源整体的的设计，包括电路组成和子电路的设计。

第五章主要利用Protel绘制电路原理图以及PCB版图。

第六章主要制造电路板以及解决电路板XXX中的困难。

第七章主要总结以前的工作。

第二章主电路的选择以及原理

开关电源的拓扑结构很多，但是最基本的电路就是boost，buck以及buck-boost电路，本章大概的讲述了几种基本的电路和拓扑结构并将其进行的比较，从中选择了适合本次设计的反激式拓扑结构。

2.1开关电源的几种基本的拓扑结构

2.1.1Buck电路

图2-1Buck电路

1.Buck电路的工作原理[1]:

Buck电路（图2-1）即为降压斩波电路。

控制脉冲使Q导通之后，C开始充电，输出电压加到负载R两端，在C充电过程中，电感L内的电流逐渐增加，储存的磁场能量也逐渐增加。

此时续流二极管D因反向偏置而截止。

经过Ton时间以后，控制信号使Q截止，L中的电流减小，L中储存的磁场能量便通过续流二极管D传递给负载。

当负载电压低于电容C两端的电压时，C便向负载放电。

经过时间Toff后，控制脉冲又使Q导通，上述过程重复发生。

输出电压

（

为输入电压；

q为占空比）（2-1）

2.Buck电路的特点

Buck电路是正激型类变换器最基本的拓扑结构。

由于电路中没有变压器，所以输入和输出之间没有隔离；

因为占空比D＜1,所以Buck电路只能实现降压，所以在任何时候，输出电压只能比输入电压低；

Buck电路仅有一路输出，如果需要多路输出需要加后继调节器；

Buck电路即可以工作于电流连续状态，又可以工作于电流总是断续的；

电路输出纹波较小，效率高，输入与输出电压差大，但是动态响应差；

Buck电路简单，所以成本比较低，体积小。

2.1.2Boost电路

图2-2Boost电路

1.Boost电路的工作原理[2]

Boost电路（图2-2）即为升压斩波电路，当Q导通时，能量从输入电源流入，并储存于电感L中，由于Q导通期间正向饱和管压降很小，所以这时二极管D反偏截止导通，负载由滤波电容C供给能量，将C中储存的电能释放给负载R。

当Q截止时，电感L中电流不能突变，它所产生的感应电势阻止电流减小，感应电势的极性为右正左负，二极管D导通，电感中储存的能量经二极管D，流入电容C，并供给负载R。

q为占空比）（2-2）

2.Boost电路的特点：

Boost电路是反激类变换器电路最基本的拓扑结构。

Boost与Buck一样，电路中没有变压器，所以电路中没有隔离；

Boost电路的输出电压高于输入电压，能够起到升压作用；

电感电流有连续和断续两种工作模式，大功率场合常采用连续模式，小功率场合常一般采用断续模式；

由于电感串联在输入电路中，所以输入纹波很小，但是输出纹波大，尤其工作在断续模式下纹波更大。

Boost电路的转换效率比较低，所以电源电压的利用率比较低，输出的功率较小。

2.1.3Buck-boost电路

图2-3Buck-boost电路

1.Buck-boost电路的工作原理[3]

Buck-boost电路（图2-3）即为升降压斩波电路，当开关管Q导通时，输入直流电压V全部加于储能电感L的两端，感应电势的极性为上正下负，二极管D反向偏置截止，储能电感L将电能变换成磁能储存起来。

电流从电源的正端经Q及L流回电源的负端。

经过Ton时间以后，开关管Q截止时，储能电感L自感电势的极性变为上负下正，二极管D正向偏置而导通，储能电感L所存储的磁能通过D向负载R释放，并同时向滤波电容C充电。

经过时间Toff后，控制脉冲又使Q导通，D截止，L储能，已充