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随着电力电子技术飞发展，特别是微电子技术的发展，电器设备的种类越来越多，任何电器设备都离不开电源，电源发挥着举足轻重的地位，同时随着电源技术的普及以及科学技术的进步，特别是一些先进仪器对电源提出了更高的要求。
现代电源技术的发展方向，是从低频技术为主的传统电源技术，向以高频为主的现代电源技术方向转变。
电源技术是一种应用功率半导体器件，综合电力变换技术、现代电子技术、自动控制技术的多学科的边缘交叉技术。
随着科学技术的发展，电源技术又与现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等许多领域密切相关。
目前电源技术已逐步发展成为一门多学科互相渗透的综合性技术学科。
它对现代通讯、电子仪器、计算机、工业自动化、电力工程、国防及某些高新技术提供高质量、高效率、高可靠性的电源起着关键的作用。
当代许多高新技术均与市电的电压、电流、频率、相位和波形等基本参数的变换与控制相关。
电源技术能够实现对这些参数的精确控制和高效率的处理，特别是能够实现大功率电能的频率变换，从而为多项高新技术的发展提供了有力的支持。
因此，电源技术不但本身是一项高新技术，而且还是其他多项高新技术的发展基础。
电源技术及其产业的进一步发展必将为大幅度节约电能、降低材料消耗以及提高生产效率提供重要的手段，并为现代生产和现代生活带来深远的影响。
电源如今已是非常重要的基础科技和产业，从日常生活到最尖端的科技，都离不开电源技术的参与和支持，电源技术也正是在这种环境中一步步发展起来的。
第1章概述
第1.1节DC-DC隔离电源简介
1.1.1.目前市面上有隔离型和非隔离型2种电源
（1）、非隔离型电源
非隔离设计仅限于双绝缘产品，例如灯泡的替代产品，其中LED和整个产品都集成并密封在非导电塑料中，因此，最终用户并没有任何触电的危险。
二级产品都是隔离型的，价格相对比较昂贵，但在用户可以接触到LED和输出接线的地方（通常在LED照明和路灯照明应用的情况下），这种产品必不可少。
（2）、隔离型电源
带隔离变压器或者电气隔离的LED驱动电源意味着LED可以直接用手接触而不会触电。
而无隔离变压器的LED驱动电源虽仍可以借助防护外壳实现部分机械绝缘，但此时的LED在工作时并不能直接接触。
1.1.2.什么是DC-DC隔离电源
DC-DC隔离电源直流输入转换到直流输出的的一种安全性比较高的电源，它的输入电源采用隔离变压器与输出隔离开来，输入输出不共地，能有效的减少市电的触电的危险。
隔离电源适用于安全、隔离、漏电流小、净化电源、消除三次谐波及抑制共模干扰的场合。
适用于交流50Hz至400Hz，电压1000V以下的电路中，广泛用于照明、机床电器、机械电子设备、医疗设备、整流装置等隔离变压器按用用途分为两类；
一类是防止触电事故发生而对电源进行隔离的安全电源变压器。
另一类隔离变压器是对电磁干扰信号进行隔离，它广泛用于电子电路中，抑制噪声和电磁干扰。
第1.2节DC-DC隔离电源发展趋势
1.2.1.高频、高效、低压大电流化、标准化是DC-DC隔离电源的发展趋势
（1）、在封装结构上向着薄型和超薄型方向发展
以前标准模快的高度是12.7mm（0.5英寸），最近已下降到9.53mm（0.375英寸），一般客户要求薄型封装尺寸为7.5mm（0.295英寸），8.5mm（0.335英寸），10mm（0.394英寸）。
外形尺寸趋于国际标准化尺寸，多为1/8、1/4、1/2、3/4和全砖式结构，输出端子相互兼容的设计日趋明显。
模块内部控制电路倾向于采用数字控制方式，非隔离式DC/DC变换器比隔离式增长速度快，分布式电源比集中式电源发展快。
（2）、低电压大电流化
μm向50nm迈进，芯片所需最低电压最终将变为0.6V，但输出电流将朝着大电流方向发展。
（3）、高效化
应用各种软开关技术，包括无源无损软开关技术、有源软开关技术（如ZVS/ZCS谐振、准谐振）、恒频零开关技术、零电压、零电流转换技术及目前同步整流用MOSFET代替整流二极管都能大大地提高模块在低输出电压时的效率，而效率的提高使得敞开式无散热器的电源模块有了实现的可能。
这类模块是当今世界模块发展的潮流，必将得到广泛应用。
随着器件性能的改变，电源效率即将达到92％（5V）、90％（3.3V）、87.5％（2V）。
（4）、大电流和高密度化
1991年高功率密度定义为每立方英寸输出功率25W，以后逐年增加，1994年为每立方英寸36W，1999年为每立方英寸52W，到2001年为每立方英寸96W，现在每立方英寸达数百W。
在全球范围内高功率密度直流转换模块市场以每年16.8％的增长速度向前发展。
输出电流将增长到半砖80A、1/4砖50A。
目前，日本TDK公司推出新一代分布式隔离型DC/DC转换器，其参数为1/4砖输入电压42V～58V、输出电压12V、输出电流27A、效率为95％，功率密度已达每立方英寸236W；
1/8砖输入电压42V～58V、输出电压12V、输出电流13.5A、效率为95％，功率密度已达每立方英寸214W。
（5）、高频化
为了缩小开关电源的体积，提高电源的功率密度并改善动态响应，小功率DC/DC变换器的开关频率已由现在的200kHz～500kHz提高到1MHz以上，但高频化又会产生新的问题，如开关损耗以及无源元件的损耗增大，高频寄生参数的影响以及高频电磁干扰增大等。
1.2.2.一流电源产品离不开先进的元器件及先进的工艺
（1）、功率器件的发展是电源技术发展的基础
Ω左右。
提高器件耐压，同时减小其导通电阻仍是今后MOSFET的主要研究方向。
绝缘栅双极型晶体管IGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的电力电子器件，它的控制极为绝缘栅控场效应晶体管，输出极为PNP双极功率晶体管，因而具有两者的优点，而克服了两者的缺点。
目前耐压可达6.5kV，电流可达1.2kA，今后的主攻方向仍是扩大容量，减小内阻，以减小导通损耗。
由于IGBT经常工作在高频、高压、大电流状态下，又由于电源作为系统的前级，易受电网波动、雷击影响，容易损坏，故IGBT的可靠性直接影响电源可靠性，所以，在选择IGBT时，除作降额考虑外，对IGBT的保护设计也极为重要。
IGCT是GTO的更新换代产品，它应用了分布集成门极驱动，浅层发射极等技术。
器件的开关速度有一定提高，同时减少了门极驱动的功率，应用方便，IGCT的出路仍然是高电压、大容量。
（2）、变压器与磁性元件
随着电力电子技术的发展和成熟，人们逐渐认识到磁性元件不仅是电源中的功能元件，同时其体积、重量、损耗在整机中也占相当比例。
据统计，磁性元件的重量一般是变换器总重量的30％～40％，体积占总体积的20％～30％，对于模块化设计的高频电源，磁性元件的体积、重量所占的比例还会更高。
另外，磁性元件还是影响电源输出动态性能和输出纹波的一个重要因素。
因此，要提高电源的功率密度、效率和输出品质，就应对减小磁性元件的体积、重量及损耗的相关技术进行深入研究，以满足电源发展的需要。
（3）、磁集成技术的发展和应用
所谓磁集成技术，就是将变换器中的两个或多个分立磁体绕制在一副磁芯中，从结构上集中在一起。
集中后的磁件拟称为集成磁件，通过一定的耦合方式，合理的参数设计，能有效地减小磁体的体积和损耗。
在一定应用场合，还可以减小电源输出纹波，提高电源输出的动态性能。
另外，磁集成技术明显能减小连接端，可有效地减少大电流场合端子的损耗。
集成技术的发展历史已有70余年，目前已能实现电感与电感集成，电感与变压器集成，并广泛地应用于电压调整模块、功率因数校正、谐振变换器等场合，随着未来电源的发展，新型磁性材料和磁芯将不断涌现，势必对磁集成技术提出更高要求，所以，此技术今后的主攻方向仍然是进一步拓宽磁集成技术的应用领域，扩大应用场合，不断研究适用于新的磁性材料与磁芯结构的磁集成技术，为电源缩体，减重做贡
第1.3节课题研究意义
时代在发展，电力电子技术也在飞速发展，其中特别是微电子技术的发展更为迅速，电器设备的种类越来越多，任何电器设备都离不开电源，电源真发挥这举足轻重的地位，同时随着电源技术的普及以及科学技术的进步，特别是一些先进仪器对电源提出了更高的要求。
所以我们只有不断的研究和提高电源技术的设计水品才能更好的服务于当代的先进电器，同时维有不断的进步才能更上时代的脚步。
，当今更是朝着，体积小，效率高，电磁污染小，可靠性高的方向发展。
DC-DC隔离电源广泛应用于各各领域，电源技术不但本身是一项高新技术，而且还是其他多项高新技术的发展基础。
电源技术及其产业的进一步发展必将为大幅度节约电能、降低材料消耗以及提高生产效率提供重要的手段，并为现代生产和现代生活带来深远的影响
第2章DC-DC隔离技术原理
第2.1节DC-DC隔离电源系统
2.1.1.DC-DC隔离电源技术
（1）、DC/DC转换器的分类基本上就是直流开关电源的分类。
直流DC/DC转换器按输入与输出之间是否有电气隔离可以分为两类：
一类是有隔离的称为隔离式DC/DC转换器；
另一类是没有隔离的称为非隔离式DC/DC转换器。
隔离式DC/DC转换器也可以按有源功率器件的个数来分类。
单管的DC/DC转换器有正激式（Forward）和反激式（Flyback）两种。
双管DC/DC转换器有双管正激式（DoubleTransistorForwardConverter），双管反激式（DoubleTransistrFlybackConverter）、推挽式（Push-PullConverter）和半桥式（Half-BridgeConverter）四种。
四管DC/DC转换器就是全桥DC/DC转换器（Full-BridgeConverter）。
隔离式DC/DC转换器在实现输出与输入电气隔离时，通常采用变压器来实现，由于变压器具有变压的功能，所以有利于扩大转换器的输出应用范围，也便于实现不同电压的多路输出，或相同电压的多种输出。
2.1.2.开关电源的基本组成
图2-1开关电源框图
（1）、变换器
●BUCK变换器
BUCK拓扑有很多限制，所以我们在选用之前先要给BUCK拓扑增加许多的限制。
BUCK变换器只有一个输入，一个输出。
●反激变换器
凡是在开关管截止时间向负载输出能量的统称为反激变换器。
反击变换器有隔离与不隔离2类。
●正激变换器
正激变换器与反激变换器电路相似但工作完全不同。
关键在于晶体管导通时，输入电压加在变压器初级，输出二极管正偏导通；
而反激当晶体管截止时，二极管导通。
因此能量不像反激那样存储在初级电感中。
变压器是真正意义上的变压器。
当晶体管截止时，仅存储在变压器漏感和激磁电感能量。
这将使得漏极电压高于输入电压，复位磁芯。
●推挽（全桥、半桥）
推挽拓扑有2类变换器，一类是电压型如图2-5，一类是电流型如2-6。
电流型和电压型的区别在于电流型输入需要一个电感，但不需要输出电感。
而电压型输出必须有滤波电感。
（2）、PWM控制电路
当今科学技术的发展已经没有了学科的界限，PWM控制技术主要发展方向之一为结合现代控制理论思想或实现无谐振波开关技术。
PWM控制是一种模拟控制方式，他是根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。
这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持稳定，PWM是通过微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。
PWM控制技术控制简单，灵活而且动态响应好，凭借这些优点成为了电力电子技术最为广泛的控制方式，同时也是人们研究控制技术的热点。
随着电子技术的发展，出现了多种PWM技术，其中包括：
相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等，而在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽PWM法，它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。
可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。
（3）、辅助电路
实现电源的软（远程）启动，为保护电路和控制电路（PWM等芯片）工作供电。
第2.2节开关电源的工作原理
2.2.1.工作原理
开关电源的工作过程相当容易理解，在线性电源中，功率晶体管工作在线性模式，与线性电源不同的是，PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态，在这两种状态中，加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的（在导通时，电压低，电流大；
关断时，电压高，电流小）/功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗。
与线性电源相比，PWM开关电源更为有效的工作过程是通过“斩波”，即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。
脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节。
一旦输入电压斩成交流方波，其幅值就可以通过变压器来升高或降低。
通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压值。
最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。
控制器的主要目的是保持输出电压稳定，其工作过程与线性形式的控制器很类似。
也就是说控制器的功能块、电压参考和误差放大器，可以设计成与线性调节器相同。
他们的不同之处在于，误差放大器的输出（误差电压）在驱动功率管之前要经过一个电压/脉冲宽度转换单元。
开关电源有两种主要的工作方式：
正激式变换和升压式变换。
尽管它们各部分的布置差别很小，但是工作过程相差很大，在特定的应用场合下各有优点。
第3章硬件设计
第3.1节主电路设计
3.1.1.设计电路的一般考虑
在设计DC-DC隔离电源之前我们应当仔细研究设计的电源技术要求，一般我们需要考虑的要求如下：
●电器特性
输入、输出、保护、显示和只是功能、系统功能、电气绝缘、电磁兼容等方面要求。
●机械范围
尺寸、重量、安装方向等方面要求。
●环境条件
环境温度、存储温度、湿度、高度等方面要求。
●可靠性
平均故障间隔时间（MTBF）大于100000小时。
3.1.2.拓扑的选择
由于本次设计的是小功率的隔离电源，所以在拓扑的选择上一般在正激拓扑、反激拓扑以及BUCK拓扑之间选择。
本次设计的主要是对DC-DC隔离电源的设计，电路要求小功率，电磁兼容性好，效率高，本次设计采用的MC34063芯片为主芯片，此芯片外电路电路简单，所需元器件少，能有效的简化电路。
该芯片本身包含了DC/DC变换器所需要的主要功能的单片控制电路且价格便宜。
它由具有温度自动补偿功能的基准电压发生器、比较器、占空比可控的振荡器，R—S触发器和大电流输出开关电路等组成。
该器件可用于升压变换器、降压变换器、反向器的控制核心，由它构成的DC/DC变换器仅用少量的外部元器件。
如下图所示：
图3-1电源电路图
3.1.3.输出电路
（1）、输入与输出
如果输出与输入共地，则可以采用非隔离的Buck，Boost共地变换器。
这些电路结构简单，元器件少。
如果输入电压很高，从安全考虑，一般输出需要与输入隔离。
在选择拓扑之前，我们首先应当知道输入电压变化范围内，输出电压是高于还是低于输入电压？
如，Buck变换器仅可用于输出电压低于输入电压的场合，所以，输出电压应当在任何时候都应当低于输入电压。
如果你要求输入24V，输出15V，就可以采用Buck拓扑；
但是输入24V是从8V～80V（MIL－STD－704A），则不能使用Buck变换器，因为Buck变换器不能将8V变换成15V。
如果输出电压始终高于输入电压，就得采用Boost拓扑。
如果只有一个输出那BUCK比较合适。
（2）、输出整流
开关电源的输出整流管一般采用快速恢复二极管（FRD）、超快恢复二极管（SRD）或者肖特基二极管（SBD）。
他们具有开关特性好、反向恢复时间段、正向电流大、体积小、安装简便等优点。
反向恢复时间的定义为电流通过零点由正向转向反向，再由反向转换到规定低值的时间间隔它是衡量高频整流及续流器件性能的重要技术指标。
●肖特基二极管
在输出低压低的变换器中肖特基作为输出整流管是最好的，因为它正向压降低，又没有反向恢复时间，不过，虽然它确实正向压降低和没有反向恢复时间，但肖特基二极管在阴极和阳极之间通常有较大的电容。
随加在肖特基上电压变化对此电容必然存在充电和放电（当肖特基几乎没有加电压时，电容最大）。
这种现象非常像普通二极管的反相恢复电流。
视电路不同，也可能其损耗比用一个超快恢复整流管时损耗大得多。
●二极管
由于二极管正向压降的负温度系数特性和正向压降的离散性，结果一个电流较大的二极管，损耗加大而温度高，正向压降降低电流继续加大，正反馈，最后导致一个二极管流过全部电流而烧坏，记住了吗？
所以虽然能将二极管并联但应当注意热平衡（即确保它们之间最小的热组）。
如果用两个分立二极管实际上这样做不会很成功。
要是两个二极管做在一个芯片上，具有相同的热和电气特性。
可以做到较好均衡。
MOSFET压降具有正温度特性，使得并联容易。
●反向恢复时间
肖特基没有反向恢复时间，而所有双极型二极管都有反向恢复问题。
它是在二极管正向导通电流IF关断时刻，由于少数载流子存储效应不能立即消失，还能在短时间trr=ta+tb（图3.3）流过反方向（即由22阴极到阳极）电流，这个时间trr叫做反向恢复时间。
（3）、输出滤波电容的选择
滤波电容在开关电源中起着非常重要的作用，如何正确选择输出滤波电容，是设计或制作开关电源时需要解决的关键问题之一。
。
如图3-1所示：
图3-2输出滤波电路
电路中D1为整流作用，应为二极管工作在高频电路中所以就要求二极管的回复时间要短，不然很可能就会烧坏电路。
就回复时间而言肖特基二极管C1、C2为滤波作用，本次设计借助了BUCK电路的理念，实现单管输出。
简化了电路的同时达到了隔离的效果。
3.1.4.变压器的设计
（1）、磁芯选择
目前，高频开关电源变压器所用的磁芯材料一般有铁氧体、坡莫合金材料、非晶合金和超微晶材料。
这些材料的价格有所偏差，坡莫合金价格最高，从降低电源产品的成本方面来考虑不宜采用。
非晶合金和超微晶材料的饱和磁感应强度虽然高，但在假定的测试频率和整个磁通密度的测试范围内，它们呈现的铁损最高，因此，受到高功率密度和高效率的制约，它们也不宜采用。
虽然铁氧体材料的损耗比坡莫合金大些，饱和磁感应强度也比非晶合金和超微晶材料低，但铁氧体材料价格便宜，可以做成多种几何形状的铁芯。
对于大功率、低漏磁变压器设计，用E-E型铁氧体铁芯制成的变压器是最符合其要求的，而且E-E型铁芯很容易用铁氧体材料制作。
从综合角度来考虑，本设计变换器的变压器磁芯选择高频铁氧体PC40。
PC40磁芯参数如下：
图3-3pc40磁滞回线
为磁感应强度.
BS为饱和磁感应强度.
BM为最高磁感应强度.
H为磁场强度.
Br为磁场感应强度H=0时的剩余磁通.
He与Hc为矫顽（磁）力.
（2）、变压器设计
初级线圈电感
（公式3-1）
初级线圈匝数
（公式3-2）
初级刺激线圈砸比
（公式3-3）
因此
（公式3-4）
第3.2节外部电路的设计
3.2.1.PWM控制控制
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