36V高性能开关电源研制任务+开题+综述+设计.docx
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36V高性能开关电源研制任务+开题+综述+设计
任务书
电子信息工程
36V高性能开关电源研制
一、主要任务与目标：
研制一36V高性能开关电源。
主要包括：
电压整流及滤波电路、功率因数校正电路、DC／DC变换器三大部分的设计，APFC芯片的选择及控制，准谐振DC／DC变换器的选择和同步整流技术的应用。
它适用于小型的电力工具，比如电瓶车充电、遥控器、手机充电等。
具有效率高、体积小、重量轻、控制精度高和快速性好等优点。
二、主要内容与基本要求：
1、输入电压AC220V,输出电压DC36V；
2.功率因数大于0.9；
3.功率大于100w；
4.效率大于85%。
三、计划进度：
毕业设计期限：
自2010年9月18至2011年5月18日。
第一阶段：
（2010年-2011年第一学期第七周到第八周）：
分析任务，收集关于高性能开关电源的资料。
第二阶段：
（2010年-2011年第一学期第九周到第十二周）：
方案设计，完成开题报告、文献综述,外文翻译。
第三阶段：
（2010年-2011年第一学期第十三周到第十六周）：
36V高性能开关电源的设计、系统的调试。
第四阶段：
（2010年-2011年第一学期第十七周到第十八周）：
撰写设计报告与论文。
第五阶段：
（2010年-2011年第二学期）：
设计作品完善，论文修改。
四、主要参考文献：
[1]Gu-YeonWeiandMarkHorowitz.ALowPowerSwitchingPowerSupplyforSelf-ClockedSystems[J]，2000,8（8）:
28～30.
[2]王振宇,成立.一款实用高性能开关电源的设计与实现[J].电测与仪表,2007,10,44（5）:
61～64.
[3]蔡宣三.开关电源发展轨迹[J].电子产品世界,2000,（4）:
42～43.
[4]赵军.开关电源技术的发展[J].船电技,2005,（5）:
13～16.
[5]丁道宏.国内外开关电源的发展展望[M].技术展望:
10～12.
[6]用志敏.开关电源的分类及应用[M].电子质量出版社,2007,8（8）:
36～37.
[7]王创社，乐开端，谭玉山，杜忠.开关电源两种控制模式的分析与比较[J].电力电子技术报,1998,（3）：
78～81.
开题报告
电子信息工程
36v高性能开关电源研制
一、课题研究意义及现状
开关电源这一称谓也是相对于线性稳压电源而产生的。
顾名思义，开关电源就是电路中的电力电子器件工作在开关状态的电源。
这样一来，如果把四大类基本电力电子电路（AC—DC电路、DC．AC电路、AC—AC电路、DC—DC电路）都看成电源电路，则所有的电力电子电路也都可以看成开关电源电路。
但是在实际应用中，开关电源所涵盖的范围比这个范围要小的多。
同时具备三个条件的电源可称之为开关电源，这三个条件就是：
开关（电路中的电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态）、高频（电路中的电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频）和直流（电源输出是直流而不是交流）
开关稳压电源（以下简称开关电源）取代晶体管线性稳压电源（以卜．简称线性电源）已有30多年历史，最早出现的是串联型开关电源，其主电路拓扑与线性电源相仿，但功率晶体管工作于开关状态。
后来脉宽调制（PwM）控制技术有了发展，用以控制开关变换器，得到PwM开关电源，它的特点是用20kHz脉冲频率或脉冲宽度调制。
PwM开关电源效率可达65～70％，而线性电源的效率只有30～40％。
开关电源是在电子、通信、电气、能源、航空航天、军事以及家电等领域应用非常广泛的一种电力电子装置。
它具有电能转换效率高、体积小、重量轻、控制精度高和快速性好等优点，在小功率范围内基本上取代了线性调整电源，并迅速向中大功率范围推进，在很大程度上取代了晶闸管相控整流电源。
开关电源技术是目前中小功率直流电能变换装置的主流技术。
但是开关电源的设计工作较为繁琐，难度大。
开关电源在发生世界性能源危机的年代，引起了人们的广泛关注。
线性电源工作丁工频，因此用工作频率为20kHz的PwM开关电源替代，可大幅度节约能源，在电源技术发展史上誉为20kHz革命。
随着ULsI芯片尺寸不断减小，电源的尺寸与微处理器相比要大得多；航天，潜艇，军用开关电源以及用电池的便携式电子设备（如手提计算机，移动电话等）更需要小型化，轻量化的电源。
因此对开关电源提出了小型轻量要求，包括磁性元件和电容的体积重量要小。
此外要求开关电源效率要更高，性能更好，可靠性更高等。
据外国专家预计，世界开关电源的销售额将由1992年的84亿美元猛增至1999年的166亿美元，其间的综合年增长率在10%以上，高于世界电子产品的整体发展水平（8.8%）。
其中DC/DC产品的市场份额将从目前的20%上升到24%。
刺激开关电源市场进一步扩大并将继续推动开关电源技术进步的主要用户是计算机及其外围设备。
另外，快速发展的通信及消费品市场也正逐渐引起开关电源制造厂家的关注。
技术的进步如功率系数的校正、相位调制、高频电源转换、零电压及零电流转换、单片式转换器已为该工业注入新的活力。
随着这些技术实用化的进展，开关电源的设计会得到较大改进。
二、课题研究的主要内容和预期目标
课题研究的主要内容：
研制一36V高性能开关电源。
主要包括：
电压整流及滤波电路、功率因数校正电路、DC／DC变换器三大部分的设计，APFC芯片的选择及控制，准谐振DC／DC变换器的选择和同步整流技术的应用。
课题研究的预期目标：
1、输入电压AC220V,输出电压DC36v；
2.功率因数大于0.9；
3.功率大于100w；
4.效率大于85%；
三、课题研究的方法及措施
课题研究的方法：
实验法。
课题研究的措施：
查找相关资料了解课题相关内容；通过实物电路原理图进一步掌握高性能开关电源的工作原理；画出控制系统构成图、流程图、接线图、列出输入输出点的I/O口分配，写出源程序及对应的梯形图；根据接线图连线进行调试并分析存在的问题然后进行改进，直到达到设计要求。
系统设计原理示意框图如下：
四、课题研究进度计划
毕业设计期限：
自2010年9月18至2011年5月18日。
第一阶段：
（2010年-2011年第一学期第七周到第八周）：
分析任务，收集关于高性能开关电源的资料。
第二阶段：
（2010年-2011年第一学期第九周到第十二周）：
方案设计，完成开题报告、文献综述,外文翻译。
第三阶段：
（2010年-2011年第一学期第十三周到第十六周）：
36V高性能开关电源的设计、程序的编写及系统的调试。
第四阶段：
（2010年-2011年第一学期第十七周到第十八周）：
撰写设计报告与论文。
第五阶段：
（2010年-2011年第二学期）：
设计作品完善，论文修改。
五、参考文献
[1]Gu-YeonWeiandMarkHorowitz.ALowPowerSwitchingPowerSupplyforSelf-ClockedSystems[J]，2000.
[2]王振宇,成立.一款实用高性能开关电源的设计与实现[J].电测与仪表,2007,10,44（502）61～64.
[3]蔡宣三.开关电源发展轨迹[J].电子产品世界,2000，（4）:
42～43.
[4]赵军.开关电源技术的发展[J].船电技,2005，（5）：
13～16.
[5]丁道宏.国内外开关电源的发展展望[M].技术展望：
10～12.
[6]用志敏.开关电源的分类及应用[M].电子质量出版社，（271104）36～37.
[7]王创社，乐开端，谭玉山，杜忠.开关电源两种控制模式的分析与比较[J].电力电子技术报1998，（3）：
78～81.
[8]周志敏，周纪海，纪爱华.高频开关电源设计与实用实例[M].人民邮电出版社，2008,12：
351～427.
[9]沙占友,刘勇,安兵菊.AC/DC开关电源模块的电路设计[J].电测与仪1999,（9）:
21～41.
[10]任增民，秦会斌，崔佳冬.一种大功率LED驱动电路设计与实现[J].杭州电子科技火学学报,2007,10,27（5）:
72～76.
[11]王凡,王志强.开关电源电磁干扰分析及抑制[J].电源技术应用报,2005，4，8（4）：
26～30.
[12]杜中义.开关电源输出纹波抑制措施的研究[J].《电力电子技术》l996，（4）：
55～57.9
毕业论文文献综述
电子信息工程
开关电源的发展与应用
摘要：
本文介绍了开关电源（powerswitchingpower[1]）的产生、发展及趋势，特点和应用领域。
开关电源不仅具备电能转换效率高、体积小、重量轻、控制精度高和快速性好等优点，而且容易对应较宽的输入电压范围，在各领域都有广泛的应用。
关键词：
开关电源;高频;DC-DC;
1.引言
开关电源主要由220V交流电压整流及滤波电路、功率因数校正电路、DC／DC变换器三大部分组成[2]。
它是在电子、通信、电气、能源、航空航天、军事以及家电等领域应用非常广泛的一种电力电子装置。
随着ULSI芯片尺寸不断减小，电源的尺寸与微处理器相比要大得多；航天，潜艇，军用开关电源以及用电池的便携式电子设备（如手提计算机，移动电话等）更需要小型化，轻量化的电源。
因此对开关电源提出了小型轻量要求，包括磁性元件和电容的体积重量要小。
此外要求开关电源效率要更高，性能更好，可靠性更高等。
[3]
2.开关电源的发展
开关电源的前身是线性稳压电源。
在开关电源出现之前，许多控制设备的工作电源都采用线性稳压电源。
由于计算机等电子装置的集成度不断增加，功能越来越强，他们的体积却越来越小，因此迫切需要体积小、重量轻、效率高、性能好的新型电源，这就成了开关电源技术发展的强大动力。
[4]
开关电源频率要高．这样动态响应才能陕，配合高速微处理器工作是必须的；也是减小体积的重要途径；体积要减小，变压器电感、电容都要减小体积；效率要高，产生的热能台减少，散热会容易，容易达到高功率密度。
[5]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。
在20世纪60年代末，巨型晶体管（GTR）的出现，使得采用高工作频率的开关电源得以问世。
在20世纪80年代，IGBT的出现让仅适用于小功率场合的开关电源在中大功率直流电源也得以发挥。
在20世纪80年代后20年为了解决电磁干扰问题，出现了软开关技术开关电路。
随后在20世纪90年代，为了提高开关电源的功率因数，出现了功率因数校正技术（PFC）。
[4]
3.开关电源的种类与控制方式
3.1开关电源的种类
开关电源可分为AC／BC和DC／DC两大类，DC／DC变换器现已实现模块化，且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，并已得到用户的认可，但AC／Dc的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中，遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。
[6]
3.2开关电源的控制方式
电压型：
只对输出电压采样并作为反馈信号实现闭环控制以稳定输出电压。
缺点：
动态响应速度较慢、输出滤波器对控制环增加了两个极点，这就需要增加一个零点补偿、由于环路增益随输入电压而变，使得补偿变得更加复杂化。
电流型：
是针对电压型控制器的缺点发展起来的。
它增加了电流反馈环，电感电流不再是一个独立变量。
它只有单个极点和90相位滞后．因而很容易不受约束地得到大的开环增益和完善的小信号、大信号特性。
[7]
优点：
动态响应和线性调整率速度快、具有最佳的大信号特性。
4.开关电源的应用[8]
4.1在AC/DC开关稳压电源上的应用
AC/DC电源模块普遍采用微电子技术,把小型表面安装集成电路与微型电子元器件组装成一体,构成高效率AC/DC电源变换模块。
选择此类开关电源模块,不仅能大大简化电源电路设计,缩短新产品研制周期,还能实现最佳性能指标,提高整机仪器仪表的可靠性,减小其体积与重量,便于安装和维护。
[9]
4.2在电源适配器上的应用
电源适配器是小型便携式电子设备及电子电器的供电电源变换设备，一般由外壳、电源变压器和整流电路组成，按其输出类型可分为交流输出型和直流输出型；按连接方式可分为插墙式和桌面式。
广泛配套于电话子母机、游戏机、语言复读机、随身听、笔记本计算机、蜂窝电话等设备中。
4.3在DC/DC变换器上的应用
DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁、列车、电动车的无级变速和控制，同时使上述控制具有加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。
用直流斩波器代替变阻器可节约20％～30％的电能。
直流斩波器不仅能起到调压的作用（开关电源）,同时还能起到有效抑制电网侧谐波电流噪声的作用。
4.4在充电器上的应用
由一个稳定电源（主要是稳压电源、提供稳定工作电压和足够的电流）加上必要的恒流、限压、限时等控制电路构成。
4.5在LED驱动的应用
一种用普通开关电源专用芯片UC3843为控制电路的大功率LED驱动电路。
[10]
5.开关电源的前景展望
能源在社会现代化方面起着关键作用。
电力电子技术其灵活的功率变换方式，高性能、高功率密度、高效率，在21世纪必将得到大力发展，而开关电源是电力电子技术中占有很大比重的一个重要方面。
[5]它的高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用。
推动了高新技术产品的小型化、轻便化。
另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。
[6]
参考文献：
[1]Gu-YeonWeiandMarkHorowitz.ALowPowerSwitchingPowerSupplyforSelf-ClockedSystems[J]，2000.
[2]王振宇,成立.一款实用高性能开关电源的设计与实现[J].电测与仪表,2007,10,44（502）61～64.
[3]蔡宣三.开关电源发展轨迹[J].电子产品世界,2000，（4）:
42～43.
[4]赵军.开关电源技术的发展[J].船电技,2005，（5）：
13～16.
[5]丁道宏.国内外开关电源的发展展望[M].技术展望：
10～12.
[6]用志敏.开关电源的分类及应用[M].电子质量出版社，（271104）36～37.
[7]王创社，乐开端，谭玉山，杜忠.开关电源两种控制模式的分析与比较[J].电力电子技术报1998，（3）：
78～81.
[8]周志敏，周纪海，纪爱华.高频开关电源设计与实用实例[M].人民邮电出版社，2008,12：
351～427.
[9]沙占友,刘勇,安兵菊.AC/DC开关电源模块的电路设计[J].电测与仪1999,（9）:
21～41.
[10]任增民，秦会斌，崔佳冬.一种大功率LED驱动电路设计与实现[J].杭州电子科技火学学报,2007,10,27（5）:
72～76.
本科毕业设计
（20届）
36V高性能开关电源研制
摘要
随着电子技术的高速发展，电力电子技术与人们的工作、生活的关系日益密切。
而电子设备都离不开可靠的开关电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域。
程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。
本文设计了一个以UC3842芯片为核心的宽电压输入范围，单路固定电压输出的36V，100W的并联式开关稳压电源。
其优点是具有电压纹波小、输出电压稳定、效率高且有保护功能，具有一定的参考价值。
关键词：
UC3842；高功率因素；并联式；高稳定；高效率
Abstract
Withtherapiddevelopmentofelectronictechnology,PowerElectronicsandpeopleworkingandlivingincreasinglywereclosedrelationshipbetween.AlsoElectronicdevicescannotdowithoutreliableswitchingpowersupply.ComputerpowerhadachievedswitchofpowerIntothe80's.Switchingpowersupplyhasaccesstoavarietyofelectronic,electricalequipmentinthefieldintothe90's.Program-controlledswitches,communications,electronictestequipmentpowerandcontrolequipment,powersupplieshavebeenwidelyusedinswitchingpowersupply,butalsopromotedtherapiddevelopmentofswitchingpowersupplytechnology.
ThisdesignisbasedonthecorechipUC3842widevoltageinputrange,singlefixedvoltageoutput36V,100WswitchingpowersupplyforParallel.Theadvantageisavoltageripple,outputvoltage,highefficiencyandhasovercurrentprotection.
PrecisionKeyWords:
UC3842;Highpowerfactor;Parallel;Highstability;Highefficiency
1引言
1.1开关电源的定义
开关电源是利用现代的电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种开关电源。
它一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。
随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这为开关电源提供了广阔的发展空间。
如图1-1所示，开关电源不仅具备电能转换效率高、体积小、重量轻、控制精度高和快速性好等优点，而且容易对应较宽的输入电压范围，在各领域都有广泛的应用[1]。
图1-1开关电源系统总体框图
1.2开关电源的分类
人们在开关电源技术领域是边开发相关电力电子器件，边开发开关变频技术，两者相互促进推动着开关电源每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。
AC／DC和DC／DC是开关电源的两大类，而DC／DC变换器现已实现模块化[2]。
但AC／DC的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中，遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。
以是两类开关电源的结构和特性：
DC/DC变换：
DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。
斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改变ton（通用），二是频率调制方式，ton不变，改变Ts（易产生干扰）。
AC/DC变换：
AC/DC变换是将交流变换为直流，其功率流向可以是双向的，功率流由电源流向负载的称为“整流”，功率流由负载返回电源的称为“有源逆变”。
AC/DC变换器输入为50/60Hz的交流电，因必须经整流、滤波，因此体积相对较大的滤波电容器是必不可少的，同时因遇到安全标准（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、、FCC、CSA），交流输入侧必须加EMC滤波及使用符合安全标准的元件，这样就限制AC/DC电源体积的小型化，另外，由于内部的高频、高压、大电流开关动作，使得解决EMC电磁兼容问题难度加大，也就对内部高密度安装电路设计提出了很高的要求，由于同样的原因，高电压、大电流开关使得电源工作损耗增大，限制了AC/DC变换器模块化的进程，因此必须采用电源系统优化设计方法才能使其工作效率达到一定的满意程度。
1.3开关电源的发展和趋势
1955年美国罗耶（GH.Roger）发明的自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器，是实现高频转换控制电路的开端，1957年美国查赛（JenSon）发明了自激式推挽双变压器，1964年美国科学家们提出了取消工频变压器的串联开关电源的设想，这对电源向体积和重量的下降获得了重大意义。
到了1969年由于大功率硅晶体管的耐压提高，二极管反向恢复时间的缩短等元器件改善，终于做成了25千赫的开关电源。
目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。
市场上出售的开关电源中采用双极性晶体管制成的100kHz、用MOS-FET制成的500kHz电源。
虽已经实用化，但其频率还需要一步提高。
要提高开关频率，就要减少开关损耗，而要减少开关损耗，就需要有高速开关元器件。
然而，开关速度提高后，会受电路中分布电感和电容或二极管中存储电荷的影响而产生浪涌或噪声。
这样，不仅会影响周围电子设备，还会大大降低电源本身的可靠性。
其中，为防止随开关启-闭所发生的电源浪涌，可采用R-C或L-C缓冲器，而对由二极管存储电荷所致的电流浪涌可采用非晶态等磁芯制成的磁缓冲器。
不过，对1MHz以上的高频，要采用谐振电路，以使开关上的电压或通过开关的电流呈正弦波，这样既可减少开关损耗，同时也可控制浪涌的发生。
这种开关方式称为谐振式开关。
1.4常规拓扑结构
作为电源设计的核心组件、可靠性升级的基础轻薄小型化的关键、电磁兼容性的保障的DC-DC流变换电路引导着开关电源设计的方向但从本质上,但从本质上来说，绝大部分开关制器都具有常规的几种拓扑结构[3]。
1.4.1降压型
降压型又称BuckStep-down控制器，图1-2为其典型电路结构。
图1-2降压型典型电路结构
基本工作原理：
当开关
管导通（
）,电感L将能量以磁场的形式储存起来,随着电源电压
对电感L的充电,L电流
对输出电容
充电,并提供负载电流
被反向偏置而截止。
当
截止（
）时，L中消失的磁场使其极性颠倒，
加正向偏压而导通，L和
在
提供负载电流
。
1.4.2升压型
升压型又称BoostStep-up控制器图1-3为其典型电路结构。
图1-3升压型典型电路结构
基本工作原理：
当
导通时，能量储存在L中，由于
截止，所以
期间负载的电压和电流由
供给。
在
截止时，储存在L中的能量通过正向偏置的
传送到负载和
L放电电压的极性与
相同,且与
相串联,因而提供了一种升压作用。
1.4.3极性反转型
极性反转型又称Inverting、Buck-Boost控制器。
图1-4为其典型电路结构。
图1-4极性反转型典型电路结构
基本工作原理：
当
导通时，接在
两端的L被充电,由于
截止,所以
期间,负载的电压和电流由
供给。
当
截止时，储存在L中的能量通过
传送到负载和
。
因为L上消失的磁场颠倒了电感器电压的极性，因而提供了一种极性转换的作用。
1.5课题达到的技术要求
1、输入电压AC220V,输出电压DC36V；
2.功率因数大于0.9；
3.功率大于100w；
4.效率大于85%。
2原理与设计
2.1开关电源的工作原理
开关电源一般是由主电路、
升级会员 