毕业论文-开题报告-文献综述：多路开关电源的设计.Doc

1、本科毕业论文系列开题报告电气工程及其自动化多路开关电源的研究和设计一、课题研究意义及现状随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。任何电子设备都离不开可靠的电源，它们对电源的要求也越来越高。电子设备的小型化和低成本使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。在近半个多世纪的发展过程中，开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而取代传统技术设计制造的连续工作的线性电源，并广泛应用于电子、电气设备中。 1开关电源是利用现代电力电子技术，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电源，开关电源

2、一般由脉冲宽度调制（PWM）控制 IC 和 MOSFET 构成。 4开关电源的工作过程相当容易理解，在线性电源中，让功率晶体管工作在线性模式，与线形电源不同的是，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。 2-3 与线性电源相比，PWM 开关电源更为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。一旦输入电压被斩成交流方波，其幅值就可以通过变压器

3、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组数。最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。 8一些电力电子组件(PEBB)的研究、功率集成技术的研究、新型原材料和元器件的研究都希望从不同程度上提高电源的整体品质。电源相关技术的研究正处于迅速发展的阶段，可以预计下面几个问题是开关电源发展的永恒方向。开关电源的频率要高，这样动态响应才能快。配合高速微处理器工作是必需的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，产生的热能会减少，散热会更加容易，易于达到高功率密度。自 20 世纪 90 年代以来，开关电源的发展更是日新月异。许多新的领域和新的

4、要求又对开关电源提出了更新更高的挑战。如果从一个开关电源的输入和输出端口观察，可以发现输入的要求变得更严了，不符合 IEC1000-3-2 标准的产品将陆续被淘汰；输出则派生了许多特殊的应用领域，研制和开发的难度变得更大了。正是这些外界的要求推动了开关电源的两个分支技术一直成为当金电力电子领域的研究课题，它们是有源功率因数校正技术和低压大电流高功率 DC/DC 变换技术。另外，由于技术性能和要求的提高，许多相关技术课题的研究，例如 EMI 技术、 PCB Layout 问题、热理论的分析、集成磁技术、新型电容技术、新型功率器件技术、新型控制技术以及结构和工艺等正在迅速增加。二、课题研究的主要内

5、容和预期目标采用 UC3842 芯片，对多路输出反激式开关电源电路进行研究和设计，实现一个具有7 路相互独立的电压输出的开关电源系统。1）设计目标了解当前国内外开关电源的研究与其产品市场；为将来从事机电设备控制研发、制造及经营等方面工作打下基础。设计一个具有 7 路相互独立的电压输出的开关电源系统，完成样机的原理图。开关电源的技术要求：（1）输出电压：+5V，1A；15，50mA；15V ，100mA；（2）纹波电压峰峰值 UPP1V ；（3）DC-DC 变换器的效率70%；2）毕业设计的具体内容（1）交流电源输入经整流滤波成直流；（2）通过高频 PWM(脉冲宽度调制) 信号控制开关管，将直流

6、加到开关变压器初级上；（3）开关变压器次级感应出高频电压，经整流滤波供给负载；（4）输出部分通过一定的电路反馈给控制电路，控制 PWM 占空比，以达到稳定输出的目的；三、课题研究的方法及措施各路输出的稳压性能对于电路结构和高频变压器的设计来说至关重要。通常，主输出的稳定性要高于辅助输出。多路输出的反馈电路有 4 种类型：基本反馈电路、改进型基本反馈电路、配稳压管的光耦反馈电路以及配 TL431 的光耦反馈电路。UC3842 具有引脚少、外接元件少、接线简单、可靠性高、成本低等优点。UC3842 是电流控制型脉宽调制器，通常用于单端反激式变换器，输出功率限制在 100W 以下。该芯片主要有以下性

7、能：可调整振荡器的放电电流以产生精确的占空比；最高开关频率可达 500kHz；带锁定的 PWM，可以实现逐个脉冲的电流限制；具有内部可调整的参考电源，可以进行欠压锁定；图腾柱输出电路能够提供大电流输出，输出电流可达1A，可直接对 MOSFET 进行驱动；带滞环的欠压锁定电路可有效地防止电路在闭值电压附近工作时的振荡；起动电流的工作电流低，起动电流小于 1mA，正常工作电流为 15mA。利用 UC3842 设计制作的多路输出单端反激式开关电源具有良好的性能指标，动态响应快，频率响应特性好；稳压幅度大，纹波电压小；负载调整率高，工作稳定可靠。四、课题研究进度计划2010 年 10 月 20 日至

8、12 月 4 日 明确任务，收集资料，确定系统总体设计方案，完成外文翻译、文献综述及开题报告。12 月 4-3 月：完成硬件电路设计，撰写设计报告与论文；3 月-4 月 15 日：完善与修改毕业论文；五、参考文献 1 王兆安，黄俊.电力电子技术（第 4 版）M.电力电子技术.北京：机械工业出版社，20022 沙占友 等编著新型单片开关电源设计与应用技术M北京：电子工业出版社，20043 周志敏，周纪海,纪爱华.开关电源使用设计（第 2 版）M.北京：人民邮电出版社，20074 开关电源的原理与设计M 北京：电子工业出版社，1999 年5 常敏慧，王英剑.新型开关电源实用技术M.北京：电子工业出

9、版社， 1999，4.6 周志敏，周纪海等. 现代开关电源控制电路及应用 M. 北京：人民邮电出版社，2005，5.7 张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计（修订版）M. 北京：电子工业出版社，2004，9.8 李爱文. 现代通信基础开关电源的原理和设计M.北京： 科学出版社，2001，5.9 刘贤兴，李众，李捷辉等 .新型智能开关电源技术M. 北京：机械工业出版社，2003，8.10 阮绵晖，张依群.开关电源在直流系统中的应用J.云南电力技术， 2002，(2) .毕业论文文献综述电气工程及自动化开关电源研究综述摘要：文章对开关电源做了较为全面的介绍。概括了开关电源的背景知识，定义，应用以及

10、较为详细的分类情况。然后对开关电源的分类以及发展的走势进行了展望。关键词：开关电源 控制电路 电路设计1.引言随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。任何电子设备都离不开可靠的电源，它们对电源的要求也越来越高。电子设备的小型化和低成本使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。在近半个多世纪的发展过程中，开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而取代传统技术设计制造的连续工作的线性电源，并广泛应用于电子、电气设备中。20 世纪 80 年代，计算机全面实现了开关电源化，率先完成了计算机的电源换代。2

11、0 世纪 90 年代，开关电源在电子、电气设备以及家电领域得到了广泛的应用，开关电源技术进入快速发展期。 1开关电源是利用现代电力电子技术，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电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制 IC 和 MOSFET 构成。 4开关电源的工作过程相当容易理解，在线性电源中，让功率晶体管工作在线性模式，与线形电源不同的是，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。 2-3 与线性

12、电源相比，PWM 开关电源更为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。一旦输入电压被斩成交流方波，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组数。最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。 8开 关 电 源 可 分 为 AC/DC 和 DC/DC 两 大 类 ， 也 有 AC/AC DC/AC 如 逆 变 器 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

13、 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 。 以 下 分 别 对 两 类 开 关 电 源 的 结 构 和 特 性 作 以 阐 述 。2.开 关 电 源 的 分 类2.1 DC/DC类 开 关 电 源DC/DC变 换 器 是 开 关 电 源 的 核 心 部 分 ， 它 是 一 种 控 制 开 关 S通 /断 时 间 的 比 例 ， 用电 抗 器 与 电 容 器 蓄 积 能 量 的 元 件 。 对 断 续 的 波 形 进 行 平 滑 处

14、理 ， 从 而 更 有 效 地 调 整 功 率流 的 电 路 。 按 输 入 输 出 的 隔 离 方 式 有 隔 离 方 式 与 非 隔 离 方 式 ； 按 开 关 的 控 制 方 式 有 自 励式 与 它 励 式 ， 以 及 脉 宽 调 制 、 脉 频 调 制 与 幅 度 调 制 等 多 种 方 式 。 7DC/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 T不 变 ， 改 变 频 率 F的 调 制 方 式 (通 用 )， 二 是 频 率

15、F不 变 而 改 变 脉 宽T的 调 制 方 式 （ 易 产 生 干 扰 ） 。 其 具 体 的 电 路 由 以 下 几 类 ： Buck电路降压斩波器、其输出平均电压U0 小于输入电压UD ，极性相同。Boost对电路升压斩波器，其输出平均电压U0大于输入电压UD ，极性相同。BuckBoost 电路降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压UD，极性相反，电感传输。Cuk电路降压或升压斩波器，其输出平均电压 U0大于或小于输入电压UD，极性相反，电容传输。 5当 今 软 开 关 技 术 使 得 DC/DC发 生 了 质 的 飞 跃 ， 美 国 VICOR公 司 设 计 制 造

16、的 多 种 ECI软 开 关 DC/DC变 换 器 ， 其 最 大 输 出 功 率 有 300W、 600W、 800W等 ， 相 应 的 功 率 密 度 为(6.2、 10、 17)W/cm3， 效 率 为 （ 80 90） 。 日 本 Nemic Lambda公 司 最 新 推 出 的 一 种采 用 软 开 关 技 术 的 高 频 RM系 列 开 关 电 源 模 块 ， 其 开 关 频 率 为 200 300kHz， 功 率 密 度已 达 到 27W/cm3， 采 用 同 步 整 流 器 （ MOSFET代 替 肖 特 基 二 极 管 ） ， 使 整 个 电 路 效 率 提高 到 90 。

17、 32.2 AC/DC类 开 关 电 源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 电 流 由 负 载 传 输 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 ， 必 须 经 整 流 、 滤 波 ， 因 此 体 积 相 对 较 大 的 滤 波 电 解 电 容 器 是必 不 可 少 的 。 同 时 因 遇 到 安 全 问 题 （ 如 UL、 CCEE等 ） 及 EMC指 令 的 限 制 （ 如IE

18、C、 FCC、 CSA） ， 交 流 输 入 侧 必 须 加 EMC滤 波 器 及 使 用 符 合 安 全 标 准 的 元 件 ， 这 样就 限 制 了 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 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

19、程 。 因 此 必 须 采 用 电 源 统 优 化 设 计 方 法 才 能 使 其 工 作 效 率 达 到 一 定 的 满意 程 度 。3.结论开 关 电 源 的 发 展 方 向 是 高 频 、 高 可 靠 、 低 耗 、 低 噪 声 、 抗 干 扰 和 模 块 化 。 由 于 开 关电 源 轻 、 小 、 薄 的 关 键 技 术 是 高 频 化 ， 因 此 国 外 各 大 开 关 电 源 制 造 商 都 致 力 于 同 步 开 发新 型 高 智 能 化 的 元 器 件 ， 特 别 是 改 善 二 次 整 流 器 件 的 损 耗 ， 并 在 功 率 铁 氧 体 材 料 上 加 大科 技 创 新

20、 ， 以 提 高 在 高 频 率 和 较 大 磁 通 密 度 下 获 得 高 的 磁 性 能 ， 而 电 容 器 的 小 型 化 也是 一 项 关 键 技 术 。 SMT 技 术 的 应 用 使 得 开 关 电 源 取 得 了 长 足 的 进 展 ， 在 电 路 板 两 面 布置 元 器 件 ， 以 确 保 开 关 电 源 的 轻 、 小 、 薄 。 开 关 电 源 的 高 频 化 就 必 然 对 传 统 的 PWM开 关 技 术 进 行 创 新 ， 实 现 ZVS、 ZCS 的 软 开 关 技 术 已 成 为 开 关 电 源 的 主 流 技 术 ， 并 大幅 提 高 了 开 关 电 源 的

21、工 作 效 率 。 对 于 高 可 靠 性 指 标 ， 美 国 的 开 关 电 源 生 产 商 通 过 降 低 运行 电 流 ， 降 低 结 温 等 措 施 以 减 少 器 件 的 应 力 ， 使 得 产 品 的 可 靠 性 大 大 提 高 。 模 块 化 是 开关 电 源 发 展 的 总 体 趋 势 ， 可 以 采 用 模 块 化 电 源 组 成 分 布 式 电 源 系 统 ， 并 实 现 并 联 方 式 的容 量 扩 展 。 针 对 开 关 电 源 运 行 噪 声 大 这 一 缺 点 ， 若 单 独 追 求 高 频 化 其 噪 声 也 必 将 随 着 增大 ， 而 采 用 部 分 谐 振

22、转 换 电 路 技 术 ， 在 理 论 上 即 可 实 现 高 频 化 又 可 降 低 噪 声 ， 但 部 分 谐振 转 换 技 术 的 实 际 应 用 仍 存 在 着 技 术 问 题 ， 故 仍 需 在 这 一 领 域 开 展 大 量 的 工 作 ， 以 使 得该 项 技 术 得 以 实 用 化 。开 关 电 源 正 在 走 向 大 众 化 ， 微 型 化 。 开 关 电 源 将 逐 步 取 代 变 压 器 在 生 活 中 的 所 有应 用 ， 低 功 率 微 型 开 关 电 源 的 应 用 要 首 先 体 现 在 ， 数 显 表 、 智 能 电 表 、 手 机 充 电 器 等 方面 。 现

23、 阶 段 国 家 在 大 力 推 广 智 能 电 网 建 设 ， 对 电 能 表 的 要 求 大 幅 提 高 ， 开 关 电 源 将 逐 步取 代 变 压 器 在 电 能 表 上 面 的 应 用 。电 力 电 子 技 术 的 不 断 创 新 ， 使 开 关 电 源 产 业 有 着 广 阔 的 发 展 前 景 。 要 加 快 我 国 开关 电 源 产 业 的 发 展 速 度 ， 就 必 须 走 技 术 创 新 之 路 ， 走 出 有 中 国 特 色 的 产 学 研 联 合 发 展 之路 ， 为 我 国 国 民 经 济 的 高 速 发 展 做 出 贡 献 。参考文献1 周志敏，周纪海，纪爱华.开关

24、电源实用技术：设计与应用（第二版） M.北京:人民邮电出版社，2007，8.2 周志敏，周纪海等. 现代开关电源控制电路及应用M. 北京：人民邮电出版社，2005，5.3 张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计（修订版）M. 北京：电子工业出版社，2004，9.4 周志敏，周纪海，纪爱华 .开关电源功率因数校正电路设计与应用M. 北京：人民邮电出版社，2004，11.5 刘贤兴，李众，李捷辉等.新型智能开关电源技术M.北京：机械工业出版社，2003，8.6 张占松，蔡宣三. 开关电源的原理与设计M. 北京：电子工业出版社， 2001.7 李爱文. 现代通信基础开关电源的原理和设计M. 北京： 科

25、学出版社，2001，5.8 常敏慧.开关电源应用、设计与维修M. 上海：科技文献出版社， 2001，3.9 常敏慧，王英剑.新型开关电源实用技术M. 北京：电子工业出版社， 1999，4.10 沙占友，王彦朋，马洪涛，李玮.开关电源的设计与应用系列书 开关电源优化设计M. 北京：中国电力出版社，1995，9.11 阮绵晖，张依群.开关电源在直流系统中的应用J. 云南电力技术， 2002，(2) .12 农兵，开关电源ABCJ. 实用影音技术，2002，(9).13 Thanh T.Tran，Power Supply Design ConsiderationsM. California: Uni

26、versity of California Press，2007，5.14 Ai-wen Qu,Dong-fang Cheng,Xu Feng,Simulation realization of skip cycle mode ingrated control circuit in the switching power supply with low standby lossM.shanghai:Journal of Shanghai University,2006,10. 毕业设计（20_ _届）多路开关电源的设计摘 要电源是电子设备的必不可少的功能模块，其性能的优劣直接影响到电子设备的技

27、术性能和可靠性。开关电源具有效率高、体积小、重量轻、可靠性高、负载分担容易等一系列特点。多路开关电源以 UC3842 作为控制核心，根据UC3842 的应用特点，设计了一种基于该电流型 PWM 控制芯片、实现输出电压可调的开关稳压电源电路。开关电源是利用现代电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）和 MOSFET 构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。开关电源比普通的线性电源效率高，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。关键词：开关电源； 控制电路 ；电路设计；