1、毕业设计文献综述 电子信息工程 基于 UC4383 的反激式开关电源设计 前言 随着电子技术的飞速发展 ,电子电力技术的应用领域变得越来越广泛 ,电子设备的种类也越来越多。电子仪器的小型化和低成本化的趋势，令电源开始向更轻、薄、小以及高效率的方向发展。电子电源是可以对公用电网以及其他电能进行变换和控制 ,并提供优质电能的供电设备。它可分为线性电源和开关电源 ,当中 ,开关电源可以分为 AC-AC 电源、 DC-DC 电源、 AC-DC电源和 DC-AC 电源。目前 ,我国通讯、家用电器等领域普遍的使用开关电源。 开关电源用半导体器件 作为开关元件，通过周期性离合开关，控制开关元件的占空比来调整
2、输出电压，开关电源是直接对电网电压进行整流、滤波，工作频率高，由于采用的电容和电感都比较小，从而体积较小，而且开关电源的功耗较低，结构简单，因此传统的电源的应用逐渐被取代开关电源所取代。开关电源的发展使得电力电子器件朝着轻薄化的方向发展，开关电源有多种拓扑结构，选择合适的拓扑结构和合适的器件，是设计开关电源的重中之重。 本文主要介绍了开关电源的发展与现状 ,以及几种开关电路的特点。 主题 一开关电源的发展与现状： 电源产品的应用领域很广泛。据统计 , 1999 年 ,其全球的市场规模已经突破 166 亿美元。而功率模块电源作为它的一个分支 ,在通讯、汽车、电力控制和军事方面占有重要的地位全球市
3、场功率模块的规模从 1999 年 的 300 亿美元 增长 到 2004 年 的 5 亿 美元 。在中国 ,由于信息、家电领域 ,油漆是快速通讯事业的发展，促进了电源市场的发展。目前 ,我国的通信、信息、家用电器等领域 ,采用的都是开关电源。其中 ,通信电源是增长最快的一部分。程控交换机市场经在多年的发展以后趋于平稳 ,而移动通信已成为热点。预测以后中国开关电源市场总额至少在70 亿元人民币以上 ,而且功率模块所占的 比例将会越来越大 1。 1955 年科学家研制出了一种利用磁芯的饱和来进行自己振荡的晶体管直流变换器。之后，因这种技术，而发展出来的各种直流变换器取代了过去的换流设备，其变换器中
4、功率晶体管处于开关工作状态，成为了最初的开关电源。到了 70、 80 年代，由于各种新型的晶体管、开关变压器以及开关二极管的相继出现，开关电源得到了飞速的发展，而成为各种电源中的佼佼者。 我 国开关电源研制工作起源于 20 世纪 60 年代初期， 到 80 年代中期 ,开关电源产品开始推广应用。经过 20 多年的不断发展 ,我国的新型功率器件的研发为开关电源的 高频化奠定了基础 ,而功率 MOSFET 和 IGBT 的应用更是使中小功率开关电源工作频率得到了更大的提高。软开关技术的出现 ,真正实现了开关电源的高频化 ,它不仅可以减少电源的体积和重量 ,而且提高了开关电源的效率。目前 ,采用软开
5、关技术的国产开关电源 ,其效率已达到 93%5。 开关电源技术发展的基础是新型半导体器件的研制。只要高性能的碳化硅半导体器件研制成功 ,那将是革命性的影响。还有就是各种变压器和新型电容器等元器件的发展 ,也为对电源技术的发展提供助力 2。 开关电源已经向集成化发展。集成化是将各种功用的电路和功率 开关器件进行一体化。集成化和模块化使开关电源电路更加简单 ,可靠性更高 , 还减小了电源体积、减轻了重量。 开关电源技术是一项系统工程。它的主要技术平台包括主电路拓扑结构、标准 IC 和 装置传统的工艺与成熟 的 技术 的 设计 、 EMC、国际统一的安全指标、计算机仿真以及制造平台、自动在线测试及功
6、能测试 ,生产等各种技术的规范化、系列化。而当中 ,生产工艺与质量控制的技术平台是其中一个最关键的组成部分。 提供 的 一套完整的质量控制技术包括自动嵌套、自动插件 到 最后 的 组装生产工艺、 SMT 以及 焊接过程中接头结合 的工艺 ,在线测试、功能测试和性能 以及老化 测试 等 9。 拓扑结构 ,主要以单元与模块化 ,积木块的方式组合。零电压零电流软开关技术和同步整流技术已成为一个重要途径，来提高效率。 磁材料的先进的设计技术，如可变电压平面磁器件技术和集成技术，是追求小型化的发展方向 8。 低压、大电流、大功率的需求以及其他的问题给设计者带来了很大的挑战。如何减少损耗、提高效率、提高热
7、交换率，并最终实现 N+1 冗余的热插拨 ,以促进合并成一个分布式供的电系统 ,是当前主要的课题之一 3。 开关电源的有关技术研究正处于迅速发展阶段。小型化、轻量化和高频化，高效率和高可 靠，低噪声和良好的动态相应等几个方面是开关电源发展的方向 4。 中国的电力供应市场在未来的 几 年里、大容量电源产品的快速增长需求 ,将使得 开关电源市场稳步增长。 由于我国 能源和环境问题日益凸显 ,政府也开始越来越重视，所以 电力行业体制改革是 势在必行 的 ;随着 先进的电力电子 技术发展， 开关电源 在 环境节能问题中扮演的角色越来越重要 ,高效、大容量 的机组 已逐渐成为主 力，并 有效的推动 了电
8、源市场的需求 ,所以中国的电力供应市场 的 这个改变方向 与国家的 宏观政策调控 以及 电力工业的影响是密不可分的。 受 宏观经济政策的影响 ,中国电力工业 的 结构 已经开始 调整 ,小的火力发电机组已经停止 ,大的 ,高效的生产单位纷纷 投入生产 。 这种 结构 的 变化显著刺激电力行业市场需求对大容量电源 ,开关电源市场 ,以有效地促进平稳增长。 技术的不断进步推动着产品创新。电源产品和电子技术的进步发展是密切相关的。近年来，伴随电力电子技术的迅速发展，开关电源产品也向高频、高功率密度、高功率因数、高效率、高可靠性和高智能化发展。“绿色”电源的到来以及模块化电源的问世，为缓解中国的能源和
9、环境问题带来了巨大的帮助 6。 二开关电源的几种电路特点 Buck 电路是一种非隔离型电路，即为降压 斩波电路。其输出电压 V0 和开关管的占空比D=Ton/T 成正比，所以通过改变开关管的占空比可以控制输出平均电压的大小。由于占空比D=Ton/T 总是小于 1，所以 V0总是小于 V1，所以此电路称为降压斩波电路，即 buck 变换器。 Buck 电路只能达到降压目的，所以在任何时间，只能输出电压比输入电压低。由于其中没有变压器，所以没有输入和输出之间隔离。 Buck 电路不能用于多路输出，除非外加个第二级的电压调节器，虽然 buck 电路不仅可以工作在电流连续状态，还可以工作在电流断断续续
10、的状态。 Buck 转换器开关的门极驱动很麻 烦，但是 buck 电路简单，因此成本相对较低，而且 buck变换器可以转变一个正的输入为一个负的输出 7。 正激电路是隔离型电路的一种，它的电压比关系和降压型电路非常相似，仅有的差别在于变压器的电压比，因此正激电路的电压比可以看成是，将输入电压 Ui 按电压比折算至变压器二次侧后根据降压型电路得到。正激电路导通时输入馈电给负载，截止时 L 供电给负载，当单管正激时，开关管的电压最大，变压器的利用率不高（仅适用磁滞回线第一象限），制作上要加反馈绕组。 正激电路一般采用电压叠加的双正激开关电路。 当采用双正激时，功率增大 了一倍，输出频率增加一倍，纹
11、波及动态响应得到改善，开关管耐压值减半，而且取消了反馈绕组，自身的几个稳压管构成反馈路径，降低了变压器的制作工艺要求。因此双正激电路广泛应用于大功率变换电路中，被认为是目前可靠性较高，制作不复杂的主要电路之一 10。 反激电路可以看成是将升降压电路中的电感换成变压器绕组 W1 和 W2 相互耦合的电感而得到的。因此它的变压器在工作中总是经历着储能 -放电的过程。反激型电路的结构最为简单，元器件数少，因此成本较低，广泛适用于数瓦至数十瓦的小功率电源中，在各种家电、计算机设备、工业设备中 广泛使用的小功率开关电源中，基本上都采用反激式电路 4。 总结 随着我国电力行业的不断扩展，开关电源的也不断的
12、在更新换代，更加适应我国的发展要求，向世界靠拢。开关电源有多种拓扑结构，常用的是上面所提到的几种，每一种拓扑结构都要自己的优势和缺点，所以只有仔细分析各种拓扑结构，才能决定自己的设计选择哪种才是最优设计。 参考文献 1美， Ron Lenk 著，王正仕、张军明译 .实用开关电源设计 M.北京 :人民邮电出版社 .2006. 2叶慧贞 ,杨兴洲著 .新颖开关稳压电源 M.北京 :国防工业出版社 .1999. 3李金伴 ,李捷辉 ,李捷明编著 .开关电源技术 M.北京 :化学工业出版社 .2006. 4王兆安 ,黄俊主编 .电力电子技术 M.北京 :机械工业出版社 .2008. 5赵军 .开关电源技术发展 J.船电技术， 2005： 5:1316. 6李龙文 .开关电源技术的最新进展 .2005-第四届中国国际科技产业论坛 . 7周志敏 ,周纪海 .开关电源实用技术 设计与应用 M.北京 :人民邮电出版社 ,2003. 8华东计算技术研究所电源室 .晶体管开关稳压电源 M.北京 :人民邮电出版社 ,1985. 9叶天培著 ,世界 DC-DC 模块电源的发展趋势 J混合微电子技术 ,2002. 10张小林 ,冉建桥 ,李贤云 ,郭丽萍 .我国开关电源发展的思考 J,微电子学 ,2004.34（ 4） :402406.
