1、 1 毕业设计文献综述 电子信息工程 基于 TEA1733 绿色开关电源的设计 前言： 绿色电器的 辐射 度、噪音度、含氟量等都要在环保标准范围内。如彩电，要求规格在29 英寸以上，产品照射率（ X 射线）不超过每小时 0.07 毫伦，在此范围内不会对人体造成伤害。电视的包装不得使用环保避用材料。绿色冰箱、冰柜要求制冷发泡系统不再消耗含氟物质，制冷系统处于无氟状况，这样使用时，既不会时常出现漏氟带来的麻烦，又不会因氟泄露造成对大气层的污染 。 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 I
2、C 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。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。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，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间 主题： 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（ Jen Sen)发明了自激式推挽双变压器，年美国科学家们提出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一条根
3、本的途径。到了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。目前市场上出售的开关电源中采用双极性晶体管制成的2 kHz、用制成的 kHz 电源，虽已实用化，但其频率有待进一步提高。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
4、降低电源本身的可靠性。其中，为防止随开关启 -闭所发生的电压浪涌，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。目前对这种开关电源 的研究很活跃，因为采用这种方式不需要大幅度提高开关速度就可以在理论上把开关损耗降到零，而且噪声也小，可望成为开关电源高频化的一种主要方式。当前，世界上许多国家都在致力于数兆 Hz 的变换器的实用化研究 开关电源的工作过程相当容易理解，在线性电源中
5、，让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
6、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。 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。开关电源可分为 AC/DC
7、 和 DC/DC 两大类，也有 AC/AC DC/AC 3 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。 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，可以设计成 N 1 冗余电源系统，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
8、大量的工作，以使得该项技术得以实用化。 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 NemicLambda 公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块 RM 系列，其开关频率为（ 200 300)kHz，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。 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
9、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（ Mn?Zn)材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密度（ Bs)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
10、温等措施以减少器件的应力，使得产品的可靠性大大提高。 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。 随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、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，4 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。开关电源是利
11、用现代电力电子技术，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）控制 IC 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。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于 开关电源，这一成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广泛的发展空间。 开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、 LED 照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热等领域。 开关电源高
12、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。 总结： 通过应用 TEA1733 设计的绿色开关电源，实现可应用开关电源的设计。发现并解决制作过程中遇到的问题和难点，提高自身对开关电源设计的了解，掌握相关知识并能应用到实际当中。 5 参考文献 1赵建统，薛红兵，梁树坤 .当今电源产业及电源技术的发展趋势 EBl.httP:/ 2李建 .电源管理直面节能挑战 J.电子产品世界， 2007:142-144. 3王海永，李永明，陈宏毅 .便携式电子系统的 Dc-Dc 开关电源系统结构设计和研究 J.固体电子学与进展， 2002， 22(2):164-169. 4姚丰 .高效电感式降压型 Dc-Dc 电源管理芯片的设计 J.硕士论文，浙江大学， 2006（ 2）：12-18. 5赵忠文，曾峦，熊伟 .开关电源技术分析和应用分析 J.指挥技术学院学报，2001(6):90-93.
