开关电源的原理与设计论文.doc

开关电源的原理与设计毕业论文 目 录 摘 要 I 第1章 绪论 1 1.1 开关电源的概念和分类 1 1.1.1开关电源的概念 1 1.1.2开关电源的分类 2 1.2 开关电源设计中存在的问题与未来发展 3 1.2.1开关电源中存在的问题 4 1.2.2开关电源的发展趋势 4 第2章 开关电源元器件的选用 5 2.1 开关晶体管 5 2.1.1功率开关MOSFET 5 2.1.2 绝缘栅双极型晶体管 7 2.2 软磁铁氧体磁芯 7 2.2.1磁性材料的基本特性 8 2.2.2磁芯的结构与选用 8 2.3 光电耦合器 9 2.4 二极管 11 2.4.1开关二极管 11 2.4.2稳压二极管 11 2.4.3快速恢复及超快速恢复二极管 12 2.5 自动恢复开关 12 2.6 热敏电阻 13 第3章 开关电源的设计基础 15 3.1 开关电源的控制方式 15 3.1.1脉宽调制的基本原理 16 3.1.2脉冲频率调制的基本原理 16 3.2 各类拓扑结构电源分析 17 3.3 谐振式电源与软开关技术 22 3.3.1电路的谐振现象 22 3.3.2谐振式电源的基本原理 23 3.3.3谐振开关的动态过程分析 24 3.3.4软开关技术及常见软开关拓扑简介 28 3.4 其它软开关技术应用及发展概况 32 第4章 开关电源设计 34 4.1 开关电源集成控制芯片 34 4.1.1芯片管脚排列及说明 34 4.1.2芯片基本特性 35 4.1.3芯片工作原理分析 36 4.2 开关电源电路分析 43 4.2.1开关电源电路原理图 43 4.2.2开关电源各单元电路具体分析 45 结 论 51 致 谢 52 参 考 文 献 53 第1章 绪论 开关电源是近年来应用非常广泛的一种新式电源，它具有体积小、重量轻、耗能低、使用方便等优点，在邮电通信、航空航天、仪器仪表、工业设备、医疗器械、家用电器等领域应用效果显著。 1.1 开关电源的概念和分类 电源是将各种能源转换成为用电设备所需电能的装置，是所有靠电能工作的装置的动力源泉。 1.1.1开关电源的概念 电是工业的动力，是人类生活的源泉。电源是产生电的装置，表示电源特性的参数有功率、电压、电流、频率等；在同一参数要求下，又有重量、体积、效率和可靠性等指标。我们用的电，一般都需要经过转换才能适合使用的需求，例如交流转换成直流，高电压变成低电压，大功率变换为小功率等。 按照电子理论，所谓AC/DC就是交流转换为直流；AC/AC称为交流转换为交流，即为改变频率；DC/AC称为逆变；DC/DC为直流变交流后再变直流。为了达到转换的目的，电源变换的方法是多样的。自20世纪60年代，人们研发出了二极管、三极管半导体器件后，就用半导体器件进行转换。所以，凡是用半导体功率器件作开关，将一种电源形态转换成另一种形态的电路，叫做开关变换电路。在转换时，以自动控制稳定输出并有各种保护环节的电路，称为开关电源（Switching Power Supply）[1]。 开关电源在转换过程中，用高频变压器隔离称之为离线式开关变换器（Off-line Switching Cpnwerter），常用的AC/DC变换器就是离线式变换器。 开关电源通常由六大部分组成，如图1-1所示。 图1-1 开关电源工作原理框图 第一部分是输入电路，它包含有低通滤波和一次整流环节。220V交流电直接经低通滤波和桥式整流后得到未稳压的直流电压Vi，此电压送到第二部分进行功率因数校正，其目的是提高功率因数，它的形式是保持输入电流与输入电压同相。功率因数校正的方法有无源功率因数校正和有源功率因数校正两种。所谓有源功率因数校正（Active Power Factor Correction，APFC），是指电源在校正过程中常采用三极管和集成电路。开关电源电路常采用有源功率因数校正。第三部分是功率转换，它是由电子开关和高频方波脉冲电压。第四部分是输出电路，用于将高频方波脉冲电压经整流滤波后变成直流电压输出。第五部分是控制电路，输出电压经过分压、采样后于电路的基准电压进行比较、放大。第六部分是频率振荡发生器，它产生一种高频波段信号，该信号与控制信号叠加进行脉宽调制，达到脉冲宽度可调。有了高频振荡才有电源变换，所以说开关电源的实质是电源变换。 高频电子开关是电能转换的主要手段和方法。在一个电子开关周期（T）内，电子开关的接通时间与一个电子周期所占时间之比，叫接通占空比（D），D=。 断开时间所占T的比例称为断开占空比（D），。开关周期是开关频率的倒数，。例如：一个开关电源的工作频率是50kHz，它的周期（微秒）。很明显，接通占空比（D）越大，负载上的电压越高，表明电子开关接通时间越长，此时负载感应电压较高，工作频率也较高