1、I开关电源设计指南开关电源因其高效节能引起社会各方面的重视，现已成为通用开关电源、专用开关电源及特种开关电源优选集成电路。多年来对开关电源的核心单元控制电路实现集成化是开关电源的发展方向之一，在这过程中，更小体积，更少电磁污染，具有可靠的过电压及过电流保护电路的技术也在飞速发展，特别是在驱动 LED 恒流开关电源方面，发展尤其突出，因此具有很大研究价值。白光 LED 是节能、环保、高效、长寿命的国际公认的下一代照明光源。随着白光LED 技术的成熟，它将被更广泛低地应用到各个领域。与传统光源不同，白光 LED 需要专用恒流电源驱动才能使其高效持续地工作。本毕业（论文）设计的目的就是针对LED 照
2、明应用的电源。 LED 照明通常用多个发光二极管组成点阵光源，为使光源发光均匀则需供电电源提供恒定电流进行驱动。在论文中，首先阐述了节能型恒流开关电源的工作原理，根据方案设计技术参数，给出了整体电路设计的理论依据；然后根据设计要求提出了整体电路的实现架构，并且阐述了整体电路工作原理和子电路的性能要求。在整个电路的设计上，主要介绍了输入整流与滤波、变压器、功率开关管、控制器、保护电路、电流电压反馈网络、输出整流续流与滤波、稳压恒流输出模块。最后，本论文在整体电路原理分析和子电路设计的基础之上，应用 Multisim 仿真软件对子电路模块和整体电路进行功能仿真验证，仿真结果满足要求，进一步验证理论
3、分析和设计的正确性，也是设计理论与实践相结合的一次有价值的尝试。关键词： 开关电源， 恒流， LEDIIAbstractSwitching power supply is paid much attention for its high efficiency and low power consumption. Now it is popular used in general switching power supply, special-purpose switching power supply, special switching power supply. Core unit-con
4、trol circuit integration of the switching power supply has been one of switching power supply development for many years. A smaller volume, the less EMI, over current and over voltage protection circuit technology has been developing in this process. Especially in the constant current LED driver swi
5、tching power supply, particularly in the development and therefore have great research value.White LED has been regarded as the next generation of light source because of its power saving high efficiency long life，low pollution and low radioactivity. With the maturating of white LED technology, it w
6、ill be applied in many regions. Different from the traditional sources, the need for constant current white LED drive power to continue its efficient work. The graduate (paper) is designed for the purpose of the power LED lighting applications. LED lighting is usually formed by a number of dot-matri
7、x LED light source, in order for the uniform LED light source would provide constant current power supply to drive. In the paper, first of all on the energy-saving constant switching power supply works, according to design technical parameters, given the overall design of the theoretical basis and i
8、n accordance with design requirements of the overall framework for the realization of circuits, and on the overall circuit Working principles and performance requirements of the circuit. In the whole circuit design, mainly on the input rectification and filtering, transformers, power switch, the con
9、troller circuit protection, current and voltage feedback network, the output rectifier continued flow and filtering, regulators constant current output module.IIIBased on the whole circuit principle analysis and sub-block design, the author simulated the sub-block circuits and the whole circuit by a
10、pplying the tool Multisim. The simulation results indicate that the switching power supply circuit has achieved expectation of the function target and the electrical characteristics. Moreover, the circuit principle analysis and design has been verified. Although there are unavoidable disadvantages o
11、f this thesis, it is a worthwhile and valuable experience.Key words: Switching power supply, constant current, LEDIV目 录1 绪 论 .11.1 开关电源及其发展趋 .11.1.1 国内开关电源的发展概况 .21.1.2 国外开关电源的发展概况 .31.2 题目研究方法与价值 .52 开关电源几种电路拓扑图 .82.1 降压型（Buck）变换器 82.2 升压型（Boost ）变换器 .92.3 极性反转升降压（Buck Boost）变换器 .112.4 Cuk 变换器 .122
12、.5 单端正、反激式变换器 .142.6 推挽变换器 .152.7 半桥、全桥变换器 .162.7.1 半桥变换器 .162.7.2 全桥变换器 .173 恒流开关电源设计 .193.1 电源技术要求 .193.2 开关电源设计步骤 .193.3 变压器设计 .223.3.1 输出变压器次级电压 U2 计算 .223.3.2 初、次线圈计算 .223.4 输出滤波器的设计 .23V3.4.1 输出扼流圈的电感值设计 .233.4.2 输出滤波电容的确定 .243.4.3 滤波器电阻设计 .243.5 复位电路计算 .253.6 功率开关管选择 .263.7 输出二极管的选择 .273.7.1
13、整流二极管 VD1 选择 283.7.2 续流二极管 VD2 选择 283.8 恒流输出电路设计 .283.8.1 恒流输出原理 .283.8.2 恒流输出计算 .293.9 缓冲吸收电路设计 .303.10 控制电路设计 .313.11 PCB 板布线 .344 电路仿真 .354.1 仿真原理图 .354.2 进行各项参数与波形仿真测试 .36结 论 .40总结与展望 .41参考文献 .42致 谢 .43附录 A（电路原理图） .44附录 B(PCB 图) 451 1 绪 论1.1 开关电源及其发展趋开关稳压电源简称开关电源 (Switching Power Supply)，因电源中起调整
14、稳压控制功能的器件始终以开关方式工作而得名。它是利用现代电力电子技术，通过控制开关管通断的时间比率来维持输出电压稳定的一种电源，具有体积小、重量轻、功耗小、效率高、纹波小、噪音低、智能化程度高、易扩容等优良特性 1，广泛应用在诸如计算机、彩色电视机、程控交换机、摄像机、VCD、电子游戏机等电子设备上。随着电力电子技术的发展，特别是大功率器件 IGBT 和 MOSFET 的迅速发展，将开关电源的工作频率提高到相当高的水平，使其具有高稳定性和高性价比等特性，因此，开关电源将逐渐取代使用工频变压器的线性稳压电源。 开关电源技术的主要用途之一是为信息产业服务。信息技术 (IT)的发展对电源技术又提出了
15、更高的要求，从而促进了开关电源技术的发展，两者相辅相成才有了现今蓬勃发展的信息 产业和电源产业。从日常生活到最尖端的科学都离不开电源技术的参与和支持，而电源技术和 产业对提高一个国家劳动生产率的水平，即提高一个国家单位能耗的产出水平，具有举足轻重 的作用。而在这个方面我国与世界先进国家的差距很大，作为一个电源工作者，应该不仅只局限于完成当前的本职工作，还必须通过各种信息渠道及时搜索和掌握电源技术最新发展方向与 电源相关的元器件、原材料的最新发展动态，及时吸取国内外先进的薄膜工艺、厚膜工艺、集成化工艺等，只有这样才能设计出世界上一流的电源产品。 概括地讲，开关电源技术的发展趋势为 2：继续向高频
16、、高效、高密度化、低压、大电流化 和多元化发展。其封装结构、外形尺寸必然向国际标准化发展，以适应全球一体化市场的要求进而使国内电源产品进入国际市场 2。 最后，强调一下，性能价格比仍然是赢得市场占有率的永恒主题。产品价格、各种性能指标、品牌效应及使用寿命一直是广大用户最关心的问题。国内知名电源厂商及世界顶级电源供 应商都面对同样的压力， 价格之争、性能比拼、产品的精益求精以至艺术化、人性化设计都是 电源厂商必须面对的问题，特别是在当前信息时代，由于信息网络给客户提供了网上查询、定 货、采购的平台，使产品价格变得日趋公开，迫使每个电源供应商都采取降低成本，提高性价比等一系列措施，尽最大努力赢得市
17、2 场占有率。1.1.1 国内开关电源的发展概况(1) 电源技术的发展 21 世纪我国通信、信息、家电、和国防等领域的电源普遍采用高频开关电源，相控电源将逐渐淘汰。国内开关电源技术的发展，基本起源于20 世纪 70 年代末和 80 年代初。当时引进的开关电源技术在高等院校和一些科研院所停留在实验开发和教学阶段。20 世纪 80 年代中期开关电源产品开始推广和应用。20世纪 80 年代开关电源的特点是采用 20kHz，脉宽调制（PWM ）技术，效率可达65% 70%。经过 20 多年的不断发展，开关电源技术有了重大进步和突破。新型功率器件的开发促进了开关电源的高频化，功率 MUSEFT 和 IG
18、BT 可使中小型开关电源工作频率达到 400kHz， （ AC/DC）或 1MHz(DC/DC)；软开关技术使高频开关电源的实现有了可能，它不仅可以减少电源的体积和重量，而且提高电源的效率，国产 6kW 通信开关电源，采用软开关技术，效率可达 93%；控制技术的发展以及专用控制芯片的生产，不仅使电源电路大幅度简化，而且使开关电源的动态性能和可靠性大大提高；有源功率因数校正技术(APFC) 的开发，提高了 AC/DC 开关电源的功率因数，既治理了电网的谐波污染，又提高了开关电源的整体效率 3。在开关电源的所有应用领域内，通信电源是增长速度最快的一部分。新型磁材料和新型变压器的开发，新型电容器和
19、EMI 滤波器技术的进步，以及专用集成控制芯片的研制成功，使开关电源实现了小型化，并提高了 EMC 性能。微处理器监控技术的应用，提高了电源的可靠性，也适应了市场对其智能化的要求。新型半导体器件的发展是开关电源技术进步的龙头。目前正在研究高性能的碳化硅半导体器件，一旦开发成功，对电源技术的影响将是革命性。此外，平面变压器、压电变压器及新型电容等元器件的发展，也将对电源技术的发展起到重要作用。总之，高效、小型化、集成化、智能化以及提高可靠性是大势所趋，也是今后的主要发展方向 4。(2)电源生产的发展 在开关电源领域，民族产业一直占有举足轻重的地位。在开关电源应用的起步阶段，很多生产厂家采取的都是
20、小作坊的生产模式。经过 20 多年的不懈努力，逐渐向大规模生产转化，产品也从单一品种走向系列化。现在，我国已经3 形成一批上亿元、甚至 10 亿元以上产值的电源企业，有产品已进入国际市场。（3）电源市场的发展 我国信息产业、国防工业、家电行业，特别是电信业的迅猛发展，是电源市场发展的强大推动力。据国家统计局最新资料显示，当前我国电子信息产业的产区、产出、销售总规模以及对国家经济增长得贡献，均居全国工业行业之首，成为我国工业第一支柱产业。（4）电源标准的制定 20 世纪 90 年代初，高频开关电源的应用刚刚在电子、电信行业起步，适时颁布的通信用高频开关整流器和通信局（站）电源系统总技术要求等标准
21、对指导生产、服务用户起到了重要作用，对高频开关电源在电信行业的迅速推广也起到了积极作用。随着市场的扩大，用户对电源智能化程度的要求越来越高，有关电源集中监控的标准相继被推出。随着技术不断进步，经验逐渐积累，行业标准急需修订，技术指标需要改进，测试方法需要完善，内容需要增加，为把好的产品质量关提供更可靠依据。1.1.2 国外开关电源的发展概况自 20 世纪 90 年代以来，许多领域和新的要求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窗口观察可以发现，输入的要求变得更严，不符合IEC1000-3-2 标准的产品将陆续被淘汰；输出则派生出了许多特殊的应用领域，研制和开发的难度变得
22、更大了。正是由于外界的这些要求推动力两个开关电源的分支技术一直成为当今电力电子的研究课题 4,9，即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，使得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、新型控制以及结构和工艺等正在迅速增加。1 开关电源电路器件的发展动态（1） 半导体器件的发展。功率半导体器件仍是电力电子技术发展的龙头，电力电技术的进步必须依靠不断推出的新型电力电子器件。功率场效应管（MOS-FET）由于采用单极性多子导电，是开关时间显著的减小，又因其很容易
23、达到 1MHz 的开关工作频率而受到世人瞩目。但是 MOS-FET 提高器件阻断电压必须加宽器件的漂移区，结果使器件内阻迅速增大，通态压降增高，通态损4 耗增大，所以只能应用于中小功率产品。为了降低通态电阻，美国 IR 公司采用提高单位面积内的原胞个数的方法。如 IR 公司开发一种 HEXFET 场效应管，其沟槽原胞密度已达每平方英寸 1012 亿个的世界最高水平，通态电阻可达 3m .自 1996 年以来，HEXFET 通态电阻每年 50%的速度下降。IR 公司还开发了一种低栅极电荷(QG)的HEXFET，使开关速度更快，同时兼顾通态电阻和栅极电荷两者同时降低，则的下降率为每年 30%。对于
24、肖特基二极管的开发，最近利用沟槽结构，有望出RQG压降更小的肖特基二极管，它被称作 TMBS 沟槽 MOS 势垒肖特基二极管，有可能在极低电源电压应用中与同步整流的 MOS-FET 竞争。（2）新型变压器的发展 3。新型变压器是电力电子产品或开关电源中必不可少的部件。平面变压器是近两年才面世的一种全新产品，与常规变压器不同，平面变压器没有铜导线，代之以单层或多层印刷电路板，因而厚度远低于常规变压器，能够直接制作在印刷电路板上，其突出优点是能量密度高因而体积大大缩小，相当于常规变压器的 20%；效率高，通常为 97%99%；工作频率高，从 50kHz 到 2MHz;漏感低；电感干扰小（EMI）小
25、等。（3）超容电容器的发展。超容电容器是电容器件近年来的最新产品。美国的麦克韦尔公司一直保持着超容电容器技术的世界领先地位。超容电容器采用了独特的金属/碳电极技术和先进的非水电解质，具有极大的电极表面和极小的相对距离。现在已开发、生产出多种具有广泛适用范围的超容电容器单元和组件，单元容量小到 10F，大到 2700F。超容电容器可方便地串联组合成高压组件或并联组合成高能量存储组件。超容电容器组件现已可提供 650V 的高压。2 电路集成和系统集成及封装工艺的发展动态 开关电源的发展方向是模块化、集成化和智能化。近几年来具有各种控制功能的专用芯片发展迅速，如功率因数校正（PFC ） 、电路用的控
26、制芯片，软开关控制用 ZVS、ZCS 芯片，移相全桥的控制芯片，ZVT、ZCT、PWM 专用控制芯片，并联均流控制芯片以及电流反馈控制芯片等。功率半导体器件则有功率集成电路（Power IC）和 IMP。IPM 以 IGBT 作为功率开关，将控制、驱动、保护、检测电路一起封装在一个模块内。由于外部界限、焊点减少，可靠性显著提高。集成化模块化使电源产品体积更小、可靠性更高，给应用带来极大方便。5 3 功率因数校正技术的发展动态 9 功率因数校正的概念起源于 20 世纪 80 年代，但被重视和推广在 80 年代末期和 90 年代。欧洲和日本相续对开关电源装置的输入谐波要求制定了标准。目前有两个标准
27、，即 IE555-2 和 IEC1000-3-2.这使得研究 PFC 技术已成为电源界的热点。通常有两大类 PFC 技术，一类是无源 PFC 技术，另一类是有源 PFC 技术。前者采用无源元件来改善输入功率因数，减小电流谐波，以满足标准要求。其特点是简单，但体积庞大，笨重，有些场合则无法满足要求；后者是用一个变换器传入整流滤波与 DC/DC 变换器之间，通过特殊的控制，第一强迫输入电流跟随输入电压，从而实现单位功率因数，第二反馈输出电压便随之稳定，从而使 DC/DC 变换器的输入实现预稳。这种方法上的特点是控制复杂，但体积大大减小。另外，第二级设计也易优化进一步提高性能。4 低压大电流 DC/
28、DC 变换技术的发展动态 低压打电流高功率 DC/DC 变换技术，已从前些年的 3.3V 降至现在的 1.0V 左右，电流目前已可达到几十安至几百安。同时，电源的输出指标，如纹波、精度、效率、欠冲、过冲等技术指标也得到进一步提高。所有这些使得这一分支技术的研究在当今乃至今后一段时间内，都将成为电力电子界的热点。它的研究内容非常广泛，包括电路拓扑结构动态问题（尤其是负载的大信号动态问题） 、同步整流技术、控制技术以及其他相关技术的研究，诸如布线、集成磁技术、包装技术、高频功率器件技术等最后随着开关电源性能的不断提高，对开关电源的要求也愈来愈高。但是 21 世纪开关电源技术最终发展趋势是小型化、薄
29、型化、轻量化、高频化；高可靠性；低噪声、节能型等方向发展的 13,14。1.2 题目研究方法与价值1、研究方法当输入电压、负载、环境温度等外界条件在一定范围内变化时，电源的输出电流是不变的。而在恒流源的特性 1.2 图中，即使理想的恒流源是内阻为无穷大、输出电流始终保持在规定值，且与端电压的大小和极性无关的电流源。实际的电流源是内阻 R0和功率都是有限的电流源。当负载电阻 Ro 时，输出功率 。理想恒流源的外0P特性是一条垂直于横坐标电流轴的直线 2, 6。6 图 1.2（左为理想电流源，右图为实际电流源）电流源外特性图（1 表示理想电流源，2 表示实际电流源）而在电路中： ( 电源外特性曲线
30、呈陡降式接近1OLOSSSLRVIIIROL恒流源。)2、研究价值开关电源因其高效节能引起社会各方面的重视，现已成为通用开关电源、专用开关电源及特种开关电源优选集成电路。多年来对开关电源的核心单元控制电路实现集成化是开关电源的发展方向之一，在这过程中，更小体积，更少电磁污染，具有可靠的过电压及过电流保护电路的技术也在飞速发展，特别是在驱动 LED 恒流开关电源方面，发展尤其突出，因此具有很大研究价值。白光 LED 是国际公认的下一代照明光源 15。而有人断言，高亮度 LED 将是人类7 继爱迪生白灯泡之后，最伟大发明之一，那么随着技术发展白光 LED 将逐渐取代传统的照明源指日可待。因此白光
31、LED 驱动电源也将有着越来越广泛应用前景的。另一方面从技术角度看，实现 LED 低电压大电流，并且要保持电路稳定性同时又要不断提高能量转换率，这对设计者来说是较大挑战，同时我们可以看，白光 LED 驱动恒流开关电源开关具有诱人的发展趋势与非常好产业前景。8 2 开关电源几种电路拓扑图直流电源变换器按其输入与输出是否进行电气上隔离，可分非隔离式变换器电路和隔离式变换器电路。两者除了均有变压功能外，后者还有输入电量与输出电量在电气上的隔离，以满足某些场合的需要。在非隔离式变换器中。而这章主要是介绍降压型变换器、升压型变换器、电压极性反转型变换器的电路结构、工作原理及相关参数的关系式。在隔离式变换
32、器中，应用双极型晶体管作为开关且开关管自身起着振荡元器件作为的自激式变换器与他激 PWM 变换器。自激式变换器主要是 RCC 变换器和Reyer 变换器，他激式变换器主要是介绍单端反激式、单端正激式、推挽、半桥、全桥变换电路结构、工作原理 6,7,12.2.1 降压型（Buck）变换器降压型变换器的原理图及工作波形图如下图 2.1 所示：图 2.1 降压型（Buck）变换器原理图降压型（Buck）变换器将输入的直流电压转换成脉冲电压，再将脉冲电压经 LC滤波转换成直流电压。输入电压 Uin 是未经稳压直流电压；晶体 VT1 为调整管，即开关管 UB 为矩形波是控制开关管的工作状态；电感 L 与
33、电容 C 组成滤波电路，而 VD1 为续流二极管。降压型变换器有两种基本工作方式，一种是电感电流处于连续的工作模式；一种是电感电流处于断续的工作模式，还有一种是电感电流处于临界连续模式；他们工作9 模式等效电路如下：（a） VT1 导通等效电路图(b) VT1 关断等效电路图（c）VT 1 关断后电流为零等效电路图2.2 升压型（Boost）变换器升压型变换器电路如下图 2.2 所示。主电路由串联在回路中的储能电感 L1，开关管 VT1 及整流二极管 VD1、滤波电容 C1。它是一种可以获得输出电压高于输入电压的10 DCDC 变换器。图 2.2 升压型（Boost）变换器原理图有两种基本工作
34、方式：电感电流连续工作模式和电感电流断续工作模式。Boost 三种工作状态等效电路（a） VT1 导通等效电路 （b）VT 1 截止等效电路（c）VT 1 关断电感电流为零2.3 极性反转升降压（BuckBoost ）变换器11 极性反转型 (BuckBoost)变换器主电路所用元器件与 Buck、Boost 变换器相同，由开关管 VT1、储能电感 L1、整流二极管 VD1 及滤波电容 C1 等元器件组成。这种电路具有 Buck 变换器降压与 Boost 变换器升压的双重作用。升压还是降压取决于 PWM 驱动脉冲的占空比 D.升降压反极性变换器电路图 2.3 如下：图 2.3 极性反转型 (B
35、uckBoost)变换器原理图工作原理三种等效电路图：（a） VT1 导通等效电路图 (b)VT1 截止等效电路图12 （c）VT 1 关断时电感电流为 0 等效电路图2.4 Cuk 变换器Cuk 变换器是 BuckBoost 串联变换器它是针对 BuckBoost 升降压变换器存在输入电流和输出电流脉动值大的缺点。主要电路如下图所示，它由开关管VT1、储能电容器 C1、输入储能电感 L1、输出储能电感 L2、续流二极管 VD1 及输出滤波电容器 C2 等元器件组成，开关管 VT1 由 PWM 驱动电路控制的，二极管VD1 将输入回路和输出回路分开，左半部分是输入回路，右半部分是输出回路。图
36、2.4 Cuk 变换器原理图工作原理三等效电路图13 （a）VT 1 导通等效电路图 (b) VT1 截止等效电路图 (（c) 电流断续等效电路图14 2.5 单端正、反激式变换器单端正激式变换器是在 Buck 变换器的开关管与续流二极管之间插入高频变压器，实现输入和输出电气隔离的一种 DC-DC 变换器。它由逆变器（DC-AC） 、输出整流滤波电路、反馈控制 PWM 驱动电路等组成的。电路如下图 2.5 所示：图 2.5 单端正激式变换器原理图单端正激式变换器工作原理可按其工作状态分开关管导通一次侧能量向二次侧传输过程；开关管截止磁浮为电路将磁化能量转移到电源及二次侧电感储能经续流二极管续流
37、的过程；开关管截止期间磁浮为完成及电感储能断续经续流过程。两个过程等效电路图：15 （a）VT 1 能量传输等效电路图 (b) VT1 截止磁复位完成， L1 电流仍续流等效电路图2.6 推挽变换器推挽变换器是一种相当两个正激变换器的组合。它由逆变器（DC-AC）和高频整流滤波电路（AC-DC）两部分主电路及控制驱动电路组成。推挽变换器电路原理图如下：16 图 2.6 推挽变换器原理图推挽变换器在在一个周期 TS ,开关管 VT1、VT 2 各交替轮流导通一次，设每管的导通时间为 TON,占空比 D2T ONT S ,即 TONDT S2, TOFF(1D)2。在这里 D、T ON、T OFF
38、 发生变化，是在半周内开关管导通、关断一次。和半桥、全桥变换器是相同的。下面是在前半周内 VT1 导通的情况等效电路，后半周 VT2 导通的等效电路和工作过程是对称和相似的，所以没有画出来的。（a）VT 2 截止 VT1 导通，L 1 储能传送能量至输出等效电路图 （注：箭头是导通电路电流方向）17 （a） VT1、VT 2 均截止，L 1 保持电流续流（ 注：箭头是导通电路电流方向）2.7 半桥、全桥变换器由于半桥、全桥变换器工作原理和推挽变换器基本是相同的，所以在这里就简单介绍一下。 2.7.1 半桥变换器半桥变换器实际上是由两个单端正激 变换器组成的。半桥变换器主电路典型结构图如下.电容
39、器 C1、C 2 组成变换器的一个桥臂，且保证 C1C 2。两电容上并接的电阻为均压泄放电阻，且保证 R1R 2。功率开关管 VT1、VT 2 构成变换器的另一桥臂，高频变压器 T1 串接直流阻隔电容 C3，接至两桥臂的中点 A、B 处。开关管VT1、VT 2 工作状态收 PWM 驱动脉冲控制，并接与 VT1、VT 2 其上的二极管VD1、VD 2 用于变压器漏感储能释放、能量再生通路。输出采用二次绕组中心抽头全波整流电路，L 1、C 4 构成输出滤波电路，所有双极性变换器，输出除采用全波整流外，还可采用桥式整流或倍流整流电路，视应用场合而定的。18 图 2.7.1 半桥变换器原理图2.7.2
40、 全桥变换器全桥变换器的电路相当于两组双管正激式变换器电路的组合的。它是由四个开关管构成的，每个桥臂有两只开关管。高频变压器的一次侧接在两桥臂的中点对角线上，在电路形式上像一个电桥，且每个桥臂均用有源功率开器件组成的。全桥电路最适合于高输入电压大功率的应用场合。下图是全桥变换器电路图。四个开关管 VT1VT4 构成桥式电路，与它们并联的四只二极管 VD1VD2 用于能量恢复，可清除漏感产生的部分瞬间过电压。变压器 T1 的一次绕组 N1 接在对角线上，桥臂对角的开关管在 PWM 驱动信号作用下同时导通或截止，即 VT1、VT 4 导通是，VT 2、VT 3 截止，或反之。输出绕组为中心抽头。二
41、极管VD5、VD 6 构成全波整流。电感 L1、电容 C2 输出高频滤波器，其纹波电压是电流频率为二倍的开关频率的。串接在变压器一次绕组中的电容 C1，用于隔离直流成分，防止磁饱和发生的。图 2.7.2 全桥变换器原理图19 3 恒流开关电源设计3.1 电源技术要求选用单端正激式开关电源拓扑图 2.5，因为它是一种小型、经济，也是开关电源应用较多一种，并且它功率输出在 50200W 是最合适的 2。设计技术要求如下：输入电压：交流 220V10% 纹波电压 UP：0.5V输出电压 UO：15V 输出波动电流 IP：0.1A输出电流 IO： 10A 占空比：D max0.4220 3.2 开关电
42、源设计步骤1、开关电源可以采用模块化的设计思想。由于其设计比较复杂，因此要把它分解成多个基本模块设计，功能模块图见图 3.1。原理图 3.1 开关电源是由输入整流与滤波电路、高频变压电路、整流续流与滤波电路、稳压恒流电路、保护电路、反馈电路、控制电路以及功率开关组成的。输入整流滤波电路其作用是把电网存在杂波过滤，也是通过整流得到输出所需要的直流电压。高频变压器是开关电源设计关键部件之一，在电路回路中起到电器隔离、变压、储能、变流或者是变阻等作用的。而输出整流续流与滤波电路是通过整流续流功能得到输出所需要直流电流，当然还要通过滤波器把多余杂波给滤掉。稳压恒流输出电路目的是为负载提供一个恒流电流。
43、反馈电路可以是电压反馈，也可以是电流反馈，它是通过输出端取样的电流电压值与控制器基准电流电压值相比较，起到反馈传递作用。控制器是通过反馈电路的信息在调整电路电流电压的输出的，输出电流尽可能达到一个稳定值。而功率开关管是由控制器 PWM 控制它的导通时间，调节脉冲宽度从而也实现占空比大小调节的。整体电路是将频率为 50Hz、220V 的市电交流电压经过主电路输入整流与滤波、变压器、整流、续流与滤波、稳压电路恒流流电路转换成稳定的直流电压，输出恒定的直流电流。输入输入整流与滤波变压器整流、续流与滤波稳压恒流输出反馈网络保护电路控制器pc1094C功率开关管 驱动VCC地线21 图 3.1 开关电源
44、模块功能图2、开关电源设计总是先进行总体考虑，然后对电源各部分分别进行设计，接下来就是设计总体和辅助功能，最后进行测试和设计优化的。下面开关电源设计步骤流程图 3.2开始选用拓扑图变压器设计输出滤波与整流设计功率开关和驱动设计控制器设计输出反馈设计启动电路设计 保护电路设计高层功能设计实验设计和结构设计测试电路实际工作与设计结果的区别优化设计EMI/RFI 测试22 图 3.23.3 变压器设计图 3.3 变压器是一种应用电磁感应原理，将 电能从一个电路传输到另一电路的电磁装置，是电 源23 设备中的关键部件之一。变压器只用于交流传输与变换，而不能进行直接传输，在交流电路中起电气隔离、储能、变
45、压、变阻等作用的。图 3.3 变压器3.3.1 输出变压器次级电压 U2 计算 （3.3.1）2OLfonTUtUL 是输出扼流圈在内次级线圈的电压降，U f 是输出二极管的正向电压。最低的次级电压 U2min 为（3.3.2）maxax2inOLfonUTt设 (设定肖特基二极管)，则max0.,.5LfV2in10.2538.6UV3.3.2 初、次线圈计算输入直流电压 U1 的最小值使用按输出电路计算求得的 U1min 值。根据中国输配电情况 U1=200253V,则变压比 N 为2min138.6019根据输出容量磁心尺寸关系表 3-4 2 选取 EI-30。它的有效面积为 S=111
46、mm2磁心材质相当于 TDK 的 H7C4,最大工作磁道密度 Bm 可从图 3-4 中查得.实际使用时的磁心温度约 100，且要选择能保持线性范围的 Bm，即 0.3T 以下。当磁心温度有100，工作频率 200KHz 时，约减少 0.1T 而成为 。根据线圈计算公式则，0.2T（3.3.3）2minax38.621.70oUtNBS因而次级 N2 = 4，式中 Bm 为磁心的磁通密度（T） ；S 为磁心的有效截面积（mm 2） 。初级线圈的匝数则是24 21410.93N确定 。次级线圈所需要的电压 U2min 一定要充分，因此要进行 ton max 的129,N修正计算。根据（3.3.2）
47、公式 maxaxax2in15.0.25.10386oLfonUTt则有 axax.10.45ontDTDmax 修正结果为 0.42,仍然在 0.40.45 范围内，可以继续使用以下计算。3.4 输出滤波器的设计在开关电源中带磁心的电感器，一般采用电感线圈 Lf 与输出滤波电容器Cf 构成的“L”型滤波器如右图 3.4。电感线圈对高频成分呈现很高的感抗，而电容对高频成分呈现很小容抗，已达到在电路中抑制纹波和平滑直流的作用。图 3.4 滤波器3.4.1 输出扼流圈的电感值设计 计算流入输出扼流圈电流(3.4.1)2minmaxfoUILL 为输出扼流圈的电感（H ） ； 为输出电流的 10%3
48、0%。则有I0.21.2OIA电感 L 值为： 2minmax38.615.02.186f onUt HI 由此可见，需要 11.86H，10A 的扼流圈。25 3.4.2 输出滤波电容的确定输出电容器的选定取决于输出脉动电压控制在多少毫伏。输出脉动电压 虽要fU根据 和输出电容器的等效串联电阻 确定，但一般规定为输出电压的 0.3%0.5%ISER范围。 0.350.3514751OUmV又因 （3.4.2）SEIR根据（3.4.2）得:4572.3.5fSELUmI就是在 200HKz 范围内，需要 值在 37.5m 以下电容器的。所以可以选择SER20V，8200 H，则 为 31m ,容许脉动电流为 2.9Ams.SE流向电容器的纹波电流为 2.9A 20.583LCfmsI说明该电容器合适。3.4.3 滤波器电阻设计要想不是输出扼流圈的电流中断而直接使用时，可以假设电阻值为 dR215OdLURI则假设电阻 电耗为drdW215ordUR3.5 复位电路计算
