1、重庆三峡学院论文1重庆三峡学院CHONGQING THREE GORGES UNIVERSITY论文设计学院： 电子信息工程学院专 业： 电气信息工程班级学号：201207134237学生姓名： 刘俊新指导教师： 蔡黎 教授二一三年 四 月重庆三峡学院论文2开关电源的基本原理及发展趋势摘要：本文介绍一种以 KA3525 作为控制核心，根据 KA3525 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
2、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：KA3525、开关电源、PWM 关键词目录绪论第一章开关电源介绍 11 开关电源的发展史 12 国内发展情况 1.3 开关电源优缺点第二章开关电源种类 2.1 按激励方式划分 2.2 按调制方式划分 2.3 按功率开关的类型划分2.4 按功率开关的连接方式划分 2.5 按输入和输出电压的大小划分 2.6 按工作方式划分第三章系统设计 3.1 主电路的整体简介 3.2 它激型推挽式电路工作原理 3.3 驱动
3、电路第四章实际工作中遇到的问题及解决方法实际工作中遇到的问题及解决方法绪论电子技术的高速发展，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 90 年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电力检测设备电源、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
4、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。开关电源介绍开关电源的发展史国际发展历史第一章开关电源介绍1 1 开关电源的发展史1955 年，美国的科学家罗耶首先研制成功了利用磁心的磁饱和来进行自激振荡的晶体管直流变换器。20 世纪 60 年代末，由于微电子技术的快速发展，高反压、大电流的功率开关晶体管出现，从此，直流变换器就可以直接由工频电网电压经整流、滤波后输入供电，终于将体积大、重量重、效率低的工频降压变压器甩掉了，从而迅速地扩大了它的应用范围，在此基础上诞生了无工频变压器的开关稳压电源。目前面临四个困难：（1）随着电力电子技术和微电子技术的高速发展以及集成度高、功
5、能强的大规模集成电路的不断出重庆三峡学院论文3现，电子设备的体积在不断地缩小，重量在不断地减轻，内部功率损耗在不断地减小。因此开关电源的小型化、微型化、模块化就成了技术人员研究和探讨的核心。1.2 国内发展情况我国的开关电源设计、研制和生产开始于 20 世纪 60 年代初期，到 60 年代中期进入了实用阶段。70 年代初期开始设计、研制和生产无工频降压变压器的开关电源。1974 年研制成功了我国第一台工作频率为 10kHZ、输出直流电压为 5V 的无工频降压变压器的开关电源。虽然这些年取得了进步但和发达国家相比我们的技术还很落后。由于我国的半导体技术与工艺跟不上时代发展，导致我们自己研制和生产
6、的无工频降压变压器的开关电源关键器件，如开关晶体管，高频开关变压器磁性材料都是国外的。因此，我们最根本的问题是要提高我国的半导体技术和工艺。1 . 3 开关电源优缺点优点：（1）内部功率损耗小，转换效率高。 （2 ）体积小，重量轻。 （3）稳压范围宽，线性调整率高。 （4）滤波效率大为提高，滤波电容的容量和体积大为减小.（5 ）电路形式灵活多样。与线性稳压电源相比，其工作频率比线性电源工频高了几个数量级。由于线性电源功率管工作在线性区， P=UI 由得，随着 I 越来越大功率就越大。而开关电源工作在开、关两种状态，当电阻很小时为开，当电阻很大时为关。当开关断开时，电流很小；当开关闭合时，电压很
7、小，所以发热功率 UI 就会很小。这就是开关电源效率高的原因。缺点：（1 ）存在较严重的开关噪声和干扰（ 2）电路复杂，不便于维修（ 3）成本高，可靠性低第二章开关电源种类2 1 按激励方式划分（1 ）它激式开关电源电路。这种形式电路具有工作稳定、可靠和便于控制的优点。一般应用于大功率和超大功率输出场合。（2 ）自激式开关电源电路。该电路中的功率开关管既作功率开关，又作 PWM 驱动信号产生的振荡管。具有内部损耗小，转换效率高，成本低等优点。应用于小功率和中功率输出场合。2.2 按调制方式划分（1 ）脉宽调制型开关电源（2 ）频率调制型开关电源（3）混合型开关电源2.3 按功率开关的类型划分（
8、1 ）晶体管型开关电源。优点是功率开关饱和导通后，管子开关损耗较小。缺点是驱动功率与输出功率成正比，不宜用在大功率场合。 （2）可控硅型开关电源。优点是可直接输入工频电网电压，成本低；缺点：电磁辐射污染较大。 （3） MOSFET 型开关电源。该电路用 MOSFET 作为功率开关，其特点是驱动功率小，可以输出大功率和超大功率。 （4） IGBT 型开关电源。该电路采用 IGBT 复合功率模块作为功率开关，把晶体管型和 MOSFET 型开关电源优点集于一身。2.4 按功率开关的连接方式划分（1 ）单端正激式开关电源。（2 ）单端反激式开关电源。（3 ）推挽式开关电源。（4 ）半桥式开关电源。（5
9、 ）全桥式开关电源。2.5 按输入和输出电压的大小分类(1)升压式开关电源重庆三峡学院论文4(2)降压式开关电源(3)输出极性反转式开关电源2 6 按工作方式分类(1)可控硅整流型开关电源 (2)斩波型开关电源 (3)隔离型开关电源第三章系统设计3 1 主电路的整体简介本论文采用的是它激式推挽电路，脉冲由专用芯片 KA3525 提供。为实现系统的功能，完成设计要求，采用模块化结构。我采用电路是由 PWM 集成块 KA3525 组成的激励变换部分和开关管组成的它激型推挽式电路。3 2 它激型推挽式电路工作原理它激型推挽式电路实际上是由两个单端正激式变换电路组成的，只是它们工作时相位相反。它激型推
10、挽式直流变换器电路（a）基本电路（b）各点工作波形由于线圈的电流不可能突变，所以 Ic1 上的电流是缓慢上升。由同名端所感应的电流的相同，所以线圈原副两边的电流同为上正下负，又由于电磁感应知识所知，线圈总是阻止它的发展方向，所以副边产生的感应电流下正上负。3.3 驱动电路在选择开关管的驱动电路时，本电源主功率管选用的是电压型驱动方式的 MOSFET，每个桥臂的两个开关管 180 互补导通，每个桥臂的两个开关管的驱动电路相互隔离。如果要驱动功率较大的 MOSFET，控制芯片的驱动能力就显得不够了，那么可以将控制芯片的驱动信号加以功率放大。场效应晶体管（Field Effect Transisto
11、r 缩写(FET) ）简称场效应管。一般的晶体管是由两种极性的载流子,即多数载流子和反极性的少数载流子参与导电,因此称为双极型晶体管, 而 FET 仅是由多数载流子参与导电,它与双极型相反, 也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件，具有输入电阻高、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点。场效应管与晶体管的比较 1. 场效应管是电压控制元件，而晶体管是电流控制元件。在只允许从信号源取较少电流的情况下，应选用场效应管；而在信号电压较低，又允许从信号源取较多电流的条件下，应选用晶体管。 2. 场效应管是利用多数载流子导电，所以称之为单极型器件，而晶体管是
12、即有多数载流子，也利用少数载流子导电。被称之为双极型器件。 3. 有些场效应管的源极和漏极可以互换使用，栅压也可正可负，灵活性比晶体管好。 4. 场效应管能在很小电流和很低电压的条件下工作，而且它的制造工艺可以很方便地把很多场效应管集成在一块硅片上，因此场效应管在大规模集成电路中得到了广泛的应用。第四章实际工作中遇到的问题及解决方法实际工作中遇到的问题及解决方法1线圈是纯手工绕制，多次绕制都不能满足要求，未能达到理想效果。通过查阅相关资料后明白是由于绕制时匝与匝之间空隙太大。由于是手工绕制仍然无法达到匝与匝之间完全无空隙，基于这样的问题，将空隙补齐，基本能达到要求。 2在设计过程中，2.驱动电
13、路的结构框图 反馈信号线（可选） 信号线功率线驱动电路：三极管MOS 管专用驱动芯片1.单片机&DSP2.数字电路3.其他开关信号被驱动电路：LED蜂鸣器继电器其他大功率器件系统电源 反馈信号线（可选） 信号线功率线驱动电路：三极管MOS管专用驱动芯片1.单片机&DSP2.数字电路3.其他开关信号LE 被驱动电路：D蜂鸣器继电器其他大功率器件系统电源重庆三峡学院论文5MOSFET 开关功率管经常烧坏，是由于两组功率管同时导通时，功率开关变压器初级绕组一个给磁心正向激磁，另一个给磁心反向激磁，相互抵消。这样一来，功率开关变压器的次级无感应电压产生，输出端无直流电压流出；而且，功率开关变压器初级的两个对称绕组将输入直流电源电压直接短路到两只功率开关的参考文献1 陈永甫. 红外探测与控制电路.北京：北京人民邮电出版社,2004.2 叶慧贞，开关稳压电源.北京：国防工业出版社，19933张占松，蔡宣三编著.开关电源的原理与设计M.北京:电子工业出版社，1998 4王淑兰，开关电源的噪声抑制.电子技术，1991 5朱文立，开关电源的电磁骚扰抑制技术，20026 夏路易. 电路原理图与电路板设计教程.北京：北京希望电子出版社,2002.7 何书森. 实用电路原理与设计速成.福建：福建科学技术出版社,2002.
