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开关电源原理及设计范文1
关键词：气隙；RCD；离线式；变换器；电磁辐射
中图分类号：TP212文献标识码：Adoi: 10.3969/j.issn.1003-6970.2011.03.039
0引 言
以往对于小于10W以下的离线式直流电源来说，在效率要求不高的地方，一般认为采用工频变压器加整流电路及线性稳压电路比较合理。因为那时10W以下的工频变压器成本相对于开关变换器来说并不高，而线性稳压器的半导体器件比开关电源的环路控制成本要低，至于说工频变压器转换效率低的问题那是用户的事情，研发者并不关心。而如今提倡节能环保，电子设备高度集成化，体积做得越来越小。相同功率的工频变压器要比开关变换器的重量（体积）大几倍，对于原材料、人工费不断攀升的今天来说用离线式10W小功率开关电源取代线性电源是当勿之急。
110W开关电源的设计制作要点：
1.1频率问题
选择工作频率高的芯片，可以使变换器的体积减小、容性器件的容量及体积减小，PCB尺寸将减小，制作的开关电源体积自然减小，但它所带来的缺点是对变换器的磁芯要求提高，人工缠绕变换器的难度增加，高频磁芯不但成本高而且在国内不易购买；而选择工作频率过低的芯片，所制作出的开关电源其效率降低、体积增大，这不是我们所追求的。
1.2器件是否容易购买
阻容器件在电子市场上容易购买，滤波电感可以自行绕制，磁芯、控制芯片的选取上是令人郁闷的事情。对于小批量生产，为了购买到器件不得不修改合理的设计初宗，但不管怎样，制作出性能稳定的产品才是硬道理。
1.3成本
尽量选用国产器件，以便降低成本。
设计一个离线式10W开关电源并不是一件容易的事情，因为它涉及到许多电学、磁学、安全规范方面的知识，在器件的选定上要经过反复大量的计算，试验才能最终敲定。如何利用先人的经验撇开繁琐的计算快速地设计出性能稳定的开关电源，我想这是每个电路设计者所期望的。在芯片高度集成的今天，开关电源的控制、驱动、振荡、比较等电路都集成到一个芯片里，这为对开关电源的拆分设计提供了条件。在离线式10W开关电源应用领域，芯片制造商推出多种型号的开关电源控制芯片，这些芯片虽然型号不同但在性能和使用的方式上却雷同。THX203H是南京通华芯微电子公司制造，它性能稳定、功能多、价格低，工作频率在60KHz左右，易于买到与之相适应的磁芯，是一款比较实用的离线式10W开关电源控制芯片。
2离线式10W开关电源基本框架说明
图1是基于THX203H的离线式10W开关电源的基本框架。
Fuse：选用1.5A保险丝。
Bridge：选用1N4007
Cin：在VAC 85～265V时，一般认为3uF/1W，10W应选30uF/400V的电容。
R1、R2、CT：是THX203H固定搭配电路，按要求设定即可。当然CT、R2尽量选用贴片件，以减少器件的分布电感，且在PCB布线时尽量靠近THX203H。
Clamp Zener、Blocking Diode ：两个二极管组合成箝位电路用以消除THX203H内部功率管关断时变换器漏感储能所引起的尖峰，当然这个电路在小于10W功率输出时完全可以用RCD电路替代。 RCD即电阻、电容、二极管。
Clamp Zener选用P6KE200，Blocking Diode选用BYV26C。
光藕、RB、RZ：完成对开关电源输出端的取样、反馈。DZ可选BZX79-B4V7，RB可选39Ω。一般认为选用这种反馈电路VOUT精度较低，约为±5%，利用TL431构成的反馈电路VOUT精度更高，约为±1%。
VDB：可选1N4148，Cb可选47uF/50V。
VD：整流管，可选肖特基1N5822。
Cm：VOUT输出5-24V，1A时选330uF/35V。VOUT输出5-24V，2A时选1000uF/35V。这种选择是有条件的，要求电解的ESR（等效内阻）要低。我们在市场上购得的电解性能优劣不一，所以在选定电解容量时，要比上述容量大100-200uF 比较合理。
Lf、Cf：起消除纹波作用。Lf选8-12uH，Cf选470uF/35V。
磁芯的选定[1]：有一个非常简单的预测典型铁氧体反激变器的能量转换关系式，PO≈100×f×Ve(W)。这里f为工作频率，单位为HZ，Ve铁氧体体积单位为m3，EE25磁芯
Ve=1890×10-9m3。设f=60kHZ，则磁芯转换出的功率PO≈11.34W。满足10W要求。
初级线圈匝数的确定[2] ：首先确定初级线圈的电感量，10W离线式开关电源工作频率在100KHz时，初级线圈电感量一般在1～2mH之间，我们所设计的开关电源工作频率为60kHz，所以首先设定初级线圈电感量为2mH。气隙的设定，气隙就是在组装变换器时在变换器的两个E型磁芯之间保留一段距离，大批量生产通过研磨E型磁芯中间柱实现，小批量生产通过在E型磁芯的两边柱中间加垫绝缘层来实现。为了便于加工，气隙要大于0.051mm。气隙即不能太小也不能太大，太大会大大降低磁导率。在磁芯中加上气隙是为了防止磁饱和。 青稞纸，防静电、绝缘性好、耐压性强。用0.12mm厚度的青稞纸作为气隙绝缘层。磁芯、初级电感量、气隙确定之后初级线圈匝数基本确定。
初级线圈要排绕、密绕、布满整个骨架的绕线窗，留够爬线距离。直径0.21mm漆包线绕3层，每层40圈，实测变换器初级绕组电感量为1.9mH±0.1mH。
次级线圈、偏置绕组线圈匝数的确定：对于VOUT=5V这类开关电源匝比多设在14：1左右。现在按照14：1匝比进行设置，次级线圈的匝数为8圈。那么，次级每圈对应0.625V。偏置绕组设为9圈，则偏执绕组产生的电压约为5.6V接近THX203H的典型供电值。如果次级还有其它绕组，只需按照 0.625V/1圈 进行推算即可。
3一款完整离线式10W开关电源电路的推荐
下面介绍一个成型电路，AC输入电压范围：130V―250V；DC输出：5V、5V、15V；第二绕组输出电流可达1A，精度±0.2V，纹波小于30mV。第四绕组输出电流可达200mA，电压精度在10%以内，纹波小于30mV。
原理图如图2所示：
4变换器的绕制
磁芯参数：EE25，TDK PC40，骨架：10脚，立式。
4.1变换器的绕制方法
4.2变换器绕制要点
1.变换器1、2脚爬线距离大于6mm，不同绕组之间的爬线距离大于3mm，每层排绕。
2.第一绕组的电感量=19mH±0.1mH，通过调整磁芯的气隙实现。气隙的实现：在E型磁芯的两端的柱上，分别加上约0.12mm厚的青稞纸。
3.PCB布线问题，器件尽量紧凑，以减少分布电容、分布电感、电磁辐射。
4.THX203H的散热问题[3]，在THX203H的7、8脚上铺设200mm 以上的铜箔，最好将铺设的铜箔定义成焊盘，在焊盘上加焊锡以提高其散热能力。
5.漆包线绕的一定要紧。如果制作的开关电源用于商品出售，变换器要浸漆，要是自用可不必浸漆。
5结论
本文介绍了离线式10W开关电源的设计制作方法，提供了一些经验数据及相关公式，对离线式10W开关电源的设计制作要点进行了阐述。文中所用电路是经过实践检验的，所选磁芯、芯片只要上网查找均可轻松查到，文中公式、数据多数是笔者查阅相关资料获得，也有些是笔者长期工作经验的总结。希望对此方面感兴趣的朋友阅读此文时，剔除糟粕汲取精华。
参考文献
[1] Sanjaya Maniktala 著王志强、郑俊杰译. 开关电源设计与优化[M]. 北京：电子工业出版社，2006
[2] Abraham I. Pressman, Switching Power Supply Design (2nded.), New York, McGraw-Hill, Inc., 1991
开关电源原理及设计范文2
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［4］ Microsoft Sync Framework Developer Center. ［ EB/OL］. /zh-cn/sync.
［5］ - Great Maps for Windows Forms and Presentation. ［ EB/OL］. (2010-7-3) /KB/miscctrl/GMapNET.aspx?msg=3013043.
［6］ Using an Asynchronous Client Socket ［EB/OL］./zhcn/library/bbx2eya8(v=VS.90).aspx.
开关电源原理及设计范文3
关键词aber;反激式开关电源;仿真
中图分类号TM359.4 文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)042-0020-01
开关电源被誉为高效节能电源,它代表着稳压电源的发展方向。目前,随着各种新科技不断涌现,新工艺被普遍采用,新产品层出不穷,开关电源正向小体积、高功率密度、高效率的方向发展,开关电源的保护电路日趋完善,开关电源的电磁兼容性设计及取得突破性进展,专用计算机软件的问世为开关电源的优化设计提供了便利条件。
Saber是美国Analogy公司开发,现由Synopsys公司经营的系统仿真软件,被誉为全球最先进的系统仿真软件,也是唯一的多技术,多领域的系统仿真产品,现已成为混合信号、混合设计技术和验证工具的业界标准,可用于电子、机电一体化、机械、光电、光学、控制等不同类型系统构成的混合系统仿真,与其他由电路仿真软件相比,其具有更丰富的元件库和更精致的仿真描述能力,仿真真实性更好。
1反激式开关电源基本原理
反激式开关电源其拓扑结构如图1。
其电磁能量储存与转换关系如下
如图2(a)当开关管导通,原边绕组的电流Ip将线形增加,磁芯内的磁感应强度将增大到工作峰值,这时可以把变压器看成一个电感,逐步储能的过程。
如图2(b)当开关管关断,初级电流降到零。副边整流二极管导通,感生电流将出现在复边。从而完成能量的传递。按功率恒定原则,副边绕组安匝值与原边安匝值相等。
2基于UC3842的反激式开关电源电路设计
由Buck-Boost推演并加隔离变压器后而得反激变换器原理线路。多数设计中采用了稳定性很好的双环路反馈(输出直流电压隔离取样反馈外回路和初级线圈充磁峰值电流取样反馈内回路)控制系统,就可以通过开关电源的PWM(脉冲宽度调制器)迅速调整脉冲占空比,从而在每一个周期内对前一个周期的输出电压和初级线圈充磁峰值电流进行有效调节,达到稳定输出电压的目的。这种反馈控制电路的最大特点是:在输入电压和负载电流变化较大时,具有更快的动态响应速度,自动限制负载电流,补偿电路简单。以UC3842为控制芯片设计一款50W反激式开关电源,其原理图如图3所示。
2.1高频变压器设计
1)原边匝数
因为作用电压是一个方波,一个导通周期的伏秒值与原边匝数关系如式(1)
Np=(1)
式中 Np――原边匝数;
Vp――原边所加直流电压(V);
ton ――导通时间(us);
Bac――交变工作磁密(mT);
Ae――磁心有效面积(mm2)。
2)副边绕组
由原边绕组每匝伏数=母线电压/原边匝数可得
副边绕组匝数=(输出电压+整流二极管压降+绕组压降)/原边绕组每匝伏数
3)气隙
实用方法:插入一个常用气隙,例如0.5mm,使电源工作起来在原边串入电流探头。注意电流波形的斜率,并调整气隙达到所要求的斜率。
也可用式(2)计算气隙。
lg=(2)
式中lg ――气隙长度(mm);
u0 ――4n×107;
Np――原边匝数;
Lp――原边电感;
Ae ――磁心面积(mm2)。
2.2反馈环节
图3中反馈环节由光耦PC817和TL431组成,适用于电流控制模式。输出电压精度1%。电压反馈信号经分压网络引入TL431的Ref段,装换为电流反馈信号,经过光耦隔离后输入UC3842的控制段。
TL431是由美国德州仪器生产的2.5V-36V可调式精密并联稳压器。内有参考电压2.5V,它与参考端一起控制内部的比较放大器。在输出阴极和参考端可加反馈网络,影响整个开关电源的动态品质特性。
2.3控制芯片电路
UC3842由4脚外接RC生成稳定的振荡波形,振荡频率=1.8/R12×C15。6脚输出驱动脉冲,驱动MOSFET在导通和截至之间工作。8脚提供一个稳定的5V基准源。
3Saber电路仿真
利用 Saber 软件进行仿真分析主要有两种途径,一种是基于原理图进行仿真分析,另一种是基于网表进行仿真分析。基于原理图进行仿真分析的基本过程如下:
1)在Saber Sketch中完成原理图录入工作;
2)然后使用net list命令为原理图产生相应的网表;
3)在使用simulate命令将原理图所对应的网表文件加载到仿真器中,同时在Sketch中启动Saber Guide界面;
4)在Saber Guide界面下设置所需要的仿真分析环境,并启动仿真;
5)仿真结束以后利用Cosmos Scope工具对仿真结果进行分析处理。
在这种方法中,需要使用Saber Sketch和Cosmos Scope两个工具,但从原理图开始,比较直观。所以,多数Saber的使用者都采用这种方法进行仿真分析。但它有一个不好的地方就是仿真分析设置和结果观察在两个工具中进行,在需要反复修改测试的情况下,需要在两个窗口间来回切换,比较麻烦。
4系统仿真及实测
在Saber Sketch中完成原理图。并进行DC/AC分析。
如图4(a)为开关电源在220V交流输入时的MOSFET驱动电压波形仿真结果(b)为实测样机MOSFET驱动电压波形。作为专业级开关电源仿真软件,Saber在控制环路设计上,能够真实且直观的检验设计的稳定性。
如图5(a)为开关电源电流采样电阻上的电压波形的仿真结果(b)为实测波形。涉及开关电源部分器件选型的重要参数也同样可以通过仿真波形得到,例如开关器件MOSFET额定工作时通态最大电流等参数,同样可以从仿真波形中得出。
5结束语
在电路设计初期,借用Saber的电路级仿真可以很直观的对开关电源电路设计进行的评估,并在控制环路的设计上会有很大的帮助。在完成样机的初步测试后,同样可以借助仿真对电路功能进行校验。该电路广泛应用于小功率场合,具有体积小,成本低,结构简单等优点。
(a)仿真(b)实测
图4MOSFET驱动电压波形
(a)仿真 (b)实测
图5电流采样电阻电压波形
测试结果(图5b)为220V,50Hz交流输入时,实验样机测试波形。
参考文献
[1]沙占友.单片开关电源最新应用技术,2006.
[2]王建秋,刘文生.Saber仿真在移向全桥软开关电源研发中的应用,2009.
[3]张占松,蔡宣三.开关电源的原理与设计,2000.
[4]Saber.仿真中文教程.
[5]张煜.基于Saber的Boost APFC仿真分析及DSP实现.2009.
开关电源原理及设计范文4
【关键词】DX系列中波发射机；开关电源；+24V非稳压电源组件
1.引言
电源是各种电子设备必不可少的重要组成部分，其性能优劣直接关系到整个系统的安全性和可靠性指标。而开关电源是目前应用最为广泛地一种电源装置，开关电源以其损耗低、效率高、电路简洁显著优点而受到人们的青睐，并广泛地应用于计算机、电子设备、仪器仪表、通信设备和家用电器中。
输出稳定性决定电源成败。电源除了我们最关心的额定功率，以及可直接感触到的静音、散热等外部特征因素外，转换效率也越来越备受重视，但是，电压稳定性和输出纹波更能反应一个电源的品质。
2.开关电源基本原理
2.1 开关电源的工作原理
开关电源的工作原理可以简单的用图1进行说明。图1中输入的直流不稳定电压经开关S加至输出端，S为受控开关，是一个受开关脉冲控制的开关调整管，若使开关S按要求改变导通或者断开时间，就能把输入的直流电压变成矩形脉冲电压。这个脉冲电压经滤波电路进行平滑滤波后就可得到稳定的直流输出电压。
为了便于分析，定义脉冲占空比如下：
式中，T表示开关S的开关重复周期；表示开关S在一个开关周期中的导通时间。开关电源直流输出电压与输入电压之间有如下关系式：
由上面两个关系式可以看出，若开关周期T一定，改变开关S的导通时间，即可改变脉冲占空比D，从而达到调节输出电压的目的。T不变，只改变来实现占空比调节的稳压方式叫做脉冲宽度调制（PWM）。由于PWM式的开关频率固定，输出滤波电路比较容易设计，易实现最优化，因此PWM式开关电源用的较多，本文中所提到的开关电源就属于PWM式开关电源。
2.2 开关电源的组成
开关电源的组成图2所示。其中DC/DC变换器用以进行功率变换，它是开关电源的核心部分；驱动器是开关信号的放大部分，对来自信号源的开关信号进行放大和整形，以适应开关管的驱动要求；信号源产生控制信号，该信号由它激或者自激电路产生，可以使PWM信号、PFM信号或者其它信号；比较放大器对给定信号和输出反馈信号进行比较运算，控制开关信号的幅值、频率、波形等，通过驱动器控制开关器件的占空比，已达到稳定输出电压的目的。除此之外，开关电源还有辅助电路，包括启动、过流过压保护、输入滤波、输出采样、功能指示等电路。
3.分立的+24V非稳压电源组件
电源性能的优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作，传统的电源主要以线性电源为主，其工作过程为：将工频电网电压经过线性变压器降压以后，再经过整流、滤波和线性稳压，最后输出一组纹波电压和稳定度均符合要求的直流电压。这种电源的优点是：⑴电源稳定度和负载稳定度较高；⑵输出纹波电压较小；⑶瞬态响应速度快；⑷线路结构简单。这种电源的缺点是：⑴功耗非常大、效率比较低，效率一般只有45%左右；⑵重量非常重、体积庞大；⑶必须使用较大容量的滤波电容；⑷输入电压动态范围小；⑸输出电压调整麻烦，并且通过改变线性变压器初级线圈匝数，仅能步进调整输出电压。
DX系列中波发射机中使用了一种分立的+24V非稳压电源组件，它仅由一个美国Acme电气公司线性变压器（500B24HA）、一个桥式整流器（GBPC5002）及一只滤波电解电容器（33000μF/50VDC）组成。该电源组件的输入端为工频电网220V电压，输出端为标称的+24V非稳压电源，通过改变输入端的连接抽头，可以适当改变输出端的非稳压电压范围。在DX系列发射机单个功放单元（简称PB）中，这种+24V非稳压电源组件的输出送至低压电源板，经低压电源板稳压后提供给发射机可编程逻辑控制器（简称为PLC）、缓冲放大器、大部分板卡+18V/-18V/+8V的工作电源；在DX系列发射机并机网络中，这种+24V非稳压电源组件的输出分别送至低压电源板，经低压电源板稳压后提供给发射机合成器单元触摸屏（简称为MMI）、PLC、所有模式/辅助接触器、大部分板卡的工作电源。其供电情况图如图3所示。
在实际应用中，除了线性电源固有的缺点外，美国哈里斯公司设计人员未认真考虑每一部分所需要电源的实际额定功率情况，而是统一采用这种+24V非稳压电源组件；并且对于一些关键部位仍然采用+24V非稳压供电，不利于其稳定可靠运行；这种分立元件组成的非稳压电源，由于元器件老化或变质，极易出现噪声大、输出直流电压不稳定等毛病。鉴于以上不足，笔者提出利用目前市场上广泛使用的开关电源代替传统的线性非稳压电源的技改方案。
4.技改及应用情况
开关电源是近代普遍推广的稳压电源，其主要特点有：⑴内部功率损耗小，转换效率高，一般可达90%以上；⑵体积小，重量轻；⑶稳压范围宽，输出电压在一定范围连续可调；⑷滤波效率大为提高；⑸安全可靠，内部具有各种形式的保护电路，当电源负载出现故障时，能自动切断电源，保障其功能可靠。
4.1 开关电源的选型
首先，确定选择专业电源供应商的台湾明纬公司的开关电源。其次，根据电压和电流范围，进一步确定所需开关电源的额定功率。下面以DX系列中波发射机并机合成器控制单元和发射机控制单元的开关电源选型为例进行说明。根据实际电路，通过测试，得到各自+24V非稳压电源组件输出的总功率如表1所示。由表1可以看出，发射机并机发射机控制单元最大总输出功率为69.96W，发射机并机合成器控制单元最大总输出功率为42.408W，因为开关电源的功率比较足，但是为了延长开关电源的使用寿命，一般要选择多30%以上输出功率的开关电源。查询台湾明纬公司的开关电源产品，根据实际冗余量的需要，最终选择SDR-120-24开关电源代替发射机并机合成器控制单元中+24V非稳压电源组件，选择SDR-240-24开关电源代替发射机并机发射机控制单元中+24V非稳压电源组件。
这两款开关电源均是单组输出导轨型具功率因素校正（简称为PFC）功能的开关电源，它们内部原理方框图如图4所示。该系列开关电源峰值功率可达150%额定输出功率，输出电压连续可调且调整范围宽，同时内部含低压保护、过载保护、过压保护、过流保护等多种保护电路。
4.2 开关电源的安装
由于相比+24V非稳压电源组件而言，开关电源的体积大大减小、重量大大减轻，所以在拆除+24V非稳压电源组件之后，再安装开关电源及其简便。安装时，事先将标准的35mm铝合金外卡导轨固定在机箱壳体上，然后将这种导轨型开关电源安装在导轨上即可。这种导轨型开关电源与普通的开关电源相比，除了安装方式不同之外，没有任何区别。
为了达到充分散热的目的，一般开关电源宜安装在空气对流条件较好的位置或者安装在机箱壳体上，通过机箱壳体将热传达出去。由于设计中仅通过自然风冷却，为了进一步提高冷却效果，笔者还自行加装了一个40W的排风扇，以利开关电源散热，延长其使用寿命。改造前后的安装效果图如图5所示。
4.3 开关电源的应用效果
在DX系列中波发射机中，+24V非稳压电源组件的地位非常重要，它几乎提供了所有板卡的工作电源，以及PLC工作电源、触摸屏工作电源、模式/辅助接触器直流马达工作电源等等。这个+24V电源输出电压的不稳定，必将造成对发射机设备或者器件或大或小的影响。比如，对于直流+24V供电的PLC而言，原则上应采用直流稳压电源供电。因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使PLC接收到错误信息。一般不能使用仅通过单相式桥式整流的直流电源直接对PLC进行供电。在系统组成较复杂时，应使用独立的稳压电源单独对PLC供电。然后，DX系列中波发射机原设计直流+24V供电的PLC电源却为单相式桥式整流的非稳压电源，设计中存在明显缺陷。经过技术改造之后，电源系统的质量得以明显改善，可以从以下两个方面进行说明：
⑴输出纹波。电源输出的直流电压是通过将交流电压整流滤波转换而来，那么在直流输出中就不可避免地含有交流成分或者周期性的杂波信号，这就是我们所说的输出纹波，纹波越小，电源品质越优秀。纹波是非常难以遏制的，电流越大，产生的纹波越大。纹波会带来的危害有：降低转换效率；形成浪涌；带来纹波噪音。而采用含功率因素校正功能的开关电源，纹波极小，明显好于普通电源。图6所示为+24V非稳压电源组件和开关电源空载时输出电压波形，从图6中明显看出开关电源产生的纹波远远好于+24V非稳压电源组件。
⑵电压稳定性。电压稳定性是电源最重要的品质之一，很多烧毁硬件的事故都是由于电压稳定性差（电压偏移幅度过大）造成的。实际电压与标准电压的偏移值越小，表示电压稳定性越好。电压稳定性的问题其实就是交叉负载能力，交叉负载表征的是电源在各种负载配比下各路电压能否保持稳定的能力。经出厂测试，+24V非稳压电源组件空载输出电压为31.0V，半载输出电压为28.4V，满载输出电压为26.7V，可知其电压稳定性较差。表2所示为+24V非稳压电源组件和开关电源分别在两种不同状态时电压偏移情况，从表中明显看出开关电源的电压稳定性远远好于+24V非稳压电源组件。
5.结束语
开关电源具有高效、稳定、可靠的特点，并且属于免维护器件，在实际应用中，取得了良好的效果。经过改造后，也节省了安装空间，根据需要还可以设计备份冗余+24V开关电源，实现双电源并联供电，提高发射机供电的可靠性。
参考文献
开关电源原理及设计范文5
1 引言
随着PWM技术的不断发展和完善，开关电源得到了广泛的应用，以往开关电源的设计通常采用控制电路与功率管相分离的拓扑结构，但这种方案存在成本高、系统可靠性低等问题。美国功率集成公司?POWER Integration Inc?开发的TOP Switch系列新型智能高频开关电源集成芯片解决了这些问题，该系列芯片将自启动电路、功率开关管、PWM控制电路及保护电路等集成在一起，从而提高了电源的效率，简化了开关电源的设计和新产品的开发，使开关电源发展到一个新的时代。文中介绍了一种用TOP Switch的第三代产品TOP249Y开发变频器用多路输出开关电源的设计方法。
2 TOP249Y引脚功能和内部结构
2．1 TOP249Y的管脚功能
TOP249Y采用TO－220－7C封装形式，其外形如图1所示。它有六个管脚，依次为控制端C、线路检测端L、极限电源设定端X、源极S、开关频率选择端F和漏极D。各管脚的具体功能如下：
控制端C：误差放大电路和反馈电流的输入端。在正常工作时，利用控制电流IC的大小可调节占空比，并可由内部并联调整器提供内部偏流。系统关闭时，利用该端可激发输入电流，同时该端也是旁路、自动重启和补偿电容的连接点。
线路检测端L：输入电压的欠压与过压检测端，同时具有远程遥控功能。TOP249Y的欠压电流IUV为50μA，过压电流Iav为225μA。若L端与输入端接入的电阻R1为1MΩ，则欠压保护值为50VDC，过压保护值为225VDC。
极限电流设定端X：外部电流设定调整端。若在X端与源极之间接入不同的电阻，则开关电流可限定在不同的数值，随着接入电阻阻值的增大，开关允许流过的电流将变小。
源极S：连接内部MOSFET的源极，是初级电路的公共点和电源回流基准点。
开关频率选择端F：当F端接到源极时，其开关频率为132kHz，而当F端接到控制端时，其开关频率变为原频率的一半，即66kHz。
漏极D：连接内部MOSFET的漏极，在启动时可通过内部高压开关电流提供内部偏置电流。
2．2 TOP249Y的内部结构
TOP249Y的内部工作原理框图如图2所示，该电路主要由控制电压源、带隙基准电压源、振荡器、并联调整器／误差放大器、脉宽调制器（PWM）、门驱动级和输出级、过流保护电路、过热保护电路、关断／自动重起动电路及高压电流源等部分组成。
3 基于TOP249Y的开关电源设计
笔者利用TOP249Y设计了一种新型多路输出开关电源，其三路输出分别为5V／10A、12．5V／4A、7V／10A，电路原理如图3所示。该电源设计的要求为：输入电压范围为交流110V～240V，输出总功率为180W。由此可见，选择TOP249Y能够满足要求。
3．1 外围控制电路设计
该电路将X与S端短接可将TOP249Y的极限电流设置为内部最大值；而将F端与S端短接可将TOP249Y设为全频工作方式，开关频率为132kHz。
图2
在线路检测端L与直流输入Ui端连接一2MΩ的电阻R1可进行线路检测，由于TOP249Y的欠压电流IUV为50μA，过压电流Iav为225μA，因此其欠压保护工作电压为100V，过压保护工作电压为450V，即TOP249Y在本电路中的直流电压范围为100～450V，一旦超出了该电压范围，TOP249Y将自动关闭。
3．2 稳压反馈电路设计
反馈回路的形式由输出电压的精度决定，本电源采用“光耦＋TL431”，它可以将输出电压变化控制在±1％以内，反馈电压由5V／12A输出端取样。电压反馈信号U0通过电阻分压器R9、R11获得取样电压后，将与TL431中的2．5V基准电压进行比较并输出误差电压，然后通过光耦改变TOP249Y的控制端电流IC，再通过改变占空比来调节输出电压U0使其保持不变。光耦的另一作用是对冷地和热地进行隔离。反馈绕组的输出电压经D2、C2整流滤波后，可给光耦中的接收管提供电压。R4、C4构成的尖峰电压经滤波后可使偏置电压即使在负载较重时，也能保持稳定，调节电阻R6可改变输出电压的大小。
3．3 高频变压器设计
由于该电源的输出功率较大，因此高频变压器的漏感应尽量小，一般应选用能够满足132kHz开关频率的锰锌铁氧体，为便于绕制，磁芯形状可选用EI或EE型，变压器的初、次级绕组应相间绕制。
高频变压器的设计由于要考虑大量的相互关联变量，因此计算较为复杂，为减轻设计者的工作量，美国功率公司为TOP Switch开关电源的高频变压器设计制作了一套EXCEL电子表格，设计者可以方便地应用电子表格设计高频变压器。
3．4 次级输出电路设计
输出整流滤波电路由整流二极管和滤波电容构成。整流二极管选用肖特基二极管可降低损耗并消除输出电压的纹波，但肖特基二极管应加上功率较大的散热器；电容器一般应选择低ESR?等效串联阻抗?的电容。为提高输出电压的滤波效果，滤除开关所产生的噪声，在整流滤波环节的后面通常应再加一级LCC滤波环节。
3．5 保护电路设计
本电源除了电源控制电路TOP249Y本身所具备的欠压、过压、过热、过流等保护措施外，其外围控制电路也应有一定的保护措施。用D3、R12、Q1可构成一个5．5V的过压检测保护电路。这样，当5V输出电压超过5．5V时，D3击穿使Q1导通，从而使光耦电流增大，进而增大了控制电路TOP249Y的控制端电流IC，最后通过内部调节即可使输出电压下降到安全值。
图3
为防止在开关周期内，TOP249Y关断时漏感产生的尖峰电压使TOP249Y损坏，电路中设计了由箝压齐纳管VR1、阻断二极管D1、电容C5、电阻R2、R3组成的缓冲保护网络。该网络在正常工作时，VR1上的损耗很小，漏磁能量主要由R2和R3承担；而在启动或过载时，VR1即会限制内部MOSFET的漏极电压，以使其总是处于700V以下。
4 电源性能测试及结果分析
根据以上设计方法，笔者对采用TOP249Y设计的多路输出开关电源的性能进行了测试。实测结果表明，该电源工作在满载状态时，电源工作的最大占空比约为0．4，电源的效率约为90％，纹波电压控制、电压调节精度及电源工作效率都超过了以往采用控制电路与功率开关管相分立的拓扑结构形式的开关电源。
开关电源原理及设计范文6
[关键词]开关电源 电磁干扰 抑制措施 改进措施
开关电源EMI（Electro magnetic Interference），就是通过用电子线路组成开关式（方波）震荡电路来达到对电能的转换。这种方式有好多优点，一是稳压范围宽，在一定范围内输出电压与输入电压变化无关，电脑电源可以在80V～240V都可以正常工作，是其它方式电源无法比拟的。二是效率高，由于采用开关震荡工作方式，热损耗特别少，发热低。三是结构简单，相对于其它相同功率的电源，开关电源的体积与重量要少得多。因此，在众多的电子设备中，开关式电源已经是相当普遍。随着开关电源应用领域的不断扩大，其电磁干扰已成为一个很严重的问题，开关电源的功率管工作在非线性条件下，采用脉宽调制（PWM）开关控制方式，加之开关频率的不断提高，使得电磁干扰越来越突出，对电网造成污染。因干扰的存在，输入电源的电网受到了干扰，影响到其它设备，使其不能正常的工作，也影响到电网的供电质量。所以，寻找干扰抑制的方法是很必要的。这里分析与比较了几种有效的方案，并为开关电源EMI的抑制措施提出新的参考建议。
一、开关电源电磁干扰的产生机理
开关电源首先将工频交流电整流为直流电，然后经过开关管的控制变为高频，最后经过整流滤波电路输出，得到稳定的直流电压。因此，自身含有大量的谐波干扰。同时，由于变压器的漏感和输出二极管的反向恢复电流造成的尖峰，都会产生不同程度的电磁干扰。开关电源中的干扰主要集中在电压、电流变化大（即dv/dt或di/dt很大）的元器件上，尤其是开关管、输出二极管和高频变压器等。同时，杂散电容会将电网的噪声传导到电子系统的电源而对电子线路的工作产生干扰。开关电源产生的干扰,按噪声干扰源种类来分,可分为尖峰干扰和谐波干扰两种;若按耦合通路来分,可分为传导干扰和辐射干扰两种。现在按噪声干扰源来分别说明:
1.二极管的反向恢复时间引起的干扰;
2.开关管工作时产生的谐波干扰;
3.交流输入回路产生的干扰;
4.其他原因。
元器件的寄生参数，开关电源的原理图设计不够完美，印刷线路板（PCB）走线通常采用手工布置，具有很大的随意性，PCB的近场干扰大，并且印刷板上器件的安装、放置，以及方位的不合理都会造成EMI干扰。
二、开关电源EMI的特点
作为工作于开关状态的能量转换装置，开关电源的电压、电流变化率很高，产生的干扰强度较大；干扰源主要集中在功率开关期间以及与之相连的散热器和高平变压器，相对于数字电路干扰源的位置较为清楚；开关频率不高（从几十千赫和数兆赫兹），主要的干扰形式是传导干扰和近场干扰;而印刷线路板(PCB)走线通常采用手工布线，具有更大的随意性,这增加了PCB分布参数的提取和近场干扰估计的难度。
三、目前抑制干扰的几种措施
形成电磁干扰的三要素是干扰源、传播途径和受扰设备。因此，抑制电磁干扰也应该从这三方面着手。首先应该抑制干扰源，直接消除干扰原因;其次是消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射，切断电磁干扰的传播途径;第三是提高受扰设备的抗扰能力,减低其对噪声的敏感度。目前抑制干扰的几种措施基本上都是用切断电磁干扰源和受扰设备之间的耦合通道，它们的确是行之有效的办法。常用的方法是屏蔽、接地和滤波。
1.采用屏蔽技术可以有效地抑制开关电源的电磁辐射干扰。系统中的安全保护地线、屏蔽接地线和公共参考地线各自形成接地母线后,最终都与大地相连。
在电路系统设计中应遵循“一点接地”的原则。如果形成多点接地，会出现闭合的接地环路，当磁力线穿过该回路时将产生磁感应噪声，实际上很难实现“一点接地”。因此，为降低接地阻抗，消除分布电容的影响而采取平面式或多点接地，利用一个导电平面(底板或多层印制板电路的导电平面层等)作为参考地，需要接地的各部分就近接到该参考地上。为进一步减小接地回路的压降，可用旁路电容减少返回电流的幅值。在低频和高频共存的电路系统中，应分别将低频电路、高频电路、功率电路的地线单独连接后，再连接到公共参考点上。
2.滤波是抑制传导干扰的一种很好的办法。例如,在电源输入端接上滤波器，可以抑制开关电源产生并向电网反馈的干扰，也可以抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害。在滤波电路中,还采用很多专用的滤波元件，如穿心电容器、三端电容器、铁氧体磁环，它们能够改善电路的滤波特性。恰当地设计或选择滤波器，并正确地安装和使用滤波器，是抗干扰技术的重要组成部分。
EMI滤波技术是一种抑制尖脉冲干扰的有效措施，可以滤除多种原因产生的传导干扰。测试表明，只要适当选择元器件的参数，便可较好地抑制开关电源产生的传导干扰。
四、目前开关电源EMI抑制措施的不足之处
现有的抑制措施大多从消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射，切断电磁干扰的传播途径出发。这的确是抑制干扰的一种行之有效的办法，但很少有人涉及直接控制干扰源，消除干扰，或提高受扰设备的抗扰能力。殊不知后者还有许多发展的空间。
五、改进措施的建议
我认为目前从电磁干扰的传播途径出发来抑制干扰，已渐进成熟。我的视点要回到开关电源器件本身来，在电路方面要注意以下几点:
1.印制板布局时,要将模拟电路区和数字电路区合理地分开，电源和地线单独引出，电源供给处汇集到一点;PCB布线时，高频数字信号线要用短线，主要信号线最好集中在PCB板中心，同时电源线尽可能远离高频数字信号线或用地线隔开。其次，根据印制线路经电流的大小，应尽量加粗电源线宽度，减少环路电阻。再次，可以根据耦合系数来布线，尽量减少干扰耦合。
2.印制板的电源线和地线印制条尽可能宽，以减小线阻抗，从而减小公共阻抗引起的干扰噪声。
3.器件多选用贴片元件和尽可能缩短元件的引脚长度，以减小元件分布电感的影响。
4.在Vdd及Vcc电源端尽可能靠近器件接入滤波电容，以缩短开关电流的流通途径，如用10μF铝电解和0.1μF电容并联接在电源脚上。对于高速数字IC的电源端可以用钽电解电容代替铝电解电容，因为钽电解的对地阻抗比铝电解小得多。
六、结论
产生开关电源电磁干扰的因素还很多，抑制电磁干扰还有大量的工作。全面抑制开关电源的各种噪声会使开关电源得到更广泛的应用。
参考文献:
