开关电源的设计论文.docVIP

12V/30W开关电源的设计 一、摘要：开关电源自20世纪70年代开始应用以来，涌现出许多功能完备的集成控制电路，使开关电源电路日益简化，工作频率不断提高，效率大大提高，并为电源小型化提供了广阔的前景。三端离线式脉宽调制单片开关集成电路TOP(Three terminal offline)将PWM控制器与功率开关MOSFET合二为一封装在一起，已成为开关电源IC发展的主流。采用TOP开关集成电路设计开关电源，可使电路大为简化，体积进一步缩小，成本也明显降低，使得电源结构简单，直接可与220V交流电源连接，经桥式整流电容滤波后产生300V直流高电压起动开关电源工作。并且重量轻、体积小，接线简单外围元件少。 二、引言 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、使用方便等特点，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。电源是所有电子设备不可缺少的动力之源，电源设备也是电子设备重要的组成部件，各种电子设备对电源供电的要求也各不相同，总的来说，以省电、可靠、安全为宗旨。 三、总体设计方案 12V/30W小功率开关电源原理图如下图所示。 该电路特点是利用三极管Q1，二极管D1及电阻R5、R6组成过低压保护电路，当输入电压降低到一定程度时，Q1导通，控制端C电位降低，TOP开关关闭，开关电源没有输出。 （1）输入电路 电网交流220V输入电压经两级EMI滤波电路 、桥式整流、电容滤波后产生300V直流高压起动开关电源工作。 （2）电源变换器部分 在该电路中，T2为高频变压器，其中 N1为初级绕组（35T） N2为反馈绕组（15T） N3为次级隔离输出绕组（7T） 开关电源工作后，反馈绕组N2经整流、滤波、限流后送至TOP开关控制极C，以调整TOP开关内部PWM占空比。当因某种原因如负载变轻引起输出电压升高时，N2电压将升高，即流入TOP开关控制端C的电流增加。在振荡电路的控制下，漏极端D有电流流入芯片，提供开环输入，该输入通过旁路调整器、误差放大器，由控制端进行闭环调整，经由PWM控制MOSFET的输出占空比，使其占空比线性减小，从而使输出电压下降，最后达到动态平衡，保持输出稳定。电路中并接于初级绕组N1两端的瞬态电压抑制二极管D5、电容C4及快速二极管D6组成钳位削峰电路。钳制电感放电脉冲的最高电位，减少漏感抗引起的漏极端电压畸变。在实际绕制高频电源变压器时，为了减小漏感的影响，可采用初级与次级相互交叉的绕制方法。同时，采用自我屏蔽作用较为良好的罐形磁芯，将线圈都用磁芯封在里边。 （3）反馈控制回路 电容C6决定软起动恢复时间，C6、R5、R4、C5、D7决定控制回路的零点。R4阻值过小，限流线性差，容易导致TOP开关损坏；过大则调整线性差。在实验中取值为10kΩ （4）输出回路 N3、D10、C8、D11构成输出回路。肖特基势垒整流二极管D10对高频变压器次级的高频方波电压进行整流，经低ESR值的电解电容滤波及双向瞬态电压抑制二极管D11削峰稳压后，提供给负载电路。R7既可改善电源本身的输出阻抗，又能小幅度地调整输出电压的范围，同时又可在电源空载时为电容C8提供放电回路。R7取值为430Ω。 四、高频变压器的参数设计 输入电压为 AC 85~265V(50Hz)；工作频率为100KHz；输出电压为12V，输出电流为2.5A；电源效率为90%。 设损耗分配系数为Z=0.5（一次侧与二次侧损耗各占50%）： （1）根据V1、P0值来确定输入滤波电容C3的容量、直流输入电压最小值V1（min） 查表可知： C3=2*90uF=180uF （2）根据输入电压V，确定一次感应电压和钳位二极管反向击穿电压 (V) 查下表可知：=135V, =200V, 由的值选用P6KE200瞬态电压抑制器。 （3）高频变压器的一次电感量 ： 通过查表，可计算出=628uH，可选择EE30磁芯，磁芯长度A=30mm，=115,窗口面积Be=52.9. （4）确定高频变压器的匝数 1. 计算次级隔离输出绕组匝数N3： 已知V=85~265V，Vo=12V,考虑到肖特基二极管还有最大正向导通电压0.8V。当V=85-265V是，首先取N3的初始值为0.5匝/V，计算出次级绕组匝数N3为 2. 计算初级绕组N1： 3. 计算反馈绕组N2： 4. 计算磁芯的最大磁感应强 5. 计算磁芯的气隙密度 其中，磁芯不留间隙时 ， 代入上式得： 计算留有气隙时磁芯的等效电感 五、输入输出整流滤波电路的设计 在输入电路中，两级EMI滤波电路去除差模干扰的C1，C