高频开关电源设计与应用实例

高频开关电源系统的优化设计及应用研究在电力系统中，直流电源作为继电保护、自动装置、控制操作回路、灯光音响信号及事故照明等电源之用，是发电厂和变电站比较重要的设备。

因直流电源故障而引发的事故时有发生，所以，对直流电源的可靠性、稳定性具有很高要求。

传统的直流电源多数采用可控硅整流型。

近几年来，我国电网已经全面采用智能化的高频开关电源，这种电源系统具有许多优点：安全、可靠、自动化程度高、具有更小的体积和重量、综合效率高以及噪音低等，大大降低了运行人员的工作量，适应电网发展的需要，值得推广使用。

1 高频开关电源优化设计研究1.1 淘汰线性电源设计相对于传统的线性电源开关设计，高频开关电源在技术上有着明显的优势。

受限，其能够在开关内节省下一定的空间，而这一空间就是传统线性电源中变压器的空间，这样就能够使开关电源的重量更轻、体积更小。

同时高频开关电源在设计上是为了满足不断提高工作频率的要求，因此其能够满足于现代不同设备的功率输出，克服输出波纹过大等诸多问题，使得高频开关电源更加适合现代市场的需求。

1.2 小型化设计趋势随着现代集成技术的发展，各类电子设备在设计和研发的过程中都向着更小、更轻便的方向进行发展，因此各电子设备的小型化设计趋势非常明显。

因此，在对开关电源进行设计的过程中也必须要考虑到其安装设备的大小，也需要向着小型化的方向进行发展。

同时，电源在使用的过程中，其内部的电容、变压器以及质量都是与电源工作频率的平方根呈现反比情况，以此，随着不断开关电源的工作效率不断提高，其本身的体积必然会朝着更加小型化的方向发展。

另外，小型化的电源开关在设计和研发的过程中其所消耗的原材料较少，能够有效降低生产企业的生产成本，具有着极重要的经济价值。

1.3 电磁干扰的屏蔽设计在高频开关电源工作的过程中，随着开关的开通和中断，这种快速的电流变化就会引发噪音，噪音经过传导传递到开关外部，就形成了一定的电磁干扰现象，而这也是高频开关电源工作效率较低的原因之一。

48V25A直流高频开关电源设计本文将会讨论如何设计48V25A直流高频开关电源，共。

一、需求分析首先，根据需求分析，在设计直流高频开关电源时需要考虑以下几个方面：1. 输出电压和电流要求：这里需要的输出电压和电流为48V和25A。

2. 效率：高效率是选择高频开关电源的主要原因，因此在设计时应该考虑如何提高功率转换的效率。

3. 稳定性和可靠性：电源应该在使用期间保持稳定，且能够正常工作且不损坏。

4. 尺寸和成本：电源设计时，尺寸和成本也是需要考虑的因素，电源需要适合特定应用的尺寸，并且在成本方面也应该能够承受。

二、设计参数与计算在开始设计直流高频开关电源时，需要确定一些基本的设计参数，如输入电压、输出电压、输出电流等。

这些参数将用于计算所需的开关器件和元件参数。

1. 输入电压通常，我们将输入电压定义为我们电网的标准电压，也就是220V~240V。

在实际应用中，输入电压维持在200V~240V范围内。

2. 输出电压和电流本次设计中需要的输出电压和电流为48V和25A，这是通过计算或阅读应用说明来得出的，这个结果被视为设计中最重要的参数之一。

3. 开关频率开关频率是指开关器件开关的速度，通常是以每秒开关次数来计算的。

在本设计中，我们选择的开关频率为100KHz。

4. 电感值电感的作用是在开关器件切换时减少电流变化的速率，从而保护ICS和电源。

在选择电感值时，需要根据电源的电流和开关频率计算出所需的电感值。

在本设计中，我们选择10uH的电感值。

5. 容量及电压输入和输出滤波电容可有效地过滤输入电压和输出电压中的波纹噪声。

为了使电源更加稳定和可靠，本设计中使用1000uF的输入滤波电容，并使用1000uF的输出电容。

6. 电阻值电阻的作用是限制电流在整个电路中的流动。

在本设计中，我们使用足够大的电阻来保护高频谐振电路。

三、电源电路设计接下来，我们将根据所需的参数，设计直流高频开关电源电路。

1. 开关电源首先，我们需要选择适当的开关器件。

高频开关电源变压器的优化设计及其应用研究摘要：在开关电源当中，变压器是实现核心性能的关键技术组件，因此要把控合理设计与应用。

本文通过分析高频开关电源变压器的构成及发展现况，进一步分析了变压器的优化设计方向与实际应用。

关键词：优化设计；变压器；高频开关电源引言：目前的开关电源正不断向高频化的方向发展，因此其相应的变压器装置也开始采用高频形式，基于此，本文主要围绕着高频开关电源变压器的内部设计展开的研究，希望能够对高频开关电源变压器的实际应用有所帮助。

1.高频开关电源变压器的构成及发展现况1.1高频开关电源变压器的构成与分类高频开关电源变压器中，其开关器件是基于半导体功率，因此也可称之为开关管，而控制开关管在高频下进行关闭与开通操作，从而实现将某种电能的形态转换为其他类型电能形态，这种性能的装置就叫做开关转换器。

以开关转换器为关键部件，再利用闭环自动控制方式对输出电压进行稳定处理，同时，整个电路中还配有相应的保护电源，这种情况下的电源就叫做开关电源，而使用高频的转换器做电源开关工作的转换装置，就被称作高频开关电源，其一般是采用高频DC 转换器。

在高频开关电源当中，其运行的最基本路线包括整流滤波电路、开关型的功率变换装置、控制电路以及交流直线转换电路，而其相应的变压器装置可采用以下几种分类方式。

一是基于不同的驱动方式来划分为自激式驱动变压器以及他激式驱动变压器；二是根据电路的拓扑结构来划分变压器类型，具体可分为两类，包括隔离式变压器与非隔离式变压器，其中隔离式变压器装置还可划分为半桥式变压器、全桥式变压器、反激式变压器、正激式变压器以及推挽式变压器，非隔离式变压器则包括升压型变压器与降压型变压器；三是基于输入与输出之间是否存在电器隔离来划分变压器类型，有电器隔离则为隔离式变压器，无电器隔离则为非隔离式变压器；四是基于DC的开关条件或DC转换器类型来划分，可分为软开关型变压器与硬开关型变压器[1]。

1.2开关电源技术的发展现况电源从上世纪60年代开始就得到使用，一开始大部分使用电源的电子产品都是线性电源结构，这种电源在原理上存在许多局限，且电源本身的体积大、重量高，还具有损耗大的缺点，随后，一种基于开关调节器的直流稳压电源逐渐将其取代，对于开关电源技术的集中化研究开始于上世纪90年代，当时使用的开关电源是基于DC/DC转换器，并采用脉冲宽度调制方式来实现功能，随后还有许多新型电源材料逐渐问世，包括高频磁性材料以及半导体材料，这些材料的应用也使得开关电源的频率得到进一步增长，当前，国内外的开关电源技术都已经实现市场化发展，国内自主研发的开关电源变压器装置也逐渐变多，但大部分变压器的频率较小，高频开关电源变压器的研究还有待加强，近年来，随着对高频开关电源变压器的研究力度加大，该项技术的发展也得到了跨越式的进步[2]。

摘要目前开关电源向着高频、高可靠性、低功耗、低噪声、抗干扰和模块化方向发展，本论文设计了一种通信系统常采用的48V/25A直流高频开关电源。

本论文首先对高频开关电源的主电路进行了设计，分析了零电压软开关技术在移相全桥电路中的应用，开关电源的软开关技术采用移相PWM控制，通过相移芯片UC3875产生具有一定相序的脉冲去触发MOSFET管。

在主电路设计中，进行了高频变压器的设计，并对输出整流电路进行了分析、研究与设计。

其次，对开关通信电源的控制电路进行了设计。

控制电路以UC3875芯片为控制核心，采用闭环控制模式，实现系统的稳压和限流。

另外，对控制系统的过电流保护、过压保护、过热保护电路等保护电路进行了设计。

最后，用SABER仿真软件对电路进行了系统仿真与验证，仿真结果表明了设计的正确性。

关键词：软开关，UC3875，移相控制AbstractAt present, the switching power supply developed high frequency, high reliability, low energy consumption, low noise, interference and modular direction. That is to develop the inverter power source controlled by microcomputer which adopts soft-switches .This researching task is put forward on the base of discussing the characteristics and virtues of the welding inverter. The phase-shift chip UC3875 is adopted phase-shift pulse width modulate. The design about high frequency transformer is given .The amplified circuit and the commuted circuit are designed. The paper mostly researches and designs the soft-switch control system.Secondly, the control circuit, the protect circuit of the power supply are analyzed and designed. Its control circuit is centered on UC3875, uses a control that based regulation to realize the function is composed of analog of voltage-stabilization and current-limited.In addition, the safeguard circuit that mainly consists of over current, over heat, over voltage and circuit are studied and designed in the paper.And the circuit is simulated by the SABER, Simulation results show that the design is correct.Key words: soft-switch, UC3875, phase-shift目录摘要 (I)Abstract (II)目录.......................................................................................................................... I II 第一章引言.. (1)1.1开关通信电源系统的介绍 (1)1.1.1通信设备对开关通信电源的要求 (1)1.1.2通信电源系统的组成 (2)1.2通信直流开关电源的发展现状和发展方向 (2)1.2.1开关电源的发展和趋势 (2)1.2.2软开关技术的发展 (3)1.3本文的主要工作 (4)第二章高频开关电源主电路的设计与实现 (6)2.1高频开关电源的技术指标 (6)2.2高频开关电源主电路的硬件设计 (6)2.2.1输入整流电路的设计 (6)2.2.2直流变换器的设计 (7)2.2.3输出整流电路的设计 (8)2.3移相全桥谐振软开关电路[2][3][7] (9)2.3.1移相全桥零电压PWM软开关电路的工作原理 (9)2.3.2移相零电压软开关电路存在问题的解决 (11)2.3.3 ZVS的实现及副边占空比丢失 (12)2.3.4 结论 (13)2.4主电路元件参数的选择 (14)2.4.1 输入电路参数的选择[8] (14)2.4.2高频变压器的设计[1] (15)2.4.3输出滤波电感的设计 (17)2.4.4输出滤波电容的选择 (17)2.4.5 吸收电路器件的选择 (18)2.4.6功率器件的选择 (19)2.5本章小结 (19)第三章高频开关电源控制电路的硬件设计与实现 (21)3.1移相控制芯片UC3875的概述 (21)3.3.1 UC3875电气特性 (21)3.1.2 UC3875外围电路的设计 (22)3.1.3 UC3875输出波形的分析 (25)3.1.4 光电耦合器 (26)3.2保护电路的设计 (26)3.2.1电压与电流的保护 (27)3.2.2过热保护电路 (28)3.3 辅助电源设计 (28)3.4 本章小结 (29)第四章电路的仿真及分析 (30)结论 (34)参考文献 (35)致谢 (36)附录 (37)第一章引言1.1开关通信电源系统的介绍开关通信电源是通信设备的重要组成部分之一，因此也被称为通信设备的“心脏”。

高频开关电源技术方案[范文大全]第一篇：高频开关电源技术方案高频开关电源技术方案客户需求技术参数30929003.pdf 技术方案 2.1 概述现场的实际应用情况：12台15V/12000A的电源配1台90V/2000A的电源，每6台15V/12000A 的电源配一台6kV/380V/1MW的变压器，其中90V/2000A电源由于只是用于去除氧化膜，并不需要长时间工作。

电源关注核心指标是可靠性和系统效率。

电源可以考虑采用3种主回路方式，每种方式各有优缺点。

2.2主回路原理图方案1 2.2.1方案1 总体思想为输入36脉波移相变压器，6组功率模块并联的方式，具体电路如下：15V/12000A 开关电源最大输出功率180kW，90V/2000A开关电源最大输出功率180kW，功率等级一样，考虑采用同样的主回路原理，如下：整流器整流器36脉移相变压器整流器整流器整流器整流器功率模块1输出15V/12000A或90V/2000A功率模块2输入380V/50Hz 功率模块3功率模块4功率模块5功率模块6功率模块原理如下：高频变压器及整流输入端配置36脉波移相变压器，可有效拟制输入电流谐波，基本能满足3%的要求；每台开关电源采用6个功率模块并联的方式，如1个模块出现异常，其他模块还能继续降额工作，提高了工作可靠性；模块之间的均流精度可达5%以内，因此15V/12000A的开关电源每个模块的等级设计为15V/2200A，90V/2000A的开关电源每个模块的等级设计为90V/360A。

逆变采用移相全桥软开关技术，效率高，比普通硬开关技术效率平均多2%左右；二次整流采用同步整流技术，效率远远大于采用一般二极管整流的方式，一般同步整流比普通二极管整流效率高出5%～6%。

输出加LC滤波，如不加LC滤波，输出导电排由于高频肌肤效应的缘故，导电排发热严重。

90V/2000A电源由于只是用于去除氧化膜，并不需要长时间工作，从降低成本角度考虑，可以不加36脉波移相变压器，输出也不需要LC 滤波，直流输出高频方波电压。

高频开关电源的设计摘要从90年代开始，开关电源逐步得到广泛的应用。

开关电源的核心是DC-DC变换器。

影响开关电源的主要因素是其拓扑结构、开关频率、控制方式及关键元器件，如开关管、储能电感或脉冲变压器等。

本文首先介绍了本次设计的高频开关电源的现实意义和需要达到的目标要求，并介绍了主电路和控制电路的设计，采用了理论分析和实际硬件实验相结合的研究方法。

该系统以MOSFET作为功率开关器件，构成全桥开关变换器，整个电源由输入电路、主逆变器、输出滤波电路、辅助电源等部分组成。

系统主电路逆变部分采用了脉宽调制技术(PWM),PWM信号由集成控制器UC3875产生，从输出端实时采样电压、电流反馈信号，以控制输出电压和电流的变化。

实现了功率开关管的零电压开通和近似零电压关断，设计出高效率(达90%)、高可靠性、低电磁干扰的高频开关整流模块(48V/20A)。

关键词：高频开关电源；相移脉宽调制；零电压开关；DC-DC变换AbstractSince the nineteen's of last century, switch power has been used worldwide step by step. The core of switch power is DC-DC converter. The main factors that afect the performance of switch power is its topology, switch frequency,control mode and its key device units such as the switch tube, energy-storage inductor and pulse transformer.This paper introduces the practical significance of the high frequency switching power supply designed by us, and introduces the corresponding railway standards of the People'sRepublic of China. The main circuit and the control circuit are introduced in this paper, the research method includes the theory analysis and the practical experiments.The full-bridge converter is made up of four MOSFET. The system consists of the AC input stage, main inverter, output low-pass filter, auxiliary power supply etc. The theory of PWM is used in the system, and single of PWM is offered by controller UC3875.The feedback voltage and current achieved from output is used to control the change of the output. The Zero-Voltage Switching on and approximate Zero-Voltage Switching of the power devices are realized. High frequency switching rectifier module (48V/20A) has been designed with high efficiency (90%), high reliability and low EMI.Key words：High frequency switching power, Phase-Shifting PWM ZVS,Zero Voltage Switching,DC-DC Conversion高频开关电源的构成及其基本原理高频开关电源是将交流输入(单相或三相)电压变成所需要的直流电压的装置。

开关电源设计机载高频开关电源设计机载高频开关电源产品专门用于输入交流400Hz的场合，这是特意为了满足军用雷达、航空航天、舰船、机车以及导弹发射等专门用途所设计的。

应用户要求，研制出机载高频开关电源产品对电子武器装备系统的国产化，打破国际封锁，提高我军装备的机动性，高性能都有重要的意义。

机上可供选择的供电电源有两种输入方式：115V/400Hz中频交流电源和28V直流电源。

两种输入方式各有优缺点，115V/400Hz电源波动小，需要器件的耐压相对较高。

而28V 直流电源却相反，一般不能直接提供给设备部件使用，必须将供电电源进行隔离并稳压成为需要的直流电源才能使用。

机载电源的使用环境比较恶劣，必须适应宽范围温度正常工作，并能经受冲击、震动、潮湿等应力筛选实验，因此设计机载电源的可靠性给我们提出了更高的要求。

下面主要介绍115V/400Hz中频交流输入方式所研制的开关电源，它的输出电压270～380Vdc可以调节，输出功率不小于3000W，环境温度可宽至-40℃～+55℃，完全适应军品级电源的需要。

系统构成及主回路设计图1所示为整机电路原理框图。

它的设计主要通过升压功率因数校正电路及DC/DC变换电路两部分完成。

115Vac/400Hz 中频交流电源经输入滤波，通过升压功率因数校正(PFC)电路完成功率因数校正及升压预稳、能量存储，再通过DC/DC半桥变换、高频整流滤波器、输出滤波电路以及反馈控制回路实现270～380Vdc可调节输出稳压的性能要求。

图1 整机电路原理框图升压功率因数校正电路主要使输入功率因数满足指标要求，同时实现升压预稳功能。

本部分设计兼顾功率因数电路达到0.92的要求，又使DC/DC输入电压适当，不致使功率因数校正电路工作负担过重，因此设定在330～350Vdc。

隔离式DC/DC变换器电路拓扑结构形式主要有以下几种：正激、反激、全桥、半桥和推挽。

反激和正激拓扑主要应用在中小功率电源中，不适合本电源的3000W输出功率要求。

一款2KW高频开关电源电路的设计方案及实现
大量集成电路、超大规模集成电路等电子通信设备日益增多，要求电源的发展趋势是小型化、轻量化。

本文主要针对滤波电感、电容和变压器的体积和重量比较大，因此提出了一款2KW高频开关电源电路的设计方案，通过方案中的电源电路的设计方法，达到了以减少它们的体积来实现小型化、轻量化。

 引言
 我们可以通过减少变压器的绕组匝数和金减小铁心尺寸来提高工作频率，但在提高开关频率的同时，开关损耗会随之增加，电路效率会严重下降。

针对这些问题出现了软开关技术，它利用以谐振为主的辅助换流手段，解决了电路中的开关损耗和开关噪声问题，使开关电源能高频高效地运行，从20世纪70年代以来国内外就开始不断研究高频软开关技术，目前已比较成熟，下面以方案中2KW的电源为例进行设计。

 设计内容和方法
 1、主电路型式的选择
 变换电路的型式主要根据负载要求和给定电源电压等技术条件进行选择。

在几种常用的变换电路中，因为半桥、全桥变换电路功率开关管承受的电压比推挽变换电路低一倍，由于市电电压较高，所以不选推挽变换电路。

半桥变换电路与全桥变换电路在输出同样功率时，半桥变换电路的功率开关管承受二倍的工作电流，不易选管，输出功率较全桥小，所以采用全桥变换电路。

 传统的全桥变换电路开关元件在电压很高或电流很大的条件下，在门极的控制下开通或关断，开关过程中电压、电流均不为零，出现重叠，导致了开。

摘要随着大规模集成电路的发展，要求电源模块实现小型化，因而需要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构，这就对高频开关电源技术提出了更高的要求。

本文设计的是一款具有实时监控、显示的高频开关电源。

采用软开关技术可以有效的降低开关损耗和开关应力，有助于变换器效率的提高。

而PFC 技术可以提高AC/DC变换器的输入功率因数，减少对电网的谐波污染。

系统以MOS管作为功率开关器件，构成移相全桥ZVS PWM直流变换器，采用脉宽调制PWM技术，PWM控制信号由集成控制器UC3875产生，从输出实时采样电压反馈信号，以控制输出电压的变化，控制电路和主电路之间用变压器进行隔离，并设计了软启动和保护电路。

显示、监控用AT89C52、TLC2543和1602模块实现。

最后利用仿真验证本设计，分析该系统能安全可靠运行，达到了设计要求。

关键字：高频开关电源，Boost变换器，相移ZVS-PWM变换器，仿真AbstractWith the development of large scale integrated circuit, power supply module to realize miniaturization, so need to constantly improve the switch frequency and adopts the new circuit topology, it is of high frequency switching power supply technology put forward higher request.Is a design in this paper has real-time monitoring, display of high frequency switch power supply. The soft switch technology can effectively reduce the switching loss and switch stress, help to enhance the efficiency of converter. PFC technology can improve the input power factor of AC/DC converter, reduce the harmonic pollution to power network. System to MOS tube as power switching device, constitute the phase shifting full bridge ZVS PWM dc converter, using pulse width modulation PWM technology, PWM control signal generated by the integrated controller UC3875, and from the output voltage feedback signal real-time sampling and to control the change of the output voltage, the control circuit and main circuit between isolation transformer, and design the soft start and protection circuit. Display, monitoring using AT89C52, TLC2543 and 1602 module implementation. Finally validate this design by simulation analysis of the system can be safe and reliable operation, has reached the design requirements.Keywords: HF Switeh Power SuPPly, Boost-Converter, Phase-shifted ZVS PWM converter, Simulation目录摘要 (I)Abstract .................................................................................................................. I I 第1章绪论. (1)1.1高频开关电源的发展现状 (1)1.2高频开关电源的概念 (3)1.3课题简述 (5)1.3.1本课题的意义 (5)1.3.2本课题的研究方法 (6)第2章总体方案设计 (7)2.1设计内容 (7)2.2高频开关电源 (7)2.2.1高频电源开关的基本原理 (7)2.2.2开关电源的电路组成 (8)摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1高频开关电源的发展现状 (1)1.2高频开关电源的概念 (3)1.3课题简述 (5)1.3.1本课题的意义 (5)1.3.2本课题的研究方法 (6)第2章总体方案设计 (7)2.1设计内容 (7)2.2高频开关电源 (7)2.2.1高频电源开关的基本原理 (7)2.2.2开关电源的电路组成 (8)2.2.3电路单元介绍及设计内容 (9)第3章输入电路设计 (10)3.1EMI电源滤波器 (10)3.2整流滤波单元 (11)3.2.1电路原理图 (11)3.2.2元件参数计算 (12)3.3输入电路原理图 (13)第4章功率因素校正(PFC) (14)4.1功率因数校正概述 (14)4.2软开关技术 (16)4.2.1软开关技术原理 (16)4.2.2软开关技术的基本实现方法 (18)4.3单相软开关有源校正主电路的选择 (18)4.5 Boost变换器参数计算 (20)4.6 Boost变换器驱动电路设计 (22)第5章直流变换器设计 (30)5.1开关器件的选择 (30)5.2主电路拓扑结构设计 (30)5.3高频变压器设计 (34)5.3.1变压器设计方法 (34)5.3.2变压器参数计算 (35)5.4谐振电感电容 (38)5.5 PWM控制控制电路设计 (38)5.5.1电路参数计算 (39)5.5.2波形分析 (40)5.6驱动电路 (41)5.7输出滤波电路设计 (42)第6章辅助及保护电路设计 (44)6.1辅助电源设计 (44)6.2保护电路设计 (45)第7章显示、监控模块设计 (48)7.1 AD芯片TLC2543介绍 (48)7.2单片机模块简介 (50)7.3 LCM1602液晶简介 (50)7.4 显示、监控模块原理图 (51)7.5主程序设计 (52)第8章仿真与分析 (53)8.1电源仿真软件Saber Simulator (53)8.2功率因素校正(APFC) (53)8.2.1未加功率因数校正器仿真分分析 (54)8.2.2加功率校正器仿真分析 (55)8.3基于UC3875的移相变换器仿真分析 (58)8.3.1 PWM控制电路仿真分析 (58)8.3.2移相全桥ZVZCS变换器仿真分析 (60)8.4显示、监控模块仿真分析 (61)结论 (64)致谢 (65)参考文献 (66)第3章输入电路设计 (10)3.1EMI电源滤波器 (10)3.2整流滤波单元 (11)3.2.1电路原理图 (11)3.2.2元件参数计算 (12)3.3输入电路原理图 (13)第4章功率因素校正(PFC) (14)4.1功率因数校正概述 (14)4.2软开关技术 (16)4.2.1软开关技术原理 (16)4.2.2软开关技术的基本实现方法 (18)4.3单相软开关有源校正主电路的选择 (18)4.5 Boost变换器参数计算 (20)4.6 Boost变换器驱动电路设计 (22)第5章直流变换器设计 (30)5.1开关器件的选择 (30)5.2主电路拓扑结构设计 (30)5.3高频变压器设计 (34)5.3.1变压器设计方法 (34)5.3.2变压器参数计算 (35)5.4谐振电感电容 (38)5.5 PWM控制控制电路设计 (38)5.5.1电路参数计算 (39)5.5.2波形分析 (40)5.6驱动电路 (41)5.7输出滤波电路设计 (42)第6章辅助及保护电路设计 (44)6.1辅助电源设计 (44)6.2保护电路设计 (45)第7章显示、监控模块设计 (48)7.1 AD芯片TLC2543介绍 (48)7.2单片机模块简介 (50)7.3 LCM1602液晶简介 (50)7.4 显示、监控模块原理图 (51)7.5主程序设计 (52)第8章仿真与分析 (53)8.1电源仿真软件Saber Simulator (53)8.2功率因素校正(APFC) (53)8.2.1未加功率因数校正器仿真分分析 ................. 错误!未定义书签。

开关电源变压器实例
开关电源变压器实例如下：
以输入电压为85~264V，频率为50/60HZ，输出电压为12VDC，输出电
流为5A的单端反激式开关电源为例。

1. 高频变压器的设计：首先选择适当的磁芯大小。

通常根据输出功率，查找磁芯厂商的资料，根据磁芯高度，在100KHz的频率下选择相应的功率型磁芯。

例如，查TDK PQ2620 PC4，其参数为Ui=2300Nh，Ae=119mm^2，Bs=380mT(100℃)，Br=140mT(23℃)。

2. 计算输入电流平均值：Pout/Iav=n Vin min。

其中，Vin min=90V V2-20直流涟波及整流管压降=110V。

n为变压器匝数比。

以上是开关电源变压器设计的一种实例，实际应用中需要根据具体需求进行设计。

如有需要，建议咨询专业工程师或查阅相关文献资料。

现代高频开关电源技术及应用提交方式：文本框粘贴1.简述开关电源的基本工作原理。

2.开关电源的重要元器件有那些？3.简述线性电源与开关电源的异同点。

4.简述电容器的工作原理。

5.简述场效应管的功能。

6.画出Boost变换器的结构图，并简述其功能。

7.名词解释：硬开关、软开关、脉宽调制、谐振、漂移参考答案1.答：输入的直流不稳定电压U i 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按要求改变导通或断开时间，就能把输入的直流电压U i 变成矩形脉冲电压，这个脉冲电压经整流和平滑滤波后，就可得到稳定的直流输出电压U o。

2.答：开关电源中的重要元器件主要有功率开关管、磁性元件、各种二极管、集成控制器、各种电容器，以及精密稳压源、光电耦合器、热敏电阻、压敏电阻等。

3.答：开关电源从整体结构上可分为主电路和控制电路两大部分，主电路由输入整流滤波电路、开关功率变换电路、输出整流滤波电路以及输入和输出的干扰抑制滤波电路组成。

控制电路由基准电压源、取样反馈电路、比较放大器、脉冲振荡器、脉冲调制电路、驱动电路以及各种保护电路等组成。

4.答：两个彼此绝缘、互相靠近的导体就构成了一个电容器，两个导体叫做电容器的两个电极，分别用导线引出。

当电源加在电容器两个电极两端，电路中有短暂电流移动，电容器开始充电过程。

当电极之间的电压与电池的电压相等时，电流移动停止。

假如电路中的开关打开，电容器所充的电能保留在电路上，若用导线短接两个电极，电容器所充的电能将经由导线释放。

电容器的电容量取决于电容器极板的相对面积和电容器极板之间的距离。

5.答：(1)、场效应管可应用于放大。

由于场效应管放大器的输入阻抗很高，因此耦合电容可以容量较小，不必使用电解电容器。

(2)、场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。

常用于多级放大器的输入级作阻抗变换。

(3)、场效应管可以用作可变电阻。

(4)、场效应管可以方便地用作恒流源。

本文根据电镀电源的工作特点，提出了选用高频开关电源来实现的电路方案。

笔者根据近年的应用实践研究，对在实践中比较成功的ZVS PWM软开关方案，进行了较深入的工作分析，描述了其优缺点。

1 电镀行业对电镀电源的技术要求电镀行业的重大关键设备是电镀电源，其性能的优劣直接影响到电镀产品工艺质量的好坏；同时，电镀行业最主要的能量消耗是电源，因此高品质的电源是电镀业节能增效的决定性因素，对电网的绿色化也有重要影响。

在电气性能方面，电镀电源属于低压大电流设备，要求操作简便、能承受输入端的突变和输出端短路，以及操作过程过载的冲击。

还由于电源设备工作在酸碱、潮湿等恶劣环境下，对电镀电源的稳定性、可靠性、抗干扰性、耐腐蚀性等要求也显得更为重要。

这些，都是设计电镀电源必须考虑的重要因素。

高频开关电源与传统工频整流电源相比，具有高效节能约20%~30%、省材约80%~90%、功率密度大（输出1A电流传统电源需要制造材料0.5kg~1kg，而开关式电源只需要0.06kg~0.12kg），而且动态特性和控制调节特性好，制造过程占地少、加工量少等特点[1]。

电镀电源要求输出功率大（通常输出电流要2000A以上），电镀行业推广应用开关式电源对节能、节省资源都是有显着效果的措施。

2 电镀电源的主电路结构电镀电源在满足其电气技术要求的条件下，应该尽量采用结构简单、稳定可靠的技术方案。

而高频开关电源要获得大功率输出，也要从电路结构设计的各方面都要采取相应的措施，来保证大功率输出的要求。

因此，其工作电源直接选用380V的三相交流电源。

经过三相桥式整流，滤波，作为开关电源的输入电源。

由于要求输出大功率，主回路功率变换器要采用桥式电路才能实现。

因为桥式电路使得高频变压器只需要一个原边绕组，通过正向、反向的电压，得到正向、反向的磁通，变压器铁芯和绕组利用最佳，效率、功率密度都较高；另外，功率开关承受的最大反压可以不超过电源电压；利用四个反接在功率开关两端的体二极管，无须设置能量恢复绕组，变压器的反激能量就可以恢复利用[2]。

什么是高频开关电源？高频开关电源由以下几个部分组成：一、主电路从交流电网输入、直流输出的全过程，包括：1、输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。

2、整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。

3、逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越校4、输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。

二、控制电路一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。

三、检测电路除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表数据。

四、辅助电源提供所有单一电路的不同要求电源。

开关控制稳压原理开关K以一定的时间间隔重复地接通和断开，在开关K接通时，输入电源E通过开关K和滤波电路提供给负载RL，在整个开关接通期间，电源E向负载提供能量；当开关K断开时，输入电源E便中断了能量的提供。

可见，输入电源向负载提供能量是断续的，为使负载能得到连续的能量提供，开关稳压电源必须要有一套储能装置，在开关接通时将一部份能量储存起来，在开关断开时，向负载释放。

图中，由电感L、电容C2和二极管D组成的电路，就具有这种功能。

电感L用以储存能量，在开关断开时，储存在电感L中的能量通过二极管D释放给负载，使负载得到连续而稳定的能量，因二极管D使负载电流连续不断，所以称为续流二极管。

在AB间的电压平均值EAB可用下式表示：式中TON为开关每次接通的时间，T为开关通断的工作周期（即开关接通时间TON和关断时间TOFF之和）。

由式可知，改变开关接通时间和工作周期的比例，AB间电压的平均值也随之改变，因此，随着负载及输入电源电压的变化自动调整TON和T的比例便能使输出电压V0维持不变。

实验一单端隔离型高频开关电源实验一、实验目的1.了解单端反激式开关电源的主电路结构、工作原理；2.掌握单端反激式变压器设计和绕制方法；3.学会开关电源调试的基本方法。

二、实验原理单端反激式隔离变换器电路拓扑单端反激式隔离变换器图所示。

当VT导通时，输入电压Ui便加到变压器T的初级绕组N1上，根据变压器T对应端的极性，次级绕组N2为下正上负，二极管VD截止，次级绕组N2中没有电流流过。

当VT截止时，N2绕组电压极性变为上正下负，二极管VD导通，此时，VT导通期间储存在变压器（电感）中的能量使通过二极管VD向负载释放。

本次实验输入为工频交流220V，经过工频隔离变压器将电压降到交流35V，再经过二极管整流和大电解电容滤波变成约48V的直流电压。

采用UC3842作为PWM控制芯片，驱动功率MOSFET，控制高频变压器的原边通电，副边采用±15V和+15V三路输出，其中+15V 输出作为反馈端，实现电压稳压输出。

单端隔离型高频开关电源电路框图技术指标：输入：交流 220V±15%输出：+15V/0.2A，±15V /0.3A（实验者可调整）MOSFET 开关频率：100kHz（实验者可调整）实验者可观测的数据和波形：交流输入电压波形、二极管整流后电压波形、电容滤波后电压波形、MOSFET 的漏源极电压波形、输出电压波形、UC3842 的锯齿波振荡器波形、UC3842 的输出驱动波形。

实验者可调整的参数：可改变反馈电压分压比进而改变输出电压数值；可改变 RCD 吸收电路参数观测 MOSFET 的漏源极电压波形变化情况；可改变功率 MOSFET 的驱动电阻数值参数观测 MOSFET 的漏源极电压波形变化情况；可改变 UC3842 的锯齿波振荡器电阻值，观测 UC3842 的输出驱动波形频率的变化情况。

三、实验电路原理1.PWM控制芯片UC3842简介UC3842是一种单端输出控制电路芯片，其内部结构框图如图所示。

48V10A高频开关电源设计高频开关电源是一种常见的电源形式，它具有高效率、高功率密度和小尺寸等优点。

在设计48V10A高频开关电源时，需要考虑以下几个方面：输入电源、开关电源拓扑结构、控制电路、功率器件和保护电路。

首先，输入电源是指输入到开关电源的电源电压。

对于48V10A高频开关电源，一般可以采用220V交流电作为输入电源。

由于输入电压范围较大，需要加入输入滤波电路以减小电源干扰。

其次，选择合适的开关电源拓扑结构是关键。

常见的开关电源拓扑结构有Boost、Buck、Buck-Boost和Cuk等。

对于输出电压较高的48V10A高频开关电源，可以选择Boost拓扑结构。

Boost拓扑结构可以将输入电压放大到较高的输出电压，同时提供稳定的输出电流。

然后，控制电路是控制开关电源的关键部件。

常见的控制方式有固定频率PWM控制和变频PWM控制。

对于48V10A高频开关电源，可以选择固定频率PWM控制。

固定频率PWM控制可以保证开关电源的稳定性和可靠性。

接着，功率器件是开关电源设计中非常重要的组成部分。

在选择功率器件时，需要考虑其导通损耗和开关损耗。

一般可以选择MOSFET或IGBT作为功率器件。

MOSFET具有开关速度快、导通损耗小的优点，适合进行高频开关。

IGBT则适合用于高压和大电流的开关场合。

最后，保护电路是保护开关电源和负载的安全和稳定运行的重要部分。

常见的保护电路有过压保护、过流保护和短路保护等。

这些保护电路可以保证开关电源和负载在异常情况下的安全运行。

在设计48V10A高频开关电源时，需要综合考虑以上几个方面。

设计过程中，可以采用开关电源设计软件和仿真工具来辅助设计和优化。

设计完成后，还需要进行实际的测试和验证，确保开关电源的性能和可靠性。

总结起来，设计48V10A高频开关电源需要考虑输入电源、拓扑结构、控制电路、功率器件和保护电路等多个方面。

通过合理选择和设计，可以实现高效率、高功率密度和小尺寸的高频开关电源。

高频开关电源设计与应用实例电源网讯传统的工频交流整流电路，因为整流桥后面有一个大的电解电容来稳定输出电压，所以使电网的电流波形变成了尖脉冲，滤波电容越大，输入电流的脉宽就越窄，峰值越高，有效值就越大。

这种畸变的电流波形会导致一些问题，比如无功功率增加、电网谐波超标造成干扰等。

功率因数校正电路的目的，就是使电源的输入电流波形按照输入电压的变化成比例的变化。

使电源的工作特性就像一个电阻一样，而不在是容性的。

目前在功率因数校正电路中，最常用的就是由BOOST变换器构成的主电路。

而按照输入电流的连续与否，又分为DCM、CRM、CCM模式。

DCM模式，因为控制简单，但输入电流不连续，峰值较高，所以常用在小功率场合。

CCM 模式则相反，输入电流连续，电流纹波小，适合于大功率场合应用。

介于DCM和CCM之间的CRM称为电流临界连续模式，这种模式通常采用变频率的控制方式，采集升压电感的电流过零信号，当电流过零了，才开通MOS管。

这种类型的控制方式，在小功率PFC电路中非常常见。

今天我们主要谈适合大功率场合的CCM模式的功率因数校正电路的设计。

要设计一个功率因数校正电路，首先我们要给出我们的一些设计指标，我们按照一个输出500W左右的APFC电路来举例：已知参数：交流电源的频率fac——50Hz最低交流电压有效值Umin——85Vac最高交流电压有效值Umax——265Vac输出直流电压Udc——400VDC输出功率Pout——600W最差状况下满载效率η——92%开关频率fs——65KHz输出电压纹波峰峰值Voutp-p——10V那么我们可以进行如下计算：1，输出电流Iout=Pout/Udc=600/400=1.5A2，最大输入功率Pin=Pout/η=600/0.92=652W3，输入电流最大有效值Iinrmsmax=Pin/Umin=652/85=7.67A4，那么输入电流有效值峰值为Iinrmsmax*1.414=10.85A5，高频纹波电流取输入电流峰值的20%，那么Ihf=0.2*Iinrmsmax=0.2*10.85=2.17A6，那么输入电感电流最大峰值为：ILpk=Iinrmsmax+0.5*Ihf=10.85+0.5*2.17=11.94A7，那么升压电感最小值为Lmin=(0.25*Uout)/(Ihf*fs)=(0.25*400)/(2.17*65KHz)=709uH8，输出电容最小值为：Cmin=Iout/(3.14*2*fac*Voutp-p)=1.5/(3.14*2*50*10)=477.7uF，实际电路中还要考虑hold up时间，所以电容容量可能需要重新按照hold up的时间要求来重新计算。

600V输入多路输出高频开关电源设计600V输入多路输出高频开关电源设计文：管晓磊来源：九洲电气发表时间：2009-06-16 08:36:51浏览量：593摘要:本文介绍了600V输入多路输出高频开关电源设计方案，主电路采用双管反激功率变换电路，控制电路采用电流型PWM控制技术关键词：双管反激变换器电流型PWM控制射极跟随互补双极驱动光耦隔离反馈1 引言随着现代工业的不断发展，对电源装置的性能、效率、重量等提出了更高的要求,常规的线性电源已经不能满足要求，开关电源采用高频脉宽调制控制技术, 具有性能好、效率高、体积小、重量轻、噪音低、稳压范围广等特点，本文介绍了一个应用在工业大功率电源中，作为辅助电源的大范围输入多路输出的高频开关电源。

2 主电路主电路的选择：主电路采用双管反激功率主电路，首先根据设计要求有多路输出，所以选择反激方式，反激的一个优点就是能够较简单的从一个电源得到多个输出，其次输入电压较高为600V，如果采用单管的方式，在MOSFET关断的瞬间会承受3-4倍输入电压VIN，这样对MOSFET的电压要求高，随之造价就比较昂贵！采用双管就能避免这个问题,图1中二极管D19 D31起钳位的作用，把过剩的能量反馈回电源中，并在MOSFET关断的瞬间把电压钳位在VIN里，这样对元器件的要求较低，实现起来比较容易！工作中通过控制芯片产生PWM，驱动电路以PWM方式激励MOSFET，开关管以同步的方式开通关断，从而将输入电压VIN变换成高频方波交流电压。

变压器的设计是整个电路的关键之一。

在设计变压器时,原边电感量不能太大,并且磁心中要增加气隙,否则会出现电流上升率小、导通时间短、电流上升值不大,导致电路没有能力传递所需功率。

同时,在设计变压器时必须认真考虑变压器的磁饱和瞬时效应。

在瞬变负载情况下,当输入电压较高而负载电流较小时,如果负载电流突然增加,则控制电路会立即加宽输出脉冲宽度来提供补充功率。