1、<p>　　武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p><b>　　開(kāi)關(guān)電源建模與設(shè)計(jì)</b></p><p>　　學(xué)院（系）： 自動(dòng)化學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí)： 電氣0906班 </p><p>　　學(xué)生姓名： 王文娜 &l

2、t;/p><p>　　指導(dǎo)教師： 黃亮 </p><p>　　學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 </p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。</p>&

3、lt;p>　　作者簽名： </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p>　　學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書</p><p>　　本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)省級(jí)優(yōu)秀學(xué)士

4、論文評(píng)選機(jī)構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。</p><p>　　本學(xué)位論文屬于1、保密囗，在 年解密后適用本授權(quán)書</p><p><b>　　2、不保密囗 。</b></p><p>　?。ㄕ?qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“√”）</p><p>

5、　　作者簽名： 年 月 日</p><p>　　導(dǎo)師簽名： 年 月 日</p><p>　　武漢理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>　　學(xué)院： 自動(dòng)化 專業(yè)班級(jí)： 電氣0906班 </p><p&g

6、t;　　姓名： 王文娜 學(xué)號(hào)： 0120911350633 </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 開(kāi)關(guān)電源建模與設(shè)計(jì) </p><p>　　任務(wù)書含以下方面的內(nèi)容：</p><p>　

7、　（一） 設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容：</p><p>　　主要設(shè)計(jì)一個(gè)中小功率的開(kāi)關(guān)電源，主要技術(shù)指標(biāo)為：輸入為220V交流市電，輸出電壓為24V/12V兩檔，輸出電壓精度<=±1%，轉(zhuǎn)換效率>=85%(典型值)，輸出功率350W。具體研究?jī)?nèi)容為：①單端正激變換器建模與控制研究；②MOS管建模與特性分析；③電路設(shè)計(jì)及試驗(yàn)。</p><p>　?。ǘ?要求完成的主要任務(wù)：

8、</p><p>　　1、完成不少于2萬(wàn)印刷符，且與選題相關(guān)的英文文獻(xiàn)翻譯工作；</p><p>　　2、查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料（論文參考文獻(xiàn)不低于中文13篇，英文2篇）；</p><p><b>　　3、撰寫開(kāi)題報(bào)告；</b></p><p>　　4、掌握正激變換技術(shù)；</p><p>　　5、根據(jù)系

9、統(tǒng)要求，完成正激變換主電路和控制電路的硬件設(shè)計(jì)，主要器件的參數(shù)選型； </p><p>　　6、完成的控制器的控制策略設(shè)計(jì)；</p><p>　　7、MATLAB建模并完成系統(tǒng)仿真。</p><p><b>　　（三） 進(jìn)度安排</b></p><p>　　第1周指導(dǎo)教師與學(xué)生見(jiàn)面，指導(dǎo)學(xué)生選題，初步查找，收集相關(guān)資料。

10、</p><p>　　第2周由指導(dǎo)教師下達(dá)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書，制定畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）相關(guān)計(jì)劃。</p><p>　　第3-4周,學(xué)生應(yīng)完成開(kāi)題報(bào)告,并交給指導(dǎo)教師審閱。</p><p>　　第5-8周,學(xué)生自行設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)思路，查找相關(guān)資料，做出PPT。</p><p>　　第9周，組織畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))中間檢查,檢查內(nèi)容主要是讓學(xué)生展

11、示PPT，指導(dǎo)老師從旁糾正其中的思路缺陷，指引學(xué)生進(jìn)行下一步工作。</p><p>　　第10-14周完成論文(設(shè)計(jì))初稿,并交給指導(dǎo)教師審閱。</p><p>　　第15周學(xué)生根據(jù)指導(dǎo)教師提出的修改意見(jiàn)對(duì)論文(設(shè)計(jì))進(jìn)行修改，并完成論文的最終定稿，并準(zhǔn)備畢業(yè)論文答辯。</p><p>　　第16周進(jìn)行畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))答辯。</p><p>

12、　　（四）必讀參考資料及主要參考文獻(xiàn)</p><p>　　[1]孫余凱,吳鳴山,項(xiàng)綺明,等.穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)與技能實(shí)訓(xùn)教程.北京:電子工業(yè)出版社,2007</p><p>　　[2]林渭勛.現(xiàn)代電力電子電路.杭州:浙江大學(xué)出版社,2002</p><p>　　[3]周志敏.開(kāi)關(guān)電源實(shí)用技術(shù).北京:人民郵電出版社,2005</p><p>　　[4

13、]王兆安,劉進(jìn)軍.電力電子技.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009</p><p>　　[5]劉勝利.開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)與制作實(shí)踐.北京:電子工業(yè)出版社,2011</p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日</p><p>　　系主任簽名：

14、 年 月 日</p><p>　　院長(zhǎng)簽名（章）： 年 月 日</p><p>　　武漢理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘

15、 要…………………………………………………………………………………………I</p><p>　　Abstract………………………………………………………………………………………II</p><p>　　第1章 緒論…………………………………………………………………………………...…1</p><p>　　1.1 課題研究背景…………………………………………………

16、……………………..…1</p><p>　　1.2 課題研究目的與意義………………………………………………………………..…1</p><p>　　1.3 開(kāi)關(guān)電源的基本原理...............……………………………………………………...…1</p><p>　　1.4 開(kāi)關(guān)電源發(fā)展概況…………………………………………………………………..…2<

17、/p><p>　　1.4.1 國(guó)外開(kāi)關(guān)電源發(fā)展概況…………………………………………………………2</p><p>　　1.4.2 國(guó)內(nèi)開(kāi)關(guān)電源發(fā)展概況…………………………………………………………3</p><p>　　1.5 本文主要研究?jī)?nèi)容………………………………………………………………..……4</p><p>　　第2章 主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選型

18、………………………………………………………………...…5</p><p>　　2.1 開(kāi)關(guān)電源基本結(jié)構(gòu)…………………………………………………………………..…5</p><p>　　2.2 幾種基本的DC-DC變換器………………………………………………………..…..6</p><p>　　2.2.1 降壓（Buck）型變換器…………...………………………………

19、………………6</p><p>　　2.2.2 單端反激（Flyback）式變換器……….…………………………………………..7</p><p>　　2.2.3 推挽（Push-Pull）式直流變換器…………………………………………………8</p><p>　　2.2.4 單端正激（Forward）式直流變換器……………………………………………9</p>

20、<p>　　2.3 主電路結(jié)構(gòu)選擇……………………………………………………………..………..12</p><p>　　2.4 本章小結(jié)………………………………………………………………………………12</p><p>　　第3章 輸入、輸出整流濾波電路的設(shè)計(jì)………………………………………………….…13</p><p>　　3.1 EMI濾波器....

21、....…………………………………………………………………..…...13</p><p>　　3.1.1 EMI濾波器的基本結(jié)構(gòu)………………………………………………….......…13</p><p>　　3.1.2 EMI濾波器的設(shè)計(jì)…………………………………………………...…………14</p><p>　　3.2 整流電路的選擇……………………………………

22、…………………………………16</p><p>　　3.2.1 單相半波整流電路…………………………………………………………..…16</p><p>　　3.2.2 單相橋式整流電路…………………………………………………………..…17</p><p>　　3.2.3 二極管的選擇………….…………………………………………………….…18</p>&

23、lt;p>　　3.2.4 電源濾波電容的計(jì)算……………………………………………………..……19</p><p>　　3.3 輸出級(jí)設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………20</p><p>　　3.3.1 正激式濾波扼流圈的設(shè)計(jì)…………………………………………………..…20</p><p>　　3.3.2 濾波電容的設(shè)計(jì)………………

24、…………………………………………..……21</p><p>　　3.3.3 死電阻的設(shè)計(jì)………………………………………………………….….……21</p><p>　　3.3.4 輸出整流和續(xù)流二極管的選擇…………………………………………..……22</p><p>　　3.4 本章小結(jié)………………………………………………………………………………23</p&

25、gt;<p>　　第4章 變壓器的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………24</p><p>　　4.1 變壓器的工作原理……………………………………………………………………24</p><p>　　4.2 高頻變壓器的設(shè)計(jì)方法………………………………………………………………25</p><p>　　4.3 高頻變壓器的選擇………

26、……………………………………………………………27</p><p>　　4.4 本章小結(jié)………………………………………………………………………………31</p><p>　　第5章 控制電路、反饋電路和開(kāi)關(guān)管設(shè)計(jì)…………………………………………………32</p><p>　　5.1 電壓型和電流型控制分析比較………………………………………………………32</p

27、><p>　　5.2 UC3844工作原理……………………………………………………………...……33</p><p>　　5.2.1 引腳說(shuō)明…………………………………………………………………..……34</p><p>　　5.2.2 工作原理…………………………………………………………………..……34</p><p>　　5.3 外圍電

28、路的設(shè)計(jì)………………………………………………………………………38</p><p>　　5.3.1 啟動(dòng)電路的設(shè)計(jì)……………………………………………………………..…39</p><p>　　5.3.2 振蕩器頻率的設(shè)置…………………………………………………………..…40</p><p>　　5.3.3 電流檢測(cè)電阻和濾波網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)…………………………………………

29、..…40</p><p>　　5.4 MOSFET開(kāi)關(guān)管的選擇…………………………………………………………....…41</p><p>　　5.4.1 功率MOSFET的工作原理……………………………………………………41</p><p>　　5.4.2 功率MOSFET的選擇…………………………………………………………42</p><p&g

30、t;　　5.4.3 開(kāi)關(guān)管的緩沖電路……………………………………………………..………42</p><p>　　5.5 反饋電路的設(shè)計(jì)………………………………………………………………………44</p><p>　　5.5.1 器件TL431…………………………………………………………………..…44</p><p>　　5.5.2 器件PC817…………………………

31、……………………………………..……45</p><p>　　5.5.3 電壓反饋電路……………………………………………………..……………46</p><p>　　5.6 本章小結(jié)………………………………………………………………………………47</p><p>　　第6章 系統(tǒng)的建模與仿真…………………………………………………………………….48</p>

32、;<p>　　6.1 MATLAB簡(jiǎn)介…………………………………………………………………………48</p><p>　　6.2 系統(tǒng)電路原理圖………………………………………………………………………49</p><p>　　6.3 系統(tǒng)的建?！?9</p><p>　　6.4 仿真結(jié)果…………………

33、……………………………………………………………50</p><p>　　6.5 結(jié)果分析………………………………………………………………………………57</p><p>　　6.6 本章小結(jié)………………………………………………………………………………57</p><p>　　結(jié)論………………………………………………………………………………………..……58致謝………

34、……………………………………………………………………………….…….59</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………..…60</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　電源設(shè)備用以實(shí)現(xiàn)電能變換和功率傳遞，是各種電子設(shè)備正常工作的基礎(chǔ)，而高頻高效的小型開(kāi)關(guān)電源又是開(kāi)關(guān)電源

35、的必然趨勢(shì)，在通信、軍事裝備、交通設(shè)施、儀表儀器、工業(yè)設(shè)備、家用電器等領(lǐng)域得到了越來(lái)越多的廣泛應(yīng)用。</p><p>　　本文首先分析了開(kāi)關(guān)電源的工作原理，并闡述了針對(duì)設(shè)計(jì)題目想出的基本思路，繪制出清晰易懂的設(shè)計(jì)框圖。隨后，對(duì)每個(gè)組成部分電路分別進(jìn)行了介紹，說(shuō)明了為什么選擇這一電路，詳細(xì)講解電路設(shè)計(jì)的理論依據(jù)和電路工作原理以及性能要求。接著給出了整個(gè)設(shè)計(jì)的總圖，在整個(gè)電路的設(shè)計(jì)上，主要介紹了輸入整流濾波電路、高頻

36、變壓器、功率開(kāi)關(guān)管、PWM控制器、反饋控制電路、輸出整流濾波電路、復(fù)位電路、緩沖電路等。</p><p>　　最后，論文在整體電路原理分析和子電路的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，應(yīng)用matlab仿真軟件對(duì)子電路模塊和整體電路進(jìn)行功能仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果滿足要求。進(jìn)一步驗(yàn)證理論分析和設(shè)計(jì)的正確性，也是設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐仿真相結(jié)合的一次有意義的嘗試。</p><p>　　關(guān)鍵詞：?jiǎn)味苏な?開(kāi)關(guān)電源 仿真 高頻變壓器

37、</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Power supply equipment for electrical energy conversion and power transmission, is the foundation of all kinds of electronic equipment to work norm

38、ally, and high frequency efficiency. Besides, there is a trend for switch power supply to be small in size. And switch power supply has been widely used in communication, military facilities, transport, apparatus, indust

39、rial facilities, household appliances, etc.</p><p>　　This paper first analyzes the working principle of switching power supply, explains the basic idea and draws a clear and easy to understand design diagram

40、. Subsequently, each component part of the circuit is explained in detail and describes the theoretical basis of circuit design, circuit works and performance requirements .Then given a general diagram of the entire desi

41、gn, like the input rectifier filter circuit, high-frequency transformers, power switch, the PWM controller, feedback control c</p><p>　　Finally, by using the software named matlab, we can find that simulatio

42、n results meet the requirements. The whole progress not only further validates the correctness of the theoretical analysis and design, but also be a meaningful attempt to combination of theory and practice.</p>&l

43、t;p>　　Key words: single-ended forward; power supply; simulation; high frequency transformer</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　課題研究背景</b></p><p>　　開(kāi)關(guān)電源是利用

44、現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新。目前，開(kāi)關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。</p><p>　　開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。由于開(kāi)關(guān)電源輕、小

45、、薄的關(guān)鍵技術(shù)是高頻化，因此國(guó)外各大開(kāi)關(guān)電源制造商都致力于同步開(kāi)發(fā)新型高智能化的元器件，特別是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體材料上加大科技創(chuàng)新，以便在高頻率和較大磁通密度下獲得高的磁性能。同時(shí)電容器的小型化也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)于高可靠性指標(biāo)，美國(guó)的開(kāi)關(guān)電源生產(chǎn)商通過(guò)降低運(yùn)行電流、降低結(jié)溫等措施以減少器件的應(yīng)力，使得產(chǎn)品的可靠性大大提高。 </p><p>　　模塊化是開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的總體趨勢(shì)，可以采用模塊化

46、電源組成分布式電源系統(tǒng)，可以設(shè)計(jì)成N+1冗余電源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)并聯(lián)方式的容量擴(kuò)展。針對(duì)開(kāi)關(guān)電源運(yùn)行噪聲大這一缺點(diǎn)，若單獨(dú)追求高頻化其噪聲也必將隨著增大，而采用部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù)，在理論上即可實(shí)現(xiàn)高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用仍存在著技術(shù)問(wèn)題，故仍需在這一領(lǐng)域開(kāi)展大量的工作，使得該項(xiàng)技術(shù)得以實(shí)用化[1]。</p><p><b>　　課題研究目的與意義</b></p>

47、;<p>　　一般的電源，如直接從市電或電池吸取的原生態(tài)電能，在某種意義上來(lái)說(shuō)是一種質(zhì)量較差的“粗電”，這些“粗電”必須要經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換才能成為滿足于設(shè)備要求的“精電”。開(kāi)關(guān)電源就是把市電的“粗電”轉(zhuǎn)換成直流電壓穩(wěn)定的“精電”的一種電源設(shè)備。</p><p>　　本論文的目的就是查閱相關(guān)資料，掌握開(kāi)關(guān)電源的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)怎樣設(shè)計(jì)單端開(kāi)關(guān)電源的方法，提高自身能力。</p><p>　

48、　1.3 開(kāi)關(guān)電源的基本原理</p><p>　　開(kāi)關(guān)電源就是采用功率半導(dǎo)體器件作為開(kāi)關(guān)元件，通過(guò)周期性通斷開(kāi)關(guān)，控制開(kāi)關(guān)元件的占空比調(diào)整輸出電壓，開(kāi)關(guān)電源的工作原理可以用圖1.1進(jìn)行說(shuō)明。</p><p>　　圖中輸入的直流不穩(wěn)定電壓Ui經(jīng)開(kāi)關(guān)S加至輸出端，S為受控開(kāi)關(guān)，VD是一個(gè)受開(kāi)關(guān)脈沖控制的開(kāi)關(guān)調(diào)整管，若使開(kāi)關(guān)S按要求改變導(dǎo)通或斷開(kāi)時(shí)間，就能把輸入的直流電壓Ui變成矩形脈沖電壓。這

49、個(gè)脈沖電壓經(jīng)濾波電路進(jìn)行平滑濾波后就可得到穩(wěn)定的直流輸出電壓Uo。</p><p>　　圖1.1 開(kāi)關(guān)電源的工作原理</p><p>　　為了方便分析開(kāi)關(guān)電源電路，定義脈沖占空比如下:</p><p><b>　　(1.1)</b></p><p>　　式中，T表示開(kāi)關(guān)S的開(kāi)關(guān)重復(fù)周期；Ton表示開(kāi)關(guān)S在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中的

50、導(dǎo)通時(shí)間。</p><p>　　開(kāi)關(guān)電源直流輸出電壓Uo與輸入電壓Ui之間有如下關(guān)系：</p><p><b>　　(1.2)</b></p><p>　　由式(1.1)和式(1.2)可以看出，若開(kāi)關(guān)周期T一定，改變開(kāi)關(guān)S的導(dǎo)通時(shí)間Ton，即可改變脈沖占空比D，從而達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。T不變，只改變Ton來(lái)實(shí)現(xiàn)占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式叫做脈沖寬

51、度調(diào)制(PWM)。由于PWM式的開(kāi)關(guān)頻率固定，輸出濾波電路比較容易設(shè)計(jì)，因此PWM式開(kāi)關(guān)電源用得較多。若保持Ton不變，利用改變開(kāi)關(guān)頻率實(shí)現(xiàn)脈沖占空比調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)輸出直流電壓Uo穩(wěn)壓的方法，叫做脈沖頻率調(diào)制(PFM)。由于該方式的開(kāi)關(guān)頻率不固定，因此輸出濾波電路的設(shè)計(jì)不易實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。既改變Ton，又改變T，實(shí)現(xiàn)脈沖占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式叫做脈沖調(diào)頻調(diào)寬方式。</p><p>　　在各種開(kāi)關(guān)電源中，以上三種脈沖占空

52、比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式均有應(yīng)用。</p><p>　　1.4 開(kāi)關(guān)電源發(fā)展概況</p><p>　　當(dāng)代許多高新技術(shù)均與電源的電壓、電流、頻率、相位和波形等基本技術(shù)參數(shù)的變換和控制相關(guān)，電源技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)這些參數(shù)的精確控制和高效率的處理。因此，電源技術(shù)不但本身是一種高新技術(shù)，而且還是其它多項(xiàng)高新技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)。電源技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展必將為大幅度節(jié)約電能、降低材料消耗以及提高生產(chǎn)效率提供重要

53、的手段，并為現(xiàn)代生產(chǎn)和現(xiàn)代生活帶來(lái)為深遠(yuǎn)的影響。</p><p>　　1.4.1 國(guó)外開(kāi)關(guān)電源發(fā)展概況</p><p>　　自1957年第一只可控硅(SCR)問(wèn)世后，可控硅取代了效率低下的硒或氧化亞銅整流器件。在隨后的20年內(nèi)，由于半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步，可控硅的電壓、電流額定值及其它特性參數(shù)得到了不斷提高和改進(jìn)，滿足了通信設(shè)備不斷發(fā)展的需要。因此，直到70年代，發(fā)達(dá)國(guó)家還一直將可控硅整流器作為

54、大多數(shù)通信設(shè)備的一次電源使用。雖然可控硅整流器工作穩(wěn)定，能滿足通信設(shè)備的要求，但它是相控電源，工作于工頻，有龐大笨重的電源變壓器、電感線圈、濾波電容，噪聲大，效率低，功率因數(shù)低，穩(wěn)壓精度也較低。因此，自1947年肖克萊發(fā)明晶體管，并在隨后的幾年內(nèi)對(duì)晶體管的質(zhì)量和性能不斷完善提高后，人們就著力研究利用晶體管進(jìn)行高頻變換的方案。1955年美國(guó)羅耶(GH·Roger)發(fā)明的自激振蕩推挽晶體管單變壓器直流變換器，是實(shí)現(xiàn)高頻轉(zhuǎn)換電路的開(kāi)

55、始。1957年美國(guó)科學(xué)家又發(fā)明了自激式推挽雙變壓器變換器電路。在此基礎(chǔ)上，1964年美國(guó)科學(xué)家提出了取消工頻變壓器的串聯(lián)開(kāi)關(guān)電源的設(shè)想，并在NEC雜志上發(fā)表了“脈寬調(diào)制應(yīng)用于電源小型化”等文章，為使電源實(shí)現(xiàn)體積和重量的大幅下降提供了一條根本途徑[2]。</p><p>　　隨著大功率硅晶體管的耐壓提高和二極管反向恢復(fù)時(shí)間的縮短等元器件性能的改善，1969年終于做成了25KHz的開(kāi)關(guān)電源。電源界把開(kāi)關(guān)電源的頻率提高

56、到20KHz以上稱為電源技術(shù)的“20KHz革命”。經(jīng)過(guò)幾年的努力，從開(kāi)關(guān)電源的電路拓?fù)湫问?，到與之相配套的元器件等研究都取得了相當(dāng)大的進(jìn)展。隨后大功率晶體管(GTR)和功率場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)相繼被研制出來(lái)，其電壓、電流額定值大為提高，工作頻率也提高較多，可靠性也顯著增加。到80年代中后期，絕緣柵型雙極性晶體管(IGBT)已研制出來(lái)并投入了市場(chǎng)，各種通信設(shè)備所需的一次電源大多采取PWM集成控制芯片、雙極型晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、絕緣柵雙極

57、晶體管。隨著微電子學(xué)的發(fā)展和元器件生產(chǎn)技術(shù)的提高，相繼又開(kāi)發(fā)出了耐壓高的功率場(chǎng)效應(yīng)管(VMOS管)和高電壓、大電流的絕緣柵型雙極性晶體管(IGBT)，具有軟恢復(fù)特性的大功率高頻整流管，各種用途的集成脈寬調(diào)制控制器和高性能的鐵氧體磁芯，高頻用的電解電容器，低功耗的聚丙烯電容等。</p><p>　　隨著通信用開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的廣泛應(yīng)用和不斷深入，實(shí)際工作中人們對(duì)開(kāi)關(guān)電源提出了更高的要求，提出了應(yīng)用技術(shù)的高頻化、硬件結(jié)構(gòu)

58、的模塊化、軟件控制的數(shù)字化、產(chǎn)品性能的綠色化，新一代電源的技術(shù)含量大大提高，使之更加可靠、穩(wěn)定、高效、小型、安全。在高頻化方面，為了提高開(kāi)關(guān)頻率并克服一般的PWM和準(zhǔn)諧振、多諧振變換器的缺點(diǎn)，又開(kāi)發(fā)了相移脈寬調(diào)制零電壓開(kāi)關(guān)諧振變換器。這種電路克服了PWM方式硬開(kāi)關(guān)造成的較大的開(kāi)關(guān)損耗的缺點(diǎn)，克服了準(zhǔn)諧振和多諧振變換器工作頻率變化及電壓、電流幅度大的缺點(diǎn)，采用這種工作原理，大大減小了開(kāi)關(guān)管的損耗，不但提高了工作頻率，更降低了變換電路對(duì)分布

59、參數(shù)的敏感性，拓寬了開(kāi)關(guān)器件的安全工作區(qū)，在一定程度上降低了對(duì)器件的要求，從而顯著提高了開(kāi)關(guān)電源的可靠性[3]。</p><p>　　1.4.2 國(guó)內(nèi)開(kāi)關(guān)電源發(fā)展概況</p><p>　　在我國(guó)，建國(guó)初期，郵電部門的科研技術(shù)人員開(kāi)發(fā)了以國(guó)產(chǎn)大功率電動(dòng)發(fā)電機(jī)組為主的成套設(shè)備作為通信電源。在引進(jìn)原民主德國(guó)FGD系列和前蘇聯(lián)BCC51系列自動(dòng)化硒整流器基礎(chǔ)上，借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，與工廠共同研制成功

60、國(guó)產(chǎn)XZL系列自動(dòng)化硒整流器，并在武漢通信電源廠批量生產(chǎn)，開(kāi)始用硒整流器裝備通信站，替換原有的電動(dòng)發(fā)電機(jī)組。</p><p>　　但后來(lái)，我國(guó)的通信電源發(fā)展相當(dāng)緩慢。1963年開(kāi)始研制和采用可控硅(SCR)整流器,1965年著手研制逆變器和晶體管DC/DC變換器。除了可控硅整流器于1967年在武漢通信電源廠開(kāi)始形成系列化生產(chǎn)，供通信設(shè)備作一次電源使用，并不斷得到改進(jìn)，性能和質(zhì)量逐步提高外，其它方面進(jìn)展十分緩慢。一

61、直到80年代才開(kāi)始生產(chǎn)20KHzDC/DC變換器，但由于受元器件性能的影響，質(zhì)量很不穩(wěn)定，無(wú)法作為通信設(shè)備的一次電源使用，只是作為通信設(shè)備的二次電源使用[4]。</p><p>　　由于通信事業(yè)發(fā)展的需要，八十年代后期第一批引進(jìn)了澳大利亞生產(chǎn)的48V/50A(開(kāi)關(guān)頻率為40KHz)和48V/100A(開(kāi)關(guān)頻率為20KHz)的高頻開(kāi)關(guān)電源，在吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，投入較大的力量，開(kāi)始研制自己的開(kāi)關(guān)電源。郵電部武

62、漢電源廠、通信儀表廠等廠家開(kāi)發(fā)出了自己的以PWM方式工作的開(kāi)關(guān)電源，并推向電信行業(yè)應(yīng)用，取得了較好的效果。隨后郵電部對(duì)電源提出了更新?lián)Q代和實(shí)現(xiàn)監(jiān)控(包括遠(yuǎn)程監(jiān)控)的要求，眾多廠家都投入力量研制開(kāi)發(fā)，推出了采用PWM技術(shù)的高頻開(kāi)關(guān)電源，有些廠家還推出了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的解決方案。短短幾年后，電信部門所用的一次通信電源幾乎都更換成了采用PWM集成控制芯片、大功率晶體管、功率場(chǎng)效應(yīng)管、絕緣柵型雙極晶體管的半橋或全橋電路，其開(kāi)關(guān)頻率為幾十至100K

63、HZ、效率高于90%、功率因數(shù)接近1。穩(wěn)壓精度優(yōu)于0.5%,模塊化組合的高頻開(kāi)關(guān)電源，電信行業(yè)成套電源技術(shù)提高到了一個(gè)嶄新的水平。</p><p>　　目前，開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)繼續(xù)向高頻、高效、高可靠、高密度化、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化發(fā)展[5]。</p><p>　　1.5 本文主要研究?jī)?nèi)容</p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)中小功率的開(kāi)關(guān)電源，主要設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指

64、標(biāo)為：</p><p>　?、佥斎霝?20V交流市電，輸出電壓為24V/12V兩檔，輸出功率350W；</p><p>　　②輸出電壓精度<=±1%；</p><p>　?、坜D(zhuǎn)換效率>=85%(典型值) </p><p>　　研究?jī)?nèi)容主要是：分析、掌握該課題總體方案，廣泛閱讀相關(guān)技術(shù)資料，掌握開(kāi)關(guān)電源的工作原理。研究主電

65、路變換器的控制方式，分析MOS管特性。最后，對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)并仿真，使系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　第2章 主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選型</p><p>　　本章主要介紹了幾種常用的開(kāi)關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和各自的工作原理，指出各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，并根據(jù)各電路的特征和課題的要求選出了最合適的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。</p><p>　　2.1 開(kāi)關(guān)電源基本結(jié)構(gòu)</p>

66、<p>　　從大的方面講，開(kāi)關(guān)電源可分成：機(jī)箱(或機(jī)殼)、電源主電路、電源控制電路三部分。機(jī)箱既可起到固定的作用，也可起到屏蔽的作用。電源的主電路是負(fù)責(zé)進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換的部分，通過(guò)適當(dāng)?shù)目刂齐娐房梢詫⑹须娹D(zhuǎn)換為所需的直流輸出電壓。而控制電路則根據(jù)實(shí)際的需要產(chǎn)生主電路所需的控制脈沖和提供各種保護(hù)功能。</p><p>　　開(kāi)關(guān)電源的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1。</p><p>　　圖2.

67、1 開(kāi)關(guān)電源基本結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　從圖中可以看出，開(kāi)關(guān)電源的主電路可以分為輸入整流濾波電路、高頻變壓器、輸出整流濾波、吸收和復(fù)位電路、開(kāi)關(guān)控制電路、隔離反饋電路等六個(gè)部分。 </p><p>　　前級(jí)整流濾波電路用來(lái)消除電網(wǎng)的干擾，它將交流電通過(guò)整流模塊變換成含有脈動(dòng)成分的直流電，然后通過(guò)輸入濾波使得脈動(dòng)直流電變?yōu)檩^平滑的直流電，它還能防止開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的高頻噪聲向電網(wǎng)擴(kuò)散。吸收

68、和輸入濾波可以對(duì)浪涌電流和尖峰電壓進(jìn)行抑制和吸收，保證電路的正常工作，降低紋波的影響。變壓器是電路的核心部分，它把經(jīng)過(guò)濾波整流的低頻電壓轉(zhuǎn)換成高頻電壓，同時(shí)隔離輸入與輸出。輸出整流濾波電路能實(shí)現(xiàn)要求得到的直流電壓，同時(shí)防止高頻噪聲對(duì)負(fù)載的干擾。反饋電路通過(guò)檢測(cè)輸出電壓，并與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，將結(jié)果傳遞給PWM控制器，從而調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)管的占空比，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。</p><p>　　2.2 幾種基本的DC-DC變換器&

69、lt;/p><p>　　2.2.1 降壓（Buck）型變換器</p><p>　　降壓（Buck）型變換器的電路圖如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 降壓型變換器電路圖</p><p>　　它由功率開(kāi)關(guān)管VT（圖中為N溝道增強(qiáng)型VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管）、儲(chǔ)能電感L、續(xù)流二極管VD、輸出濾波電容C以及控制電路組成，RL為負(fù)載電阻。輸入

70、直流電源電壓為Ui，輸出直流電壓（即瞬時(shí)輸出電壓的平均值）用Uo表示，輸出直流電流為：</p><p><b>　　(2.1)</b></p><p>　　功率開(kāi)關(guān)管VT的導(dǎo)通與截止受控制電路輸出的驅(qū)動(dòng)脈沖控制。當(dāng)控制電路有脈沖輸出時(shí)，VT導(dǎo)通，續(xù)流二極管VD反偏截止，VT的漏極電流通過(guò)儲(chǔ)能電感L向負(fù)載供電，此時(shí)L中的電流逐漸上升，在L兩端產(chǎn)生左端正右端負(fù)的自感電勢(shì)抗

71、拒電流上升，L將電感轉(zhuǎn)化為磁能儲(chǔ)存起來(lái)。經(jīng)過(guò)ton時(shí)間后，控制電路無(wú)脈沖輸出，使VT截止，但L中的電流不能突變，這時(shí)L兩端產(chǎn)生右端正左端負(fù)的自感電勢(shì)抗拒電流下降，使VD正向偏置而導(dǎo)通，于是L中的電流經(jīng)VD構(gòu)成回路，其電流值逐漸下降，L中儲(chǔ)存的磁能轉(zhuǎn)化為電能釋放出來(lái)供給負(fù)載，于是L中的電流經(jīng)VD構(gòu)成回路，其電流值逐漸下降，L中儲(chǔ)存的磁能轉(zhuǎn)化成電能釋放出來(lái)供給負(fù)載。經(jīng)過(guò)toff時(shí)間后，控制電路輸出脈沖又使VT導(dǎo)通，重復(fù)上述過(guò)程。濾波電容C是

72、為了降低輸出電壓的脈動(dòng)而加入的。續(xù)流二極管VD是必不可少的元件，倘若無(wú)此二極管，電路不僅不能正常工作，而且在VT由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，L兩端將產(chǎn)生很高的自感電勢(shì)而使功率開(kāi)關(guān)管擊穿損壞。</p><p>　　降壓變換器的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓脈動(dòng)較小，并且?guī)ж?fù)載能力強(qiáng)；對(duì)功率開(kāi)關(guān)管和續(xù)流二極管的耐壓要求較低，它們承受的最大電壓為輸入最高電源電壓。缺點(diǎn)是非隔離，且輸入電流不連續(xù)，是脈沖電流，這對(duì)輸入電源不利，加重了輸入濾波的任務(wù)

73、；功率開(kāi)關(guān)管和負(fù)載是串聯(lián)的，如果功率開(kāi)關(guān)管擊穿短路，負(fù)載兩端電壓便升高到輸入電壓，可能使負(fù)載因承受過(guò)電壓而損壞。</p><p>　　2.2.2 單端反激（Flyback）式變換器</p><p>　　單端反擊式變換器由功率開(kāi)關(guān)管VT、高頻變壓器T、整流二極管VD和濾波電容C、負(fù)載電阻RL以及控制電路組成。當(dāng)VT導(dǎo)通時(shí)，VD截止，故稱為反激式變換器。在這種電路上，變壓器既起變壓作用，又起儲(chǔ)

74、能電感的作用。所以人們把這種電路稱為電感儲(chǔ)能式變換器。</p><p>　　功率開(kāi)關(guān)管VT的導(dǎo)通與截止由加于柵-源極間的驅(qū)動(dòng)脈沖電壓控制。ton期間，VT受控導(dǎo)通，忽略VT壓降，可以近似認(rèn)為輸入直流電壓全部加在變壓器一次繞組兩端，變壓器一次電壓等于輸入電壓。此時(shí)變壓器一次繞組電壓極性為上端正下端負(fù)，二次繞組的電壓極性由同名端決定，為下端正上端負(fù)，故VD反向偏置而截止，二次繞組中無(wú)電流通過(guò)。此時(shí)能量?jī)?chǔ)存在變壓器的激

75、磁電感中，即儲(chǔ)存在磁芯和氣隙的磁場(chǎng)中。toff期間，VT受控截止，變壓器一次電感產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)反抗電流減小，使變壓器一、二次電壓方向（一次繞組電壓極性變?yōu)橄露苏隙素?fù)，而二次繞組電壓極性變?yōu)樯隙苏露素?fù)），于是VD正向偏置而導(dǎo)通，儲(chǔ)存在磁場(chǎng)中的能量釋放出來(lái)，對(duì)濾波電容C充當(dāng)，并對(duì)負(fù)載供電，輸出電壓等于濾波電容兩端電壓。由于這種直流變換器當(dāng)功率開(kāi)關(guān)期間VT導(dǎo)通時(shí)，整流二極管VD截止，電源不直接向負(fù)載傳送能量，而由變壓器儲(chǔ)能；當(dāng)VT變?yōu)榻刂箷r(shí)

76、，VD導(dǎo)通，儲(chǔ)存在變壓器磁場(chǎng)中的能量釋放出來(lái)供給負(fù)載和輸出濾波電容，因此稱為反激式變換器。</p><p>　　單端反激（Flyback）式變換器的簡(jiǎn)化電路圖如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.3 單端反激式變換器簡(jiǎn)化電路圖</p><p>　　它的性能特點(diǎn)是利用高頻變壓器一、二次繞組間電氣絕緣的特點(diǎn)，當(dāng)輸入直流電壓是由交流電網(wǎng)電壓直接整流濾波獲得時(shí)，可以方

77、便地實(shí)現(xiàn)輸出端和電網(wǎng)之間的電氣隔離；能方便地實(shí)現(xiàn)多路輸出，只需在變壓器上多繞幾組二次繞組，相應(yīng)地多用幾只整流二極管和濾波電容，就能獲得不同極性、不同電壓值的多路直流輸出電壓；保持占空比D在最佳范圍內(nèi)的情況下，可適當(dāng)選擇變壓器的變比，使直流變換器滿足對(duì)輸入電壓變化范圍的要求。</p><p>　　2.2.3 推挽（Push-Pull）式直流變換器</p><p>　　推挽式直流變換器電路圖如

78、圖2.4所示。VT1和VT2為特性一致、受驅(qū)動(dòng)脈沖控制而輪換工作的功率開(kāi)關(guān)管，每管每次導(dǎo)通時(shí)間小于0.5周期；高頻變壓器一次繞組 NP1=NP2=NP，二次繞組NS1=NS2=NS；VD1和VD2為整流二極管，L為儲(chǔ)能電感，C為輸出濾波電容，電路是對(duì)稱的。</p><p>　　在雙端直流變換器中，為了防止“共同導(dǎo)通”，要求功率開(kāi)關(guān)管的存儲(chǔ)時(shí)間盡可能??；同時(shí)，必須限制驅(qū)動(dòng)脈沖的最大寬度，以保證一對(duì)晶體管在開(kāi)關(guān)工作中

79、有共同的截止時(shí)間。驅(qū)動(dòng)脈沖寬度在半個(gè)周期中達(dá)不到的區(qū)域稱為“死區(qū)”。在提供驅(qū)動(dòng)脈沖的控制電路中，必須設(shè)置適當(dāng)寬度的“死區(qū)”，即驅(qū)動(dòng)脈沖的死區(qū)時(shí)間要大于功率管的“關(guān)斷時(shí)間”。</p><p>　　圖2.4 推挽式變換器電路圖</p><p>　　推挽變換器的優(yōu)點(diǎn)是變壓器磁芯利用率高，輸出功率較大，輸出紋波電壓較?。粌芍还β书_(kāi)關(guān)管的源極是連在一起的，兩組柵極驅(qū)動(dòng)電路有公共端而無(wú)需絕緣，因此驅(qū)動(dòng)

80、電路簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是高頻變壓器繞組利用率低；功率開(kāi)關(guān)管截止時(shí)承受2倍電源電壓，因此對(duì)功率開(kāi)關(guān)管的耐壓要求高。 </p><p>　　盡管選用功率管時(shí)兩管是配對(duì)的，但在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)，兩管的導(dǎo)通壓降、存儲(chǔ)時(shí)間等不可能完成一樣，這將造成變壓器一次電壓正負(fù)半周波形不對(duì)稱。只要變壓器的正負(fù)半周電壓波形稍有不對(duì)稱，磁芯中便產(chǎn)生“單向偏磁”，形成直流磁通。雖然開(kāi)始時(shí)直流磁通不大，但經(jīng)過(guò)若干周期后，就可能使磁芯進(jìn)入飽和狀態(tài)。一

81、旦磁芯飽和，則變壓器激磁電感減至很小，從而使功率開(kāi)關(guān)管承受很大的電流電壓，耗散功率增大，管溫升高，最終導(dǎo)致功率開(kāi)關(guān)管損壞。解決單向勵(lì)磁的措施可以是采用電流型PWM集成控制器使兩管電流峰值自動(dòng)均衡，或是在變壓器磁芯的磁路中加適當(dāng)氣隙，用以防止磁芯飽和。</p><p>　　推挽式直流變換器用一對(duì)功率開(kāi)關(guān)管就能獲得較大的輸出功率，適宜在輸入電源電壓較低的情況下應(yīng)用。</p><p>　　2.2

82、.4 單端正激（Forward）式直流變換器</p><p>　　單端正激式直流變換器，簡(jiǎn)稱單端正激變換器。它既可采用單個(gè)功率晶體管電路，也可采用雙功率晶體管電路。功率開(kāi)關(guān)管VT1和VT2受控同時(shí)導(dǎo)通或截止，但兩個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)電路必須彼此絕緣。當(dāng)功率開(kāi)關(guān)VT1和VT2受控導(dǎo)通時(shí)，整流二極管VD1也同時(shí)導(dǎo)通，電源向負(fù)載傳送能量，電感L儲(chǔ)能。當(dāng)VT1和VT2受控截止時(shí)，VD1承受反壓也截止，續(xù)流二極管VD2導(dǎo)通，L中的儲(chǔ)

83、能通過(guò)續(xù)流二極管VD2向負(fù)載釋放。輸出濾波電容C用于降低輸出電壓的脈動(dòng)。</p><p>　　圖2.5 雙晶體管單端正激變換器電路圖</p><p>　　單端正激（Forward）式直流變換器電路圖如圖2.5所示。在ton期間，VT1和VT2導(dǎo)通，變壓器一、二次繞組電壓極性均為上端正下端負(fù)，整流二極管VD1正向偏置而導(dǎo)通，電源向負(fù)載傳送能量，儲(chǔ)能電感L儲(chǔ)能，同時(shí)高頻變壓器中的激磁電感儲(chǔ)能。

84、在toff期間，VT1和VT2截止，VD1承受反壓而截止，續(xù)流二極管VD2導(dǎo)通，L中儲(chǔ)能釋放出來(lái)供給負(fù)載。</p><p>　　VD3和VD4用于實(shí)現(xiàn)磁通復(fù)位，有鉗位作用。在ton期間他們承受反壓（其值為Ui）而截止；當(dāng)VT1和VT2受控由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，變壓器一、二次繞組電壓極性均變?yōu)橄露苏隙素?fù)，VD3和VD4正向偏置而導(dǎo)通，變壓器激磁電感中的儲(chǔ)能經(jīng)VD3和VD4回送給電源。</p><p

85、>　　為了保證磁通復(fù)位，必須滿足toff≥tVD3=ton 也就是說(shuō)，必須占空比D≤0.5。在tVD3結(jié)束至toff期末這段時(shí)間，變壓器激磁電感的儲(chǔ)能已經(jīng)釋放完畢而VT1和VT2尚未受控導(dǎo)通，變壓器一、二次繞組的電壓均為零。</p><p>　　在單端反激變換器中，ton期間的變壓器一次電流就是磁化電流，由于通過(guò)電流在激磁電感中儲(chǔ)能來(lái)供給負(fù)載，因此磁化電流的最大值較大，為了防止變壓器磁芯飽和，磁芯中的氣隙應(yīng)

86、較大。而在單端正激變換器中，變壓器激磁電感的儲(chǔ)能不用于供給負(fù)載，故磁化電流應(yīng)相應(yīng)小，變壓器磁芯中的氣隙也就較小。</p><p>　　雙功率晶體管單端正激變換器電感電流連續(xù)模式的輸出電流電壓為：</p><p><b>　　(2.2)</b></p><p><b>　　(2.3)</b></p><p

87、>　　式中，占空比D ≤0.5。</p><p>　　如前所述，單端正激變換器中的整流二極管VD1，在功率開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通，功率開(kāi)關(guān)管截止時(shí)截止。若把整流二極管VD1看成輸出回路中的功率開(kāi)關(guān)，把高頻變壓器二次繞組電壓看成輸出回路的輸入電壓，則單端正激變換器的輸出回路不僅在電路形式上和降壓變換器的主回路一樣，而且工作原理也相同。</p><p>　　圖2.6 單晶體管單端正激變換器電路

88、圖</p><p>　　單端正激式直流變換器具有類似降壓變換器輸出電壓脈動(dòng)小、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)。但高頻變壓器磁芯僅工作在磁滯回線的第一象限，其利用率較低。</p><p>　　采用單個(gè)晶體管的單端正激變換器電路圖如圖2.6所示。圖中N3是變壓器中的去磁繞組，通常這個(gè)繞組和一次繞組的匝數(shù)相等，并且保持緊耦合，它和儲(chǔ)能反饋二極管VD3用以實(shí)現(xiàn)磁通復(fù)位（VD3在VT由導(dǎo)通變截止后導(dǎo)通）。當(dāng)電路

89、不設(shè)去磁繞組N3時(shí)，VT截止期間，在T中存儲(chǔ)的能量將導(dǎo)致VT承受很高的電壓幅值；并且在瞬態(tài)過(guò)程中高頻變壓器的漏感也引起關(guān)斷電壓尖峰疊加在VT上，易擊穿主功率開(kāi)關(guān)管。所以必須采用帶有去磁繞組的二極管鉗位電路，以便把原邊高壓限制在允許范圍內(nèi)。</p><p>　　當(dāng)VT導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓加在原邊繞組上，而副邊繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)幅值為ENS/NP（E=Ui），其電流增長(zhǎng)規(guī)律為：</p><p>&l

90、t;b>　　(2.4)</b></p><p>　　設(shè)原邊繞組的電感量為L(zhǎng)P，在VT導(dǎo)通期間去磁繞組中的勵(lì)磁電流Iµ將按Et/LP規(guī)律增大，導(dǎo)通結(jié)束后的幅值為Eton/LP，開(kāi)關(guān)管電流即是Iµ與折算負(fù)載電流和折算副邊電感電流增量之和。當(dāng)VT截止后，原邊繞組上的電壓極性反向，其幅值被二極管VD3鉗位在輸入電壓值E，勵(lì)磁電流Iµ經(jīng)去磁繞組和二極管VD3繼續(xù)流動(dòng)，并且按照

91、如下規(guī)律減小：</p><p><b>　　(2.5)</b></p><p>　　顯然，當(dāng)VT截止時(shí)間與導(dǎo)通時(shí)間相等時(shí)，勵(lì)磁電流下降到零，磁芯磁通復(fù)位結(jié)束，原邊繞組上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)消失，VT施加的電壓為E。可見(jiàn)導(dǎo)通脈寬不能超出周期的一半，以便滿足磁通復(fù)位的條件。</p><p>　　這種電路的Uo仍用（2.2）和（2.3）計(jì)算，同樣必須滿足D

92、≤0.5。</p><p>　　為了表征各種電壓或電流波形的好壞，一般都是拿電壓或電流的幅值、平均值、有效值、一次諧波等參量互相進(jìn)行比較。在開(kāi)關(guān)電源之中，電壓或電流的幅值和平均值最直觀，因此，我們用電壓或電流的幅值與其平均值之比，稱為脈動(dòng)系數(shù)S；也有人用電壓或電流的有效值與其平均值之比，稱為波形系數(shù)K。</p><p>　　因此，電壓和電流的脈動(dòng)系數(shù)Sv、Si以及波形系數(shù)Kv、Ki分別表示

93、為：</p><p><b>　　(2.6)</b></p><p><b>　　(2.7)</b></p><p><b>　　(2.8)</b></p><p><b>　　(2.9)</b></p><p>　　脈動(dòng)系數(shù)S和波

94、形系數(shù)K都是表征電壓或者電流好壞的指標(biāo)，S和K的值，顯然是越小越好。S和K的值越小，表示輸出電壓和電流越穩(wěn)定，電壓和電流的紋波也越小。</p><p>　　正激式開(kāi)關(guān)電源正好是在變壓器的初級(jí)線圈被直流電壓激勵(lì)時(shí)，變壓器的次級(jí)線圈向負(fù)載提供功率輸出，并且輸出電壓的幅度是基本穩(wěn)定的，此時(shí)盡管輸出功率不停地變化，但輸出電壓的幅度基本還是不變，說(shuō)明正激式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的瞬態(tài)控制特性相對(duì)來(lái)說(shuō)比較好。只有在控制開(kāi)關(guān)處于關(guān)斷

95、期間，功率輸出才全部由儲(chǔ)能電感和儲(chǔ)能電容兩者同時(shí)提供，此時(shí)輸出電壓雖然受負(fù)載電流的影響，但如果儲(chǔ)能電容的容量取得比較大，負(fù)載電流對(duì)輸出電壓的影響也很小。如果要求正激式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓有較大的調(diào)整率，在正常負(fù)載的情況下，控制開(kāi)關(guān)的占空比最好選取在0.5左右，或稍大于0.5，此時(shí)流過(guò)儲(chǔ)能濾波電感的電流才是連續(xù)電流。當(dāng)流過(guò)儲(chǔ)能濾波電感的電流為連續(xù)電流時(shí)，負(fù)載能力相對(duì)來(lái)說(shuō)比較強(qiáng)[6]。</p><p>　　2.3 主電路

96、結(jié)構(gòu)選擇</p><p>　　由于，直流電源變換器按其輸入與輸出是否進(jìn)行電氣上隔離，可分非隔離式變換器電路和隔離式變換器電路。兩者除了均有變壓功能外，后者還有輸入電量與輸出電量在電氣上的隔離，以滿足某些場(chǎng)合的需要。所以應(yīng)該選擇隔離式變換器電路。</p><p>　　反激式開(kāi)關(guān)電源雖然電路簡(jiǎn)單、元件數(shù)較少，成本相對(duì)較低，但是它比較適用于200W以下的小功率供電。而且，當(dāng)控制開(kāi)關(guān)的占空比為0.

97、5時(shí)，正激式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的幅值正好等于電壓平均值的兩倍，流過(guò)濾波儲(chǔ)能電感電流的最大值也正好是平均電流（輸出電流）的兩倍。因此，正激式開(kāi)關(guān)電源的電壓和電流的脈動(dòng)系數(shù)S都約等于2，而與反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源的電壓和電流的脈動(dòng)系數(shù)S相比差不多小一倍，說(shuō)明正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源的電壓和電流輸出特性要比反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源好很多。</p><p>　　推挽式開(kāi)關(guān)電源的缺點(diǎn)是兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件需要很高的耐壓，其耐壓必須大于工作電壓

98、的兩倍。因此，推挽式開(kāi)關(guān)電源在220V交流供電設(shè)備中很少使用。因此，本次設(shè)計(jì)選用的是單端正激電路。正激電路又通常有單晶體管單端正激電路和雙晶體管單端正激電路兩種形式。雙管電路相當(dāng)于把兩個(gè)單管串聯(lián)起來(lái)使用，由于用兩個(gè)二極管鉗位，使兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的耐壓可以降低一倍，但是效率也會(huì)大大降低。單晶體管單端正激電路更符合設(shè)計(jì)的需要。 </p><p><b>　　2.4 本章小結(jié)</b></p>

99、<p>　　本章主要介紹了幾種基本的變換器結(jié)構(gòu)，它們的工作方式和優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)，最終選擇出了適合本次設(shè)計(jì)的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。</p><p>　　第3章 輸入、輸出整流濾波電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　本章將主要分析輸入整流濾波電路和輸出整流濾波電路的組成部分和各自的工作原理，同時(shí)依據(jù)原理進(jìn)行了選型和計(jì)算。</p><p>　　

100、在設(shè)計(jì)之前，需要對(duì)兩個(gè)輸出端的功率分配問(wèn)題進(jìn)行規(guī)定，設(shè)24V輸出端功率為288W，輸出電流為12A；12V輸出端功率為60W，輸出電流為5A。這樣兩個(gè)輸出端加起來(lái)輸出功率就是348W，與設(shè)計(jì)要求350W相差不大。</p><p>　　3.1 EMI濾波器</p><p>　　電磁干擾（Electromagnetic Interference，簡(jiǎn)寫為EMI）是指任何能中斷、阻礙、降低或限制電

101、氣、電子設(shè)備有效性能的電磁能量。電磁干擾信號(hào)是復(fù)雜多變,包括各種電磁噪聲、有意電磁發(fā)射信號(hào)、連續(xù)波騷擾以及射頻脈沖騷擾等。即使同樣的干擾源,考慮到不同的應(yīng)用環(huán)境,其測(cè)試需求也不同。電磁干擾分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。按頻帶分，可分為寬帶干擾與窄帶干擾。傳到干擾又可分為共模干擾和差模干擾。輻射干擾也可分為共模干擾和差模干擾[7]。EMI形成的三個(gè)因素，如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 電磁干擾三要素<

102、;/p><p>　　電磁干擾源，指產(chǎn)生EMI的組件、器件、設(shè)備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)或自然現(xiàn)象。電磁干擾源有：自然干擾源和人為干擾源。雷電放電，沙漠地區(qū)的沙暴和塵暴產(chǎn)生的局部EMI等。天電干擾源以及電阻等電子元器件產(chǎn)生的熱噪聲等屬于自然干擾源。常見(jiàn)的人為干擾源包括電力線干擾源、旋轉(zhuǎn)機(jī)械干擾源、點(diǎn)火系統(tǒng)干擾源和功能干擾源。敏感設(shè)備，指對(duì)電磁干擾發(fā)生回應(yīng)的設(shè)備。耦合路徑或稱為耦合通道，指把能量從干擾源耦合或傳輸?shù)矫舾性O(shè)備上，并使

103、該設(shè)備產(chǎn)生相應(yīng)的媒介。傳導(dǎo)干擾和輻射干擾就是按照耦合路徑來(lái)進(jìn)行劃分的。傳導(dǎo)干擾是通過(guò)導(dǎo)線進(jìn)行傳播的，輻射干擾是通過(guò)“場(chǎng)”進(jìn)行傳播的。因此，分析傳導(dǎo)干擾使用“電路”理論，而分析輻射干擾就必須采用電磁場(chǎng)理論。由此可見(jiàn)，要消除電磁干擾，可以采用去掉干擾源、切斷干擾路徑以及降低敏感設(shè)備的敏感度這三種辦法中的一種即可[8]。</p><p>　　3.1.1 EMI濾波器的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　

104、　濾波是抑制EMI的措施之一。濾波器可以分為低通。高通。帶通、帶阻等類型。按照濾波器的結(jié)構(gòu)可以分為T、 型等。如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2（a）與圖3.2（b）中的電容器C能濾除串模干擾，區(qū)別僅是圖（a）將C接在輸入端，圖（b）則接到輸出端。圖3.2（c）、圖3.2（d）所示電路較復(fù)雜，抑制干擾的效果更佳。圖3.2（c）中的L、C1和C2用來(lái)濾除共模干擾，C3和C4濾除差模干擾。C1和C2采用薄

105、膜電容器，容量范圍大致是0.01μF~0.47μF。C3和C4選用陶瓷電容，容量范圍是2200pF~0.1μF。</p><p>　　R為泄放電阻，可將C3上的累計(jì)電荷泄放掉，避免因電荷積累而影響濾波特性；斷電后還能使電源的進(jìn)線端L、N不帶電，保證使用的安全性。圖3.2（d）則是把共模干擾濾波電容C3和C4接在輸出端。 </p><p>　　（a）

106、 （b）</p><p><b>　?。╟）</b></p><p><b>　?。╠）</b></p><p>　　圖3.2 EMI濾波器典型電路</p><p>　　3.1.2 EMI濾波器的設(shè)計(jì)</p><p>　　本文選用圖3.2（d）的電路結(jié)構(gòu)

107、，具體如圖3.3所示。該五端器件有兩個(gè)輸入端、兩個(gè)輸出端和一個(gè)接地端，使用時(shí)外殼應(yīng)接通大地。電路中包括共模扼流圈（亦稱共模電感）L、濾波電容C1-C4。共模濾波器L主要濾除在兩條功率線路與大地之間產(chǎn)生的噪聲。共模濾波器中的“變壓器”繞組是同相的，但是流經(jīng)繞組的交流電流是反相的。結(jié)果是兩股相反方向的電流在磁心內(nèi)產(chǎn)生的交流磁通量相互抵消。L對(duì)串模干擾不起作用，但當(dāng)出現(xiàn)共模干擾時(shí)，由于兩個(gè)線圈的磁通方向相同，經(jīng)過(guò)耦合后總電感量迅速增大，因此對(duì)

108、共模信號(hào)呈現(xiàn)很大的感抗，使之不易通過(guò)，故稱作共模扼流圈。它的兩個(gè)線圈分別繞在低損耗、高導(dǎo)磁率的鐵氧體磁環(huán)上，當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，兩個(gè)線圈上的磁場(chǎng)就會(huì)互相加強(qiáng)，L的電感量與EMI濾波器的額定電流I有關(guān)。需要指出的是，當(dāng)額定電流較大時(shí)，共模扼流圈的線徑也要相應(yīng)增大，以便能承受較大的電流。此外，適當(dāng)增加電感量，可改善低頻衰減特性。</p><p>　　圖3.3 EMI濾波電路</p><p>　　在