毕业设计-低功耗小功率开关电源设计

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1、 第 1 页，共 26 页 1 1 开关电源简介开关电源简介 小功率开关电源以其诸多优良的性能，在测控仪器仪表、通信设备、学习与 娱乐等诸多电子产品中得到广泛的应用。随着环境和能源问题日益突出，人们对 电子产品的环保要求不断提高，对电子产品的能源效率更加关注。设计无污染、 低功耗、高效率的绿色模式电源已成为开关电源技术研究的热点。 本文研究一种中小功率开关电源，应用过渡模式有源功率因数校正、准谐振 变频功率隔离变换控制和同步整流等多种先进的电源控制技术， 以实现绿色开关 电源设计的目的。 1.11.1 开关电源开关电源的基本结构的基本结构 所有事物都要遵循能量守恒定律，开关电源也不例外，实际上

2、，开关电源也 要通过以能量形式传递完成的。从能量上看，开关电源可以分为直流开关电源模 式和交流开关电源模式，直流开关电源模式主要是输出为直流信号电能，而交流 开关电源模式主要是输出为交流信号电能。直流开关电源模式为当前的主流模 式，该开关电源模式的基本组成结构框图如下图 1.1 所示： 图 1.1 开关电源基本组成结构框图 由上图中可知：开关电源主要由整流滤波、DC/DC 变换电路、开关占空比 控制电路以及控制电路等模块组成。 桥式整流 滤波 LC 组成 滤波器 DC/DC 变 换器转换 输出 整流滤波 DC 直流输出 控制电路 放大电路 占空比控 制电路 交 流 输 入 第 2 页，共 26

3、 页 交直流输入电压经 LC 滤波器，再通过桥式整流与母线电解电容平滑后变为 直流电压，再经 DC/DC 变换器转换，再经二极管整流和电解电容的滤波至输出， 为了能使电路成为一个闭环工作， 在输出端引出一个控制电路再经放大电路到占 空比控制电路至 DC/DC 变换器转换器形成一个闭环。 占空比控制电路中占空比的 表示方法如下图 1.2 所示： 图 1.2 占空比示意图 由上图中可知： 占空比 D=Toff/(TOff+Ton)， 周期 T= Ton+Toff， 频率 f=1/T。 1.21.2 传统开关电源的缺陷传统开关电源的缺陷 传统开关电源基本上采用的都是传统电路， 传统电路大部分采用的电

4、路芯片 都为 PWM 控制的 KA38 系列芯片，这当中也要用到开关 MOSFET 管，还有就是也要 加个启动电阻，根据 P=U*U/R 可知该电路上的待机功耗至少要大于 0.5W，而低 功耗的要求待机功耗至少要小于 0.5W，甚至有些要小于 0.3W。如果功耗大，对 人口密集的中国来说，电能的损耗无疑是巨大的。另外传统电源存在着某些有害 物质，根据我国 CCC 标准中的关于在电气电子设备中限制使用某些有害物质指 令 ，从而没能达到环保的功能。 1.3 1.3 绿色绿色开关电源的发展方向开关电源的发展方向 由于传统电源存在着诸多的缺陷，为了能量的有效利用，人们从而提出了绿 色开关电源，绿色开关

5、电源产品主要向高频、高效率、低功耗、小型化、集成化、 模块化、智能化、高可靠性、满足 EMC 标准和环保等诸多方向不断发展。由于开 关电源轻、小、薄的关键技术是高频化，因此国外各大开关电源制造商都致力于 同步开发新型高智能化的元器件，特别是改善二次整流器件的损耗，并在功率比 铁氧化体（Mn Zn）材料上加大科技创新，以提高在高频率和交大磁通密度（Bs） 下获得提高的磁性能，而电容器的小型化也是一项关键技术。以下几个方面将是 开关电源发展的方向： （1）小型化、薄型化、轻量化。开关电源的体积、重量主要是由储能元件 （磁性元件和电容）决定的，因此开关电源的小型化实质上就是尽可能减小其中 第 3 页

6、，共 26 页 储能元件的体积。 （2）高频化。在一定范围内，开关频率的提高，不仅能有效地减小电容、 电感及变压器的尺寸，而且还能够抑制干扰，改善系统的动态性能，因此高频化 是开关电源的主要发展方向。 （3）高可靠性。开关电源比连续工作电源使用的元器件多数十倍，因此降 低了可靠性。从寿命角度出发，点解电容、光耦合器及排风扇等器件的寿命决定 着电源的寿命。 所以， 要从设计方面着眼， 尽可能使用较少的器件， 提高集成度， 采用模块化技术可以满足分布式电源系统的需要，提高系统的可靠性。 （4）低噪声。开关电源的缺点之一是噪声大，单纯地追求高频化，噪声也 会随之增大。采用部分谐振转换回路技术，在原理上既可以提高频率又可以降低 噪声，所以，尽可能降低噪声影响是开关电源的又一发展方向。 （5）采用计算机辅助设计和控制。采用 CAA 和 CDD 技术设计最新变换拓扑 和最佳参数，使开关电源具有最简结构和最佳工况。在电路中引入微机监测和控 制，可构成多功能监控系统，可以实时监测、记录并自动报警等。 开关电源被誉为高效能电源，它袋包着稳压电源的发展方向，现已成为稳压 电源的主流产品。