PWM开关电源原理.docx

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1、PWM开关电源第1章结论随着全球对能源问题的重视，电F产品的耗能问题将愈来愈突出，如何降提躲乐人圾犍磕低其待机功耗，提高供电效率成为一个急待解决的问题。传统的线性稳压电源虽瞬盛赢触嘘鹳叫,蜷度高、不运用电源变压器等特点，是一种较志向的稳压电源。正因为如此，开关式稳压电源已广泛应用于各种电子设备中。1.1 课题背景1.1.1 开关电源的发展历史开关稳压电源（以卜.简称开关电源）取代晶体管线性稳压电源（以卜.简称线性电源）已有30多年历史，最早出现的是串联型开关电源，其主电路拓扑及线性电源相仿，但功率晶体管r作于开关状态后，脉宽调制（PWM）限制技术有了发展，用以限制开关变换器，得到PWM开关电源

2、，它的特点是用20kHz脉冲频率或脉冲宽度调制一PWv开关电源效率可达6570%,而线性电源的效率只有3040%在发生世界性能源危机的年头，引起了人们的广泛关往。线性电源工作于工频，因此用工作频率为20kHZ的PWM开关电源替代，可大幅度节约能源，在电源技术发展史上誉为20kHZ革命。随着U1.SI芯片尺寸不断减小，电源的尺寸及微处理器相比要大得多：航天，潜艇，军用开关电源以及用电池的便携式电子以备（如手提计算即修动电话等）更须要个裂化，轻量化的电源。离此对开关电源提出了小型致叁耍隶，包括磁性元件和由春M体枳重基耍小。此外要求开关电源效率要更高，性能更好，牢靠性更高等。1.1.2 我国开关电源

3、历程从我国开关电源的发展过程可以了解国际开关电源发展的一个侧面，虽然一般说来,我国技术发展水平及国际先进水平平均有5-10年差距。70年头起，我同在黑白电视机，中小型计算机中起先应用5V,20-200,20kHZAC-DC开关1,泉1大比8)*空的7乙软管算作耗正Zv本功术S-M/新极蟹工损成I/小技ZVPW最步至E程源必同现率过能E。效美关为Sr等问/开。的9开0)股2瞬因耗电开编能V)磊叠了所3体曲交大即如导灯有更，例来“形却术1率，波襄出功WM降揩输砖P下费压化。/开交电碳能开果低能可上，形原效性了流量波-Ili高高有电点关为的现和能止也退买开体/I发1耨上小比M开耐器/篇的菖降以关术研

4、受卜.可汗技变压化讨流探开电频探整北三m，源后Z90应S)电以频术及美。鬻技开础，-p关CT开关一将开相VT已.轼谐，郎鸣准末-P370如头S-的iofi8vF关85戒Iz中开神W相源软8O3-P移电如电流型限制及多环限制，电荷限制，一周期限制，功率因数限制，DSP及相应专用集成限制芯片的研制胜利等，使开关电源动态性能有很大提高也大幅度简化。4.有源功率因校正技术(AITC)的开发，提高了AC-DC开关电三率因数。由于输入端有整流一一电窗元件，AC-DC开溪电源及一大类整流瓢醵啬髓蠲噬既嬲.三三p5:了开关I电源的整体效率。单相APFC是DC-DC牙关变换器拓扑和功率因数限制技术的棒细应用,而

5、三相APFC则是三相PWM整流开关君扑和限制技未的结合。磁性元件新型磁材底!和新型变压器的开发。如隼成磁路，平而型磁芯，超薄型(PCB)变滤波器:步，使开关电源小型化并提高了EMC性能。7.微处理器监控和开关电源i曜髓舞碑礴ii!i瞬翳单级或出了新型AC-DC功率因数AC-DC开关变换器；输出1%50的低电压大电流DC-DC变换*i器又以适应下一代超快速微处理器供电的需求：多通道3APWM开关电源4.愉出部分通过肯定的电路反馈给限制电路，限制PWM占空比，以达到稳定输出的目的.2PWM开关电源的组成模块功率开关驱动控制器谕匕也变压器！7VcC整流及滤波反馈网络电路扁U保护抑制t和抑入流滤、乜动

6、Ii器涌器输整和波动仰驱解地PF波浪制启Ic和电Vout(DC)PWM开关电源第3章设计思想及方案论证3.1设计思想PWM开关电源在运用时比线性电源具有更高的效率和敏捷性。我们可以在航空和H动化产品、仪器仪表、高线式产品中发觉它们的踪影，它们通常应用于要求效率和多组电源电压输出的场合。开关电源的重要要比线性电源轻的多。因为时于相同的输出功率，开关电源的散热器要小的多。但是开关电源的成本较高，而且须要较长的时间开发。所以PWM开关电源的的成本和效率是本设计的主要问题。基于这些问题，所以在本设计中，我们要注意成本的问题和设计电源的时间。3.2方案论证在起先设计开关电源时，主要考虑的是采纳何种基本拓

7、扑。开关电源设计中瞥烈猾麻疆藏勰生解鑫敏陛畿爵髓魅篇需后紧跟1.C滤波器。图3-1是一种简洁正激式变换器电路,即所谓的Buck变换器。包括PWM开关电源的拓扑、主要波形和一些估计的参3.2.1方案选择1.一方案一二次I毓嚼!虬Vin功开关n馈vCinin罩限制鼠CoutVoutV开关电源Imin1.4IloadIl0PKJnmi图31Buck电路VVD式中D一占空OUt比电路的工作可以看作一个机械飞轮和单活塞发动协，电路的1.C滤波掰就是t轮，存储从驱动器输出的脉冲功聿。1.C滤谀器（拖流瘠入滤波器）的输入就是经过扬波以后的电压。1.C滤波器平均了占空比调制的减冲电压。1.C滤波器的作用可用下

8、式表示：通过限制电路变更占空比，即可保持愉出电压恒定。Buck变换器之所以被称作降压式变换器，是因为它的输出电压必需低于输入电压。加樱飕1畿入螂硼魂翻Il翦给赢嚼导通时,输入电压名及瞌翳黑榜爨薪、材料的磁吹当开关断开时，由于电感上的电流不能突女，电感电流就通过二极管D续麻黏舱糠瓢疆霰实赧懈魏曜勰嬲飙同时电快速喘个瞬碟嶙耦开球赞懒端崎给耀I;的燃期票开关管通过而而始电流。方案三PWM开关电源直流输出的负载电流在最大值和最小值之间波动。在典型应用中，电感电流的最大值为负载电流的150%,最小值为负载电流的50%。2.方案二反激式客压器。反激式则指当功率MOSFET导通时，就将电能储存在高频变压V1

9、,VPxOff100PKinmin图3-2反激式电路半桥电路。其拓扑、主要蹩蕊和一些估计参数,如图3-3vnVinCIrl限制XFMRPWM开关电源SWtSW2N2N1DSW11.11CCjtVn2OOIalnI2.8V1kVPM一500YeJrtFSW,t3.1.2PKinmin方案论证1.方案一图3-3半桥电路在正激式峥值比升压式千瓦的功率。2.方案二罂嫌中避饿正出牌嬲髅鬻魂黑另外Buck变换器的输出电压必蕾低于输如电压。11PWM开关电源反激式电路拓扑，由于具有运用原器件少、本身固有效率比较商的特点，卷叨率低于，00呼叫的,场0特刘受;欢迎。但是,反激式电即印也流峰值比正激式电路高很多，

10、因此在相当底MjH压下，也可晚出开关管向SOAc33:,S0.,o所哪就懿睹比鞭假压羡牖1麻勰理蝌晦蜘I受的?但输出的功率受到限虬喃的飞瀛哪鑫嬲源痛端蠲懿场窘】隰拓扑功率范围/WVtft输入输典型效相对成（加）范围出隔率本/V离Buck电路0-10005-40无701.0Boost电路07505-40无801.0Buck-Boost电路0540无801.0150正激式电路0-1505-500781.4反激式电路0-1505-500801.2推挽式电路1001000501000752.0半桥电路100-500501000752.2全桥电路400-2000+50732.5表37PWM开关电源拓扑的

11、比较1000假如设计一个65W总结上面各个电路的拓扑的比较,式电路拓扑即方案是比较好的。1W的开关电源，选择反激PWM开关电源第4章系统设计在本文中，是设计一个65W通用沟通输入多路输出反激式变压器的PWM开关电源。这种开关电源可用于AV85240V施入的卑壬产品中。这秒特殊的开关电源可以供应2575OW的输出功率，可以用在办公小型分组交旅机（PBX）等产品中。4. 1技术指标输入电压范围：C90-240V,5060Hz输出：DC+5V,额定电漉1A,最小电流750mDC+12V,额定电流1A,最小电流100mADC-12V,额定电流1A,最小电流100mADC+24V,额M电流1A,最小电流

12、0.25A250mV-24V：输出精度:+5V,12V：最大5%24V：10%融品5供J三H三剧三翻输出电压纹波：+5V,+12V：熹大100mV（峰碎他）AC85（15%）V氐于4.6（15%）V时，4.2输入整流器/滤波器部分的设计输入整流器/滤波器电路在开关电源中不被人重视。典型的输入整流器/滤波,电流由三到四个部分组成：EMl滤波器、浪涌抑制器、整流级（离线应用场初输入滤波电容。很多沟通输入离线式电源耍求有功率因数校正（PFC）。其电路图如图4-2三13EMI滤波器出112GND4.2.1EMI滤波器唯篙-2输入整流滤波电路,随着电子设计、计算机及家用电器的大量涌现和广泛普及，电网噪声

13、干述日益严峻并形成一种公害。特殊是瞬态噪声干扰，其上升速度快、持续时间若左振胴度高（几百伏至几千伏）、随机性强，对微机和数字电路易产生严峻干魏峨（需喃船赞那幽1的-种新型组合器它能月敖地抑制电网噪声，提高电子设备的抗干扰实力及系统的牢靠性，可广泛用于电广测量仪器、计算机机房设备、开关电源、测控系统等领域。输入滤波的前级是EMI滤波器。这个电感流过的是相对较大的直流电流，箱要躲解#错蠲簿辆源羸徽嬲线肥蹒廨跳髓彼除开关噪声和Ih输入线引起的德波。1基本电路及其典型应用PWM开关电源该五端器件有两个输入端、两个输出端和一个接地端，运用时外壳应接通大地。电路中包括共模扼流圈（亦称共模电感）1.、滤波电

14、容ClO1.对串模酸德殿源第帽拇的耀疆麹解麒磁舷耦盛线滩三三三三l三三便能承受较大的电流。此外，适当璃加电感量，j-衰庭寺性。Cl和C2采纳薄膜电容器，容量范围大致是0.0F-0.47F,主要用来滤除串模干扰。C3和C4跨接在输出端，并将电容器的中点接地，能有效地抑制共模干扰。C3和C4亦可并联在输入端，仍选用陶瓷电容，容量范围是2200pF0.1Fo为假如滤波器前的线太减小漏电流，电容量不得超过0.IuF,并且电容器中点应及大地接通。C1C4的耐压值均为630VDC或250VAC。还有滤波器要尽可能养长，从外面引入的代导EMI会线也会产生RFI（前频干扰），4.2.2浪涌抑制部分PWM开关电源浪涌抑制部分要放在EMI滤波电感后，但在整流（离线式）和输入滤波电容（立流输入）I优全部浪涌迎荆器邵要用EMl遮波电感和串连阻抗来药止超过它们额定的瞬时能量。EMI电感极大施削减了瞬府电压峰值，并在府间上加它延长，这样提高/抑制器的工作寿命。但是，不