开关稳压电源范文精选

摘要：本文主要介绍了一种基于PWM脉宽调制技术设计的大功率稳压稳流开关电源。其输入电压为交流220V±20％，输出电压为直流0～350V，电流0～3A，工作频率25kHz。重点介绍了该电源的设计思想，工作原理及特点。

关键词： 开关电源 稳流电源 稳压电源

1、引言

在科研、生产、实验等应用场合，经常用到即有稳压调节，又有稳流调节两种方式的电压相对较高的电源。而市场上的大功率可调稳压稳流电源种类较少，通常为定制，成本上相对较高。为此专门开发了一种可调稳压范围在0-350V，稳流范围在0-3A的高频开关电源。它采用了半桥电路，所选用开关器件为功率IGBT管，开关工作频率为25kHz，具有体积小、重量轻、成本低等优点。

2、主要技术指标

1) 交流输入电压AC220V±20%；

2) 直流输出电压0～350V可调；

3) 输出电流0～3A；

【摘要】现实应用中有时需要能将较低的直流电压转换成输出较高电压且允许较大电流输出的升压直流电源。本文介绍了基于XL60

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[2]林涛.数字电子技术[M].北京：清华大学出版社，2006.

[3]林涛.电子技术及其应用基础[M].北京：电子工业出版社，2005.

[4]林涛.模拟电子技术基础[M].重庆：重庆大学出版社， 2001.

[5]杨欣.电子设计从零开始[M].北京：清华大学出版社， 2005.

[6]邱关源.电路[M].北京：高等教育出版社，1999.

基金项目：国家级物理学（师范类）特色专业项目（项目编号：TS12467）;云南省基金（项目编号：2009CD097）;楚雄师范学院大学生创新训练项目。

摘 要本文设计了一种以LM5117为核心芯片，Buck降压电路为核心电路，STC12C5A60S2单片机为控制部件的开关稳压电源。该电源负载，调整率Si≤0.5%，电压调整率Sv≤0.5%，DC-DC转换率为93%。

【关键词】DC-DC转换 LM5117芯片 直流开关稳压电源

开关电源是利用电子开关器件通过控制电路，使电子开关器件不停地“接通”和“断开”，让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现电压变换、输出电压可调和自动稳压。常用开关稳压电源电路结构复杂，且难于实现稳压数字化调节，本文介绍一种以LM5117为核心降压芯片的直流稳压电源，该电源设计简单，可实现输出稳压数字化调节且工作效率较高。

1 电源整体设计

1.1 设计要求

输出电压偏差|UO|≤100mV；

最大输出电流IO≥3A；

输出纹波Uopp≤50mV；

【摘要】在实际应用中，开关型稳压电源是通过移相对来全桥DC/DC进行小信号的交换。根据其自身系统的特性来进行电路设计。笔者根据相关的技术指标与实验过程验证，对开关型稳压电源进行相关的电路设计阐述，以供读者参考。

【关键词】开关型；直流稳压电源；探究；电路设计

【中图分类号】G64【文献标识码】A【文章编号】2095-3089（2016）04-0163-02

在电力电子技术的不断发展与技术革新下，开关型直流稳压电源以其自身的工作表现与其可靠性成为我国电力系统中广泛使用的一种设备。在实际应用中，开关型直流稳压电源自重轻，工作内故障低，工作效率高，且其性价比占优势，并具有功耗晓得良好表现。相比于其他开关型电源，开关型稳压电源应用范围广，竞争力强，特别是对于粒子加速器等电源应用范围来说，开关型稳压电源具有着良好的专业性与稳定性。通过对于开关型稳压电源的技术标准研读与相关的影响因素分析，目前此类技术研究区域人员都是采用移相控制桥来对DC/DC变换小信号模式进行开关型稳压电源的电路设计。

1.对于动态小信号模型的相关阐述

对于动态小信号模型来说，不同的模型选取进而得到的设计结果都会存在差异。所以，在模型的选取上，应根据其实际情况进行分析与配置。对于开关电源来说，其本质是作为一个非线性的控制对象在进行工作，如果要对其进行成功的设计与分析，那么在进行指导建模时，应以近似建立在其稳态时的小信号扰动模型为依据。这一思路一方面取决于小信号扰动模式稳态时具有与设计目标相近的工作表现；另一方面也是由于这样的模型对于大范围扰动时的拟态不够精准，会造成相应结论的误差或偏差。基于此，以小信号扰动模型来进行开关型稳压电源的电路设计是保证其最终设计结果满足设计要求的必要条件。

2.开关型稳压电源的相关性能指标

2.1性能指标之稳定性

【摘要】在实际应用中，开关型稳压电源是通过移相对来全桥DC/DC进行小信号的交换。根据其自身系统的特性来进行电路设计。笔者根据相关的技术指标与实验过程验证，对开关型稳压电源进行相关的电路设计阐述，以供读者参考。

【关键词】开关型 直流稳压电源 探究 电路设计

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）04-0163-02

在电力电子技术的不断发展与技术革新下，开关型直流稳压电源以其自身的工作表现与其可靠性成为我国电力系统中广泛使用的一种设备。在实际应用中，开关型直流稳压电源自重轻，工作内故障低，工作效率高，且其性价比占优势，并具有功耗晓得良好表现。相比于其他开关型电源，开关型稳压电源应用范围广，竞争力强，特别是对于粒子加速器等电源应用范围来说，开关型稳压电源具有着良好的专业性与稳定性。通过对于开关型稳压电源的技术标准研读与相关的影响因素分析，目前此类技术研究区域人员都是采用移相控制桥来对DC/DC变换小信号模式进行开关型稳压电源的电路设计。

1.对于动态小信号模型的相关阐述

对于动态小信号模型来说，不同的模型选取进而得到的设计结果都会存在差异。所以，在模型的选取上，应根据其实际情况进行分析与配置。对于开关电源来说，其本质是作为一个非线性的控制对象在进行工作，如果要对其进行成功的设计与分析，那么在进行指导建模时，应以近似建立在其稳态时的小信号扰动模型为依据。这一思路一方面取决于小信号扰动模式稳态时具有与设计目标相近的工作表现；另一方面也是由于这样的模型对于大范围扰动时的拟态不够精准，会造成相应结论的误差或偏差。基于此，以小信号扰动模型来进行开关型稳压电源的电路设计是保证其最终设计结果满足设计要求的必要条件。

2.开关型稳压电源的相关性能指标

2.1性能指标之稳定性。通过相关数据与实践结果研究表明，在不同的开关型稳压电源系统设计下，会产生不同程度的鲁棒性。而在暂态特性方面，其表现也会相应提高。但对于直流新稳压电源来说，其系统下对于增益余量的要求是大于或等于40dB，对于相位余量的要求则是大于或等于30dB。

摘要：本文分析了开关电源中波纹产生的原因以及抑制波纹常用的方法，给出了一种抑制波纹的晶体管开关稳压电源电路。通过实验测试，得出文中提出的晶体管开关稳压电源能够较好地抑制电源中的干扰。

关键词：波纹；开关电源；晶体管

引言

在用电控制的仪器设备中，都需要稳压电源，由于价格、功率等的要求，因此设计人员更倾向于使用开关电源，而很少使用线性电源。开关电源的优势在于转换效率高，最高可以达到将近97%，另外开关电源重量轻、体积小。开关电源最大的缺点是输出的纹波和噪声电压较大，而这一性能影响到仪器设备的运行，特别是对于需要处理小信号的仪器中，电源产生的噪声可能会干扰输入的信号，使得仪器无法正确运行。如何处理好电源的噪声，有很多方法[1][2]，本文通过一个典型电源电路分析开关电源产生纹波和噪声的原因及减小纹波和噪声的措施，并详细探讨了电源各部分电路的原理功能和实现的方法。

1干扰产生分析

电信号干扰分为：噪声（nois）和纹波（ripple）两种，其表现形式为图1形式。噪声的定义是指在直流电压或电流中，叠加了振幅和频率上完全无规律的交流分量。该分量会干扰电路的分析、逻辑关系，影响其设备正常工作。纹波是指叠加在直流电压或电流上的交流信号，会降低电源的效率，严重的波纹更有可能会损坏用电设备，另外波纹还会干扰数字电路的逻辑关系，影响设备工作状态。通常的开关电源输出的直流电压中叠加了由噪声和波纹引起的交流信号。波纹主要是由于开关电源的开关动作造成的，而波动的频率跟开关的频率是一致的，大小取决于输入、输出电容的参数。作为开关的元件都有寄生的电感与电容，当元件在电流流动变化工作时，会产生电压与电流的浪涌，这些浪涌信号都会在电源产生干扰信号。浪涌电流指电源接通瞬间，流入电源设备的峰值电流。该峰值电流远远大于稳态输入电流，这种瞬时过电流称为浪涌电流，是一种瞬变干扰。噪声电压主要跟电源的拓扑结构、电路中的寄生参数、工作的电磁环境以及印制电路板的布线有关。当信号较小的时候，会产生干扰的信号。图2（a）是实验信号波形，（b）是小信号上叠加了干扰的波形。干扰可以表现为尖峰、阶跃、正弦波或随机噪声，干扰的产生来自多方面，电路设计不合理、器件使用不当、工作环境干扰、电源噪声等，其中电源产生的噪声是常见主要的原因，而这些干扰信号会造成后续电路一系列的处理误差，所以在要求较高的场合，这样的噪声是必须要解决的。

2解决措施

开关电源电路一般由整流平滑电路、集成开关电路、浪涌电压吸收电路、电压检测电路、次级侧整流平滑电路等构成。其工作原理：开关电路供应稳定电压和平滑的电流，是本电路的主要部分，开关晶体管的集电极电流决定电源的输出电流。纹波的解决措施[3][4]主要有：调整电感和电容参数、增加电容电阻缓冲网络。

摘要：随着我国半导体集成技术的飞跃发展，电子产品正朝着微小型化的方向迅速推进。微小型化的最大困难是变压器的体积和散热的困难。作者根据多年的实践经验对开关稳压电源基本原理和特点进行了深入的探讨。

关键词：开关；稳压；调整；导通；截止

【中图分类号】TN86

随着半导体集成技术的快速发展，电子产品正朝着微小型化的方向迅速推进。连续导电式稳压电源，也称线性稳压电源，有简单，纹波小，干扰小等优点；然而这种电源体积大，效率低，散热难，无法适应新的要求，这就必然要改革和创新。开关稳压电源是一种新颖的稳压电源。微小型化的最大困难是变压器的体积和散热的困难。它比连续导电式稳压电源效率高，稳压范围宽，体积小，重量轻。正是由于这一系列的优点，使得开关稳压电源获得越来越广泛的应用，尤其在航天 航空技术中，在计算机中，正在逐步取代连续导电式稳压电源。近年来，已有标准系列产品出现，开关稳压电源正在应用到工业、民用各个领域。

在介绍开关稳压电源时，先介绍一下开关。开关分两类：简单的有机械触点，闭合时，机械触点接触，电阻接近于零；断开时，机械触点断开，呈现很大电阻。这种机械开关包括钮子开关、按键开关、离合器、继电器等；还有一类是电子开关，没有机械触点的离合动作，其主要元件有晶体管、电子管、可控硅等。它们在一定条件下呈导通状态，电阻很小；在另一些条件下，呈断开状态，电阻很大。比如晶体三极管，在其基极和发射极间，加上一定的正向偏置，在它的集电极、发射极间，呈饱和导通状态，等效电阻很小；在其基极、发射极间，加零偏或反向偏置时，在它的集电极、发射极间，呈截止状态，等效电阻很大。可控硅元件亦如此：阳极、阴极间加正向电压，控制极加正向触发，使阳极、阴极间呈导通状态；两个条件缺一不可，否则不能触发导通。调整元件工作在开关状态的稳压电源，称为开关稳压电源。它是通过改变调整元件的导通时间和截止时间的相对长短，来改变输出电压的大小，达到稳压的目的。

开关稳压电源与连续导电稳压电源比较，为什么会具有效率高等一系列优点呢？以串联式连续导电稳压电源为例来分析连续导电式稳压电源效率低的原因。串联式连续导电稳压电源不论调压还是稳压，都是通过改变调整管上的压降来实现的。当输入电压最低、输出电压最高时，这时调整管上的压降至少还要有3伏，当输入电压中有较大的纹波时，要以波形的最低点算，只有这样才能保证调整元件工作在线性放大状态，保证调压和稳压系统正常工作。这时若输入电压升高或输出电压减少时，要保证调压和稳压，无疑就要加大调整元件上的电压降。此时负载上的电流又全部通过调整元件，这就必然加大调整元件上的功耗。实质上连续导电式稳压电源输出电压的稳定是靠将输入功率在负载和调整元件上的分配来实现的。效率常在40℅到60℅之间。而开关稳压电源是靠改变调整元件的导通时间和截止时间的相对长短来改变输出电压的大小。导通时元件工作在饱和导通状态，管压降很小，调整管的功耗为管压降与流过电流的乘积，因此此时的功耗很小；调整元件截止时，电流很小，此时的功耗也很小；调整元件由截止变到导通和由导通变到截止的两个过渡状态，虽然电压和电流同时较大，功耗较大，但是过渡时间相对于导通时间和截止时间来说是非常短的。因此调整元件的总的功耗就很小，开关稳压电源本身的效率常能达到80～90﹪，甚至更高。在可控整流中，整流元件与调整元件合一，在某些场合，甚至可省去主电源变压器；非可控整流型开关稳压电源，还有工作频率高，滤波容易等优点，尤其是效率高，损耗小，散热容易，就必然体积小，重量轻；还因为散热容易，易于做到温升低，寿命也会长。

开关稳压电源发展迅速，种类繁多，从工作方式上，可分为可控整流型（图a），斩波型（图b）和隔离型（图c）三大类。

开关稳压电源的优点很多，但电路比较复杂，技术难度较大，常伴有一定的干扰，这是开关稳压电源的不足之处。

开关式稳压电源的工作原理随着全球对能源问题的重视,电子产品的耗能问题将愈来愈突出,如何降低其待机功耗,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然电路结构简单、工作可靠,但它存在着效率低(只有40%-50%)、体积大、铜铁消耗量大,工作温度高及调整范围小等缺点。为了提高效率,人们研制出了开关式稳压电源,它的效率可达85%以上,稳压范围宽,除此之外,还具有稳压精度高、不使用电源变压器等特点,是一种较理想的稳压电源。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,本文对各类开关电源的工作原理作一阐述。

一、开关式稳压电源的基本工作原理

开关式稳压电源接控制方式分为调宽式和调频式两种,在实际的应用中,调宽式使用得较多,在目前开发和使用的开关电源集成电路中,绝大多数也为脉宽调制型。因此下面就主要介绍调宽式开关稳压电源。

调宽式开关稳压电源的基本原理可参见下图。

对于单极性矩形脉冲来说,其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度,脉冲越宽,其直流平均电压值就越高。直流平均电压U。可由公式计算,即Uo=Um×T1/T式中Um —矩形脉冲最大电压值;

T —矩形脉冲周期;

T1 —矩形脉冲宽度。

从上式可以看出,当Um与T不变时,直流平均电压Uo将与脉冲宽度T1成正比。这样,只要我们设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄,就可以达到稳定电压的目的。

摘要：讨论了直流开关稳压电源的保护系统,提出保护系统设计的原则和整机保护的措施，分析了开关稳压电源中的各种保护的特点及其设计方法,介绍了几种实用保护电路。

关键词：开关电源 保护电路 系统设计

1引言

直流开关稳压器中所使用的大功率开关器件价格较贵,其控制电路亦比较复杂,另外,开关稳压器的负载一般都是用大量的集成化程度很高的器件安装的电子系统。晶体管和集成器件耐受电、热冲击的能力较差。因而开关稳压器的保护应该兼顾稳压器本身和负载的安全。保护电路的种类很多,这里介绍极性保护、程序保护、过电流保护、过电压保护、欠电压保护以及过热保护等电路。通常选用几种保护方式加以组合,构成完善的保护系统。

2极性保护

直流开关稳压器的输入一般都是未稳压直流电源。由于操作失误或者意外情况会将其极性接错,将损坏开关稳压电源。极性保护的目的,就是使开关稳压器仅当以正确的极性接上未稳压直流电源时才能工作。利用单向导通的器件可以实现电源的极性保护。最简单的极性保护电路如图1所示。由于二极管D要流过开关稳压器的输入总电流,因此这种电路应用在小功率的开关稳压器上比较合适。在较大功率的场合,则把极性保护电路作为程序保护中的一个环节,可以省去极性保护所需的大功率二极管,功耗也将减小。为了操作方便,便于识别极性正确与否,在图1中的二极管之后,接指示灯。

3程序保护

开关稳压电源的电路比较复杂,基本上可以分为小功率的控制部分和大功率的开关部分。开关晶体管则属大功率，为保护开关晶体管在开启或关断电源时的安全,必须先让调制器、放大器等小功率的控制电路工作。为此,要保证正确的开机程序。开关稳压器的输入端一般接有小电感、大电容的输入滤波器。在开机瞬间,滤波电容器会流过很大的浪涌电流,这个浪涌电流可以为正常输入电流的数倍。这样大的浪涌电流会使普通电源开关的触点或继电器的触点熔化,并使输入保险丝熔断。另外,浪涌电流也会损害电容器,使之寿命缩短,过早损坏。为此,开机时应该接入一个限流电阻,通过这个限流电阻来对电容器充电。为了不使该限流电阻消耗过多的功率，以致影响开关稳压器的正常工作,而在开机暂态过程结束后，用一个继电器自动短接它,使直流电源直接对开关稳压器供电，如图2所示。这种电路称之谓开关稳压器的“软启动”电路。

开关式稳压电源的工作原理随着全球对能源问题的重视，电子产品的耗能问题将愈来愈突出，如何降低其待机功耗，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然电路结构简单、工作可靠，但它存在着效率低（只有40%－50%）、体积大、铜铁消耗量大，工作温度高及调整范围小等缺点。为了提高效率，人们研制出了开关式稳压电源，它的效率可达85%以上，稳压范围宽，除此之外，还具有稳压精度高、不使用电源变压器等特点，是一种较理想的稳压电源。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，本文对各类开关电源的工作原理作一探讨。

一、开关式稳压电源的基本工作原理

开关式稳压电源接控制方式分为调宽式和调频式两种，在实际的应用中，调宽式使用得较多，在目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数也为脉宽调制型。因此下面就主要介绍调宽式开关稳压电源。

对于单极性矩形脉冲来说，其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其直流平均电压值就越高。直流平均电压U。可由公式计算，即Uo=Um×T1/T式中Um -矩形脉冲最大电压值；

T -矩形脉冲周期；

T1 -矩形脉冲宽度。

从上式可以看出，当Um与T不变时，直流平均电压Uo将与脉冲宽度T1成正比。这样，只要我们设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄，就可以达到稳定电压的目的。

二、开关式稳压电源的原理电路