节能小功率开关电源设计

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1、邵阳学院毕业设计（论文）1概述1.1开关电源的发展和状况1955年美国罗耶(GHRoger)发明的自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器，是实现高频转换控制电路的开端，1957年美国查赛(JenSen.)发明了自激式推挽双变压器，1964年美国科学家们提出取消工频变压器的串联开关电源的设想。到了1969年由于大功率硅晶体管的耐压提高，二极管反向恢复时间的缩短等元器件改善，终于做成了25kHz的开关电源。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式

2、。市场上DC-DC开关电源中，用MOSFET制成的300-500kHz电源，早己实用化，但其频率有待进一步提高.要提高开关频率，就要减少开关损耗，而要减少开关损耗，就需要有高速开关元器件。然而，开关速度提高后，会受电路中分布电感和电容或二极管中存储电荷的影响而产生谐波干扰。这样，不仅会影响周围电子设备，还会大大降低电源本身的可靠性.其中，为防止随开感应电动势所发生的电压浪涌，可采用R-C或L-C缓冲器。不过，对1MHz以上的高频，要采用谐振电路，以使开关上的电压或通过开关的电流呈正弦波，这样既可减少开关损耗，同时也可控制浪涌的发生。这种开关方式称为谐振

3、式开关。目前对这种开关电源的研究很活跃，因为采用这种方式不需要大幅度提高开关速度就可以在理论上把开关损耗降到零，而且噪声也小，可望成为开关电源高频化的一种主要方式。当前，世界上许多国家都在致力于数兆赫兹的变换器的实用化研究。开关电源向集成化方向发展将是未来的主要趋势，功率密度将越来越大，对工艺的要求也会越来越高。在半导体器件和磁性材料没有新的突破之前，重大的技术进展可能很难实现，技术创新的重点将集中在如何提高效率和减小重量.因此，工艺水平将会在电源制造中占的地位越来越高。另外，数字控制集成电路的应用也是将来开关电源发展的一个方向，这依耐于DSP运行速度

4、和抗干扰技术的不断提高，至于先进的控制方法，目前已经有模糊控制、嵌入式MCU等控制方式移植到开关电源，相信随着数字控制的普及，今后还会有一些新的控制理论运用到开关电源中来。为了以更低的功耗获得更高的速度和更佳的性能，半导体器件正在向1V工作电压发展，这也对DC/DC变换器提出了更高的要求。由于便携产品将率先采用1V44邵阳学院毕业设计（论文）工作电压，因而对电源效率和功率密度的挑战显得更为严峻。除了需要增添更多的功能外，还需要延长电池的使用寿命，并缩小系统体积。随着便携系统内部功能的增多，对电源的要求也相应提高。电源效率的改善则意味着新一代便携系统需要

5、承受指数级增长的电流，系统体积小，散热能力差，更容易产生过热。因此系统散热成为令人关注的问题。在输出等于1V的电压下维持较高的效率是非常困难的。如果输入和输出电压之间的差值增加，更难获得高性能。为此，必须找到适合高性能、小体积、长时间运行便携系统的方案。1.1.1国外开关电源的发展概况[12]自20世纪90年代以来，许多新的领域和新的要求对开关电源提出了更新更高的挑战。正是由于外界的这些要求推动了两个开关电源的分支技术一直成为当今电力电子的研究课题，即有源功率因数校正技术和低压大电流高功率DC/DC变换技术。另外由于技术性能和要求的提高，使得许多相关技

6、术课题的研究，正在迅速增加。（1）电路集成和系统集成及封装工艺的发展动态开关电源的发展方向是模块化、集成化和智能化。近几年来具有各种控制功能的专用芯片发展很迅速，如功率因数校正（PFC）电路用的控制芯片，软开关控制用的ZVS、ZCS芯片，移相全桥用的控制芯片，ZVT、ZCT、PWM专用控制芯片，并联均流控制芯片以及电流反馈控制芯片等。由于其外部接线、焊点减少，可靠性显著提高。集成化、模块化使电源产品体积更小、可靠性更高，给应用带来极大的方便。（2）功率因数校正技术的发展动态功率因数校正的概念起源于20世纪80年代，但被重视和推广则在80年代末期和90年

7、代。欧洲和日本相继对开关电源装置的输入谐波要求制定了标准。目前有两个标准，即IEC555-2和IEC1000-3-2。这使得研究PFC技术已成为电源界的热点。通常有两大类PFC技术：一类是无源PFC技术，另一类是有源PFC技术。前者采用无源元件来改善输入功率因数，减小电流谐波，以满足标准要求。其特点是简单，但体积庞大、笨重，有些场合无法满足要求；后者是用一个变换器串入整流滤波与DC/DC变换器之间，通过特殊的控制，第一强迫输入电流跟随输入电压，从而实现单位功率因数，第二反馈输出电压便随之稳定，从而使DC/DC变换器的输入实现预稳。这种方法的特点是控制复

8、杂，但体积大大减小。另外，第二级的设计也易优化，进一步提高性能。有源功率因数校正技术的目的在于