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開關電源的設計與實現范文1
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關鍵詞：開關電源；UCC3895；測控系統
DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.10.012
引言
大中功率直流開關電源一般采用移相全橋DC/DC變換器 。實現全橋變換器的移相控制主要有以下三種方法：（1）采用分立器件進行邏輯組合；（2）采用DSP或CPLD實現數字控制；（3）采用專用集成控制芯片 。采用分立器件進行邏輯組合構成的模擬控制電路結構復雜，不利于開關電源小型化；采用DSP或CPLD實現數字控制的成本較高，且存在數字電路延遲；采用專用的集成控制芯片電路簡單且成本較低。第三種方法中可以采用UCC3895芯片來產生PWM控制波形，UCC3895是一款優良的移相全橋控制芯片，有電壓和電流兩種控制模式，占空比可從0%～100%， 且可以為零電壓開關（ZVS）提供高效高頻的解決方案。國內外常用的移相全橋反饋模式為電流模式 ，但其雙閉環控制電路復雜，不易實現。
由于單電壓環反饋模式簡單有效的優點，本文基于UCC3895移相全橋控制芯片采用單電壓環加限流環的反饋模式和單片機相結合設計了直流開關電源數字模擬混合測控系統，詳細設計了閉環系統、控制器參數、保護電路，顯示電路，調壓電路，并對測控系統進行了實驗。
系統方案
采用應用廣泛的TI公司生產的UCC3895芯片與單片機相結合的方案設計了直流開關電源數字模擬混合測控系統。如圖1所示，利用UCC3895對DC/DC變化器主電路進行PWM移相控制，并與單片機相結合來實現對主電路的檢測與反饋控制，以及輸出過壓，過流，過溫等保護。其中，所選單片機型號為美國微芯公司生產的PIC16F873單片機。PIC16F873共28個引腳，內部自帶5個10位A/D通道，2個定時計數器，2個脈寬調制（PWM）通道。
UCC3895電路設計
如圖4所示，UCC3895的EAN腳為內部誤差放大器反相輸入端，E A O U T腳為誤差放大器輸出端，R 3、R 4、R 6、C 1、C 2、C 3構成了閉環控制系統的電壓調節器，輸出電壓Vo經過電阻分壓接到電壓調節器反相輸入端構成反饋電壓，改變可調電阻R2的值可以改變電源輸出電壓。RT、CT可以實現開關頻率的設定，A D S腳為自適應延遲死區時間設置端，接地表示輸出延遲死區時間設為最大。限流調節器輸出端也接到UCC3895的EAOUT腳，故障保護電路接到CS腳實現電源系統的故障保護功能。
故障保護電路設計
UCC3895的CS腳有過流保護功能，當CS腳電壓高于2.5V時，UCC3895芯片將會被軟關斷，驅動脈沖被封鎖，CS腳低于2.5V，芯片將進入下一個軟啟動過程。如圖5所示，保護電路的設計就是基于CS腳的過流保護功能，正常情況下保護電路的輸出為低電平，一旦出現輸出過壓、過流、過溫等故障，相應的電壓比較器輸出高電平，同時故障信號被單片機檢測，通過單片機數字控制也可使電壓比較器輸出為高電平，開關管T1導通，輸出一個高于2.5V的高電平至CS腳，使芯片封鎖驅動信號，從而使主電路停止工作，實現電源系統的數字模擬雙重保護功能。
限流值可調的限流環電路設計
單片機與電路設計
單片機部分電路和電源狀態顯示電路分別如圖7和圖8所示。單片機部分引腳功能分配如下：AN0腳是限流信號檢測，AN1腳是輸出電壓檢測，AN2腳是輸出電流檢測，AN4腳是溫度檢測，其中AN0、AN1、AN2、AN4腳均為A/D轉換端口。CCP2腳（PWM端口）提供可調的限流調節器的限流參考值，CCP1腳（PWM端口）提供可調的電壓調節器的輸出電壓參考值，SCK、SDO、RB4腳用于電源狀態顯示，RB1腳（I/ O口）為單片機數字控制。單片機通過SPI（同步串行通訊）向移位寄存器SN74HC164發送電源當前工作狀態數據，由移位寄存器把串行數據轉換為并行數據并輸出給顯示模塊。單片機RB4腳（I/O口）控制發光二極管的供電電壓，在剛開機還沒有采集工作狀態之前，保證所有二極管不工作。單片機SCK（時鐘）腳接在三個移位寄存器的脈沖輸入口（CLK）作為脈沖輸入。單片機SDO（SPI通訊數據輸出）腳接到移位寄存器的數據輸入口（A、B腳），并把三個移位寄存器接到一起串聯使用。通過數碼管實時顯示輸出電流值，通過4個LED燈圖11 突加突減負載電壓波形的亮滅表示電源當前的工作狀態，其中發光二極管D4（綠燈）燈亮表示電源正常工作，D3（紅燈）燈亮表示輸出過壓故障，D2（紅燈）燈亮表示輸出限流，D1（紅燈）燈亮表示過溫故障。
調壓電路設計
單片機CCP1腳為PWM波端口，可以通過調節PWM波的占空比產生不同的電壓。如圖9所示，PWM信號經過濾波電路由數字量轉變為模擬量輸入到由運放5構成的電壓跟隨器進行緩沖與隔離，該模擬電壓與參考電壓VDD疊加構成分壓電路，分壓信號輸入到由運放6構成的電壓跟隨器正向輸入端。輸出端經過濾波電路接到UCC3895芯片電壓調節器參考電壓端（EAP）。改變CCP1的PWM波占空比即可調整電壓調節器參考電壓，進而改變電源輸出電壓。圖中由R2、R3、R4構成的分壓電路可以設定PWM占空比為最低時電壓調節器參考電壓的最低值，保證電源電壓的最低輸出?？烧{電阻R2的作用是調節電壓調節器參考電壓的范圍，改變R2的值，在輸出占空比范圍不變的情況下，輸出參考電壓的范圍可以進行調整，進而改變電源輸出電壓的范圍。圖12 過載限流波形
實驗及結果
圖10是直流開關電源上電輸出電壓瞬態波形，上電輸出瞬態電壓的超調量為1.1%，調整時間為50ms，穩態誤差為0.5V。圖11是直流開關電源突加突減負載輸出電壓瞬態波形，突加突減負載輸出瞬態電壓的恢復時間為30ms，電壓動態降落為22%。圖12是突加過載限流波形，過流后限流環起作用，通過調節輸出電壓，使得電流很快限制在限流值上。
開關電源的設計與實現范文2
關鍵詞：電力電子；開關電源；高頻開關。
1引言
我國電力電子技術中廣泛引進信息電子技術以及半導體技術，這使得電力電子技術朝著高頻方向發展。電力電子技術主要包括變流電路、電子器件、控制電路。開關電源主要借助電力電子技術，實現對半導體器件開通和關斷的控制，保證電壓輸出穩定。開關電源相較傳統的線性穩壓電源占地較小且應用效率高，因此廣泛應用于各類電子產品中。但與此同時，開關電源在實際應用過程中受到電磁干擾的影響，而且電路分布復雜，受到射頻干擾程度較大。開關電源中的整機電路由控制電路以及主電路進行控制，其中，整機電路主電路復雜電網能量的轉換和傳遞，包括輸出整流濾波、輸入整流濾波以及功率轉換。本文中以當前較為常用的高頻開關電源為例，闡述高頻開關電源的應用特點，并分析電力電子技術在開關電源中的應用。
2高頻開關電源的特點
2.1分類
根據開關電源的實際用途以及標準對其進行分類，有著多種分類方式。首先，根據開關電源的驅動方式進行分類，可將開關電源分成他勵式、自勵式兩種[1]。如果按照開關電源的輸出/入類型進行劃分，則能夠分為AC/DC以及DC/DC兩種不同變換器。想要實現對開關電源進行精準控制，按照控制方式以及用途不同，可將開關電源分為PFM混合式、PWM脈沖寬度調制式等等。對開關電源進行電路劃分，可將開關電源分為諧振型開關電源、非諧振型開關電源。
2.2應用
高頻開關電源在實際應用過程中能夠實現交流電源的轉換工作，從而滿足電氣設備的供電需求。高頻開關電源在運行時，電流經過大功率開關元件的逆變電路，進行低壓轉換，最終形成穩定的輸出電壓。一般來說，現代高頻開關電源具有重量輕、體積小的顯著特點。高頻開關電源在使用過程中不需要借助工頻變壓器，這使得高頻開關電源的質量和體積相較于其他開關電源更輕、更小，便于安裝和使用。盡管高頻開關電源體積以及重量不足其他開關電源的一半，但是高頻開關電源卻有著極大的功率系數，并且能夠利用硅導通角對相變整流器實際功率進行控制。高頻開關電源負載的變化也會影響到功率系數的變化，當負載產生變化變小時，對應的系數也會變小。此外，高頻開關電源噪聲較小也是一大特點[2]。高頻開關電源在運行過程中的噪聲還不到50db。相比之下，高頻開關電源運行時的噪聲比相控整流設備運行過程中的噪聲降低了35%之多。而且，高頻開關電源在開關的瞬間能源消耗較低，這有利于節能減排，并能夠有效提升整機的運行效率。
3電力電子技術
3.1電力電子技術在高頻開關電源中的應用
電力電子技術在高頻開關電源中的應用十分廣泛。高頻開關電源支持大功率晶體管運行，并能夠有效提升整流器功率容量。隨著人們對于集成電路所展開的深入研發，促進了高頻開關電源在電氣工程領域的應用，也使得開關電源朝著模塊化、微小化和高效化的方向發展。計算機技術以及通信技術的應用，使得高頻開關電源設備更具穩定性。借助UPS經過整流器能夠實現電流的直流輸出，將交流電轉換為兩部分。開關電源中的一部分電流傳送至轉換開關、逆變器等元器，實現設備的正常工作，另一部分則流入電池，為電池進行充電。不間斷電源借助大功率IGBT，能夠有效降低噪聲強度，并在一定程度上保提高了高頻開關電源的系統穩定性。高頻變頻器主要應用于開關電源的電氣傳動系統中，能夠實現對電機變頻速度的調控。高頻變頻器電源經過高頻變換器、大功率晶體管，實現電壓轉換，改變電壓的頻率、功率，具有節能減排的作用。借助現代高新技術，能夠將開關電源中強電和弱電進行結合，能夠有效降低開關電源研發的成本，具有節能減排、經濟高效的應用優勢[3]。
3.2技術優勢
采用電力電子技術中的軟開關技術能夠有效降低開關電源的故障發生率。借助IGBT功率器件對開關電源中PWM進行控制，從而解決大功率電源逆變主電路結構的能源消耗問題，降低開關電源的能耗。應用諧振原理解決傳統開關電源的浪涌電流問題，并有助于減緩電壓尖峰，降低系統故障發生概率。諧振電路在進行開啟和關閉時能夠對高頻變壓器中的電容、電感進行吸收，降低開關電源的能耗，同時能夠為晶體管等元件進行減壓。相比于傳統電路開關啟動造成的巨大能耗損失，采用電力電子技術能夠有效保證開關電源運行的穩定性，提高開關電源的利用率。此外，電力電子技術中的同步整流技術能夠有效提高開關電源的運行效率。同步整流技術將整流開關二極管部位的金屬絕緣體的二分之一進行反接，使同步電流通過零電壓/電流開關，實現對同步整流的初始脈沖信號驅動，以這種方式實現零電壓開關。通常情況下，同步整流技術適用于一些電壓較低、電流較大的開關電源中。電力電子技術中的控制技術能夠實現對多路電流/電壓的控制。在控制技術實施過程中，主電路的設計需符合開關變換器結構要求，并具備離散非線性的特點?？刂萍夹g具有其動態性，能夠利用時間周期的變化對開關電源進行控制。在開關電源控制技術中應用到的算法包括：基因算法、模糊算法、神經網絡控制算法等等。這些算法的應用可以保證計算機的運行速度有所提升，并且使開關電源運行更加智能，實現開關電源的高效化、數字化、模塊化。
3.3發展趨勢
開關電源在運行過程中具備安全、高效、可靠、節能、低噪等顯著優勢，現階段，常見的開關電源中采用雙極性晶體管，這種型號的開關電源在頻率控制上仍有待提高。因此，開關電源的應用趨勢應以提升開關元器件的開關頻率為主，這樣才能夠有效的保證開關電源的頻率，達到節能減排的目的。考慮到提升開關電源的開關速度會對電路中分布電感和電容產生干擾，致使二極管存儲電荷存在浪涌情況。為例對存儲電荷的浪涌情況進行控制，可根據實際情況選擇不同的應對方法。一般來說，可采用L-C緩沖器、磁緩沖器等輔助元器件控制浪涌。針對高頻開關電源而言，可采用部分諧振轉換電路技術對存儲電荷涌浪情況進行控制。諧振式開關電源能夠降低開關啟動過程中的能源損耗，但在實際應用過程中，部分諧振轉換電路技術在高頻開關電源應用中仍存在諸多難以攻克的技術難題。現階段，國際上針對開關電源的運行電流耗電情況，已經展開了相關研究，有學者通過降低開關電源運行電流的方式，輔助降低結溫措施，控制開關電源中器件應力，從而保證開關電源產品的可靠性，能夠解決開關電源存儲電荷的涌浪以及噪聲等問題，具有一定的實用性。當前，開關電源模塊化發展推進了電力電子技術在開關電源中的應用成效。通過設置開關電源中的模塊化電源組，能夠將開關電源系統進行分布控制。為了能夠降低模塊化開關電源的開關功率，可在模塊化開關電源設計過程中加入濾波器，能夠實現對開關電源存儲電荷的涌浪的有效控制，從而提高模塊化開關電源的實用性。電力電子技術在開關電源中的應用使得開關電源性能更加穩定。
開關電源的設計與實現范文3
關鍵詞： 開關電源；井下電機；PWM；UC1525A
中圖分類號：F407.61 文獻標識碼：A
井下智能鉆井工具一般采用渦輪發電機作為電源，驅動井下電機控制執行機構工作，實現井下閉環控制。渦輪發電機輸出的直流電壓受泥漿脈沖影響，波動大，未經過開關穩壓，導致電動機供電電壓不穩定，在低速運行時不平穩，限制了電動機的低速性能，影響井下智能鉆井工具正常工作。為此，設計了一種井下DC-DC開關電源，為井下電機提供穩定直流電壓，確保電機在低速狀態下平穩運行，進而提高井下智能鉆井工具工作的可靠性及穩定性。
1 總體設計方案
1.1 總體電路設計
DC-DC電源工作在井下高溫高壓環境中，且靠近發電機及力矩電機震動源。在這種環境溫度下，常規半導體電子器件及其組成的電路將難以可靠工作。本設計中輸入電壓高于輸出電壓，為盡可能減少所用器件以降低高溫情況下因單個器件不穩定導致平均工作壽命減少的情況發生，對比其他電路結構及功率輸出情況后，采用BUCK結構電路。開關頻率定為3kHz，輸入直流電壓范圍：90-220V，輸出電壓：48V±2V，輸出電流：10A±2A，最大功；500W，最大外徑：100mm，工作溫度：125℃。
1.2 主電路設計
主電路中，輸出濾波電感采用鐵硅呂磁環，以適應井下振動環境，電感按臨界模式計算，為：
式中Vo為輸出電壓，Dmin為占空比最小值，Iomin為輸出電流最小值，T為周期。
單個電感采用五個77191A7鐵硅鋁磁環疊加共繞，采用了多個磁環疊加繞制后并聯使用。
輸出端濾波電容最小值滿足：
PWM控制電路核心部分采用了TI公司的UC1525A控制器，該控制器工作溫度可到125℃，滿足井下工作環境對器件的要求，輸出級為兩路圖騰柱式輸出，最大驅動電流200mA。
開關MOS管的源極是懸浮的，為形成相對的驅動電壓Ugs，采用變壓器隔離驅動，開關管采用MOSEFT，驅動功率相對較小，為加速MOSEFT快速導通和截止，減少開關損耗，輸出端加入耦合電容和PNP型三極管。為防止由于變壓器漏感帶來的尖峰電壓擊穿MOSFET，采用鉗位二極管。
考慮到井下高溫強振的工作環境，高頻變壓器采用德國VAC公司超微晶磁材料VITROPERM 500F（居里溫度為600℃），VAC公司的超微晶材料VITROPERM 500F用作開關電源功率變壓器，鐵損低，飽和磁通密度、磁導率高，可以抵抗強振動應力。
通過以上設計與計算，得到主電路電路設計圖如圖1所示。
1.3 單端正激式輔助電源設計
為保證主電路PWM控制器穩定工作，引入輔助電源，為開關管驅動電路及兩個PWM控制器UC1525A供電。設計參數12V/400mA，即該電路可實現輸入60～200VDC，輸出12V/400mA。由于主電路采用的是BUCK非隔離結構，輔助電源設計時為簡化電路采用非隔離式，如圖2所示。
輔助電源中，考慮渦輪發電機整流后的電壓容易超出三極管極限參數，為保證穩定，自啟動電路設計采用兩個三極管串聯使用， Rb1，Rb2 ，Rc1為限流電阻。C13上的電壓給輔助電源上的PWM控制器提供啟動時間，隨后當變壓器輸出端有穩定電壓時，將由輸出端提供能量。為防止輸出端負載對充電回路的影響，加入二極管D14。采用該種方法設計可以減少限流電阻上的損耗，保證輔助電源穩定啟動，為主電路PWM控制器提供相對穩定的電源做好鋪墊。
單端正激式變壓器磁芯材料采用德國VAC公司的超微晶材料磁環W373，由于輔助電源功率較小，故開關頻率可以取得稍大，開關電源頻率為50KHz。
整流濾波電路設計同BUCK結構設計類似。控制器同樣采用TI公司的UC1525A，與BUCK結構設計方法相同。
1.4 開關電源熱設計
本文所設計的開關電源在井下高溫強振環境中工作，必須將發熱器件產生的熱量盡快發散出去，使溫升控制在允許的范圍之內，以保證可靠性。考慮工作環境特點，本設計采用散熱片為開關電源散熱。
MOS管采用IRFP460A，為盡可能好的散熱，將功率管固定于散熱片上，功率管和散熱片之間加入導熱系數好的散熱硅脂。
2 開關電源性能測試
為確保所設計的開關電源能夠滿足系統性能需求，在實驗室對樣機進行性能測試。
2.1 開關電源基本功能測試
由于前端電壓波動較大，為更好地看到效率與輸出功率及輸入電壓波動情況，采用取樣分別測量整流后電壓70V、100V、145V、195V時效率隨輸出功率變化情況。測量輸出功率時用直流檔，測量整流前端輸入功率時用有效值檔，結果如表1所示。
2.2 開關電源可靠性測試
滿額功率輸出時，溫度達到動態平衡時開關管最大溫升約為15℃（采用點溫儀測試）。電壓及紋波參數均未出現異?，F象，常溫特性比較好。電源性能良好，輸出電壓誤差小于1V。經過近800次開關通斷電，電路工作狀況未發生問題，電路輸出電壓不受影響。
長時間工作于150℃時，電路板及開關器件均正常，隨著負載功率上升，輸出電壓有下降趨勢。
3 結論
3.1 應用于鉆井井下的開關電源，其主電路拓撲形式選用BUCK電路，所用電子器件少，結構形式簡單，能夠滿足井下狹小空間對于工具尺寸的要求。
3.2 開關電源控制環路設計過程中需建立開關電源完整的小信號數學模型，并對其進行開環小信號分析，確保其穩定性。
3.3 主電路與輔助電路設計中對輸出濾波參數的計算一方面采用理論計算，一方面采用經驗值并考慮溫度等特性，器件選型上有一定余量，保證其穩定工作。
3.4 在高溫條件下，需要考察開關電源功率器件散熱量和環境溫度的平衡溫度點以及功率器件在電源艙不同位置時的溫升平衡點，確定功率器件最佳散熱位置布局，實現開關電源溫升最小化。
參考文獻
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開關電源的設計與實現范文4
關鍵詞：PFC；軟開關；大功率開關電源
引言
在進行電力電子裝置的設計時，通過使系統具有較高的功率因素，可以使電網的諧波污染得到有效減少。而PFC技術和軟開關技術的運用，則可以使系統開關損耗得以減少，以便進行系統的整體輸出效率的提升。因此，有必要對基于PFC和軟開關的大功率開關電源進行研究，以便更好的進行PFC技術和軟開關技術的應用。
1 基于PFC和軟開關的大功率開關電源的系統概述
從系統構成上來看，基于PFC和軟開關的大功率開關電源應該由三個部分組成，即電源主電路、電源控制電路和機箱。其中，機箱既可以起到固定電源的作用，同時也可以起到一定的屏蔽作用。而電源主電路的設計，則主要需要負責進行電源功率的轉換。而進行主電路的控制，則可以將市電轉化成需要的電壓或電流。此外，系統的控制電路需要為主電路提供控制脈沖，并為主電路提供保護功能。所以，系統的各個部分既具有相輔相成的關系，同時也是一個統一的整體。
在進行電源主電路設計時，電路包含電網濾波、整流橋和PFC電路等多個部分。在交流電流流入到主電路后，整流模塊將使交流電變成直流電，并利用PFC電路將脈動的直流電變成平滑直流電。同時，PFC電路需要使網側電流成為正弦波。在功率開關橋通過濾波將直流電轉變成高頻方波電壓后，該電壓將通過高頻變壓器傳至變壓器副邊[1]。最后，高頻方波電壓整流濾波將通過整流濾波電路轉變成直流電壓或電流。
控制電路的設計，需要完成為主電路提供驅動脈沖的任務。作為整個電源系統的核心，控制電路需要進行系統裝置的控制，并進行相應保護功能的實現。所以，控制電路應具有驅動電路、保護電路和輔助電源電路等多個電路。此外，在電源有特殊要求的情況下，還要進行特定功能電路的加裝。
2 大功率開關電源的系統設計
2.1 PFC電路設計
在進行系統設計時，系統的二極管整流電路輸入電流中含有大量諧波，無法滿足電路的功率因素要求。所以，需要進行PFC電路的設計，以便進行功率因素校正技術的應用。而UC3854是一種有源功率因素校正專用控制電路，具有升壓變換器校正功率因素需要的一系列控制功能。所以，在進行PFC電路設計時，可以采用UC3854作為電路的主要控制芯片。從電路組成上來看，PFC電路主要由兩部分構成，即以UC3854為核心的控制電路和升壓變換器主電路。其中，升壓變換器電路由整流橋、升壓電感、隔離二極管和濾波電容等結構組成。在電流持續狀態下，輸入與輸出電壓比將對脈沖占空比起到決定性的影響，以便使電路噪聲降低至最小。
在進行主電路設計時，需要較好的完成對各個元器件的選擇。一方面，升壓電感對于電力特性、效率和作用有著重要的影響，所以需要恰當的進行電感器的選擇。具體來講，就是根據電網電壓最低負載進行電感電流最大峰值的確定，并利用AP法進行電感材料的選擇[2]。另一方面，在進行輸出電容器選擇時，需要考慮輸出電壓大小、電容允許通過電流值和串聯電阻大小等多種因素。同時，還需要根據穩壓電源要求進行電容容量的確定，以便確保電容具有足夠的放電維持時間。
2.2 軟開關變換器設計
在進行軟開關變換器設計時，需要完成對主電路拓撲的選擇，并進行變壓器、開關元件、輸出濾波電路和諧振電感等多方面內容的設計。首先，在進行主電路拓撲結構選擇時，需要考慮變壓器原邊電路拓撲結構，并考慮其應用范圍。根據設計要求，可以將DC/DC變換器的輸出功率設定為3.8kw，并按照功率范圍選擇正激、半橋等電路。而由于DC/DC變換器的輸入電壓為PFC電路所提供，所以相對較為穩定，不需要考慮偏磁問題[3]。其次，在進行高頻變壓器設計時，需要考慮能量轉換、電壓變換等問題。作為變換器的核心元件，變壓器的好壞直接影響著開關電源的可靠性。就目前來看，變壓器的設計可以按照一定的步驟來進行。具體來講，就是依次完成對變壓器匝比、磁芯、繞組匝數、繞組導體截面面積和變壓器分布參數的計算或分析。此外，在進行開關元件的選擇時，需要考慮到開關速度和電路簡潔性問題。
2.3 輔助電路設計
為了確保系統的正常運行，還要進行輔助電路的設計。而從結構上來看，輔助電路主要包含兩部分，即輔助電源和保護電路。一方面，在進行輔助電源設計時，需要為PFC控制電路、移相全橋變換器控制電路等多個電路配備電源。而采用開關電源技術進行輔助電源的設計，則可以使輔助電源適應系統的電壓變化和負載變化，以便為系統各電路提供直流穩壓電源。此外，在進行輔助電源電路設計時，則可以采用外接元件較少的PWM集成控制器進行電路的控制，以便使電路得到一定程度的簡化。另一方面，在進行保護電路的設計時，需要進行輸入過壓、輸入欠壓、輸出過壓保護和超溫保護電路的設計，以便為系統電路提供更多的保護。而保護電路的設計與實現電路相類似，但是需要完成對電路故障的檢測。在出現故障時，保護電路的檢測信號電壓將大于給定電壓[4]。而保護電路將進行低電平的輸出，并進行保護信號的輸出，以便為系統電路提供保護。
3 結束語
總而言之，基于PFC和軟開關的大功率開關電源應該由電源主電路、電源控制電路和機箱這三個部分組成。而為了使開關穩壓電源具有較高的性能和較大的功率，則需要進行高功率因素的變換器電路和軟開關變換電路的設計。此外，為了給電源提供一定的保護，還要進行輔助電路的設計。
參考文獻
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開關電源的設計與實現范文5
關鍵詞：任務驅動教學法；開關電源；應用與維護
開關電源的應用與維護課是應用電子技術專業職業能力的必修課，也是電氣自動化技術的專業技能課。主要講解開關電源技術基礎、自激式開關電源的應用與維修、他激式開關電源的應用與維修、單片開關電源的應用與維修、家電產品中的開關電源與維修、辦公設備中的開關電源與維修、功率因數校正器的應用與維修以及新型開關電源的應用與維修。通過對這些實用技術的教學，可提高學生對開關電源應用與維修的實踐技能，培養學生的綜合職業能力。
一、任務驅動教學法
任務驅動教學模式是指教師將教學內容設計成一個或多個具體的任務，力求以任務驅動，以某個實例為先導，進而提出問題，引導學生思考，讓學生通過學習和實踐掌握教學內容，達到教學目標，培養學生分析問題和解決問題的能力。
二、任務驅動教學法在開關電源的應用與維護教學中的作用
1.改變了課堂教學的形式，使理論和實踐相結合。我國現階段高職院校的教學形式還停留在“教師傳授，學生接受”為主的教學模式，教學效果并不理想，也不能滿足社會對人才的需求。把任務驅動教學法引入具體的課程中，能有效改變教師講、學生聽的教學形式，讓學生成為課上的主體，教師只進行指導，實現教與學的有機統一、理論與實踐的結合。
2.改變學生的學習方式，激發學習興趣，豐富學習形式。教師要結合教學的內容和重點，設計不同的教學任務，讓學生主動參與到任務的完成中，使學生由原來的“要我學”變成“我要學”。
3.改變了教學的目標，提高了教學法的實效性。傳統的教育理念強調知識目標的實現，而任務驅動教學法則將知識目標、能力目標和素質目標有機結合，讓學生在掌握知R的同時，培養了能力，以適應未來就業崗位的需求。
三、任務驅動教學法在開關電源的應用與維護課中的具體做法
任務驅動教學法中的任務需要精心設計和考量，應以知識目標為指導，選擇具有典型性、易實施的任務，而不是教材中的每一節內容都適合采用任務驅動的方式，更不能脫離教材而隨意選擇內容。本課程劃分為四大模塊：開關元件與驅動電路、變換器與軟開關技術、控制電路和開關電源電路分析?，F以模塊4“開關電源電路分析”為例，介紹任務驅動法在開關電源的應用與維護課程教學中的應用。該模塊設計三個任務：電源電路圖分析、電路中元件確定和電路析焊接并測試，其具體實施如下：
1.設計情境。小李是設計部的一名新來員工，恰巧公司正在研發新產品，由于小李沒有經驗，所以工作開展中遇到很多困難。大家一起看看，他都遇到了哪些困難，能不能幫助他解決？
2.引出任務。課件顯示一件電源電路圖，教師引出任務：小李拿到了一張電源電路圖，但他怎么也不明白其工作原理。大家根據所學的知識，看看能不能幫小李分析？教師給一定自由思考時間，讓學生討論并分析電路圖，然后提問個別學生回答。教師根據學生的回答情況進行總結，并正確分析電路圖。
3.獨立探索。第一個任務完成后，教師再次引出任務，并培養學生獨立探索的能力。教師：“同學們，電路圖分析完了，誰知道這張電路圖都需要哪些元件，元件的參數件又都是多少？”教師提供相關的學習資源供學生查閱，讓學生獨立完成。這樣可以調動其學習興趣及參與積極性，不放棄任何一個學生。查完后，學生代表發言，其他學生對照自己的結果，進行對比分析，發現問題并及時解決。最后，教師講解所需的元件及每個元件的參數。
4.確定任務并告知。教師告知訓練任務，即電路板焊接并調試。教師講解焊接過程中的注意事項及安全問題，讓學生整理電路圖。
5.學生分組協作學習。5～6名學生為一組，每組選派一名組長。分組討論完成本次任務的步驟，確定所需的設備、工具及材料等，由組長分工，合作完成焊接任務。這樣學生不僅學到了知識，也培養了團結合作的精神。在學生焊接的過程中，教師要巡視每組完成的情況，并加以指導。
6.驗收成果并評價。每組對完成的電路板自行進行測試，分析出錯的原因，并加以改正。最終，每組先對任務的完成情況進行自評，再小組之間派代表進行互相評價。教師根據巡視情況及各組發言情況進行總結，并給出評分標準。
參考文獻：
開關電源的設計與實現范文6
關鍵詞：PWMSG3524控制器
引言
開關電源一般都采用脈沖寬度調制（PWM）技術，其特點是頻率高，效率高，功率密度高，可靠性高。然而，由于其開關器件工作在高頻通斷狀態，高頻的快速瞬變過程本身就是一電磁騷擾（EMD）源，它產生的EMI信號有很寬的頻率范圍，又有一定的幅度。若把這種電源直接用于數字設備，則設備產生的EMI信號會變得更加強烈和復雜。
本文從開關電源的工作原理出發，探討抑制傳導干擾的EMI濾波器的設計以及對輻射EMI的抑制。
1開關電源產生EMI的機理
數字設備中的邏輯關系是用脈沖信號來表示的。為便于分析，把這種脈沖信號適當簡化，用圖1所示的脈沖串表示。根據傅里葉級數展開的方法，可用式（1）計算出信號所有各次諧波的電平。
式中：An為脈沖中第n次諧波的電平；
Vo為脈沖的電平；
T為脈沖串的周期；
tw為脈沖寬度；
tr為脈沖的上升時間和下降時間。
開關電源具有各式各樣的電路形式，但它們的核心部分都是一個高電壓、大電流的受控脈沖信號源。假定某PWM開關電源脈沖信號的主要參數為：Vo=500V，T=2×10－5s，tw=10－5s，tr=0.4×10－6s，則其諧波電平如圖2所示。
圖2中開關電源內脈沖信號產生的諧波電平，對于其他電子設備來說即是EMI信號，這些諧波電平可以從對電源線的傳導干擾（頻率范圍為0.15～30MHz）和電場輻射干擾（頻率范圍為30～1000MHz）的測量中反映出來。
在圖2中，基波電平約160dBμV，500MHz約30dBμV，所以，要把開關電源的EMI電平都控制在標準規定的限值內，是有一定難度的。
2開關電源EMI濾波器的電路設計
當開關電源的諧波電平在低頻段（頻率范圍0.15～30MHz）表現在電源線上時，稱之為傳導干擾。要抑制傳導干擾相對比較容易，只要使用適當的EMI濾波器，就能將其在電源線上的EMI信號電平抑制在相關標準規定的限值內。
要使EMI濾波器對EMI信號有最佳的衰減性能，則濾波器阻抗應與電源阻抗失配，失配越厲害，實現的衰減越理想，得到的插入損耗特性就越好。也就是說，如果噪音源內阻是低阻抗的，則與之對接的EMI濾波器的輸入阻抗應該是高阻抗（如電感量很大的串聯電感）；如果噪音源內阻是高阻抗的，則EMI濾波器的輸入阻抗應該是低阻抗（如容量很大的并聯電容）。這個原則也是設計抑制開關電源EMI濾波器必須遵循的。
幾乎所有設備的傳導干擾都包含共模噪音和差模噪音，開關電源也不例外。共模干擾是由于載流導體與大地之間的電位差產生的，其特點是兩條線上的雜訊電壓是同電位同向的；而差模干擾則是由于載流導體之間的電位差產生的，其特點是兩條線上的雜訊電壓是同電位反向的。通常，線路上干擾電壓的這兩種分量是同時存在的。由于線路阻抗的不平衡，兩種分量在傳輸中會互相轉變，情況十分復雜。典型的EMI濾波器包含了共模雜訊和差模雜訊兩部分的抑制電路，如圖3所示。
圖中：差模抑制電容Cx1，Cx20.1～0.47μF；
差模抑制電感L1，L2100～130μH；
共模抑制電容Cy1，Cy2<10000pF；
共模抑制電感L15～25mH。
設計時，必須使共模濾波電路和差模濾波電路的諧振頻率明顯低于開關電源的工作頻率，一般要低于10kHz，即
在實際使用中，由于設備所產生的共模和差模的成分不一樣，可適當增加或減少濾波元件。具體電路的調整一般要經過EMI試驗后才能有滿意的結果，安裝濾波電路時一定要保證接地良好，并且輸入端和輸出端要良好隔離，否則，起不到濾波的效果。
開關電源所產生的干擾以共模干擾為主，在設計濾波電路時可嘗試去掉差模電感，再增加一級共模濾波電感。常采用如圖4所示的濾波電路，可使開關電源的傳導干擾下降了近30dB，比CISOR22標準的限值低了近6dB以上。
還有一個設計原則是不要過于追求濾波效果而造成成本過高，只要達到EMC標準的限值要求并有一定的余量（一般可控制在6dB左右）即可。
3輻射EMI的抑制措施
如前所述，開關電源是一個很強的騷擾源，它來源于開關器件的高頻通斷和輸出整流二極管反向恢復。很強的電磁騷擾信號通過空間輻射和電源線的傳導而干擾鄰近的敏感設備。除了功率開關管和高頻整流二極管外，產生輻射干擾的主要元器件還有脈沖變壓器及濾波電感等。
雖然，功率開關管的快速通斷給開關電源帶來了更高的效益，但是，也帶來了更強的高頻輻射。要降低輻射干擾，可應用電壓緩沖電路，如在開關管兩端并聯RCD緩沖電路，或電流緩沖電路，如在開關管的集電極上串聯20～80μH的電感。電感在功率開關管導通時能避免集電極電流突然增大，同時也可以減少整流電路中沖擊電流的影響。
功率開關管的集電極是一個強干擾源，開關管的散熱片應接到開關管的發射極上，以確保集電極與散熱片之間由于分布電容而產生的電流流入主電路中。為減少散熱片和機殼的分布電容，散熱片應盡量遠離機殼，如有條件的話，可采用有屏蔽措施的開關管散熱片。
整流二極管應采用恢復電荷小，且反向恢復時間短的，如肖特基管，最好是選用反向恢復呈軟特性的。另外在肖特基管兩端套磁珠和并聯RC吸收網絡均可減少干擾，電阻、電容的取值可為幾Ω和數千pF，電容引線應盡可能短，以減少引線電感。實際使用中一般采用具有軟恢復特性的整流二極管，并在二極管兩端并接小電容來消除電路的寄生振蕩。
負載電流越大，續流結束時流經整流二極管的電流也越大，二極管反向恢復的時間也越長，則尖峰電流的影響也越大。采用多個整流二極管并聯來分擔負載電流，可以降低短路尖峰電流的影響。
開關電源必須屏蔽，采用模塊式全密封結構，建議用1mm以上厚度的鍍鋅鋼板，屏蔽層必須良好接地。在高頻脈沖變壓器初、次級之間加一屏蔽層并接地，可以抑制干擾的電場耦合。將高頻脈沖變壓器、輸出濾波電感等磁性元件加上屏蔽罩，可以將磁力線限制在磁阻小的屏蔽體內。
根據以上設計思路，對輻射干擾超過標準限值20dB左右的某開關電源，采用了一些在實驗室容易實現的措施，進行了如下的改進：
——在所有整流二極管兩端并470pF電容；
——在開關管G極的輸入端并50pF電容，與原有的39Ω電阻形成一RC低通濾波器；
——在各輸出濾波電容（電解電容）上并一0.01μF電容；
——在整流二極管管腳上套一小磁珠；
——改善屏蔽體的接地。
經過上述改進后，該電源就可以通過輻射干擾測試的限值要求。
