Xx大学机电工程学院Mechanical ＆Electronic Engineering Department开关电源技术原理及应用设计报告说明书设计题目：开关电源的设计与实现专业：学号：姓名：指导教师：设计时间：开关电源的设计与实现摘要：本文通过对日常生活中用到的开关电源，进行了比较详细的描述和说明，也就相关制作问题进行了描述。
再根据开关电源的理论、电路分析、及变压器的基础，从电路工作的角度分析了开关电源的工作原理，制作了一种比较简单，工作可靠，且适用于目前生活中常用的开关电源。
这个设计的主要特点是稳压开关电源，设计中运用了开关电源中的整流、滤波、变压、过压保护等设计。
最后按照电路图焊接元件，当接入220V的交流电时，负载所接的灯泡亮。
关键字：开关电源脉宽调制变压器Design and Realization of Switching Power Supply Abstract:Based on the switching power supply used in daily life, for a more detailed description and explanation, also making the problem is described. According to the theory of switching power supply, circuit analysis, and the transformer, the-working principle of switching power supply circuit from the angle of the work,making a relatively simple, reliable, and suitable for the switch power supply in life. This design is the main characteristics of switching power supply, use in the design of rectifier, filter, transformer, overvoltage protection design of switch power supply. The final element welding according to the circuit diagram, when the access 220V alternating current, load the light bulb.Key words：switching power supply PWM transformer目录一、开关电源介绍 (1)1.开关电源的发展 (1)2.基本工作原理 (1)3.关键技术 (2)3.1功率因数校正技术 (2)3.2软件开关技术 (2)4.开关电源基本构成 (2)4.1输入电路 (3)4.2变换电 (3)4.3控制电路 (4)4.4输出电路 (4)二、开关电源制作 (4)1.桥式整流 (4)2.滤波器 (5)2.1滤波器的作用 (5)2.2滤波器的工作原理 (5)3.双向触发二极管 (5)4.变压器的构造和原理 (6)5.三极管开关管 (7)6.开关电源电路图制作 (8)6.1主电路 (8)6.2控制电路 (8)6.3检测电路 (8)三、结论 (9)四、遇到的问题和困难 (9)一、开关电源介绍1.开关电源的发展开关电源的发展目前是具有小型化、高智能化、电池管理、多功能性和软开关变换电路。
小型化，随着小型化开关电源的市场迅速扩大，一些小功率模块插件形式的开关电源将应运而生，大有蓬勃发展之势。
如中兴通讯公司的ZXDU45嵌入式电源，功能齐全，使用起来极为安全方便。
高智能化，开关电源在通信领域多方面的广泛使用，需要在原有监控功能的基础上增加诊断功能（即故障诊断专家系统），这是一个具有专家的知识和经验水平、能指导维护人员处理问题的系统，它可以使维护人员及时发现、诊断和处理电源故障。
电池管理，开关电源应具备完善的电池管理功能，不仅要对电池的均/浮充、温度补偿、电池保护等方面进行管理，还要在电池的充放电曲线、容量测试、容量恢复等方面进行高层次的管理。
多功能性，开关电源的设计应具有更大的灵活性和自由度，功能强大，以满足不同设备、用户和环境对供电的要求。
而实现某一功能是通过安装电路板（或功能块）来完成的，类似于计算机的硬件扩充，如需要上网，只要安装网卡即可完成。
软开关变换电路，在软开关变换电路中，开关器件在理论上开关损耗为零，不受频率升高的限制，但到目前为止，软开关变换电路仍存在一些有待解决的问题，如电路工作在高频下，开关管需要更高的耐压和更大的散耗功率。
因此，软开关变换电路仍是新一代变换电路的发展主流。
软开关变换电路的最新发展是零开关变换和零转换变换等。
开关电源体积小、重量轻、变换效率高,因此广泛应用于各种电子设备中.目前,各国正在努力开发新器件、新材料以及改进装连方法,进一步提高效率,缩小体积,降低价格,以解决开关电源面临的新课题,即环境适配性包括噪声与谐波等的电磁适配性,以及同人类之间的安全适配性等。
2.基本工作原理开关电源种类较多，虽然其原理有所不同，但基本工作原理是相似的。
图1-1所示为一种开关电源的原理，开关S周期性地通断。
在开关S接通时。
输入电源Ui 供给负载RL功率；开关S断开时，输入电源停止向负载供电。
因此，输入电源间断向负载供电，为使负载能够连续得到能量，开关电源中必须有储能元件，图1-1中电感L就是储能元件。
在开关S接通时，电感L中存储以部分能量，而在开关S断开时，电感L中的存储能量通过二极管VD形成的放电回路，释放给负载及通过电容储能，则负载就得到3.关键技术3.1功率因数校正技术由于开关电源前级整流--滤波电路使电网的电流波形畸变，谐波含量增大，使得输入端功率因数下降，电能利用率降低，污染了电网环境，降低了运行可靠性。
为了减少开关电源对电网产生的谐波“污染”，提倡“绿色电源”，因而引出了功率因数校正技术：三相三线制整流（即无中线整流方式）可使谐波含量大大降低，功率因数可达 0.86以上；无源功率因数校正技术（即在三相三线整流方式下加入一定的电感）可使功率因数达0.93以上，谐波含量降到10%以下；有源功率因数校正技术（即在输入整流部分加入一级功率处理电路）使无功功率几乎为0，功率因数可达0.99以上，谐波含量降到5%以下。
3.2软件开关技术DC/DC变换器是去掉开关电源的输入电路及部分输出整流器件，形成简单的DC/DC转换模块。
这类器件目前取得了较大范围的应用，使得用户可以简单地构件自己的电源系统。
这种器件的研发，成为开关电源的一个重要分支。
是开关电源的主要组成部分，因此功率变换技术一直受到业界的关注。
在经过了硬开关PWM（或脉频PFM）技术后，软开关技术得到了广泛的应用。
这样能够极大地降低开关损耗，减小功率器件的电和热应力，改善器件工作环境，降低电磁干扰，提高功率密度。
软开关技术实际上是利用电容与电感的谐振，使开关器件中的电流或电压按正弦或准正弦规律变化。
在开关变换时，LC谐振被迫将开关上的电流或电压迅速变为零，从而使开关变成零电压开关或零电流开关。
软开关的开通、关断损耗理想值为零，实现开关的近似零损耗。
同时，有助于提高频率，提高开关的容量，减小噪声。
相对于软开关，普通开关电源的转换器也叫硬开关。
按控制方式，软开关可以分为：脉冲宽度调制式（PWM）、脉冲频率调制式（PFM）、混合调制三种。
4.开关电源基本构成开关电源是采用开关元件的周期性通断开关工作，控制开关元件的占空比（通断时间之比）来调整输出电压。
这种开关元件是由功率半导体器件来承担的。
DC/DC变换器用来进行功率变换，它是开关电源的核心部分，此外，还包含过流与过压保护电路、噪声滤波器等组成部分。
反馈回路的作用是检测其输出电压，并与基准电压比较，其误差电压通过误差放大器进行放大，控制PWN脉宽调整电路，再经过驱动电路控制半导体开关的通断时间比（占空比），从而改变输出电压或电流的大小。
开关电源的控制结构一般地，开关电源大致由输入电路、变换电路、控制电路、输出电路四个主体组成。
如果细致划分，它包括：输入滤波、输入整流、开关电路、变压器、采样、比较放大、V/F转换、基极驱动、输出整流、输出滤波电路等。
实际的开关电源还要有保护电路、功率因素校正电路、同步整流驱动电路及其它一些辅助电路等。
根据控制类型不同，PM（脉冲调制）电路可能有多种形式。
这里是典型的PWM结构。
4.1输入电路滤波电路、整流电路。
作用：把输入电网交流电源转化为符合要求的开关电源直流输入电源。
（1）滤波电路：抑制谐波和噪声。
（2）整流电路：把交流变为直流。
有电容输入型、扼流圈输入型两种，开关电源多数为前者。
4.2变换电路含开关电路、输出隔离（变压器）电路等，是开关电源变换的主通道，完成对带有功率的电源波形进行斩波调制和输出，这一级的开关功率管是其核心器件。
（1）开关电路驱动方式：自激式、他激式。
变换电路：隔离型、非隔离型、谐振型。
调制方式：PWM、PFM、混合型三种。
PWM最常用。
（2）变压器输出分无抽头、带抽头。
半波整流、倍流整流时，无须抽头，全波时必须有抽头。
4.3控制电路向驱动电路提供调制后的矩形脉冲，达到调节输出电压的目的。
（1）采样电路：采取输出电压的全部或部分。
（2）比较放大：把采样信号和基准信号比较，产生误差信号，用于控制电源PM电路。
（3）V/F变换：把误差电压信号转换为频率信号。
（4）振荡器：产生高频振荡波。
（5）基极驱动电路：把调制后的振荡信号转换成合适的控制信号，驱动开关管的基极。
4.4输出电路整流、滤波。
把输出电压整流成脉动直流，并平滑成低纹波直流电压。
输出整流技术现在又有半波、全波、恒功率、倍流、同步等整流方式。
二、开关电源制作开关电源的电路设计的材料的选择：桥式整流、滤波器、双向触发二极管、变压器的构造和原理、三极管开关管。
1.桥式整流所谓桥式整流电路，就是用四个二极管组成一个整流电桥。
当输入电压处于交流电压正半周时，二极管D1、负载电阻R L、D3构成一个回路（图3-1中虚线所示），输出电压V o=v i-V D1-V D3。
输入电压处于交流电压负半周时，二极管D2、负载电阻R L、D4构成一个回路，输出电压V=v i-V D2-V D4。
图3-1滤波电容的工作状态。
o由上述分析可知，二极管桥式整流电路输出的也是一个方向不变的脉动电压，但脉动频率是半波整流的一倍。
与半波整流输出电压有效值计算相类似，可以得到桥式整流输出电压有效值V o rsm=0.9U rs m。