目录第1章设计内容和要求.............................. 错误！未定义书签。

第2章设计概述.. (3)2.1开关电源的特点.............................. 错误！未定义书签。

2.2设计流程图 (4)第3章设计过程 (8)3.1 确定总体设计方案，选择反馈电路类型 (8)错误！未找到引用源。

(14)第4章设计小结 (19)第5章参考文献 (20)附录1元器件清单附录2计算参数表附录3电路图第1章设计内容和要求1.1应用背景电源及能否安全可靠地工作。

目前常用的直流稳压电源分线性电源和开关电源两大类。

是各种电子设备不可或缺的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标。

线性稳压电源亦称串联调整式稳压电源，其稳压性能好，输出纹波电压很小，但它必须使用笨重的工频变压器与电网进行隔离，并且调整管的功率损耗较大，致使电源的体积和重量大、效率低。

开关电源SMPS(Switch Mode Power Supply)被誉为高效节能电源，它代表着稳压电源的发展方向，现已成为稳压电源的主流产品。

开关电源内部关键元器件工作在高频开关状态，本身消耗的能量很低，电源效率可达70％一90％，比普通线性稳压电源提高近一倍。

开关电源亦称无工频变压器的电源，它是利用体积很小的高频变压器来实现电压变换及电网隔离的，不仅能去掉笨重的工频变压器，还可采用体积较小的滤波元件和散热器，这就为研究与开发高效率、高密度、高可靠性、体积小、重量轻的开关电源奠定了基础。

1.2设计目的电力电子课程设计是一门实践性很强的实践教学课。

通过对单片开关电源设计，使学生初具查阅资料，掌握TOP 系列的选型，外围关键器件的计算和选择，绘图等工程能力。

1.3任务要求初步掌握单片开关电源的设计能力。

TOP 系列的选型，反馈电路类型，滤波环节设计，TVS 管钳位电路设计，最大占空比DMAX 选择，根据电源容量选择合适的三端集成芯片，计算并设计反激式高频变压器，选用合适的铁氧体磁芯和漆包线线径，并确定绕制方法。

根据负载要求确定合适的反馈电路类型和滤波环节原件参数。

线性光耦选择,列写元器件采购清单等。

1.4方案选择三种基本的隔离开关电源：反激型变换器，正激型变换器，桥式变换器。

三者之间的比较如下表1-1所示。

表1-1电路优点缺点功率范围正激电路较简单，成本较低，可靠性高，驱动电路简单。

变压器单向励磁，利用率低。

几百W—几KW反激电路非常简单，成本很低，可靠性高，驱动电路简单。

难以达到较大的功率，变压器单向励磁，利用率低。

几W—几十W全桥变压器双向励磁，容易达到大功率。

结构复杂，成本高，有直通问题，可靠性低，需要复杂的多组隔离驱动电路。

几百W—几百KW此次设计为输出电压为7.5V，电流为2A，综上所述，选择反激变换器。

第2章设计概述2.1开关电源的特点⑴TOPSwich—Ⅱ系列的产品，其内部主要包括振荡器、误差放大器、脉宽调制器、门电路、高压功率开关管（MOSFET）、偏置电路、过流保护电路、过热保护及上电复位电路、关断／自动重启动电路、高压电流源。

如下图所示：图2-1 TOPswitch-Ⅱ内部电路框图图2-1 中，ZC 为控制端的动态阻抗， RFB 是误差电压检测电阻。

RA 与CA 构成截止频率为7kHz的低通滤波器。

它通过高频变压器使输出端与电网完全隔离，使用安全可靠。

它属于漏极开路输出的电流控制型开关电源。

由于采用CMOS 电源，使器件功耗显著降低。

⑵只有三个引出端：控制端C、源极S、漏极D，可同三端线性稳压器相媲美，能以最简单的方式构成无工频变压器的反激式开关电源。

为完成多种控制、偏置及保护功能，C、D均属多功能引出端，实现了一脚多用。

以控制端为例，它具有三项功能：①该端电压V C 为片内并联调整器和门驱动级提供偏压；②该端电流IC 能调节占空比；③该端还作为电源支路与自动重启动/补偿电容的连接点，通过外接旁路电容来决定自动重启动的频率，并对控制回路进行补偿。

控制电压 UC 的典型值应为5.7V，极限电压U CM = 9V，控制端最大允许电流ICM =100mA。

⑶输入交流电压的范围极宽。

作固定电压输入时可选110V/115V/230V交流电，允许变化±15%。

若配85～265V宽范围变化的交流电，最大输出功率要降低40%。

开关电源的输入频率范围是47～440Hz。

⑷开关电源典型值为100kHz，占空比调节范围是1.7%～67%，电源效率为80%左右，最高可达到90%，比线性集成稳压电源提高近一倍。

其工作温度范围是0～70℃，芯片的最高结温TJM = 135 ℃。

⑸TOPSwich—Ⅱ的基本工作原理是利用反馈电流IC 来调节占空比D，达到稳压的目的。

⑹外围电路简单，成本低廉。

外部仅需接整流滤波器、高频变压器、初级保护电路、反馈电路和输出电路。

采用此类芯片还能降低开关电源产生的电磁干扰。

2.2设计流程图确定基本参数：u min 、u max 、f 、f L 、U o 、P o 、η、Z选择反馈电路类型及U FB确定C IN 、U Imin确定U OR 、U B确定D max确定K RP确定I AVG 、I P 、I R 、I RMS选择TOPSwitch 芯片计算TOPSwitch 结温T jT j>100℃?I P=0.9U Imin 或K RP=1？YNNY A图2-2 设计步骤1-9流程图A计算L P计算AP计算Aw 、Ae ，选择磁芯型号计算初级和次级线圈的漆包线的截面积和根数计算N S 、N P 、N F计算窗口系数为0.3~0.35？对N S 、N P 、N F 迭代NY计算I SP 、I SRMS 、I RI 、D SM计算U (BR)S 、U (BR)FBB图2-3 步骤10-20流程图B选择钳位二极管、阻塞二极管选择输出整流管选择输出滤波电容脉动电压太高？选择输出端LC 滤波器选择反馈电路整流管选择反馈电容选择反馈电路中的旁路电容和串联电阻YN选择反馈电路的元件值选取整流桥设计完毕图2-4 步骤21-28流程图第3章 设计过程3.1 确定总体设计方案，选择反馈电路类型（步骤1-步骤2） 步骤1:确定开关电源的基本参数①交流输入电压最小值Vmin=85V ②交流输入电压最大值Vmax=265 ③电网频率fL ：50Hz ④开关频率f ：100kHz ⑤输出电压Uo=7.5V ⑥输出功率Po=15W⑦电源效率η:一放取80％，除非有更好的数据可用。

⑧损耗分配系数Z ：Z 代表次级损耗与总功耗的比值。

在极端情况下Z=0,表示全部损耗发生在初级，Z=1则表示全部损耗发生在次级。

若无更合适的数据，一般取Z ＝0.5。

步骤2：根据输出要求，选择反馈电路的类型以及反馈电压UFB 值。

详见表3-1。

表3-1 反馈电路类型反馈电路类型)(V FB V0V 的准确度（%） (%)V S (%)1S基本反馈电路 5.7 ±10 ±1.5 ±5 改进型反馈电路27.7 ±5 ±1.5 ±2.5 配稳压管的光耦反馈电路 12 ±5 ±0.5 ±1 配TL431的光耦反馈电路 12±1±0.2±0.2由于它是一路输出，为了保证精度，达到稳定输出的目的，故选择配稳压管 的光耦反馈电路作为反馈电路。

3.2 选择TOPSwitch 芯片（步骤3-步骤9）步骤3： 根据min V 、总功率0P 值来确定输入滤波电容IN C 、直流输入电压最小值min I V 。

（1） 查得整流桥的响应时间C t =3ms 。

表3-2 输入滤波电容IN C 的值的确定u (V ) )(W P O比例系数(μF/W ))(F C IN μ)(Im V V in固定输入：100/115 用户输入 2～3(2～3) •0P 值 ≥ 90通用输入：86～265用户输入 2～3 (2～3) •0P 值≥ 90 固定输入：230±35用户输入1 0P 值≥ 240（2）根据输入电压，，根据表3.2 确定，估算出输入滤波电容IN C 的值。

为了更精确的计算出输入滤波电容的值，引入计算公式：)2()21(22Im 2min 0in C LINU U t f P C --⨯=η 将o P =15w ，L f =50Hz ，C t =3ms ，η=80%，Vmin =85V ，VImin =90V 代入公式 由上得出C 1 =413uF 。

（3）根据表3-2，确定 min I V =90 V 。

步骤4：根据交流输入电压min V 确定初级感应电压OR V ，确定漏极保护电路类 型和反向击穿电压B V 值以及最大漏-源极电压max D V高频变压器原边所感应出来的高压尖峰应当采用缓冲和钳位的方法予以克服。

相比RC 和RCD 电路，TVS 管钳位电路能充分发挥TVS 响应速度极快，可承受瞬态高能量脉冲，使用的元器件数量最少，所占印制板的面积最小的优点，选择其作为漏极保护电路。

表3-3 OR V 、B V 值的确定u (V )初级感应电压)(V V OR 钳位二极管反向击穿电压)(V V B固定输入：100/115 60 90 通用输入：86～265 135 200 固定输入：230±35 135200（1）根据输入电压，从表3-3中查得初级感应电压OR V = 135 V 、钳位二 极管的反向击穿电压B V = 200 V 。

TOPSwich-∏的最大漏—源极电压max D V 的计算公式为：205.14.1Im max +⨯⨯+=OR ax D V V V将max I V 及已有数据代入上式中，得max D V =678.5.5V ，最后再留20V 的电压余量，因此最后求得DS BR V )(=698.5V步骤5：根据min I V 和OR V 来确定最大占空比ax M D （1）设定MOSFET 的通态漏－源电压)(ON DS V 。

（2）在V = in M V 时确定ax M D 。

%100)(⨯-+=ON DS IMIN OR ORMax V V V V D将OR V =135V ，IMIN V =90V ，)(ON DS V =10V 代入上式得Max D =62.8%。

步骤6：确定初级脉动电流R I 与初级峰值电流P I 的比值RP K表3-4 根据输入电压来确定RP Ku (V )RP K最小值（连续模式）最大值（不连续模式）固定输入：100/115 0.4 1.0 通用输入：86～265 0.4 1.0 固定输入：230±35 0.6 1.0比例系数：P R RP I I K =（1）根据表 3-4，查得RP K =0.4。