電子技術課程設計
院（系）名稱資訊工程學院
專業班級 12 普專電子一班
學號 1201020047
學生姓名段銳
指導教師李姿景
2023年6月10日
摘要21世紀四電子技術飛速發展的師弟啊，如今我們的生活越來越離不開電子技術，進而我們的生活中離不開電腦，電視，電風扇，洗衣機、電冰箱、空調等，遠道人們的生產。醫療保險、國防教育等，都離不開電子技術、隨著大規模積體電路的快速發展，特別是微處理器和半導體儲存開發利用，孕育了電子系統的新一代產品。顯然，暗中體積大二笨重的工頻變壓器的線性調節穩壓電源已經過時。
而取而代之的是小型化、重量輕、效率高的隔離式開關電源。
本設計的就是彩電電視機設計開關電源電路。本系統採用電流型控制系統，它具有對輸入響應快，迴路穩定好負載響應快，降低輸出級的功率損耗，電路簡單成本低廉性、可高、易於維修等特點。
關鍵詞：彩電，開關電源，直流型
目錄1 引言 1
2 開關穩壓電源的效能特點 2
2.1 開關穩壓電源的優點 2
2.1.1 內部功率損耗小，轉換效率高 2
2.1.2 體積小，重量輕 2
2.1.4 濾波效率大為提高，濾波電容的容量和體積大為減少 3
2.2 開關穩壓電源的缺點 3
2.2.1 開關電源存在著較為嚴重的開關雜訊和干擾 3
2.2.2 電路結構複雜，不便於維修 3
2.2.3 成本高，可靠性低 3
3 開關穩壓電源的分析 3
4 開關穩壓電源的設計方案 5
4.1 主電路 5
4.2 輸入濾波器電路 5
4.3 整流和濾波電路 6
4.4 逆流電路 6
4.5 輸入濾波電路 6
4.6 控制驅動電路 6
5 開關溫度電源的硬體設計 7
5.1 主電路設計 7
5.2 隔離驅動電路設計 8
5.3pwm控制電路設計 8
5.4 開關電源功率變壓器設計 9
總結 12
參考文獻 13
1 引言
開關電源高頻花是其發展的方向，高頻花使開關電源小型化，並使開關電源進入更廣泛的應用領域，特備是在高新技術領域的應用，推動了高新技術產品的小型化、輕便化。另外開關電源的發展與應用在節約能源。節約資源及保護環境方面具有重要意義。
開關電源中應用的電力電子器件主要是為二極體、igbt和mosfet。
隨著電子技術的高速發展，電子系統的應用領域越來越廣泛，電子裝置的種類也越來越多，電子裝置與人們的工作、生活的關係日益密切。任何電子裝置都離不開可靠的電源，它們對電源的要求也越來越高。電子裝置的小型化和低成本化使電源以輕、薄、小和高效率為發展方向。
傳統的電晶體串聯調整穩壓電源是連續控制的線性穩壓電源。這種傳統穩壓電源技術比較成熟，並且已有大量整合化的線性穩壓電源模組，具有穩定性能好、輸出紋波電壓小、使用可靠等優點。但通用都需要體積大且笨重的工頻變壓器與體積和重量都很大的濾波器。
由於調整工作**性放大狀態，為了保證輸出電壓穩定，其集電極與發射極之間必須承受較大的電壓差，導致調整管功耗較大，電源效率很低，一般只有45% 左右。另外，由於調整管上消耗較大的功率，所以需要採用大功率調整管並裝有體積很大的散熱器，很難滿足現代電子裝置發展的要求。20 世紀50 年代，美國宇航局以小型化、重量輕為目標，為搭載火箭開發了開關電源。
在近半個多世紀的發展過程中，開關電源因具有體積小、重量輕、效率高、發熱量低、效能穩定等優點而逐漸取代傳統技術製造的連續工作電源，並廣泛應用於電子整機與裝置中。20 世紀80 年代，計算機全面實現了開關電源化，率先完成計算機的電源換代。20世紀90 年代，開關電源在電子、電器裝置、家電領域得到了廣泛的應用，開關電源技術進入快速發展期。
並且自開關穩壓電源問世後，在很多領域逐步取代了線性穩壓電源和閘流體相控電源。早期出現的是串聯型開關電源，其主電路拓撲與線性電源相仿，但功率電晶體工作於開關狀態。隨著脈寬調變（pwm）技術的發展，pwm開關電源問世，它的特點是用20khz 的載波進行脈衝寬度調製，電源的效率可達65%~70%，而線性電源的效率只有30%~40%。
因此，用工作頻率為20khz的pwm 開關電源替代線性電源，可大幅度節約能源，從而引起了人們的廣泛關注，在電源技術發展史上被譽為20khz革命。隨著超大規模成(ultralarge-scale-integrated-ulsi) 晶元尺寸的不斷減小，電源的尺寸與微處理器相比要大得多；而航天、潛艇、軍用開關電源以及用電池的可攜式電子裝置( 如手提計算機、移動**等) 更需要小型化、輕量化的電源。因此，對開關電源提出了小型輕量要求，包括磁性元件和電容的體積重量也要小。
此外，還要求開關電源效率要更高，效能更好，可靠性更高等。這一切高新要求便促進了開關電源的不斷發展和進步。
2 開關穩壓電源的效能特點
2.1 開關穩壓電源的優點
2.1.1 內部功率損耗小，轉換效率高
在開關穩壓電源原理框圖中，開關功率管v在pwm驅動訊號的驅動下，交替地共偶作在導通-截止開關狀態，轉換速度非常快，頻率一般可高達100khz左右。在一些電子工業發達國家，可以做到mhz以上。這便使得開關功率管v上的功率損耗大為減少，儲能電感的電感量大為減少，儲能效率大為提高，從而整個開關穩壓電源的轉換效率得到大幅度的提高，其抓換效率可高達90%左右。
2.1.2 體積小，重量輕
從開關穩壓電源的原理電路圖中我們可以清楚地看出，這裡沒有採用笨重的工頻變壓器。由於開關功率管v工作在開關狀態，因此其本身的功率損耗大幅度地降低，這就省去了較大的散熱器。另外由於電路的工作頻率比線性穩壓電源中的50hz工頻高了好幾個數量級，因此濾波效率大大提高，濾波電容的容量也大為減小。
這三方面的原因，就使得開關穩壓電源具有體積小，重量輕的顯著優點。2.1.
3 穩壓範圍寬，線性調整效率高
開關穩壓電源的輸出電壓是由pwm/pfm（脈頻調製）驅動訊號的占空比來調節的，輸出電壓由於輸入訊號電壓的變化而引起的不穩定，可以通過調節脈衝寬度或脈衝頻率來進行補償。這樣，在輸入工頻電網電壓變化較大時，它仍能夠保證有非常穩定的輸出電壓。因此，開關穩壓電源除具有穩壓範圍寬的優點外，還具有穩壓效果好和線性調整率高的優點。
此外，由於改變占空比的方法有脈寬調變型和脈頻調製型兩種，因此開關穩壓電源不僅具有以上所說的優點，而且實現穩壓的方法和技術也較多，設計人員可以根據實際應用的要求和需要，靈活地選用各種型別的開關穩壓電源電路
2.1.4 濾波效率大為提高，濾波電容的容量和體積大為減少
開關穩壓電源的工作頻率目前基本在5khz以上，是線性穩壓電源工作頻率的1000倍以上。因此，開關穩壓電源整流後的濾波效率也幾乎提高了1000倍左右。就是採用半波整流後加電容濾波，濾波效率也比線性穩壓電源高500倍左右。
在要求有相同輸出紋波電壓的情況下，採用開關穩壓電源時，濾波電容的容量只是線性穩壓電源中濾波電容容量的1/500～1/1000
2.2 開關穩壓電源的缺點
2.2.1 開關電源存在著較為嚴重的開關雜訊和干擾
在開關穩壓電源電路中，由於開關功率管工作在開關狀態，因此它所產生的高頻交流電壓和電流將會通過電路中的其他元器件產生尖峰干擾和諧振雜訊，這些干擾和雜訊如果不採取一定的措施進行抑制、消除和遮蔽，就會嚴重地影響整機的正常工作。此外，由於開關穩壓電源電路中的振盪器沒有工頻降壓變壓器的隔離，因此這些干擾和雜訊就會竄入工頻電網，使附近的其他電子儀器、裝置和家用電器受到嚴重的干擾。且這種高頻干擾還會通過開關穩壓電源電路中的磁性元件（如電感和開關變壓器等）輻射到空間，使周圍的其他電子儀器、裝置和家用電器也同樣受到嚴重的干擾。
2.2.2 電路結構複雜，不便於維修
對於無工頻變壓器的開關穩壓電源電路中的高壓、高溫電解電容，高反壓、大電流功率開關管，高頻開關變壓器的磁性材料，高反壓、大電流、快恢復肖特基二極體等器件，在我們國家還處於研究、開發和試製階段。在一些技術發達的國家，開關穩壓電源雖然有了一定的發展，但在實際應用中也還存在著一些問題，不能令人十分滿意。這就暴露出了開關穩壓電源的另乙個缺點，那就是電路結構複雜，故障率高，維修麻煩。
對此，如果設計者和生產者不予以充分重視，它將直接影響開關穩壓電源的推廣應用。
2.2.3 成本高，可靠性低
目前，由於國內微電子技術、阻容器件生產技術以及磁性材料燒結技術等與一些技術發達國家還有一定的差距，因此其造價和成本不能進一步降低，也影響到其可靠性的進一步提高。這就導致了在我國的電子儀器、儀表以及機電一體化裝置中，開關電源還不能得到十分廣泛的普及與應用。
3 開關穩壓電源的分析
開關穩壓電源等效原理圖如下圖3.1所示
圖3.1 開關穩壓電源等效原理圖
根據圖3.1所示工作原理圖分析開關穩壓電源的工作原理：開關穩壓電源按控制方式分為調寬式和調頻式兩種。
在目前開發和使用的開關電源電路中，絕大多數為脈寬調變型, 即為pwm 技術。pwm 技術，全稱脈衝寬度調製技術，是通過對一系列脈衝的寬度進行調製來等效地獲得所需波形（含形狀和幅值）的。pwm 開關穩壓電源的基本工作原理就是在輸入電壓、內部引數以及外接負載變化的情況下，控制電路通過被控訊號與基準訊號的差值進行閉環反饋，調節主電路開關器件的導通脈衝寬度，使得開關電源的輸出電壓被控制訊號穩定。
調寬式開關穩壓電源的控制原理如圖1 所示。對於單極性矩形脈衝來說，其直流平均電壓uo 取決於矩形脈衝的寬度，脈衝越寬，其直流平均電壓值就越高。直流平均電壓uo 可由公式(2.
1) 計算：
公式(2.1)
式中um—矩形脈衝最大電壓值；t—矩形脈衝週期；t1—矩形脈衝寬度。
當um 與t 不變時，直流平均電壓uo 將與脈衝寬度t1 成正比。這樣，只要設法使脈衝寬度隨穩壓電源輸出電壓的增高而變窄，就可達到穩定電壓的目的。
圖1 脈寬調變式開關電源控制原理圖
交流電壓經整流電路及濾波電路整流濾波後，變成含有一定脈動成份的直流電壓，該電壓通過功率轉換電路進人高頻變換器被轉換成所需電壓值的方波，最後再將這個方波電壓經整流濾波變為所需要的直流電壓。
4 開關穩壓電源的設計方案
4.1 主電路
半橋型開關穩壓電路主要有主電路和控制驅動電路兩大部分組成。其中主電路，可分為整流、逆變和高頻整流濾波三個環節，輸入～220v經橋式整流濾波後獲得+300v左右的直流電壓。半橋型逆變電路是由功率mos管vs1和vs2組成，高頻逆變變壓器初級分別接電容c1、c2的中點和開關管vs1、vs2的中點，電容c1、c2的中點電壓為u／2，vs1、vs2交替觸發導通，使變壓器一次側形成幅值為u／2的交流電壓。
改變開關導通的占空比，即能改變變壓器二次側整流輸出平均電壓uo。
從交流電網輸入、直流輸出的全過程，包括：
1、輸入濾波器：其作用是將電網存在的雜波過濾，同時也阻礙本機產生的雜波反饋到公共電網。
2、整流與濾波：將電網交流電源直接整流為較平滑的直流電，以供下一級變換。
3、逆變：將整流後的直流電變為高頻交流電，這是高頻開關電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越小。
4、輸出整流與濾波：根據負載需要，提供穩定可靠的直流電源。
4.2 輸入濾波器電路
電路中採用共模扼流圈和濾波電容共同組成輸入濾波電路。其中l是在乙個閉合磁路的磁芯上繞制相同的電感量的兩個繞阻。當這兩個電感為獨立電感時，由於其上有電流流過，電流產生變化時，磁芯磁場強度的變化會導致有效磁導率發生變化，甚至飽和，亦即對於電源頻率分量和高頻雜訊分量的有效導磁率隨著導線電流的增加而減少，將兩個電感繞制在乙個磁芯上且構成往復線路式繞阻。
由於電源頻率分量所產生的磁通彼此的相位差為180度，因它們的匝數相等而被相互抵消，對電源頻率分量的電感為零，而對於共模雜訊成分則呈現很高的有效導磁率，因而將得到很大的衰減。
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