开关电源毕业设计论文

毕业综合实践

课题名称： 开关电源的剖析与设计

作 者： 学 号： 系 别： 专 业：

指导老师： 专业技术职务

xx年xx月

课 题 摘 要 开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET或者单片开关电源集成电路构成。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。 本文介绍了根据目前市场常见的一种开关电源的性能特点，设计并制作一款与其相似的开关电源的全部设计及制作工艺流程。主要包括：电源电路的设计及器件选择（本文介绍的是由Power Integrations公司旗下的一款离线式开关IC——TinySwitch-Ⅲ系列组成的开关电源）、印制电路板的设计与制作、高频变压器的设计与制作（用软件设计的高频变压器参数和人工设计的高频变压器参数进行对比验证）以及电路的焊接和调试。由于采用了集成电路，电源的体积以及成本都得到了优化。 关键词 斩波电路 高频变压器 TinySwitch-Ⅲ开关IC 脉宽调制

目 次

1 引言 .................................................................. 1 2 课题要求 .............................................................. 2 3 开关电源基础原理及其类型 .............................................. 2 3.1 开关电源基础理论 ...................................................... 2 3.1.1 开关电源基本工作原理 ................................................. 2 3.1.2 开关电源的组成 ....................................................... 3 3.2 开关电源的类型 ........................................................ 3 3.2.1 开关电源类型简介 ..................................................... 3 3.2.2 单端正激式开关电源 ................................................... 5 3.2.3 单端反激式开关电源 ................................................... 5 3.2.4 正激式及反激式开关电源电路的方案设计 ................ 错误！未定义书签。 4 开关电源的电路设计 .................................................... 6 4.1 主电路设计 ............................................................ 6 4.1.1 整流电路的设计 ....................................................... 7 4.1.2 滤波电路的设计 ....................................................... 7 4.2 控制电路的设计 ........................................................ 9 4.2.1 输入欠压检测电路 ..................................................... 9 4.2.2 输出反馈电路 ......................................................... 9 4.3 保护电路的设计 ....................................................... 10 4.3.1 偏置电路过压保护 .................................................... 10 4.3.2 漏极钳位保护电路 .................................................... 10 5 高频变压器的设计 ..................................................... 12 5.1 高频变压器磁芯的选择 ................................................. 12 5.2 高频变压器导线的选择 ................................................. 13 5.2.1 漆包线的选择 ........................................................ 13 5.2.2 三层绝缘线的选择 .................................................... 14 5.3 利用软件设计开关电源及高频变压器的实例 ............................... 14 5.3.1 PI Expert9.0的主要特点 ............................................. 14 5.3.2 利用软件设计开关电源的实例 .......................................... 15 5.3.3 查阅并修改高频变压器参数的方法 ...................................... 22 5.4 设计高频变压器的基本公式 ............................................. 23 5.5 设计高频变压器的注意事项 ............................................. 25 6 开关电源的制作与测试 ................................................. 25 6.1 开关电源印制电路板（PBC）的设计 ...................................... 25 6.1.1 电路原理图的绘制 .................................................... 25

6.1.2 电路PCB图的绘制 .................................................... 27 6.1.3 多功能制版机制作PCB的流程 .......................................... 29 6.2 开关电源的测试 ....................................................... 29 6.2.1 测试的主要名词解释 .................................................. 29 6.2.2 输出电压调整率的测试 ................................................ 30 6.2.3 负载调整率的测试 .................................................... 30 6.2.4 输出电压纹波参数测试 ................................................ 31 7 主要元器件的介绍 ..................................................... 31 7.1 TinySwitch-Ⅲ系列开关IC介绍 ......................................... 31 7.1.1 引脚功能描述 ........................................................ 31 7.1.2 TinySwitch-Ⅲ主要功能描述 ........................................... 32 7.1.3 TinySwitch-III部分工作原理 ......................................... 34 7.2 超快恢复整流二极管BYV28-200 .......................................... 34 7.3 光耦PC817A ........................................................... 35 结 论 ..................................................................... 37 致 谢 ..................................................................... 38 参 考 文 献 ................................................................ 39 附录A 器件清单 ............................................................ 40 附录B 开关电源原理图 ...................................................... 41 附录C 开关电源PCB图 ...................................................... 42

1 引言

随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET或者单片开关电源集成电路构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广泛的发展空间。

开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了开关电源的发展前进，每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。

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