开关电源设计 学位论文.doc

目 录 1 绪论 2 1.1 引言 2 1.2 开关电源市场情况 2 1.3 开关电源的技术性能 3 1.4 设计的指标 5 2 开关电源电路的工作原理 6 2.1 开关电源的电路组成 6 2.2 输入电路的原理及常见电路 6 2.3 功率变换电路 7 2.4 输出整流滤波电路 9 2.5 稳压环路原理 10 2.6 短路保护电路 11 2.7 输出端限流保护 14 3 基于TL494开关电源的实现 15 3.1 芯片选择 15 3.2 整个控制电路的设计 18 3.3 整个系统框图 27 4 可靠性分析 28 4.1 影响开关电源可靠性的因素 28 4.2 可靠性设计的原则 30 4.3 可靠性设计 31 4.4 电源的热设计 32 5 总结 34 参考文献 35 1 绪论 1.1 引言 ?随着电力电子技术的告诉发展，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，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。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。开关电源市场情况据Frost＆Saullivan公司的资料显示，1999年，全球开关电源市场的规模从1992年的84亿美元猛增至166亿美元，平均年增长率为10％。这是由于作为电源和开关电源最主要用户的计算机及其外转设备市场的不断发展，以通讯通信业的异军突起，促进了开关电源市场的日益增长，使全球开关电源市场呈现出十分美好的前景。目前，在计算机、电子仪器仪表和通信设备中应用得最多的开关电源，有AC／DC、DC／DC两种。到2000年，AC／DC产品所占的市场份额，将从1992年的80%减少为76%，而DC／DC产品所占的市场份额，将从1992年的20％增长为24de。开关电源除了主要应用在计算机、仪器仪表和通信领域之外，还普遍应用在通用工业和消费电子产品领域。开关电源产品的主要特点是体积小、重量轻、效率高，正在向着模块化、扩大输出电压范围、提高输人端功率因数、抗电磁干扰性强以及附加备用电池的方向发展。在开关电源领域，正在开展一系列的技术革新，例如功率系数的校正、相位调制、高频电源、零电压和零电流转换以及单片式转换调节器等，所有这些改进，都使开关电源的性能和效率大为提高，使其应用范围大大拓宽，尤其在新兴的通信领域大有用武之地。1998年上半年，世界上生产开关电源的厂商已达600多家。虽然开关电源的厂商不少，但是由于业内的竞争异常激烈，目前还没有哪一家厂商能独家垄断市场。日本和美国的电子工业和通信业很发达，因此对开关电源的需求量非常大。日本约占全球市场的50%；美国约占29%；欧洲约占11％；亚洲（除日本以外）约占5％。虽然亚洲目前在全球开关电源市场上所占比例尚小，但是，据Frost＆Sullivan公司预测，到2000年，由于亚洲通信业的高速发展，对开关电源的需求也将与日俱增，其需求量在全球市场上的比例将翻一番，上升至10％，并且这个比例还将在对世纪初期继续增长，从而成为世界上最有发展潜力的开关电源市场之一。 开关电源产品的技术发展动向是高可靠、高稳定、低噪声、抗干扰和实现模块化。小型、薄型、轻运化。由于电源轻、小、薄的关键是高频化，因此国外目前都在致力于同步开发新型高智能元器件，特别是改善二次整流管的损耗、变压器电容器小型化，并同时采用SMT技术在电路板两面布置元件以确保开关电源的轻、小、薄。高效率为了使开关电源较、小、薄，高频化（开关频率达兆赫级）是必然发展趋势。而高频化又必然使传统的PWM开关（属硬开关）功耗加大，效率降低，噪声也提高了，达不到高频、高效的预期效益，因此实现零电压导通、本电流关断的软开关技术将成为开关电源产品未来的主流。采用软开关技术可使效率达到85～88%。据悉，美国WI