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基于微控制器和PWM技术的开关电源设计与仿真

内容摘要

开关电源的应用宽泛，在各行各业都具有十分重要的用途。开关电源的发展朝着提高效率、缩小体积、提高便利性等方面发展。所以电气工程中的高压电源方面，开关电源也渐渐投入应用。而开关电源的发展及性能提高将表示电源行业将进入一个更优秀的发展方向。

本文介绍了开关电源的研究现状及发展趋势，研究学习了开关电源的主电路拓扑，基于学习和研究，设计了一款基于微控制器和脉宽调制（PWM）技术的开关电源。该开关电源采用单端反激式主电路拓扑结构，由微控器控制脉宽调制芯片TL494产生高频脉冲，经高频变压器输出0～5kV连续可调电压，经过MATLAB模拟仿真测试满足需求。

关键词：开关电源；主电路拓扑；电路设计

目录

TOC\o1-3\h\z\u基于微控制器和PWM技术的开关电源设计与仿真 1

内容摘要 1

1绪论 3

1.1课题的背景及意义 3

1.2国内外研发状况与发展方向 3

1.2.1国内外开关电源的研发现状 3

1.2.2开关电源的发展方向 4

1.3论文主要工作 5

2开关电源原理及设计方法 6

2.1开关电源电路结构及原理 6

2.1.1开关电源的基本结构 6

2.1.2开关电源的基本工作原理 6

2.2非绝缘DC/DC转换器电路 12

2.3论文设计电源的技术指标 20

3开关电源的设计 21

3.1主电路的拓扑选择及参数计算 21

3.2变压器设计 23

3.3驱动电路的设计 23

3.4控制电路的设计 25

3.5MATLAB仿真测试 26

4结论 28

1绪论

1.1课题的背景及意义

经济发展将在很大程度上影响生活水平的提高。在目前使用和正在研发的电子电器中，起着至关重要的作用，大部分电子设备都无法离开开关电源的使用和设计所谓的电源是在粗电和良电之间的转换设备。有些设备可以直接用电供电，例如电灯。有些设备不能直接用电，因此有必要使用转换器将电压转换为高电压或低电压以进行供电，例如航空设备。对于某些设备，当电源电压发生变化时，其性能将受到影响，这需要恒定的电源电压。电源技术可以很好地解决这个问题。最经典的电源技术包括：开关电源（点火调节器），线性稳压电源（线性调节器）和充电泵（充电泵）。

稳定的线性功率器件具有良好的稳压性能，低成本和简单的电路结构，因此一直在电源市场上处于领先地位。输出管在线性区域中操作，因此能耗高，并且浪费了能量。但是，最关键的问题是只能降低电压，这对于快速发展的电子行业来说是完全不能令人满意的。迫切需要这项技术的时候，电源开关设备就诞生了。不同开关电源采用了不同的拓扑设计，不同的拓扑设计会对电压换置产生不同的影响。例如DC到AC，AC到AC，高压到低压以及低压到电压高。当前，随着电子产品的小型化和便携性，开关电源已逐渐取代了其他两种电源，在电源市场中占有最大的份额。

当前，DC-DC电源可以实现电源幅值的转换，即实现72V、48V、24V和12V输入电压向不同电压等级的输出电压的转换。举例来说，对于通信系统来说，常见24V输入、5V输出的DC-DC电源。需要强调的是，为了提高开关电源的适应性，使之能够应用于更加广泛的领域，开关电源还需要持续的提升自身的可靠性以及稳定性水平，这对于技术人员提出了全新的要求。拓扑形式决定了DC-DC电源的工应用范围。举例来说，反激式拓扑因为能够完成初级和次级侧电气隔离，同时因为该拓扑形式能够实现相对简单的功能结构，所以受到了设计人员的一致好评和认可。

1.2国内外研发状况与发展方向

1.2.1国内外开关电源的研发现状

当前，开关技术正在迅速发展，但是与低压开关电源相比，仍然存在许多紧迫的需求。

解决的问题中国从1980年代初期才开始对高频和高压电源系统进行研究，在多年来的研发和向国外学习经验后，开关电源得到了很大的发展。不过现如今，市场上的大多数直流高压电源都属于线性电源的类别。这样的功率设备通常很大，具有高能量损耗并且具有低精度。国内市场上已经出现了一些自主研发的高压电源，但是它们的价格很高，其应用非常有限。我国的技术水平仍处于起步阶段，要充分理解基本技术还有很长的路要走。相比之下，发达国家的电源产业比中国更成熟，并且遥遥领先于中国。无论其质量，智能水平或能源产品的应用如何，它都是推动开关设备发展的领导者[1]。

1.2.2开关电源的发展方向

开关电源的发展受到了新型半导体的研发推动，大大推进了开关电源的研究。新型开关电源与新型半导体的研发使得开关电源进入了一个新的发展蓝图