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基于反激方式的DC-DC开关电源设计与仿真测试

内容摘要

随着社会的发展，开关电源在生活中起着越来越重要作用，生活中无处不在的电气设备都需要电源装置，当今微电子技术的发展，将开关电源的发展带入了全新的发展阶段，开关电源的数字化也逐渐成为当今的研究热点。

本设计采用反激方式设计了一款DC-DC的开关电源。本文首先简述课题的研究背景和意义，探讨了论题的国内外发展现状，然后介绍了开关电源原理及设计方法，包括开关电源电路结构及原理、非隔离型DC/DC变换电路、论文设计电源的技术指标，之后介绍了DC-DC直流电源的设计，包括主电路的拓扑选择及参数计算、变压器的设计、驱动电路的设计、控制电路的设计以及MATLAB仿真测试，最后对全文进行总结，并指出了研究课题的未来发展方向。

关键词：开关电源；DSP；DC-DC

1绪论

1.1课题的背景及意义

电源设备广泛应用于科学研究、经济建设、国防设施及日常生活等各个方面，是电子设备和机电设备的基础。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构成。与线性电源相比，开关电源成本并没有明显优势，均会随着功率输出的增大而增加，但在增长速率上有所差异。随着科技的发展以及技术的创新，开关电源技术不断地得到提高和改善，使得开关电源成本降低速率增快，这为其发展提供了很大的空间。

随着电力电子技术的快速发展，开关电源得到了广泛的应用，高科技产品的不断变化，对开关电源提出了更高的要求，开关电源的模拟控制技术也已经发展多年，各方面都已成熟。但不能克服其固有的缺点：模拟器件在更多器件中的使用会产生明显的分散，稳定性差，难以实现，一旦形成就改变的电路，调试不方便，控制不灵活，很难实现复杂的控制算法。

这些因素迫使PSU开发人员不断开发更准确，响应更快，效率更高，更小，更便宜和效率更低的开关电源。鉴于这些问题，传统的模拟控制解决方案变得越来越无能为力，数字开关电源技术为断路器设计领域注入了新的活力。

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。许多专家和科学家在改进和设计主开关电源方面做了大量研究并取得了进展，已经引入了各种拓扑来解决开关转换器的问题。

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

我国的开关电源已有几十年的发展历史，如今已经走到第5代，上世纪60年代初开始研制的开关电源是第一代，从线性电源刚开始走向开关电源，开关频率很低，成本昂贵，仅用于军事、航空航天等少数领域，70年代开始研制第二代，因效率不够高、开关频率低、电路复杂、调试困难而难于推广，使之应用受到限制，80年代初研制的属第三代，在这期间，各种开关电源专用芯片大量问世，这种新型节能电源才得到发展，目前，开关频率已从20kHz左右提高到几百千赫兹甚至兆赫兹。在90年代中期开始研制的开关电源属第四代，欧盟要求开关电源的设计要考虑EMC（电磁兼容），包括PFC方面的高次谐波要求，在这同时，供开关电源使用的元器件也获得长足发展，现在进入了第五代，2006年7月，欧盟强制执行ROHS条例，以限制有毒物质的使用，走进新一代的环保开关电源。

虽然中国多年来一直在努力在没有电源变压器的情况下切换电源并取得令人满意的效果，但中国的开关电源技术与一些先进技术国家之间仍存在很大差距。由于中国的半导体技术和技术跟不上时代，我们在变频器开关电源中开发和生产的大多数开关管仍然是进口品质的电子管，因此，中国的开关电源业务应该继续发展，以跟上世界先进水平，最重要的是改善中国的半导体技术和制造工艺。

新的电源电路拓扑和新的控制技术允许断路器管在断电或待机状态下运行。

1.2.2开关电源的发展方向

二十多年来，数字控制技术已经应用于电力电子应用，如电机控制、三相转换器、功率因数校正等，基于通用或专用微处理器，数字信号处理器和可编程等技术，逻辑设备在该领域逐渐普及。

近年来，已经开发出高性能，全尺寸的电源控制芯片，并且成本降低到合理的水平，数字控制技术通常用于控制开关电源。在开关电源市场中，标准开关电源在质量和交付时间方面正在增长，然而，开关电源的使用因系统而异，并且对特殊电源的需求很大，数字控制器可以增加开关电源的灵活性，提供更好的通信接口，故障诊断和抗干扰能力。数字控制开关电源结合了标准电源和特殊电源的优点，开关电源的数字化过程已经存在了几十年，随着数字技术在能源管理中的应用越来越多，智能开关电源的浪潮已逐渐走向世界，越来越多的数字设备对性能和功能提出了