大工11春《ac.dc电源技术》离线作业

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1、网络教育学院《电源技术》课程设计题目：AC/DC开关电源的设计学习中心：安徽阜阳奥鹏学习中心层次：高起专专业：电气工程及其自动化年级：2009年秋季学号：091228209008学生：齐泽辉辅导教师：邱老师完成日期：2011年08月23日前言目前开关电源以小型，轻量和高效率的特点被广泛应用于电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等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。市场上的开关电源中，用MOS管制成的300-500KHZ电源早已经实用化，其频率可以进一步提高。但是频率的提高会产生浪涌或噪声，这样不仅影响周围的电子设备，还会大大降

2、低电源本身的可靠性。所以如何抑制高频噪声现在也是开关电源的一个研究方向。1开关电源的概念开关电源(SwitchModePowerSupply，SMPS)是以功率半导体器件为开关元件，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，这一点称为成本反转点。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。

3、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。开关电源中应用的电力电子器件主要为二极管、IGBT和MOSFET。一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。开关电源电路主要由整流滤波电路、DC-DC控制器（内含变压器）、开关占空比控制器以及取样比较电路等模块组成。2开关电源的应用及其发展前景2.1开关电源的应用信息时代离不开电子设备，而开关电源（switchpowersupply）在效率，重量，体积等方面相对于传统晶体管电源方面具有显著的优势，所以如今高频开关电源成为最广泛使用的电源。目前所有的开关电源都由功率级和控制级组

4、成，功率级的主要任务是，根据不同的应用选用不同的拓扑结构，同时兼顾半导体元件，成本，参数等现状进行适当程度的调整。控制级采用的控制方式主要为经典的PID控制，实现时一般选用集成电路芯片。半导体技术，主功率电路，控制方式是开关电源设计和制造的三大方面。2.2开关电源的发展前景开关电源的技术趋势和未来可以概括为以下四个方面：（1）小型化、薄型化、轻量化、高频化开关电源的体积、重量主要是由储能元件（磁性元件和电容）决定的，因此开关电源的小型化实质上就是尽可能减小其中储能元件的体积；在一定范围内，开关频率的提高，不仅能有效地减小电容、电感及变压器的尺寸，而且还能够抑制干扰

5、，改善系统的动态性能。因此，高频化是开关电源的主要发展方向。（2）高可靠性开关电源使用的元器件比连续工作电源少数十倍，因此提高了可靠性。从寿命角度出发，电解电容、光耦合器及排风扇等器件的寿命决定着电源的寿命。所以，要从设计方面着眼，尽可能使用较少的器件，提高集成度。这样不但解决了电路复杂、可靠性差的问题，也增加了保护等功能，简化了电路，提高了平均无故障时间。（3）低噪声开关电源的缺点之一是噪声大。单纯地追求高频化，噪声也会随之增大。采用部分谐振转换回路技术，在原理上既可以提高频率又可以降低噪声。所以，尽可能地降低噪声影响是开关电源的又一发展方向。（4）采用计算机辅

6、助设计和控制采用CAA和CDD技术设计最新变换拓扑和最佳参数，使开关电源具有最简结构和最佳工况。在电路中引入微机检测和控制，可构成多功能监控系统，可以实时检测、记录并自动报警等。开关电源的发展从来都是与半导体器件及磁性元件等的发展休戚相关的。高频化的实现，需要相应的高速半导体器件和性能优良的高频电磁元件。发展功率MOSFET、IGBT等新型高速器件，开发高频用的低损磁性材料，改进磁元件的结构及设计方法，提高滤波电容的介电常数及降低其等效串联电阻等，对于开关电源小型化始终产生着巨大的推动作用。电源管理芯片实际上也是指具有自动控制环路和保护电路的DC-DC变换芯片，是

7、开关电源的核心控制芯片。电源管理芯片在90年代中后期问世，由于替换了大部分分立器件，使开关电源的整体性能得到大幅度提高，同时降低了成本，因而显示出强大的生命力。我国开关电源起源于1970年代末期，到1980年代中期，开关电源产品开始推广应用。那时的开关电源产品采用的是频率为20kHz以下的PWM技术，其效率只能达到60%~70%。经过20多年的不断发展，新型功率器件的研发为开关电源的高频化莫定了基础，功率MOSFET和IGBT的应用使中、小功率开关电源工作频率高达到400kHz(AC/DC)和1MHz(DC/DC)。软开关技术的出现，真正实现了开关电源的高频化，它

8、不仅可以减