反激式开关电源设计
目 录
1.引言 1
1.1开关电源发展背景及意义 1
1.2开关电源的发展现状 1
1.2.1国外开关电源的发展现状 1
1.2.2国内开关电源的发展现状 2
1.3本设计的研究内容 2
2.开关电源的原理及主要元器件介绍 4
2.1开关电源的原理和组成 4
2.2常见开关电源拓扑结构 5
2.2.1反激式拓扑 5
2.2.2正激式拓扑 6
2.2.3自激式拓扑 7
2.2.4其他拓扑 7
2.3电源芯片TOP224YN 8
2.3.1TOP224YN内部结构图 8
2.3.2TOP224YN工作原理 8
2.4光耦芯片PC817 9
2.4.1PC817内部结构图 9
2.4.2PC817工作原理 9
2.5快恢复二极管 11
3.参数计算和高频变压器设计 12
3.1储能电容的选取 12
3.2计算最大占空比 12
3.3电流波形参数计算 13
3.4高频变压器设计 13
3.4.1参数计算 13
3.4.2铁心选取 13
3.4.3匝数的确定 14
3.4.4变压器的绕制 15
4.其他辅助电路设计 16
4.1设计EMI滤波电路 16
4.2设计输入整流桥 16
4.3变压器的保护电路 17
4.4反馈控制设计 17
4.5总电路图 19
5.实物制作及调试 20
5.1实物制作 20
5.2仿真与调试 22
总结 25
参考文献 26
致谢 27
1.引言
1.1开关电源发展背景及意义
世界上的第一个开关电源是源自于美国宇航局。在上世纪50年代初，他们研制出了一种小型化、轻重量的电源，这种电源就是如今的开关电源。在半个多世纪以来的成长过程中
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
，一般线性电源其体积大，重量重，效率低，高热量的弊端越来越明显。也由于这个原因，线性电源开始逐渐被人们所淘汰。此时急需要一个可以取而代之的轻巧稳定的电源的出现。就在这时，开关电源开始展露头角。它一出现就显示出自己磅礴的生命力。
在第二十世纪八十年代开始有些领域就开始完成了用开关电源取代线性电源的一次电源革新。其中微机领域是第一个实现的，它首先完成微机的电源改朝换代，实现计算机电源的开关电源化。90年代之后，开关电源的发展愈来愈快，它开始普遍的应用于各行各业的电子、电器设备中。也就在这个时候开关电源的工艺水平步入了快速成长期。
人们对开关电源的开发应用并不是全面的，还有很多很多需要我们去探索和发现。
1.2开关电源的发展现状
1.2.1国外开关电源的发展现状
20世纪50年代，开关电源在距离美国宇航局开辟世界第一个开关电源之后已经有半个多世纪的成长。在这半个多世纪里，研究人员在开关电源领域里不断摸索、不断创新寻找适合自己的发展反向。现在它们的大小愈来愈小，它们的集成度愈来愈高。在近20年，集成开关电源会进一步实现模块化，其集成度会越来越高。
自1977年开始其他国家的一些大型的开关电源开发的企业通过合作率先研制成功了开关电源的控制电路的集成化芯片，英文全称此种芯片又叫脉宽调制控制器集成电路，简称。与此同时，美国的一些公司等也相继推出一系列的脉宽调制控制器芯片，像Motorola、Silicon General和Unit rode。近些年国外研制出的脉宽调制控制器集成电路和脉冲频率调制控制器集成电路的开关频率已经超过了1MHz的。
在1994年到如今，用三端单片开发的脉冲调制控制占空比的隔离式开关电源开始出现在市场。这类芯片属于AC/DC电源变换器。自此之后，PI公司又相继推出TOP Switch、TOP SwitchII、TOP SwitchFX、TOP SwitchGX、Peak Switch、Link Switch等多个系列产品。期间意法半导体公司（）也研制出了一些中、小功率的单片电源集成模块的系列产品。ST Microelectronics公司为此也得到了广泛的好评，它所研制的开关电源芯片开始大量出现在市场上。单片电源模块集成芯片作为一项有着很好的发展前景和产业推动力的新型的电源产品，一下子就把国内外从事电源研究的权威人士的目光吸引过来了。 单片开关电源芯片具备有很多一般电源不具备的优势。像高度的集成度、低廉的价格、简单的外围保护电路、良好的电气性能指标等。也因为这些优势，单片开关电源芯片现己成为开发设计精密仪器电源、中小功率的电源和开关电源模块优先选择的集成电源芯片。
1.2.2国内开关电源的发展现状
我国从1977年才刚刚开始接触到开关电源这一块，较晚的起步也使我们的技术相对落后。目前，国内主要的DC/DC模块电源集成电路的供应商还是一些国外的开关电源研究制造公司。然而，随着产业的发展和规模的扩大，开关电源设计研究的技术水平也与日俱增，国内出产的直流/直流中小功率模块电源产品正在迅速取代进口产品。
如今，我国已经有300多家工厂致力于开关电源研发及生产，颇具规模的也有十多家了。并且其中不乏像中兴通讯一样的通信公司均已研制出自己公司的系列产品，国产的开关电源已占据了相当市场份额。一些像中兴通讯的国内大公司也研发出了自己的产品。我们国家研发的开关电源控制芯片开始在世界范围内出现。
1.3本设计的研究内容
本文主要介绍了一个基于电力电子的开关电源设计方案，通过查阅开关电源相关的网站、书籍和学术文章来了解开关电源的工作原理。学习了解开关电源设计中电气相关量的计算方法；相关电器元件选取方式。硬件元器件采买焊接，及之后设计成品的调试方法和调试技巧。下面是对每一个章的总结，简单的陈述了其主要的内容：
，通过对开关电源的历史发展背景与其在国内外发展的现状和趋势的简单的介绍，引出课题，表明研究的内容和一般方法。
，简单表述了开关电源其工作原理及意义。通过分析对比开关电源的几种常见的拓扑方式，为下文中本设计拓扑方式的选择提供了有力的证据。
，对本设计中用到的几个主要的电气元件做了简单的介绍。为下文中元器件选取的时候提供有力的可参照的电气参数。
1.引言 1
1.1开关电源发展背景及意义 1
1.2开关电源的发展现状 1
1.2.1国外开关电源的发展现状 1
1.2.2国内开关电源的发展现状 2
1.3本设计的研究内容 2
2.开关电源的原理及主要元器件介绍 4
2.1开关电源的原理和组成 4
2.2常见开关电源拓扑结构 5
2.2.1反激式拓扑 5
2.2.2正激式拓扑 6
2.2.3自激式拓扑 7
2.2.4其他拓扑 7
2.3电源芯片TOP224YN 8
2.3.1TOP224YN内部结构图 8
2.3.2TOP224YN工作原理 8
2.4光耦芯片PC817 9
2.4.1PC817内部结构图 9
2.4.2PC817工作原理 9
2.5快恢复二极管 11
3.参数计算和高频变压器设计 12
3.1储能电容的选取 12
3.2计算最大占空比 12
3.3电流波形参数计算 13
3.4高频变压器设计 13
3.4.1参数计算 13
3.4.2铁心选取 13
3.4.3匝数的确定 14
3.4.4变压器的绕制 15
4.其他辅助电路设计 16
4.1设计EMI滤波电路 16
4.2设计输入整流桥 16
4.3变压器的保护电路 17
4.4反馈控制设计 17
4.5总电路图 19
5.实物制作及调试 20
5.1实物制作 20
5.2仿真与调试 22
总结 25
参考文献 26
致谢 27
1.引言
1.1开关电源发展背景及意义
世界上的第一个开关电源是源自于美国宇航局。在上世纪50年代初，他们研制出了一种小型化、轻重量的电源，这种电源就是如今的开关电源。在半个多世纪以来的成长过程中
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
，一般线性电源其体积大，重量重，效率低，高热量的弊端越来越明显。也由于这个原因，线性电源开始逐渐被人们所淘汰。此时急需要一个可以取而代之的轻巧稳定的电源的出现。就在这时，开关电源开始展露头角。它一出现就显示出自己磅礴的生命力。
在第二十世纪八十年代开始有些领域就开始完成了用开关电源取代线性电源的一次电源革新。其中微机领域是第一个实现的，它首先完成微机的电源改朝换代，实现计算机电源的开关电源化。90年代之后，开关电源的发展愈来愈快，它开始普遍的应用于各行各业的电子、电器设备中。也就在这个时候开关电源的工艺水平步入了快速成长期。
人们对开关电源的开发应用并不是全面的，还有很多很多需要我们去探索和发现。
1.2开关电源的发展现状
1.2.1国外开关电源的发展现状
20世纪50年代，开关电源在距离美国宇航局开辟世界第一个开关电源之后已经有半个多世纪的成长。在这半个多世纪里，研究人员在开关电源领域里不断摸索、不断创新寻找适合自己的发展反向。现在它们的大小愈来愈小，它们的集成度愈来愈高。在近20年，集成开关电源会进一步实现模块化，其集成度会越来越高。
自1977年开始其他国家的一些大型的开关电源开发的企业通过合作率先研制成功了开关电源的控制电路的集成化芯片，英文全称此种芯片又叫脉宽调制控制器集成电路，简称。与此同时，美国的一些公司等也相继推出一系列的脉宽调制控制器芯片，像Motorola、Silicon General和Unit rode。近些年国外研制出的脉宽调制控制器集成电路和脉冲频率调制控制器集成电路的开关频率已经超过了1MHz的。
在1994年到如今，用三端单片开发的脉冲调制控制占空比的隔离式开关电源开始出现在市场。这类芯片属于AC/DC电源变换器。自此之后，PI公司又相继推出TOP Switch、TOP SwitchII、TOP SwitchFX、TOP SwitchGX、Peak Switch、Link Switch等多个系列产品。期间意法半导体公司（）也研制出了一些中、小功率的单片电源集成模块的系列产品。ST Microelectronics公司为此也得到了广泛的好评，它所研制的开关电源芯片开始大量出现在市场上。单片电源模块集成芯片作为一项有着很好的发展前景和产业推动力的新型的电源产品，一下子就把国内外从事电源研究的权威人士的目光吸引过来了。 单片开关电源芯片具备有很多一般电源不具备的优势。像高度的集成度、低廉的价格、简单的外围保护电路、良好的电气性能指标等。也因为这些优势，单片开关电源芯片现己成为开发设计精密仪器电源、中小功率的电源和开关电源模块优先选择的集成电源芯片。
1.2.2国内开关电源的发展现状
我国从1977年才刚刚开始接触到开关电源这一块，较晚的起步也使我们的技术相对落后。目前，国内主要的DC/DC模块电源集成电路的供应商还是一些国外的开关电源研究制造公司。然而，随着产业的发展和规模的扩大，开关电源设计研究的技术水平也与日俱增，国内出产的直流/直流中小功率模块电源产品正在迅速取代进口产品。
如今，我国已经有300多家工厂致力于开关电源研发及生产，颇具规模的也有十多家了。并且其中不乏像中兴通讯一样的通信公司均已研制出自己公司的系列产品，国产的开关电源已占据了相当市场份额。一些像中兴通讯的国内大公司也研发出了自己的产品。我们国家研发的开关电源控制芯片开始在世界范围内出现。
1.3本设计的研究内容
本文主要介绍了一个基于电力电子的开关电源设计方案，通过查阅开关电源相关的网站、书籍和学术文章来了解开关电源的工作原理。学习了解开关电源设计中电气相关量的计算方法；相关电器元件选取方式。硬件元器件采买焊接，及之后设计成品的调试方法和调试技巧。下面是对每一个章的总结，简单的陈述了其主要的内容：
，通过对开关电源的历史发展背景与其在国内外发展的现状和趋势的简单的介绍，引出课题，表明研究的内容和一般方法。
，简单表述了开关电源其工作原理及意义。通过分析对比开关电源的几种常见的拓扑方式，为下文中本设计拓扑方式的选择提供了有力的证据。
，对本设计中用到的几个主要的电气元件做了简单的介绍。为下文中元器件选取的时候提供有力的可参照的电气参数。
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