300w多路输出开关电源的研制
开关电源是利用现代电力电子技术，来实现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）控制芯片和晶体管构成。随着电力电子技术不断地发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用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。本课题是设计一个300W多路输出开关电源，电源来自220V市电，脉宽调制式，这种类型的电源具备功耗小、转变效率高、运行可靠、保护完备和稳压范围宽等特性。本课题设计的是一种基于PWM技术的半桥式开关电源，通过用双端驱动集合而成的电路——TL494输出的PWM脉冲控制主开关的开通时间来管理直流输出的。本文给出了开关电源的交流输入整流滤波电路、辅助电源电路、PWM控制及推动电路、多路直流输出电路、稳压电路等的详细设计方案以及设计思路，并附有详细的电路图。开关电源技术已经十分的成熟与完备，因此本课题打算在电脑电源的基础上对其进行发展与创新，主要研究多路输出开关电源的电源的交叉调整率问题，并且采取一定的实验研究手段，具体分析改善交叉调整率的措施，然后进行讨论与比较，找出最优方案，完成任务书的要求。关键词 PWM，半桥，TL494，交叉调整率
目 录
1 绪论 1
1.1 开关电源研究的背景及意义 1
1.2 近年来国内外开关电源的研究现状 1
1.2.1 拓扑结构的研究 2
1.2.2 控制技术的研究 3
1.2.3 软开关技术的研究 4
1.3 课题研究内容 5
1.3.1 拓扑结构的研究 5
1.3.2 研制一款半桥式多路输出开关电源 5
1.3.3 对多路输出开关电源交叉调整率问题的研究 6
2 300W多路输出开关电源的方案论证与电路设计 7
2.1 电路拓扑结构方案论证 7
2.1.1 反激变换电路 7
2.1.2正激变换电路 8
2.1.4 半桥变换电路 9
2.1.5 全桥变换电路 10
2.2 半桥变换器输出功率限制 11
2.2 300W 多路输出开 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
关电源功率电路设计 12
2.2.1 变压器参数的计算 12
2.2.2 开关管、整流二极管的计算 14
2.2.3 输出电感的设计 15
2.2.4 输出电容的设计 16
2.3 300W多路输出开关电源主电路设计 16
2.3.1 输入EMI滤波电路 17
2.3.2 整流滤波电路 18
2.3.3半桥变换电路 18
2.3.3 输出整流滤波电路 19
2.4 300W多路输出开关电源稳压电路设计 19
2.4.1 稳压电路原理分析 19
2.4.2 TL431简介 20
2.5 300W多路输出开关电源POWERGOOD CIRCUIT 设计 21
2.5.1 POWERGOOD CIRCUIT 设计 21
2.5.2 LM393简介 22
3 多路输出开关电源控制技术研究 23
3.1 控制技术 23
3.2 TL494简介 24
3.2.1 TL494各管脚功能 24
3.2.2 TL494 主要特征 24
3.2.3 TL494的工作原理 25
3.2.4 TL494的极限参数 25
3.3 TL494外围电路设计 26
3.4 关于半桥式多路输出交叉调整率的研究 26
4 硬件调试波形 30
4.1 开关管波形 31
4.2 PWM波形 34
4.3 交叉调整率 35
5 总结与展望 36
5.1 总结 36
5.2 展望 36
致谢 38
参考文献 39
附录 原理图 41
绪论
1.1 开关电源研究的背景及意义
自20世纪70年代起,开关电源重量轻体积小以及电源变换效率高等特点,被广泛应用于工业自动控制、军工设备、LED照明、通讯、电力等场合。电源已经成为一个关键的基本学科，被广泛应用于各行各业，从日常生活到最前沿的科学离不开电力技术。开关电源容量、重量主要由原装（磁性元件和电容器）的储能，因此开关电源的小型化基本上可以减少原来储能的体积，在一定范围内节约能源。
早期,人们获得多路输出电源的主要措施是把几个独立的DC/DC变换器连接起来，这种方式导致电源体积和资金的提升，于是人们探索多路输出技术[1]。现如今实现多路输出的技术主要有双变压器多路输出技术,单变压器的多绕组实现技术,单绕组实现技术以及单电感实现技术。对于使用单个变压器实现多路输出的技术,常用的方法是通过增加变压器的次级绕组。而利用多绕组实现多路输出的技术，主要的电路形式有变压器耦合调节式、耦合电感调节式、加权电压调节式、后置调节式等。上面变换器的多路输出实现都是利用多个二次侧绕组,而且二次侧都用二极管整流,单绕组技术是相对于多个绕组而言的,是利用变压器同一个次级绕组产生多路输出的技术。多路输出技术的特点是需要较少的电感、功率器件和控制环,降低电源的成本和体积,而且这种拓扑很容易被拓展来实现多路输出。但这种技术采用新颖的TM控制策略,要求变换器只能工作在不连续导通模态。这种多路输出变换器适用于各种便携式设备。电路模式设计简单,可在主路要求精确稳压,而对辅路电源要求不高的场合下应用。
多路输出技术经过不断更新进步,如今将伴随着移动通讯设备,数字处理系统的发展,朝着纤巧、高效、低成本的方向发展,且已成为片上电源管理系统采用的有效节能手段。
1.2 近年来国内外开关电源的研究现状
目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以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；并对开关电源提出了小型轻量要求，此外要求开关电源效率要更高、性能更好、可靠性更高等。当前，各国正在努力开新器件、新材料以及改进装连方法，进一步提高效率，缩小体积，降低价格，以解决开关电源面临的课题，即环境适配性，包括噪声与谐波等的电磁适配性，以及同人类之间的安全适配性等。开关电源虽有很多优点，但它是强电流高频电路。除了电压调整器的输入、输出端口的电容必须是与工作频率适应的高频电容外，抑制电感和导线的磁场干扰及射频辐射干扰是必须注意的问题。在电压调整器中和输出滤波器中的电感，要通过单向性强电流[3]。为作有效的磁屏蔽并抑制辐射，宜用有气隙(防磁饱和)的铁氧体作为磁芯的线圈。此外，开关电源和有关的元件要有较好的电磁屏蔽，经良好的滤波压和后输出直流电电流。电力电子技术的不断创新，使开关电源产业有着广阔的发展前景。要加快我国开关电源产业的发展速度，就必须走技术创新之路，走出有中国特色的产学研联合发展之路，为我国国民经济的高速发展做出贡献[6]。
目 录
1 绪论 1
1.1 开关电源研究的背景及意义 1
1.2 近年来国内外开关电源的研究现状 1
1.2.1 拓扑结构的研究 2
1.2.2 控制技术的研究 3
1.2.3 软开关技术的研究 4
1.3 课题研究内容 5
1.3.1 拓扑结构的研究 5
1.3.2 研制一款半桥式多路输出开关电源 5
1.3.3 对多路输出开关电源交叉调整率问题的研究 6
2 300W多路输出开关电源的方案论证与电路设计 7
2.1 电路拓扑结构方案论证 7
2.1.1 反激变换电路 7
2.1.2正激变换电路 8
2.1.4 半桥变换电路 9
2.1.5 全桥变换电路 10
2.2 半桥变换器输出功率限制 11
2.2 300W 多路输出开 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
关电源功率电路设计 12
2.2.1 变压器参数的计算 12
2.2.2 开关管、整流二极管的计算 14
2.2.3 输出电感的设计 15
2.2.4 输出电容的设计 16
2.3 300W多路输出开关电源主电路设计 16
2.3.1 输入EMI滤波电路 17
2.3.2 整流滤波电路 18
2.3.3半桥变换电路 18
2.3.3 输出整流滤波电路 19
2.4 300W多路输出开关电源稳压电路设计 19
2.4.1 稳压电路原理分析 19
2.4.2 TL431简介 20
2.5 300W多路输出开关电源POWERGOOD CIRCUIT 设计 21
2.5.1 POWERGOOD CIRCUIT 设计 21
2.5.2 LM393简介 22
3 多路输出开关电源控制技术研究 23
3.1 控制技术 23
3.2 TL494简介 24
3.2.1 TL494各管脚功能 24
3.2.2 TL494 主要特征 24
3.2.3 TL494的工作原理 25
3.2.4 TL494的极限参数 25
3.3 TL494外围电路设计 26
3.4 关于半桥式多路输出交叉调整率的研究 26
4 硬件调试波形 30
4.1 开关管波形 31
4.2 PWM波形 34
4.3 交叉调整率 35
5 总结与展望 36
5.1 总结 36
5.2 展望 36
致谢 38
参考文献 39
附录 原理图 41
绪论
1.1 开关电源研究的背景及意义
自20世纪70年代起,开关电源重量轻体积小以及电源变换效率高等特点,被广泛应用于工业自动控制、军工设备、LED照明、通讯、电力等场合。电源已经成为一个关键的基本学科，被广泛应用于各行各业，从日常生活到最前沿的科学离不开电力技术。开关电源容量、重量主要由原装（磁性元件和电容器）的储能，因此开关电源的小型化基本上可以减少原来储能的体积，在一定范围内节约能源。
早期,人们获得多路输出电源的主要措施是把几个独立的DC/DC变换器连接起来，这种方式导致电源体积和资金的提升，于是人们探索多路输出技术[1]。现如今实现多路输出的技术主要有双变压器多路输出技术,单变压器的多绕组实现技术,单绕组实现技术以及单电感实现技术。对于使用单个变压器实现多路输出的技术,常用的方法是通过增加变压器的次级绕组。而利用多绕组实现多路输出的技术，主要的电路形式有变压器耦合调节式、耦合电感调节式、加权电压调节式、后置调节式等。上面变换器的多路输出实现都是利用多个二次侧绕组,而且二次侧都用二极管整流,单绕组技术是相对于多个绕组而言的,是利用变压器同一个次级绕组产生多路输出的技术。多路输出技术的特点是需要较少的电感、功率器件和控制环,降低电源的成本和体积,而且这种拓扑很容易被拓展来实现多路输出。但这种技术采用新颖的TM控制策略,要求变换器只能工作在不连续导通模态。这种多路输出变换器适用于各种便携式设备。电路模式设计简单,可在主路要求精确稳压,而对辅路电源要求不高的场合下应用。
多路输出技术经过不断更新进步,如今将伴随着移动通讯设备,数字处理系统的发展,朝着纤巧、高效、低成本的方向发展,且已成为片上电源管理系统采用的有效节能手段。
1.2 近年来国内外开关电源的研究现状
目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以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；并对开关电源提出了小型轻量要求，此外要求开关电源效率要更高、性能更好、可靠性更高等。当前，各国正在努力开新器件、新材料以及改进装连方法，进一步提高效率，缩小体积，降低价格，以解决开关电源面临的课题，即环境适配性，包括噪声与谐波等的电磁适配性，以及同人类之间的安全适配性等。开关电源虽有很多优点，但它是强电流高频电路。除了电压调整器的输入、输出端口的电容必须是与工作频率适应的高频电容外，抑制电感和导线的磁场干扰及射频辐射干扰是必须注意的问题。在电压调整器中和输出滤波器中的电感，要通过单向性强电流[3]。为作有效的磁屏蔽并抑制辐射，宜用有气隙(防磁饱和)的铁氧体作为磁芯的线圈。此外，开关电源和有关的元件要有较好的电磁屏蔽，经良好的滤波压和后输出直流电电流。电力电子技术的不断创新，使开关电源产业有着广阔的发展前景。要加快我国开关电源产业的发展速度，就必须走技术创新之路，走出有中国特色的产学研联合发展之路，为我国国民经济的高速发展做出贡献[6]。
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