top224的反激式开关电源设计
摘 要在科技日益发达的今天，开关电源在我们日常生活中的应用日益广泛，小到日常使用的蓄电池，大到军用设备中的应用。开关电源具有轻量、体积小以及高效率等等特性，因此在各种电气设备系统中得到广泛应用，开关电源性能的好坏直接与整个系统功能的实现相关。本文主要介绍反激式开关电源，反激式开关电源因其设计简单、体积小巧等等优良的性能在很多小功率场合得到应用。我们日常的开关电源由输入、输出、控制以及变换四个基本部分组成。其中，输入电路又包括输入整流和输入滤波电路。控制电路又包括了采样电路、电源电路、比较放大电路以及开关控制电路。输出电路包括了输出整流电路和输出滤波电路。最后，还有很重要的保护电路和校正电路，以及其他一些基本外设辅助电路。本文主要介绍一种基于TOP224的反激式开关稳压电源。TOP224芯片由美国POWER INTEGRATION公司生产，是TOP系列中比较常用的一种三端离线式PWM集成芯片的反激式稳压电源。文中我们主要分析了TOP224的工作原理、主要参数，引脚参数以及内部组成。本文还介绍了本次设计的50W输出5V的反激式开关电源的系统组成，对系统的输入EMI滤波、输入整流桥设计、钳位保护设计、输出整流滤波设计、反馈控制设计、变压器设计以及相应的保护电路设计。按照指标要求，对实际参数值进行了计算，并且进行电路的设计，器件的选取判断实际的可行性。
目 录
第一章 绪论 1
1.1开关电源的发展历史 1
1.2 开关电源的主流趋势 2
1.3开关电源的优缺点 2
1.4开关电源的应用 2
1.5本课题选题意义及所做工作 3
第二章 开关电源简介 5
2.1开关电源的基本结构 5
2.2开关电源的分类 5
2.3开关电源的结构形式 5
2.4反激式开关电源特点 11
2.5反激式开关电源基本原理 11
第三章 开关电源系统设计 13
3.1基于TOP224的反激式开关电源设计的原理图 13
3.2 TOP224的主要性能特性和工作原理 13
3.3各子电路设计 15
第四章 实验分析 22
4.1空载
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
波形实验分析 22
4.2输出额定功率为一半时实验分析 22
4.3额定输出功率时的实验分析 22
结束语 24
致 谢 25
参考文献 26
附录A 27
第一章 绪论
1.1开关电源的发展历史
1970年，荷兰科学家罗乃第研发出了开关电源。在这之前，一般使用的是传统的线性电源。开关电源实际上是一种电能变换器，它是由占空比控制的开关电路构成，主要用于交流与直流的电能变换以及直流与直流的电能变换。实际生活中，开关电源的功率一般从零点几瓦到数十千瓦，被广泛用于生产、生活、科研等各大领域。小到空调机箱、电源适配器等电子电气产品，大到卫星发射，军事船舶行驶中，我们都可以见到开关电源的身影。
随着脉宽调制技术的不断发张，将脉宽调制技术运用到开关电源中也是大势所趋了。脉宽调制技术控制的开关电源能够大幅度的减少能源的消耗。这项重要的突破，在开关电源发展史上有很大的影响。脉宽调制开关电源利用20KHz的载波进行脉冲宽度调制，可以使电源效率达到65%～70%。在提高效率的同时，开关电源也在向着小型化不断发展，高频化的发展使得开关电源的发展领域更加广泛。
随着工业革命的不断进行，电力电子技术的发展不断加速，电子设备也终将运用到更大的领域，日益融入人们生活生产的方方面面。根据能量守恒定律，不存在“永动机”是个事实。同样的，电子设备不可能无缘无故的运作，必须给他们加上电源电路，用电源驱动设备的正常运动。一个好的电源，将会相应的提高电子设备的运行效率。当使用的各种电子器件不断趋向于集成化小型化时，并且处理的速度更加快，开关电源也就必须向着小型化轻量化发展，这样才能配合各种电子设备使用。当供不应求时，发展也会相应的到来。只有不断的发展进步，开关电源才能符合新时代的需求。集成化和智能化正是当今社会人们对开关电源的需求，所以功能强大以及高度的集成也是我们研究发展开关电源的主流方向。
我们日常的开关电源由输入、输出、控制以及变换四个基本部分组成。其中，输入电路又包括输入整流和输入滤波电路。控制电路又包括了采样电路、电源电路、比较放大电路以及开关控制电路。输出电路包括了输出整流电路和输出滤波电路。最后，还有很重要的保护电路和校正电路，以及其他一些基本外设辅助电路。
现在我们所用的单片电源，很多都是美国动力（PI）公司的产品，比如说电气维修中仪器仪表、日常使用的笔记本电脑、手机。单片电源电路由开关功率管、振荡器以及控制电路等等组成。这种单片电源是一种三端元件，在150W的电源设计中使用的比较多。
1.2 开关电源的主流趋势
⑴绿色化：在我们身处的21世纪，绿色是一个很重要的主题。开关电源也慢慢向着节约能源以及不产生污染的方向发展。
⑵小型化：为满足现今时代发展的要求，小型化是必须考虑到的一个问题。只有小型化，才能更加充分的融入我们生活。比如我们平常使用的笔记本电脑等等。
⑶数字化：数字化的发展能让开关电源的运行更加准确，更加快速，更加智能。与传统的模拟电源相比，数字电源就有很大的优势。但是，促进模拟电路与数字电路的融合使用，未尝不是一件提高运行效率的设计。
⑷集成化：为了提高开关电源运行的可靠性，整机厂家与元器件厂家联合开发设计也终将会是一种发展趋势。简单来说，就是将一台整机的几乎所有硬件都直接存在在PCB板上，使大量元器件之间不再有传统的引线相连，从而把电源元器件所承受的电力尽可能下降到最低，从而达到提高系统可靠性的目的。
1.3开关电源的优缺点
1.3.1反激式开关电源的优点
①电路简单体积小。输出电压受到占空比的控制，相对于正激式开关电源来要高得多。
②反激式开关电源多用于功率比较小以及多路输出情况。
③反激式开关电源不需要像其他开关电源一样附加磁复位绕组进行工作。
④反激式开关电源电压器既具有储能的功能，也具有变压和隔离的功能。
1.3.2反激式开关电源的缺点
①反激式开关电源的电压的输出性能较正激式开关电源来说，反激式差一点。
②反激式开关电源的瞬态控制特性相对来说比较差。
③反激式开关电源变压器初级和次级线圈的漏感都相对大一点，漏感大了会使得开关电源的变压器工作效率相应有点下降。并且大漏感容易产生次级反向电压，这样容易产生开关功率管击穿的风险。
1.4开关电源的应用
1.工业金属焊接切割：
全世界每年生产钢材的百分之五十都不能直接使用，都要经过工业的加工处理成相应的磨具再投入使用。然而，加工钢材就需要相应的机器来运行，比例差不多4:1。高频开关整流焊接电源与传统的焊接电源相比，在体积质量上是很大的突破。并且，还具有高效的节能，焊接的产品更加优质等等特性。
2．表面处理工程：
用于电镀行业的整流电源，具有低电压和大电流的特性。直流电镀和脉冲电镀的结合使用，可以使镀层表面均匀、耐腐蚀并且光滑无裂缝。
3．在环境保护中的应用
烟气净化技术使用的是脉冲电晕加氨脱硫，这是一种很有前景的技术，对解决世界性三大环保问题之一的酸雨有很大帮助。
高频开关电源在废水处理中也有相应的应用，它利用强脉冲放电所产生的等离子体形成强烈辐射能，进入水中产生各种游离基。这些游离基可以去除工业废水中的有害杂质。
4.在激光中的应用
激光在国防、工业加工、医疗卫生等领域用于靶场试验，杀伤武器、防御、打孔、成形、修模、手术、修复等。激光器的电源使用高频开关电源提供能源，正好避免了晶闸管开关的缺点。
目 录
第一章 绪论 1
1.1开关电源的发展历史 1
1.2 开关电源的主流趋势 2
1.3开关电源的优缺点 2
1.4开关电源的应用 2
1.5本课题选题意义及所做工作 3
第二章 开关电源简介 5
2.1开关电源的基本结构 5
2.2开关电源的分类 5
2.3开关电源的结构形式 5
2.4反激式开关电源特点 11
2.5反激式开关电源基本原理 11
第三章 开关电源系统设计 13
3.1基于TOP224的反激式开关电源设计的原理图 13
3.2 TOP224的主要性能特性和工作原理 13
3.3各子电路设计 15
第四章 实验分析 22
4.1空载
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
波形实验分析 22
4.2输出额定功率为一半时实验分析 22
4.3额定输出功率时的实验分析 22
结束语 24
致 谢 25
参考文献 26
附录A 27
第一章 绪论
1.1开关电源的发展历史
1970年，荷兰科学家罗乃第研发出了开关电源。在这之前，一般使用的是传统的线性电源。开关电源实际上是一种电能变换器，它是由占空比控制的开关电路构成，主要用于交流与直流的电能变换以及直流与直流的电能变换。实际生活中，开关电源的功率一般从零点几瓦到数十千瓦，被广泛用于生产、生活、科研等各大领域。小到空调机箱、电源适配器等电子电气产品，大到卫星发射，军事船舶行驶中，我们都可以见到开关电源的身影。
随着脉宽调制技术的不断发张，将脉宽调制技术运用到开关电源中也是大势所趋了。脉宽调制技术控制的开关电源能够大幅度的减少能源的消耗。这项重要的突破，在开关电源发展史上有很大的影响。脉宽调制开关电源利用20KHz的载波进行脉冲宽度调制，可以使电源效率达到65%～70%。在提高效率的同时，开关电源也在向着小型化不断发展，高频化的发展使得开关电源的发展领域更加广泛。
随着工业革命的不断进行，电力电子技术的发展不断加速，电子设备也终将运用到更大的领域，日益融入人们生活生产的方方面面。根据能量守恒定律，不存在“永动机”是个事实。同样的，电子设备不可能无缘无故的运作，必须给他们加上电源电路，用电源驱动设备的正常运动。一个好的电源，将会相应的提高电子设备的运行效率。当使用的各种电子器件不断趋向于集成化小型化时，并且处理的速度更加快，开关电源也就必须向着小型化轻量化发展，这样才能配合各种电子设备使用。当供不应求时，发展也会相应的到来。只有不断的发展进步，开关电源才能符合新时代的需求。集成化和智能化正是当今社会人们对开关电源的需求，所以功能强大以及高度的集成也是我们研究发展开关电源的主流方向。
我们日常的开关电源由输入、输出、控制以及变换四个基本部分组成。其中，输入电路又包括输入整流和输入滤波电路。控制电路又包括了采样电路、电源电路、比较放大电路以及开关控制电路。输出电路包括了输出整流电路和输出滤波电路。最后，还有很重要的保护电路和校正电路，以及其他一些基本外设辅助电路。
现在我们所用的单片电源，很多都是美国动力（PI）公司的产品，比如说电气维修中仪器仪表、日常使用的笔记本电脑、手机。单片电源电路由开关功率管、振荡器以及控制电路等等组成。这种单片电源是一种三端元件，在150W的电源设计中使用的比较多。
1.2 开关电源的主流趋势
⑴绿色化：在我们身处的21世纪，绿色是一个很重要的主题。开关电源也慢慢向着节约能源以及不产生污染的方向发展。
⑵小型化：为满足现今时代发展的要求，小型化是必须考虑到的一个问题。只有小型化，才能更加充分的融入我们生活。比如我们平常使用的笔记本电脑等等。
⑶数字化：数字化的发展能让开关电源的运行更加准确，更加快速，更加智能。与传统的模拟电源相比，数字电源就有很大的优势。但是，促进模拟电路与数字电路的融合使用，未尝不是一件提高运行效率的设计。
⑷集成化：为了提高开关电源运行的可靠性，整机厂家与元器件厂家联合开发设计也终将会是一种发展趋势。简单来说，就是将一台整机的几乎所有硬件都直接存在在PCB板上，使大量元器件之间不再有传统的引线相连，从而把电源元器件所承受的电力尽可能下降到最低，从而达到提高系统可靠性的目的。
1.3开关电源的优缺点
1.3.1反激式开关电源的优点
①电路简单体积小。输出电压受到占空比的控制，相对于正激式开关电源来要高得多。
②反激式开关电源多用于功率比较小以及多路输出情况。
③反激式开关电源不需要像其他开关电源一样附加磁复位绕组进行工作。
④反激式开关电源电压器既具有储能的功能，也具有变压和隔离的功能。
1.3.2反激式开关电源的缺点
①反激式开关电源的电压的输出性能较正激式开关电源来说，反激式差一点。
②反激式开关电源的瞬态控制特性相对来说比较差。
③反激式开关电源变压器初级和次级线圈的漏感都相对大一点，漏感大了会使得开关电源的变压器工作效率相应有点下降。并且大漏感容易产生次级反向电压，这样容易产生开关功率管击穿的风险。
1.4开关电源的应用
1.工业金属焊接切割：
全世界每年生产钢材的百分之五十都不能直接使用，都要经过工业的加工处理成相应的磨具再投入使用。然而，加工钢材就需要相应的机器来运行，比例差不多4:1。高频开关整流焊接电源与传统的焊接电源相比，在体积质量上是很大的突破。并且，还具有高效的节能，焊接的产品更加优质等等特性。
2．表面处理工程：
用于电镀行业的整流电源，具有低电压和大电流的特性。直流电镀和脉冲电镀的结合使用，可以使镀层表面均匀、耐腐蚀并且光滑无裂缝。
3．在环境保护中的应用
烟气净化技术使用的是脉冲电晕加氨脱硫，这是一种很有前景的技术，对解决世界性三大环保问题之一的酸雨有很大帮助。
高频开关电源在废水处理中也有相应的应用，它利用强脉冲放电所产生的等离子体形成强烈辐射能，进入水中产生各种游离基。这些游离基可以去除工业废水中的有害杂质。
4.在激光中的应用
激光在国防、工业加工、医疗卫生等领域用于靶场试验，杀伤武器、防御、打孔、成形、修模、手术、修复等。激光器的电源使用高频开关电源提供能源，正好避免了晶闸管开关的缺点。
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