反激式开关电源的设计与测试【字数：9740】
本文首先介绍了开关电源的发展背景以及未来的发展趋势，然后基于NCP12510设计了一款单端反激式开关电源。随着输入电压变化，稳压器TLV431反馈输出电压信号与PWM控制芯片NCP12510参考电压进行比较，继而改变开关管开通关断的时间，使输出电压达到稳定。硬件部分主要介绍了系统各个电路模块包括整流滤波电路、缓冲吸收回路、反馈稳压电路、PWM控制芯片外围电路的设计，变压器参数的计算以及对纹波、负载调整率、电压调整率、空载功耗的测试。软件部分则是使用LabVIEW设计了一个输出电压测试程序，采集电源的输出电压信号与标准值进行比较，对板子是否合格进行初步判断。
目录
1. 前言 1
1.1开关电源的发展背景 1
1.2开关电源的现状及发展趋势 1
2. 系统设计 3
2.1设计目标 3
2.2方案设计 3
2.2.1硬件方案 3
2.2.2软件方案 4
3. 硬件设计 5
3.1 EMI滤波整流电路 5
3.2反激变换器 6
3.2.1反激变换器工作模式选择 7
3.2.2反激变换器参数计算 7
3.3 RCD钳位吸收回路 11
3.4 PWM控制芯片外围电路 13
3.4.1 PWM控制芯片 13
3.4.2芯片外围电路 14
3.5 输出稳压电路 15
3.6 PCB 绘制 16
4. 系统调试 17
4.1电压调整率 17
4.2纹波及噪声 18
4.3瞬态输入浪涌电流 19
4.4负载调整率 19
4.3空载功耗、效率 20
5. 软件设计 21
5.1前面板设计 21
5.2程序框图设计 22
6.非技术因素影响 25
6.1 环境可持续发展 25
6.2社会影响 25
结语 26
参考文献 27
致谢 29 前言
1.1开关电源的发展背景
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异，我们对生活品质的要求也逐渐提高，越来越多的智能家电产品开始走进生活。作为电器产品的基本组成部分，电源的性能能够直接对产品的稳定性及工作能耗等产生一定的影响，而电源的成本和工作效率也会影响产品最终的价格。本课题即以设计一款高效节能的用于卫浴控制器的电源系统为目标展开。
目前一般的的电子产品中，直流稳压电源大多使用线性电源和开关电源两类。线性稳压电源发展起源较早，技术相较开关电源成熟许多，且在使用过程中具有稳定、输出纹波小，可靠性强的优点，但其同时也存在功耗较大，散热较高、体积大等问题，因而在小型电器、小功率场合使用中有所制约。正是由于线性稳压电源的不足以及人们对于效率高、体积小的新型能源的迫切需求，开关电源面世了。
上个世纪50年代，小型、轻量、高效的开关电源在美国宇航局搭载火箭的需求下被开发出来。60年代，各种功率开关管相继出现，工频降压变压器逐渐被弃用，开关电源得以在高频率下工作。70年代，高温电容、快恢复肖特基二极管、高频变压器磁芯材料等元器件的出现则使得开关电源得到进一步完善。而到了70年代后期，脉宽调制控制器问世，开关电源趋向集成化，已经能够广泛应用至彩色电视机、军事电子设备、精密仪表等领域。进入80年代后，IGBT的使用使得开关电源在中大功率的应用场合也占据了一席之地。可以说在一步步的发展中，开关电源逐渐成为了电源市场一个重要分支。
1.2开关电源的现状及发展趋势
为响应国家建设资源节约型社会的号召，开关电源也需要更加节能环保。因此，目前的开关电源也在往高频化、模块化、数字化、绿色化几个方向发展。
高频化，即提高电气设备的工作频率，同时减小体积和重量，有效节约生产材料和能源消耗。
模块化，即将实现一个功能的硬件安装到一个模块中，减少元器件之间的连接线，降低寄生参数从而提高系统稳定性。模块化的处理，同时也能简化操作，方便用户的使用，开发用户自定义的个性化功率模块在日前的产品设计中已逐渐成为一种趋势。
数字化，近年来，渐趋完善的数字信号处理技术，使得电源的控制从模拟控制逐渐过渡到数字控制。将开关电源的高效与数字芯片的智能结合，能有效减少可杂散信号的干扰，对信号的监测更加精确，快速。
绿色化，目前市场上的产品普遍开始关注节能环保问题，传统的电子设备因向电网注入高次谐波电流，降低流入电流总功率，会导致电网电压耦合的过程中产生很多的毛刺尖峰，从而对电网产生污染。而未来的发展趋势，是要减少对用电网络的污染。因此，很多新型拓扑和控制技术出现，大大的将开关的工作效率提高，逐步实现了节能的目标。
系统设计
2.1设计目标
1.电压输入：AC85VAC300V/50Hz；
2.输出电压：DC3V±5%；
3.额定电流：500mA,过载保护电流1.2A1.5A；
4.输入电压调整率≤1%；
5.纹波及噪声 ≤输出电压的1%，即控制在30mV以内；
6.瞬态输入浪涌电流≤36A；
7.负载调整率≤5%；
8.空载功耗<0.2W，平均效率>60%。
在设计过程中预设如下参数：
交流电压输入：85VAC~300VAC；
直流电流输出：1A；
效率η：70%（一般低压输出，η取0.7～0.75，高压输出，η取0.8～0.85）；
开关频率：65KHz。
2.2方案设计
2.2.1硬件方案
方案一：使用问世较早的UC3842芯片作为PWM控制IC，该芯片价格低廉，且技术较为成熟，在网上可以找到很多可供参考的设计案例，设计起来容易一些。且将该芯片放置在变压器一次侧，利用整流后的直流电压直接进行供电，可以不需要另外设计启动电路。但是这种方案也有一些不足之处，即UC3842本身有0.3W左右的损耗，启动电阻也有接近1W的损耗，会很大的影响小功率的开关电源的效率。
目录
1. 前言 1
1.1开关电源的发展背景 1
1.2开关电源的现状及发展趋势 1
2. 系统设计 3
2.1设计目标 3
2.2方案设计 3
2.2.1硬件方案 3
2.2.2软件方案 4
3. 硬件设计 5
3.1 EMI滤波整流电路 5
3.2反激变换器 6
3.2.1反激变换器工作模式选择 7
3.2.2反激变换器参数计算 7
3.3 RCD钳位吸收回路 11
3.4 PWM控制芯片外围电路 13
3.4.1 PWM控制芯片 13
3.4.2芯片外围电路 14
3.5 输出稳压电路 15
3.6 PCB 绘制 16
4. 系统调试 17
4.1电压调整率 17
4.2纹波及噪声 18
4.3瞬态输入浪涌电流 19
4.4负载调整率 19
4.3空载功耗、效率 20
5. 软件设计 21
5.1前面板设计 21
5.2程序框图设计 22
6.非技术因素影响 25
6.1 环境可持续发展 25
6.2社会影响 25
结语 26
参考文献 27
致谢 29 前言
1.1开关电源的发展背景
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异，我们对生活品质的要求也逐渐提高，越来越多的智能家电产品开始走进生活。作为电器产品的基本组成部分，电源的性能能够直接对产品的稳定性及工作能耗等产生一定的影响，而电源的成本和工作效率也会影响产品最终的价格。本课题即以设计一款高效节能的用于卫浴控制器的电源系统为目标展开。
目前一般的的电子产品中，直流稳压电源大多使用线性电源和开关电源两类。线性稳压电源发展起源较早，技术相较开关电源成熟许多，且在使用过程中具有稳定、输出纹波小，可靠性强的优点，但其同时也存在功耗较大，散热较高、体积大等问题，因而在小型电器、小功率场合使用中有所制约。正是由于线性稳压电源的不足以及人们对于效率高、体积小的新型能源的迫切需求，开关电源面世了。
上个世纪50年代，小型、轻量、高效的开关电源在美国宇航局搭载火箭的需求下被开发出来。60年代，各种功率开关管相继出现，工频降压变压器逐渐被弃用，开关电源得以在高频率下工作。70年代，高温电容、快恢复肖特基二极管、高频变压器磁芯材料等元器件的出现则使得开关电源得到进一步完善。而到了70年代后期，脉宽调制控制器问世，开关电源趋向集成化，已经能够广泛应用至彩色电视机、军事电子设备、精密仪表等领域。进入80年代后，IGBT的使用使得开关电源在中大功率的应用场合也占据了一席之地。可以说在一步步的发展中，开关电源逐渐成为了电源市场一个重要分支。
1.2开关电源的现状及发展趋势
为响应国家建设资源节约型社会的号召，开关电源也需要更加节能环保。因此，目前的开关电源也在往高频化、模块化、数字化、绿色化几个方向发展。
高频化，即提高电气设备的工作频率，同时减小体积和重量，有效节约生产材料和能源消耗。
模块化，即将实现一个功能的硬件安装到一个模块中，减少元器件之间的连接线，降低寄生参数从而提高系统稳定性。模块化的处理，同时也能简化操作，方便用户的使用，开发用户自定义的个性化功率模块在日前的产品设计中已逐渐成为一种趋势。
数字化，近年来，渐趋完善的数字信号处理技术，使得电源的控制从模拟控制逐渐过渡到数字控制。将开关电源的高效与数字芯片的智能结合，能有效减少可杂散信号的干扰，对信号的监测更加精确，快速。
绿色化，目前市场上的产品普遍开始关注节能环保问题，传统的电子设备因向电网注入高次谐波电流，降低流入电流总功率，会导致电网电压耦合的过程中产生很多的毛刺尖峰，从而对电网产生污染。而未来的发展趋势，是要减少对用电网络的污染。因此，很多新型拓扑和控制技术出现，大大的将开关的工作效率提高，逐步实现了节能的目标。
系统设计
2.1设计目标
1.电压输入：AC85VAC300V/50Hz；
2.输出电压：DC3V±5%；
3.额定电流：500mA,过载保护电流1.2A1.5A；
4.输入电压调整率≤1%；
5.纹波及噪声 ≤输出电压的1%，即控制在30mV以内；
6.瞬态输入浪涌电流≤36A；
7.负载调整率≤5%；
8.空载功耗<0.2W，平均效率>60%。
在设计过程中预设如下参数：
交流电压输入：85VAC~300VAC；
直流电流输出：1A；
效率η：70%（一般低压输出，η取0.7～0.75，高压输出，η取0.8～0.85）；
开关频率：65KHz。
2.2方案设计
2.2.1硬件方案
方案一：使用问世较早的UC3842芯片作为PWM控制IC，该芯片价格低廉，且技术较为成熟，在网上可以找到很多可供参考的设计案例，设计起来容易一些。且将该芯片放置在变压器一次侧，利用整流后的直流电压直接进行供电，可以不需要另外设计启动电路。但是这种方案也有一些不足之处，即UC3842本身有0.3W左右的损耗，启动电阻也有接近1W的损耗，会很大的影响小功率的开关电源的效率。
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