单端反激式开关电源研究与设计

摘要

电源是保证电气设备正常、可靠、稳定工作不可或缺的重要组成部分，其中开关电源以高效、节能、轻便等优势成为研究的热点。随着电力电子技术的发展、功率器件的革新、芯片集成化和电源模块化技术的深入，更小损耗、更加经济、更实用化的开关电源正在得到广泛应用。本文设计了一款单端反激式小功率开关电源。
　　 在深入研究分析开关电源相关理论和关键技术的基础上，完成单端反激式开关电源系统设计；完成具体模块电路详细设计，包括EMI滤波电路、高频变压器、前级保护和整流桥电路、无源钳位RCD电路、SR电路、控制环路以及输出端滤波电路等；合理选择、设计和分配了开关电源各电路参数；设计出电路原理图；通过Cadence16.2对电路进行建模与仿真，验证了电源设计参数的合理性：根据设计规范制作出PCB，并组装出电源样机；最后对设计的样机进行测试验证。
　　 开关电源样机输出电压准确度分别为0.78％(5V)、0.42％(12V)、0.5％(-12V)，均在1％误差范围之内，电压稳定性较高；输出负载调整率分别为2％(5V)、2.17％(12V)、2.25％(-12V)，符合小于等于±3％的要求；输出电压纹波分别为24mV(5V)、34mV(12V)、36mV(-12V)，纹波较小，符合设计规范小于50mV的要求；纹波系数分别为0.48％(5v)、0.28％(12V)、0.3％(-12V)，均小于1％的标准；经测试高频变压器各项指标符合设计要求，且发热量较小。样机整体测试结果表明，电源各项指标均符合要求，输出稳定，性能良好。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 开关电源及发展现状

1.2 课题背景和研究意义

1.3 本文主要工作和内容安排

第二章 单端反激式开关电源系统级分析

2.1 电源设计指标

2.2 主电路拓扑

2.2.1 工作过程分析

2.2.2 工作方式选取

2.3 控制电路分析

2.3.1 PWM脉冲宽度调制

2.3.2 PFM脉冲频率调制

2.3.3 PWM-PFM脉宽脉频综合调制

2.4 系统整体架构

2.5 本章小结

第三章 单端反激式开关电源电路级设计

3.1 EMI滤波器设计

3.1.1 EMI分析

3.1.2 EMI滤波器参数设置

3.2 高频变压器设计

3.2.1 估算输出和输入功率

3.2.2 计算最小和最大直流输入电压及电流

3.2.3 计算脉冲信号最大占空比

3.2.4 估算峰值电流和纹波电流

3.2.5 磁芯尺寸确定方法

3.2.6 AP法参数设计

3.3 前级保护和整流桥电路

3.3.1 保护电路选择

3.3.2 整流桥参数设计

3.4 无源钳位RCD电路设计

3.4.1 漏感抑制

3.4.2 无源RCD钳位电路分析

3.4.3 无源RCD钳位电路参数设计

3.5 TOP243Y分析及外围电路设计

3.5.1 TOP243Y功能分析

3.5.2 TOP243YT作原理分析

3.5.3 TOP243Y外围电路设计

3.6 SR电路设计

3.6.1 SR技术分析

3.6.2 SR驱动方式

3.6.3 SR电路分析

3.6.4 SR参数设计

3.7 控制环路设计

3.7.1 控制环路工作方式分析

3.7.2 电流型控制电路设计

3.7.3 参数设置和分析

3.8 输出端滤波电路设计

3.9 设计电路整体原理图

3.10 本章小结

第四章 单端反激式开关电源软件仿真与PCB设计

4.1 建模仿真和结果分析

4.1.1 建模仿真

4.1.2 波形测量与结果分析

4.2 PCB设计

4.2.1 设计步骤及注意事项

4.2.2 PCB整体布局

4.3 本章小结

第五章 单端反激式开关电源设计测试与分析

5.1 开关电源启动特性

5.2 效率测量和分析

5.3 输出电压准确度计算

5.4 高频变压器电气性能测试

5.5 测量开关电源电压/电流波形

5.6 负载调整率测量和分析

5.7 纹波测量与分析

5.8 本章小结

结论和展望

致谢

参考文献