494开关稳压电源
0 height=19> \* MERGEFORMAT ，则变压器副边各路电压分别为：
故各路输出副边匝数分别为：
⒋ 电流密度的计算 功率开关变压器的电流密度Ｊ可由下式来计算：
公式中的Ｊ为功率开关变压器的电流密度，单位为Ａ／m㎡。 ⒌ 漆包线的选择 功率开关变压器中名绕组所选用的铜导线是根据变压器中的工作电流和电流密度确定的。可用下式来计算：
上面三个公式中的S1、S2、Smi分别为功率开关变压器各绕组中所选铜导线的截面积，单位为m㎡；I1、I2、Ii分别为功率开关变压器各绕组中所通过电流的有效值，单位为A。采用上面的公式计算功率开关变压器各绕组所先铜导线的截面积时，不论是初级绕组还是次级绕组，均可适应。按照上面的公式计算出所需铜导线截面积后，在选择铜导线时，还应该考虑趋肤效应的影响。当导线有交流电流流过时，因导线内部和边缘部分所交链的磁通不同，就会导致导线截面上的电流产生不均匀分布，相当于导线有效截面积减小了，这种现象称为趋肤效应。功率开关变压器的工作频率在20KHz以上，随着工作频率的提高，趋肤效应所带来的影响愈趋明显。因此，在设计时必须慎重考虑趋肤效应所引起的导线截面积的减小问题。 ① 穿透深度 穿透深度指的是由于趋肤效应，高频效应电流沿导体表面能够达到的径向深度。导线流过高频交流电流时，有效截面积的减小可用穿透深度与交流电流的频率、导线的磁导率以及电导率之间的关系为：
式中的△H为穿透深度，单位为mm；
上式中的F为导线上所流过交流电流的频率，单位为Hz。当流过圆铜导线上的高频交流电流频率为50kHz时，趋肤效应所导致的穿透深度为０.2955△H／mm。 ② 导线的选择原则 在选择所要使用的功率开关变压器初、次级绕组的导线线径时，一定要使导线的直径小于两倍的由于趋肤效应所引起的穿透深度。因此在本次设计中，由于工作在50kHz的频率下，趋肤效应所导致的穿透深度为0.2955△H／mm，所以导线的直径应为：
根据功率开关变压器各绕组的工作电流和所规定的电流密度，可以确定所要采用的导线规格，其计算公式如3.41所示。考虑到铜线的电流密度可取3～6A/m㎡，这里取4A/m㎡。 计算原边最大工作电流。在最低交流输入电压为了180V时，变压器原边通过的电流一定是最大可能的工作电流，由
考虑到趋肤效应的影响，导线直径要小于0.5914mm。另外，考虑到铜线的电流密度可取 由副边各回路工作电流，可以计算所需导线的截面积，分别为：
因此，可以确定副边各绕组的铜芯直径为：Do1取0.3mm的漆包线进行2股并绕；Do2取0.40mm的漆包线进行2股并绕；Do3取0.50mm的漆包线绞结成4根进行并绕。 ③ 交流电阻的计算 当使用的导线线径大于两倍的穿透深度时，由于趋肤效应所引起的导线电阻将增加，因此应应用导线的交流有效电阻值来计算绕组的压降和损耗。其计算公式为：
上式中的d为实心圆铜导线的直径，单位为mm。 因此，各绕组的交流电阻分别为：
④ 电流有效值的计算 在功率开关变压器中，流过变压器绕组中的电流通常为矩形方波，计算各绕组的功率损耗时，应该采用电流的有效值，即均方根值来计算。电流有效值的计算公式如下式所示：
式中的Ip为矩形脉冲的峰值。 ⒍ 分布参数的计算 在开关稳压电源电路中使用的功率开关变压器所传输的是高频脉冲方波信号。在传输的瞬变过程中，漏感和分布电容会引起浪涌电流和尖峰电压及顶部振荡，造成损耗增加，严重时会导致功率开关损坏。在输出电压较高时，由于绕组的匝数和层数较多，因此就要考虑分布电容的影响和危害。同时，降低分布电容有利于抑制高频信号对负载的影响和干扰。对于同一个变压器，要同时减小和降低漏感和分布电容是非常困难的。因为二者的减小和降低是相互矛盾的，所以应根据不同的工作要求，使漏感和分布电容都压缩到最低极限值为宜。在功率开关变压器的设计和加工过程中，为了校验所设计和加工的功率开关变压器的分布参数是否在所规定的要求之下，就必需进行计算。计算内容包括漏感和分布电容的计算。 ①漏感的计算 变压器的漏感是由于初级与次级之间、层与层之间、匝与匝之间磁通没有完全耦合而造成的。通常采用初级绕组和次级绕组交替分层绕制的方法来降低变压器的漏感。但是，交替分层绕制使线圈结构复杂，绕制加工难度增加，分布电容增大。因此，在实际设计中，一般取线圈磁势组数M以不超过4为宜，其线圈绕制方法和漏感的计算方法如下： (1)罐型和芯式磁心漏感的计算方法 罐型和芯式磁心漏感的计算方法见表3.2所示。 表3.2 磁芯漏感的计算
式中：Ls为所计算的漏感值，单位为H；lm为初、次级绕组的平均厚度，单位为cm，hm为初、次级绕组的高度，单位为cm；
其中y为线圈结构参数，可由下式计算：
此式中的 (2)初、次级漏感的换算 由于初级绕组绕在最里边，因此可以认为初级绕组的的漏感为零。而次级绕组绕在最外边，其漏感则肯定不为零，可以采用下式计算：
式中Ls2为次级绕组的漏感值，单位为H；Lr为绕组的电感量，单位为H；
公式中的Ls1为次级换算至初级的漏感，单位为H；N1为初级绕组的匝数。 (3)减小漏感的措施 在功率开关变压器的设计计算和绕制加工过程中，可采取下列措施来减小漏感： Ⅰ. 尽量减少绕组的匝数，选用高饱和磁感应强度、低损耗的磁性材料。 Ⅱ. 尽量减小绕组的厚度，增加绕组高度。 Ⅲ. 尽可能减小绕组间的绝缘厚度。 Ⅳ. 采用分层交叉绕制方式绕制初、次级绕组。 Ⅴ. 对于环型磁心变压器，不管初次级绕组的匝数有多少，在绕制绕组时，均沿环形圆周均匀分布地绕制。 Ⅵ. 对于大电流工作状态下的环型磁心变压器，采用多绕组并联方式绕制并且尽可能地减小线径。 Ⅶ. 在输入电压不太高的情况下，初次级硗组采用双线并绕的加工工艺。 ⒎ 变压器损耗的计算 功率开关变压器的损耗包括绕组的铜耗和磁心的磁耗。绕组的铜耗取决于绕组线圈的材料、匝数和所选用绕组导线的粗细以及股数。此外，当传输功率固定时，在计算和设计功率开关变压器的过程中，一定要将各种参数尽可能地考虑进去，最后使得铜耗和磁耗保持相等和平衡。只在这样才能保证功率开关变压器中磁心温升与绕组线包的温升达到平衡或一致。 ① 绕组铜耗的计算。功率开关变压器名个绕组的铜耗取决于每一个绕组线圈中所流过的电流有效值和每一个绕组线圈导线的交流电阻。可用下式来计算：
上面三个公式中的Pm1、Pm2、Pmi分别为各个绕组的铜耗，单位为Ｗ；I1、I2、Ii分别为各个绕组中所流过的电流有效值，单位为A；Rm1、Rm2、Rmi分别为各个绕组的交流电阻，单位为
② 磁心磁耗的计算。功率开关变压器磁心的磁耗由工作频率、工作磁感应强度和磁性材料的性质等参数来决定。可用下式来计算：
式中：Pc为功率开关变压器磁心的磁耗，单位为Ｗ；Pc0为在工作频率和工作磁感应强度下，单位质量的磁心损耗，单位为Ｗ/kg；Gc为磁心的质量，单位为kg。 ③ 功率开关变压器总损耗的计算。功率开关变压器的总损耗就等于绕组的铜耗Pm和磁心的磁耗Pc之和。可用下式来计算：
绕组的铜耗Pm为功率开关变压器各个绕组铜耗之和，即公式：
公式中的Pz为功率开关变压器的总损耗，单位为W。 ⒏ 变压器温升的计算 功率开关变压器的温升有下列两个含义： ①在磁心的各个磁性参数都符合设计要求条件下的正常温升。 ②在特定条件下的温升。 在选择磁心时，由于受到某些外界因素和条件，如价格、外形尺寸以及磁心的加工制作的限制，使得所选用磁心的某些性能参数不能达到设计要求，如传输功率低于所计算的传输功率，磁心的面积乘积小于所要求的数值，窗口面积小于所要求的数值，使绕组的铜耗增大等，这样就会造成功率开关变压器的温升急剧升高。在这种情况下，必须采取强制风冷的方法，把变压器的温度降下来，使变压器强行来完成所要求传输的功率。 功率开关变压器输入功率的一部分由于损耗而将变成热量，从而使变压器的温度升高，并通过辐射和对流的共同作用，从变压器的外表面将这些热量的一部分散发掉。因此，变压器的温升与变压器的表面积的大小的关系十分密切。变压器温升的计算可以参照变压器的结构形式，按下列的方法进行计算：
式中：S1为变压器的表面积，单位为c㎡；Ap为磁心面积的乘积，单位为 功率开关变压器表面单位面积所损耗的平均功率q为
式中的q为功率开关变压器表面单位面积所损耗的平均功率，单位为 ⒐ 功率开关变压器设计中的一些重要参数和技术性能 功率开关变压器设计中的一些重要参数和技术性能主要包括磁心磁性材料的技术参数、绝缘材料及骨架材料的技术性能参数和功率开关变压器的装配及绝缘处理等内容。 ① 磁心磁性材料的技术参数 在半桥式直流变换器电路中所使用的功率变压器工作在双极性状态。在这种工作状态下，由于功率开关变压器的初级绕组在一个周期内要加上幅值和导通时间都相等而方向相反的脉冲方波电压，因此功率开关变压器磁心中所产生的磁通沿交流磁滞回线对称地一下移动，磁心工作于整个磁滞回线上，如图3.13所示。因此在一个周期中，磁感应强度从正最大值变化到负最大值，磁心中的直流磁化分量基本抵消。
图3.13 双极性功率开关变压器磁心的磁滞回线 由于铁氧体磁心价格便宜、加工简单、结构形式多种多样，因此得到了非常广泛的应用。但是，铁氧体磁心也存在着许多缺点，如饱和磁感应强度值较低，温度稳定性较差，易碎等。对于对体积、重量、环境条件及性能指标等方面要求不是很高的情况下还是有一定的优势。有关铁氧体磁性材料的主要磁性能参数如表3.9所示： 表3.9 铁氧体磁性材料主要磁性能参数
双极性工作状态下的功率开关变压器要求磁性材料具有较高的导磁率和较低的高频损耗。这点与单极性工作状态下的功率开关变压器的要求磁性材料具有较高的磁感应强度和较低的剩余磁感应强度有点区别。 开关电源用铁氧体磁性材应满足以下要求： a.具有较高的饱和磁通密度Bs和较低的剩余磁通密度Br 磁通密度Bs的高低，对于变压器和绕制结果有一定影响。从理论上讲，Bs高，变压器的绕组匝数可以减小，铜损也随之减小。 在实际应用中，开关电源高频变换器的电路形式很多，对于变压器而言，其工作形式可分为两大类： 1）双极性 电路为半桥、全桥、推挽等。变压器一次绕组里正负半周励磁电流大小相等，方向相反，因此对于变压器磁心里的磁通变化，也是对称的上下移动，B的最大变化范围为△B=2Bm，磁心中的直流分量基本抵消。 2）在高频下具有较低的功率损耗 铁氧体的功率损耗，不仅影响电源输出效率，同时会导致磁心发热，波形畸变等不良后果。变压器的发热问题，在实际应用中极为普遍，它主要是由变压器的铜损和磁心损耗引起的。如果在设计变压器时，Bm选择过低，绕组匝数过多，就会导致绕组发热，并同时向磁心传输热量，使磁心发热。反之，若磁心发热为主体，也会导致绕组发热。 选择铁氧体材料时，要求功率损耗随温度的变化呈负温度系数关系。这是因为，假如磁心损耗为发热主体，使变压器温度上升，而温度上升又导致磁心损耗进一步增大，从而形成恶性循环，最终将使功率管和变压器及其他一些元件烧毁。 3）适中的磁导率 相对磁导率究竟选取多少合适呢？这要根据实际线路的开关频率来决定，一般相对磁导率为2000的材料，其适用频率在300kHz以下，有时也可以高些，但最高不能高于500kHz。对于高于这一频段的材料，应选择磁导率偏低一点的磁性材料，一般为1300左右。 4）较高的居里温度 居里温度是表示磁性材料失去磁特性的温度，一般材料的居里温度在200℃以上，但是变压器的实际工作温度不应高于80℃，这是因为在100℃以上时，其饱和磁通密度Bs已跌至常温时的70％。因此过高的工作温度会使磁心的饱和磁通密度跌落的更严重。再者，当高于100℃时，其功耗已经呈正温度系数，会导致恶性循环。对于R2KB2材料，其允许功耗对应的温度已经达到110℃，居里温度高达240℃，满足高温使用要求。 ② 绝缘材料及骨架材料的技术性能参数 功率开关变压器中的绝缘材料和浸漆封装直接影响着功率开关变压器的转换效率和安全可靠性。 ⅰ绝缘压敏粘胶带 绝缘压敏粘胶带是近几年则研制成功后投放市场的新型材料，它以抗电绝缘强度高、使用方便、机械性能好、色彩鲜艳、价格低廉等优点而被广泛应用于各种变压器绕组的层间、绕组间、绕组和骨架之间的绝缘和外包绝缘。在功率开关变压器中所使用的粘胶带以聚脂、涤纶、聚氯乙烯为基材，用丙烯酸脂聚合物为粘合剂，经涂布、烘焙、加热交联而成压敏粘胶带。功率开关变压器中所使用的粘胶带必须满足以下要求：⒈粘胶性能好，抗剥离，具有一定的拉伸强度。 ⒉绝缘性能好，耐高压，耐有机溶剂，抗老化。 ⒊温度稳定性好，随着变压器的温升，对变压器各种稳定性的影响小，并且还要具有阻燃的良好特性。 ⒋色泽光洁鲜艳。 ⒌导热性能良好。 ③ 功率开关变压器的装配及绝缘处理 ⑴功率开关变压器的装配 功率开关变压器的装配也就是将绕制完成的线圈部件与磁心零件装配在一起，必要时还需装配屏蔽层和固定夹框。功率开关变压器的装配工艺流程如图3.14所示。 SHAPE \* MERGEFORMAT 图3.14 变压器装配工艺流程图 工艺流程可叙述如下： Ⅰ.调试。装配磁心前调整气隙之电感量，直到符合要求时为止。该工序只在磁心间的气隙需外加间隙时进行。若设计所规定的气隙是在磁心制造加工时就由磁心的生产厂家在磁心的中柱上磨削而成的话，则该工序可以免去。 Ⅱ.磁心上胶。目的是将磁心牢固地粘合在一起。 Ⅲ.装间隙片。选择与所计算出的气隙宽度相等的垫片分别粘于磁心的端面上。垫片一般均选择叠层绝缘纸，并与变压器端面外形相同。 Ⅳ.装磁心。将磁心套入绕有线圈的骨架内对齐粘合在一起。 Ⅴ.包胶带和装夹具。当设计文件规定在磁心四周要包扎压敏胶带时，可利用该胶带兼作磁心端面胶干燥固定装置，否则磁心粘合后还要用专用夹具将磁心固定后进行常温干燥或高温干燥。 Ⅵ.干燥。磁心上胶、浸渍后所进行的常温干燥或高温干燥。 Ⅶ.装屏蔽层。根据设计文件的要求和规定，在变压器的周围沿着绕线的方向采用较薄的金属宽带加装屏蔽层。 Ⅷ.修正。 ⑵功率开关变压器的绝缘处理——浸漆处理 功率开关变压器装配完成以后，还必须进行绝缘处理，也就是浸漆处理。这是因为浸漆处理后能够起到以下的作用。 Ⅰ.能够提高电器绝缘性能。 Ⅱ.能够增强耐潮湿性能。 Ⅲ.能够增强耐热性能和提高导热率。 Ⅳ.增加了机械强度，防止了匝间短路。 Ⅴ.能够提高化学稳定性。 Ⅵ.提高了外表的美观感，增强了防锈能力。 ⑶功率开关变压器的预烘、浸渍和干燥处理 Ⅰ.功率开关变压器的预烘处理。功率开关变压器预烘处理的目的是把变压器绝缘材料和空气中的潮气和水分除掉，要完成这一过程需要一定的温度和时间，有时甚至还需要采取抽真空、循环通风等方法来实现。去潮气和水分的本质是将水分蒸发出去。因此，为了加快蒸发的速度，缩短时间，可以将温度调得稍微高一些，但温度过高将会降低绝缘材料的寿命。一般采用的预烘温度为110～120℃（在正常压力下）；若在真空烘箱中预烘，预烘温度可以适当低一些，温度一般在80～110℃范围内。预烘一般都是在烘箱内加热干燥。可供预烘使用的烘箱有以下几种： ⅰ空气自然循环烘箱。 ⅱ强迫空气循环烘箱。 ⅲ真空烘箱。 预烘时间的长短主要取决于绝缘电阻是否达到要求，它和产品的体积、结构和预烘方法等因素有关。为了使线圈内部的水分容易蒸发出来，预烘温度要逐步增加，使热量渐渐从外部进入线圈内部。若骤然加热，会使线圈表面水分快速蒸发，表面蒸汽压力大，水分不易从内部排出。 Ⅱ.功率开关变压器的浸渍处理。 功率开关变压器预烘之后便是浸渍，浸渍前先将漆基放入稀释剂内溶解，使绝缘漆的粘度调至４号粘度计25～30s（在20℃的常温下）。稀释剂的选择应根据绝缘漆和漆包线的性质而定。常用的浸渍方法有：常压热浸、加压浸渍和真空加压浸渍等三种方法。 ⅰ.常压热浸。当预烘的变压器温度降到50～60℃时，趁热沉入漆液内，使漆液高出变压器100mm左右。漆液渗入变压器线圈内，并把线圈内部的气体排出。当停止冒出气泡时，即可取出。沉浸时的温度不宜高也不宜过低。温度过高会引起表面漆过早结成膜，使内部溶剂与潮气不易挥发出来。温度过低就会降低漆的渗透能力，浸渍后的线圈也易吸收空气中的水分和潮气，降低了预烘的效果。 ⅱ.加压浸渍。加压浸渍也称为压力浸渍。它比热浸法速度快，所用时间短，质量高。这种方法主要是增强了漆的渗透能力，可浸得较透。它需要使用能够承受5～10个大气压的球形压力浸渍罐来进行浸渍。其过程是将预烘过线圈温度降至50～60℃，然后沉入盛有漆的球形压力浸渍罐内加盖密封，使用泵加压至3～7个大气压，保持3～5分钟，然后降低压力3～5分钟，再加压，而后又降压，如此循环重复多次，最后解除压力，取出变压器滴1～2小时，擦去不需要浸渍部分的漆，就可以放入烘箱内烘干。 ⅲ.真空加压浸渍。真空加压浸渍也称为真空压力浸渍。它的主要优点是浸渍质量很高，容易渗透，可以使变压器线圈吸附的潮气和水分降至最小限度。缺点是设备较复杂，费用较高。 Ⅲ.功率开关变压器的干燥处理。功率开关变压器浸渍后的烘干过程要比预烘更为复杂。在烘干过程中不但有物理变化过程，同时还有化学反应过程。溶剂在作为稀释的同时，由于干燥时它从内部挥发会形成毛细孔，能使空气进入漆的内部，因而加速了内部的氧化过程。由此可见，烘干可以分为两个阶段，第一个阶段为溶剂的挥发过程，第二个阶段为漆膜的氧化聚缩过程。对于无溶剂绝缘漆而言，则主要是第二个阶段的反应过程。 ⅰ.在第一个阶段，也就是溶剂的挥发过程中，温度应该低一些，一般为了70～80℃。为了保证内部漆中的溶剂容易挥发，温度不宜过高，过高会使大量的漆挥发掉，从而产生流漆、气泡现象。同时，还会在绝缘层表面形成硬膜，从而妨碍内部的溶剂挥发出来。此阶段的时间应根据溶剂的挥发情况而定，一般约需2～3小时。溶剂挥发过程如果采用真空干燥法，则可能使挥发更为彻底，温度也可以降低一些，时间也可以缩短一些。 ⅱ.在第二个阶段，也就是漆膜的氧化聚缩过程中，温度应该高一些，并且还要放在热风循环炉里，以加速漆基的氧化聚缩过程，一直到彻底烘干为止。A、B级绝缘漆的烘干温度一般为120℃，最高不能超过130℃。若采用无溶剂快干绝缘漆浸渍，则可以使用自动循环通风浸渍烘干设备，将预烘、浸渍、烘干工序在一个通用设备中一次完成，这样可以大大提高生产效率，降低生产成本，减轻劳动强度。 3.2.5隔离驱动电路的设计 3.2.5.1驱动电路采用IR2110专用集成驱动电路IR2110是美国IR公司生产的高压、高速PMOSFET和IGBT的理想驱动器。该芯片采用HVIC和闩锁抗干扰制造工艺，集成DIP、SOIC封装。其主要特性包括：悬浮通道电源采用自举电路，其电压最高可达500V；功率器件栅极驱动电压范围10V～20V；输出电流峰值为2A; 逻辑电源范围5V～20V，而且逻辑电源地和功率地之间允许+5V的偏移量；带有下拉电阻的COMS施密特输入端，可以方便地与LSTTL和CMOS电平匹配；独立的低端和高端输入通道，具有欠电压同时锁定两通道功能; 两通道的匹配延时为10ns；开关通断延时小，分别为120ns和90ns;工作频率达500kHz。其内部结构主要包括逻辑输入，电平转换及输出保护等。 1. IR2110性能特点： ①具有独立的低端和高端输入通道。 ②悬浮电源采用自举电路，其高端工作电压可达500V。 ③输出的电源端（脚3）的电压范围为10—20V。 ④逻辑电源的输入范围（脚9）5—15V，可方便的与TTL，CMOS电平相匹配，而且逻辑电源地和功率电源地之间允许有 V的便移量。 ⑤工作频率高，可达500KHz。 ⑥开通、关断延迟小，分别为120ns和94ns。 ⑦图腾柱输出峰值电流2A。 2. 驱动半桥式开关管电路 在功率MOSFET用作高压侧开关（漏极接到高压干线），被驱动饱和导通，即在它的两极之间压降最低时，其栅极驱动要求如下： ① 栅极电压一定要比漏极电压高10～15V，用作高压侧开关时其栅极电压必定高于干线电压，它常常可能是系统中的最高电压。 ② 栅极电压从逻辑上看必须是可控的，它通常以地为参考点。因此控制信号就不得不转换电平为高压侧源极电位，在绝大部分应用中控制信号在两干线电压间摆动。 ③栅极驱动电路吸收的功率不会显著地影响总效率。 考虑到这些约束，对IR2110采用自举原理设计自举工作电路。 3.2.5.2隔离元件的选择本设计电源初次极隔离器件选择DIP4通用光电耦合器PC817。
其性能特点： ① 电流传输比CTR：IF=5mA，VCE=5V时最小值为50%； ② 输入和输出之间的隔绝电压Viso（rms）：5.0KV。 3.2.6二次整流与滤波电路的设计 3.2.6.1二次整流电路开关稳压电源中的二次整流电路是出现在开关功率变压器次级回路中的整流电路。在本次设计中拟采用∏型RC滤波电路。如图3.17所示：
图3.17 二次回路中∏型RC滤波电路 电路中，由电感L、电容C3、C5组成滤波电路。因为二次整流电路一般都为为高频整流电路，所以整流二极管必须必须高频快恢复开关二极管。肖特基二极管不但具有高频快恢复开关二极管的特性，而且还具有正向压降特别低的优点，因此特别适合用作作稳压电源电路中的二次整流二极管。作为开关稳压电源电路中的二次整流二极管，必须具有开关速度快、截止时反向漏电流小和恢复速度快等特点。这些特点的优势在高频大功率输出开关稳压电源电路中表现得尤为突出。在无工频变压器但具有开关功率变压器的开关稳压电源电路中，开关二极管或续流二极管即为二次整流部分的整流二极管。在整流电路的设计时，采用全波整流方式。全波整流电路的优点是变压器输出功率的利用率为100％，输出直流电压中的纹波电压较低。缺点是高频开关变压器必须加工有中心抽头。在整流二极管的两端并联有一电阻和电容串联的电路，其作用是滤除高频杂波信号，使高频杂波通过C4导通到地。 3.2.6.2二次滤波电路电路中，电容C3、电感L、电容C5共同构成∏型LC滤波电路。其中C3的作用是滤除交流信号。电感L对直流电无电压降，对交流电能够储藏能量，利用电感的储能作用可以减小输出电压的纹波，从而得到比较平滑的直流。电容C5为二次滤波电容，用来再次滤除交流信号。
第4章 系统使用及维护 4.1系统使用说明 本节主要就整个设计中所遇到的问题进行说明，为了以后使用和维修的方便现将其以总结如下。 4.1.1使用方面根据本次设计的目标，此开关稳压电源的输入电压范围为180V～260V，各路输出电压的输出功率平均为110W。因此在使用时只能用于功率低于额定允许功率（即110W）的场合。 4.1.2维修方面当开关电源的输出电压不能正常工作时，需要对电路进行检修。在本次设计的开关稳压电源中检修思路分以下几种情况，下面分别与以讨论（均以输出电压110V电路为例）。 4.1.2.1上电即烧保险在电源正常工作时，通过交流保险丝的电流，满负荷工作时最大不会超过4A，而本次设计中交流保险丝的熔断电流为5A，现在上电即烧，表明电源内有严重短路性故障。 ① 抗干扰电容C1、C2、C3是否击穿。如果C1、C2被同时击穿短路，或是C3被击穿短路，都相当于交流输入直接短路，直接烧断保险丝。 ② 整流电路是否短路。如果整流电路出现短路，也会将保险丝烧断。检查时，可断开整流电路与开关管的连线，使开关电路暂时脱开。用3A的保险管代换电路中原保险丝，也可用交流电流表跨接在烧坏了的保险丝两端。再接通开关上电，若3A保险管烧断或交流电流值很大，则说明故障在整流电路。 ③ 分压电容C4、C5是否击穿。在本设计电路中，只要分压电容C4或者C5一个被击穿，在电源工作时，至少会有半个周期不能通过开关变压器初级线圈向次级转换能量并提供给负载。因此，在不能通过变压器线圈的半个或是整个周期到来时，将产生很高的脉冲电压将保险丝烧断。 ④开关管是否击穿。根据半桥式开关电源的电路结构，在开关电源中损坏率较高的是开关管。检测时可先测MOSFET各电极对地电阻，若检测值偏离正常值，再将源、栅极从电路中断开做验证性检测。此时应注意，如果两开关管同时击穿，不可盲目更换新管。因为造成开关管击穿的原因可能是其本身的质量问题，也可能是电路中的其它故障导致，如果隐患没有消除，换上新管后可能再次击穿。 ⑤开关变压器内部是否短路。基开关变压器内部短路，同理也不能向次级转换所储存的能量，也会烧保险丝。由于开关变压器的检测比较麻烦，因此一般只有在前面项都确定没问题的情况下才对它进行检测。检测的方法是用同型号的开关变压器代换。若经代换，故障消除，说明原变压器内部有故障。如果一时找不到同型号的开关变压器，只好将整个元件从电路中拆下进行质量检查。 4.1.2.2直流输出电压（+110）为零若保险丝完好，上电后测得的直流输出电压为零，应立即检测开关管漏极电压。 ①若漏极电压为零，表明交流输入电路或整流电路中有开路性故障。 ②若Vs1、Vs2漏极源极电势差为140V～180V（加在开关管的电势差为整流后电压的一半）直流电压，则表明整流和输入电路工作正常，故障原因是开关管驱动电路无脉冲电压，导致两开关管不工作，直流电压不能耦合到次级去，帮输出为零。造成的原因可能有： a.开关管内部开路。其检修方法前面已作介绍。 b.反馈回路开路。如果开关变压器次级的电压反馈回路开路，即分压电阻开路，反馈电压不能输入ＰＷＭ脉宽调制芯片输入脚，或者初级线圈电流过大，脉宽调制芯片SG3525过流保护工作，或者光耦合器PC817故障，SG3525的输出脉冲信号不能送到专用驱动芯片IR2110，都会使输出电压为零。检测思路：先查反馈分压电阻各点电压。如果正常，再查SG3525的输出引脚，如果输出脉冲信号正常，再查IR2110输入信号。若IR2110输入异常，则可能是光耦合器PC817故障，更换同型号光耦。若前面检测都正常，再查IR2110的两个脉冲输出信号，如果发现异常，则是驱动芯片故障，更换芯片。 4.1.2.3输出电压偏低造成此种故障现象的原因有两类。一类情况是开关电源中稳压部分的元件质量出现问题，使开关管的导通时间变短，储能减少，电源端能量的补充跟不上负载端电能消耗的需要。检测的重点是影响开关管导通时间的电路。 ①取样电路。当分压电阻的阻值变化时，造成取样电压偏大，将会使脉宽调制输出脉冲高电平时间减小，即控制开关管导通时间减小。 ②影响开关管导通时间的回路中元件质量不佳，如电阻接触不良等都会导致输出电压的下降。 第二类情况是：由于负载电流太大，开关电源的换能跟不上。造成这种情况的最大可能是负载出现短路故障，可先断开负载再进行实验。 4.1.2.4输出电压偏高造成此种故障现象的原因也分两类，且两类情况与出现输出电压偏低故障的原因类似，故此省略。 4.2系统性能指标本次设计的系统性能指标参数如下所示： ⒈输入交流电压范围：
⒉输出直流电压： Ｖo1＝110V/1A Ｖ02＝50 V/2A Ｖ03＝15 V/7A ⒊开关电源的效率：
⒋传输占空比： D＝0.8 ⒌工作振荡频率： f＝50KHz
第5章 抗干扰技术研究 5.1开关电源的干扰源 5.1.1噪声分类 开关电源中的噪声按它们给负载造成影响的形式分类，有以下几种：额定噪声：指在主回路引线间传播的噪声；共模噪声：指在主回路引线和机壳间传播的噪声；辐射噪声：指通过空间向外发射的噪声。开关电源的噪声分类如图5.1 所示。
图5.1 开关电源的噪声分类 5.1.2噪声的传播方式噪声传播的主要方式为：传导耦合、公共阻抗耦合以及辐射电磁场耦合。 5.1.2.1传导耦合噪声经导线传播进入信号电路称作“传导耦合”。交流电网长线以及信号电路中的长线都能引起传导耦合。 5.1.2.2公共阻抗耦合在同一个系统中电路和电路（或设备和设备）之间为了传递信息总需要一个公共点即电位参考点，这就形成了公共阻抗，流经公共阻抗的电流便将噪声耦合到其他电路（或设备）中去。 5.1.2.3辐射耦合所有的元件和导线，当有电荷运动时都会辐射电磁场，电磁场又分为近场和远场，远场的耦合方式以电磁辐射形式为主，近场耦合又分为电容性耦合和电感性耦合。电容性耦合是指设备内部元件和元件之间、导线和导线之间、导线和元件之间以及导线、元件和结构件之间由于存在分布电容，如果高电位的导体中有噪声电压，通过分布电容使低电位导体受到影响。电感性耦合是指导体中电流流动时产生的磁通，通过互感被相邻导线（或电路）耦合而感应电压。 5.2开关电源噪声的抑制 5.2.1噪声源的抑制和消除对于开关电源的噪声抑制和消除办法主要有削弱噪声源、屏蔽和滤波等几种方法。 5.2.1.1功率开关管产生的噪声开关管的感性负载是高频变压器或储能电感，当开关导通的瞬间，在变压器的初级绕组上产生很大的电流，它在开关管过激励较大时将产生尖峰噪声，有可能击穿开关管。 在开关管上并接RC阻尼网络或阻尼电容，也可以并接在变压器的初级绕组上，增加开关管的电压上升时间，减少初级绕组上的电压变化率，从而削弱尖峰噪声。功率开关管的集电极是一个强干扰源，开关管的散热片应接到开关管的发射极上，以确保集电极与散热片之间由于分布电容而产生的电流流入主电路中。为减少散热片和机壳的分布电容，散热片应尽量远离机壳，如有条件的话，可采用有屏蔽措施的开关管散热片。 5.2.1.2高频整流二极管恢复特性产生的噪声用PN结硅二极管进行高频整流时，正向电流所蓄积电荷在加反向电压时不会马上消失。由于载流子蓄积效应，二极管流经反向电流。这段时间称为反向恢复时间。整流二极管反向恢复时间引起的短路效应，将会导致副边极大的电流尖峰和高压开关管漏极电流尖峰。该尖峰电流变化的速率愈大，则引线电感上感应的电压也愈高，产生的噪声也就愈大。 短路尖峰电流的大小以及上升速率不仅和开关整流二极管本身的结构工艺有关，同时也随高压开关管的开通速率以及流过二极管电流的大小而异，负载电流愈大，通过二极管的电流也愈大。因此采用多个二极管并联或并行连接来分担负载电流便能相应地降低尖峰电流。高压开关管的开通速率高，则施加给开关二极管上的反向电压上升速率也大，尖峰电流的幅度也大。因此，适当减缓高压开关管的开通速率（相应的开通损耗将增加，因而需要综合考虑）或是选用反向恢复时间短、复合电荷少的开关整流二极管，亦即造成高压开关管开通速度相对于开关整流二极管反向恢复时间缓慢，便能有效地减小尖峰电流。 在恢复过程中，若反向电流急剧降为零，则往往会引起频率达数十兆赫的高频振荡，因此，开关二极管的反向恢复电流呈软特性者为佳。 当选用的开关二极管具有较长的恢复时间，较多的复合电荷和较硬的电流恢复特性时，就必须设法减缓施加在二极管上反向电压的上升率。当二极管的电压由正跃变到负时，如果能实现电压的换向时间比非平衡载流子的消散时间更长，则反向恢复电流的骤增现象可大为减缓。在二极管两端并联RC阻尼网络，可以改变二极管反向恢复电流的变化率和反向恢复时间，从而减小接线电感两端的感应电动势，因此，可以抑制尖峰干扰。假如RC阻尼网络虽然能够减小尖峰干扰，但是该网络将损耗一定的功率，开关电源的效率将降低，为了减小阻尼网络的损耗功率，电容C不能过大，R 不能过小。整流二极管应采用恢复电荷小，且反向恢复时间短的，如肖特基管，最好是选用反向恢复呈软特性的。另外在肖特基管两端套磁珠和并联RC吸收网络均可减少干扰，电阻、电容的取值可为几Ω和数千pF，电容引线应尽可能短，以减少引线电感。实际使用中一般采用具有软恢复特性的整流二极管，并在二极管两端并接小电容来消除电路的寄生振荡。 5.2.1.3变压器产生的噪声高压开关管关断时，变压器的漏感会使开关管出现电压过冲。由于漏感、引线电感和分布电容的存在，在电路中产生振铃噪声。 为了防止或减小变压器的漏感产生的电压过冲，在设计制造变压器时尽量减少变压器的漏感和分布电容，并保证在任何情况不发生磁饱和，除采用高导磁率、高居里点的磁芯以及采用紧耦合的绕制工艺外，还可以在高频变压器的初级绕组上采用吸收网络来降低它的幅度。 5.2.1.3电容产生的噪声对于交流输入的开关电源在输入侧接有整流和平滑电路，这就是电容输入型回路。这回路有导通角较小的充电电流在电源流通，电流变化要产生噪声，同时电容的等效串联电感影响也较大。电容最好选用低感或无感电容。 5.2.2噪声的屏蔽对开关电源的整体和局部进行屏蔽是抑制电磁耦合和传导干扰的有效措施。所谓屏蔽就是利用金属板、网或盒将电磁场限制在一定的空间或将电磁场强度降低到一定数量级的措施。屏蔽可以分为静电屏蔽、电磁屏蔽和磁屏蔽。 5.2.2.1静电屏蔽静电屏蔽是为了防止静电场的影响，通常利用低电阻金属材料容器使其内部的电力线不传到外部，同时外部的电力线不影响内部，用以消除两个电路之间由于分布电容的耦合产生的干扰。近场电容性耦合对于高压电场中高输入阻抗电路是一种主要干扰，因而需要用静电屏蔽的方法加以抑制。在变压器原副边绕组之间插入一层铜皮并将其接地就是静电屏蔽的代表例子。 5.2.2.2电磁屏蔽电磁屏蔽主要用来减小高频电磁场干扰，它利用电磁场在屏蔽体内产生涡流起屏蔽作用，使用材料和静电屏蔽相同。不同的是，电磁屏蔽即使不接地，对防止漏磁也是有效的。但由于导体没有接地，增加了静电耦合，也增加了对干扰电压的感应，所以，还是接地为好。这样就同时兼有静电屏蔽的作用。 5.2.2.3磁屏蔽电磁屏蔽在低频时不是非常有效的，可用高导磁率的材料来屏蔽一个磁场，以便将磁力线限制在屏蔽体内。为防止高频变压器等磁通的泄露可采用磁屏蔽，即用坡莫合金材料将它罩起来，或是采用磁屏蔽作用的罐形铁氧体磁芯。单纯的磁屏蔽不需要接地。在开关电源中除了元器件需要屏蔽外，整个电源也要屏蔽起来。因为电源内部的振荡器所产生的高频电磁波通过电路中的变压器、电感、电容、电阻以及导线等元器件传播和辐射出去，而污染周围的用电环境和干扰别的仪器和仪表，采用屏蔽盒屏蔽可以有效地抑制辐射干扰。 开关电源中各元件及导线与接地点所产生的寄生电容会引起电场耦合。加上一个屏蔽盒并与地良好接触，就相当于增大了电路中各元器件和导线与接地点的寄生电容，从而将电路中各元器件和导线与地之间所感应的高频信号降低到一定程度。开关电源中载流元件和引线与地之间的寄生电感会引起电路与电路之间、系统与系统之间的磁耦合，加上屏蔽盒并与地良好接触，就相当于减小了元器件和导线与地之间的寄生电感，从而把寄生电感引起的高频电动势（高频干扰信号）大大地降低。屏蔽效果除了决定于屏蔽材料外，还和屏蔽体上的接缝、接触电阻以及开孔情况有关。大多数屏蔽体总是不连续的，总会有机械接缝、导线孔和为散热而开的通风孔等，这些都会影响屏蔽效果，而且，事实上屏蔽效果的好坏主要取决于这些因素引起的泄漏。为此，机械接缝最好能熔焊或用螺钉旋紧，在接缝处采用导电衬垫改善接触面的导电性，屏蔽体上尽可能地不要开孔，为了散热必须开的散热通风孔，用大量小圆孔方阵代替长孔。将高频脉冲变压器、输出滤波电感等磁性元件加上屏蔽罩，可以将磁力线限制在磁阻小的屏蔽体内。 5.2.3噪声的滤除滤波是抑制噪声的一种有力措施，尤其是对低频噪声和传导性噪声。传导性噪声是指通过电路从噪声源所在的领域到另一领域的噪声，它包括污染电网中噪声进入电源，并通过电源传输给负载的噪声，负载产生的噪声反向窜入电源，并通过电源传输给电网的噪声。传导性噪声可分为额定噪声和共模噪声。为了削弱传导性噪声，主要措施是在输入和输出端设置滤波器。 5.2.3.1输入端滤波雷击等自然产生的噪声，以及开关通断工作产生的人为噪声等窜入到交流电源侧，可能使开关电源误动作，另外，开关电源内部产生噪声有可能窜到输入侧，为此，在电源输入端接入电源滤波器。 对于单相电源，输入侧有两根交流电源线和一根地线。在电源输入侧，两根交流电源线和地线之间产生噪声为共模噪声。两根交流线之间产生的噪声为额定噪声。这就要求在电源的输入侧接入的滤波器要滤除这两类噪声。一般采用图5.2中虚框所示形式的滤波器结构。为进一步减少对称和不对称的干扰电压输入滤波器中，增加一个电感线圈L2 使得C3的充电电流得到限制，从而降低了干扰。
图5.2输入交流滤波器结构及改进 滤波器加在开关稳压电源工频220V的输入端，只允许400Hz以下的低频信号通过，对于1kHz～2MHz之间的高频信号具有40dB～100dB的衰减量。电路中共模扼流圈L是在一个闭合磁路的磁芯上绕制相同的电感量的两个绕阻。当这两个电感为独立电感时，由于其上有电流流过，电流产生变化时，磁芯磁场强度的变化会导致有效磁导率发生变化，甚至饱和，亦即对于电源频率分量和高频噪声分量的有效导磁率随着导线电流的增加而减少，将两个电感绕制在一个磁芯上且构成往复线路式绕阻。由于电源频率分量所产生的磁通彼此的相位差为180度，因它们的匝数相等而被相互抵消，对电源频率分量的电感为零，而对于共模噪声成分则呈现很高的有效导磁率，因而将得到很大的衰减。电路中C3称作电源跨接电容，它消除了额定噪声。C1和 C2称作电源旁路电容，与共模扼流圈一起滤除高频和低频共模噪声。滤波器中的电容应采用高频特性较好的陶瓷电容或聚酯薄膜电容。 5.2.3.2输出端滤波将开关稳压电源中所产生的高频辐射干扰信号在电源的入口端就堵塞住，这对防止对工频市电网的干扰和污染是非常重要的。但是，将开关稳压电源从出口端朝外的辐射和传播的高频干扰信号抑制掉，以防止对其他供电系统的干扰和影响，也是开关稳压电源能否被推广应用到实际中的一个不可忽视的重要环节。为了减少开关稳压电源将内部的高频信号叠加到输出上形成杂音噪声，从而影响供电系统的正常工作，并防止负载系统中的高频信号干扰开关稳压电源本身的正常工作，所以就需在输出端加上滤波电路。
结 论
此次开关稳压电源的设计，主要利用现阶段技术比较成熟的集成芯片设计PWM主控制电路，整个设计流程主要围绕PWM控制电路的设计和开关变压器的设计为主要方向，根据课题要求实现稳定输出电压。在论文中描述了开关电源的使用方法及性能指标，并重点讲述了开关电源易发故障的检查与简易维修。在最后一章中，本文讨论了有关开关电源的干扰问题，详细分析了干扰来源及常采用的抑制方法。开关电源性能的好坏一方面依赖开关电源本身设计技术和工艺结构的优劣，另一方面与使用现场条件及使用者将其与其他电器设备连用的具体情况有密切关系，如接地技术，通道接线，电缆屏蔽与隔离及外壳的绝缘等方面。所以开关电源噪声的产生是多方面的和不确定的，对其噪声的抑制方法与形式也是灵活多变的，不能套用一个固定模式，而要根据具体情况和要求采用相应的噪声抑制方法和形式。 由于篇幅和时间有限，许多方面还存在欠缺和不足，在此深表歉意。
致 谢
本文是在导师戴鼎鹏老师悉心指导和鼓励下完成的。论文的选题、具体工作和撰写过程都凝聚着导师们的心血和汗水。戴鼎鹏老师敏锐的洞察力、渊博的知识、严谨的治学态度和一丝不苟的工作作风给我留下了深深的印象，使我受益匪浅。 作者衷心感谢在我的大学四年里给予我帮助、鼓励与关心的所有老师们，感谢他们在我的大学阶段不仅对我在学习上的严格要求和勉励，而且更教育我们为人的道理，让我在短短的四年里能够有长足的进步。这些经历将使我受益匪浅，终身受用。 感谢四年里陪伴我一路走过来的所有同学们，衷心感谢一直以来他们对我的帮助、理解和支持，感谢他们创造了良好的学习氛围，使我能够在活跃、紧张、认真的学习气氛中渡过了难忘的大学生涯。 感谢父母的养育之恩，感谢工作上的各位同仁们给予的无私的帮助和大力指导，感谢所有曾经帮助过我的朋友们，他们给了我坚强和自信，我为他们感到骄傲。 最后，衷心感谢百忙之中抽出时间参加论文评阅和论文答辩的各位领导，感谢他们为审阅本文所付出的辛勤劳动。
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参考文献
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附 录3 电路原理图
2 Buck仿真电路图
2 Buck仿真波形
2 Buck仿真电路图
附 录4 文献综述
概述 开关稳压电源简称开关电源（Ｓwitching Power Supply），因电源中起调整稳压控制功能的器件始终以开关方式工作而得名。它是利用现代电力电子技术，通过控制开关管通断的时间比率来维持输出电压稳定的一种电源，具有体积小、重量轻、功耗小、效率高、纹波小、噪音低、智能化程度高、易扩容等优良特性，广泛应用在诸如计算机、彩色电视机、程控交换机、摄像机、VCD游戏机等电子设备上。随着电力电子技术的发展，特别是大功率器件IGBT和MOSFET的迅速发展，将开关电源的工作频率提高到相当高的水平，使其具有高稳定性和高性价比等特性，因此，开关电源将逐渐取代速胜工频变压器的线性稳压电源。开关电源技术的主要用途之一是为信息产业服务。信息技术的发展对电源技术又提出了更高的要求，从而促进了开关电源技术的发展，两者相辅相成才有了现今蓬勃发展的信息产业和电源产业。从日常生活到最尖端的科学都离不开电源技术的参与各支持，而电源技术和产业对提高一个国家劳动生产率的水平，即提高一个国家单位能耗的产出水平，具有举足轻重的作用。 开关电源是在电子、通信、电气、能源、航空航天、军事以及家电等领域应用非常广泛的一种电力电子装置。它具有电能转换效率高、体积小、重量轻、控制精度高和快速性好等优点，在小功率范围内基本上取代了线性调整电源，并迅速向中大功率范围推进，在很大程度上取代了晶闸管相控整流电源。开关电源技术是目前中小功率直流电能变换装置的主流技术。但是开关电源的设计工作较为繁琐，难度大。目前国内开关电源的设计裕量过大，设计过程中对产品工作状况和实际性能的预见性较差。开关电源技术在迅速的向前发展，为了能够在理解基本原理的基础上进行再创造，我们应该对开关电源技术有个整体概念的把握及其发展趋势的预测，从而提高自己的设计水平，最终提高产品的质量。开关电源是作为线性稳压电源的一种替代物出现的，开关电源这一称谓也是相对于线性稳压电源而产生的。顾名思义，开关电源就是电路中的电力电子器件工作在开关状态的电源。这样一来，如果把四大类基本电力电子电路（AC-DC 电路、DC-AC 电路、AC-AC 电路、DC-DC 电路）都看成电源电路，则所有的电力电子电路也都可以看成开关电源电路。但是在实际应用中，开关电源所涵盖的范围比这个范围要小的多。同时具备三个条件的电源可称之为开关电源,这三个条件就是：开关（电路中的电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态）、高频（电路中的电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频）和直流（电源输出是直流而不是交流）。开关电源前身是线性稳压电源。在开关电源出现之前，许多控制设备的工作电源都采用线性稳压电源。由于计算机等电子装置的集成度不断增加，功能越来越强，他们的体积却越来越小，因此迫切需要体积小、重量轻、效率高、性能好的新型电源，这就成了开关电源技术发展的强大动力。新型电力电子器件的发展给开关电源的发展提供了物质条件。在20 世纪60 年代末，巨型晶体管（GTR）的出现，使得采用高工作频率的开关电源得以问世，那时确定的开关电源的基本结构一直沿用至今。后来随着电力MOSFET 的应用，开关电源的频率进一步提高，使得电源体积更小，重量更轻，功率密度进一步提高。在20世纪80 年代，IGBT 的出现让仅适用于小功率场合的开关电源在中大功率直流电源也得以发挥。在20 世纪80 年代后20 年为了解决因开关频率提高而引发的电磁干扰问题，出现了软开关技术开关电路。随后在20 世纪90 年代，为了提高开关电源的功率因数， 出现了功率因数校正技术（PFC）。目前除了对直流输出电压的纹波要求极高的场合外，开关电源已经全面取代了线性稳压电源，主要用于小功率场合。例如：计算机、电视机、各种电子仪器的电源。在许多中等容量范围内，开关电源逐步取代了相控电源，例如：通信电源领域、电焊机、电镀装置等的电源。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。概括地讲，开关电源技术的发展趋势为：继续向高频、高效、高密度化、低压、大电流化和多元化发展。 开关稳压电源的性能主要处决于开关管的工作频率。要提高开关频率，就要减少开关损耗，而要减少开关损耗，就需要有高速开关元器件。然而，开关速度提高后，会受电路中分布电感和电容或二极管中存储电荷的影响而产生浪涌或噪声。这样，不仅会影响周围电子设备，还会大大降低电源本身的可靠性。其中，为防止随开关启-闭所发生的电压浪涌，可采用R-C或L-C缓冲器，而对由二极管存储电荷所致的电流浪涌可采用非晶态等磁芯制成的磁缓冲器。不过，对1MHz以上的高频，要采用谐振电路，以使开关上的电压或通过开关的电流呈正弦波，这样既可减少开关损耗，同时也可控制浪涌的发生。这种开关方式称为谐振式开关。目前对这种开关电源的研究很活跃，因为采用这种方式不需要大幅度提高开关速度就可以在理论上把开关损耗降到零，而且噪声也小，可望成为开关电源高频化的一种主要方式。当前，世界上许多国家都在致力于数兆Hz的变换器的实用化研究。 开关稳压电源国际发展状况 (1) 开关稳压电源的发展史。1995年，美国的科学家罗耶首先研制成功了利用磁心的磁饱和来进行自激振荡的晶体管直流变换器。此后，世界各地利用这一技术的各种形式的晶体管直流变换器不断地被研制出来，从而取代了早期采用的寿命短、可靠性差、转换效率低的旋转式和机械振子式换流设备。由于晶体管直流变换器的功率晶体管工作在开关状态，因此，由此而制成的稳压电源输出路数多，输出极性可变，转换效率高，体积小，重量轻，因而被广泛地应用于航海、航空以及军事电子设备上。由于那时的微电子设备和技术十分落后，不能够研制出耐压较高，开关速度较快，功率较大的开关晶体管，因此这个时期的直流变换器只能采用低电压输入，并且转换的速度也不能太高。另外，由于输入电压不能过高，因此当时的直流变换器中还含有工频降压变压器。 20世纪60年代末，由于微电子技术的快速发展，高反压、大电流的功率开关晶体管出现了，从此，直流变换器就可以直接由工频电网电压经整流、滤波后输入供电，终于将体积大、重量重、效率低的工频降压变压器甩掉了，从而迅速地扩大了它的应用范围，并在此基础上诞生了无工频变压器的开关稳压电源。由于省掉了工频降压变压器，开关稳压电源的体积和重量大幅度地减小和降低，开关稳压电源这才真正走上了被普及与应用的道路。 20世纪70年代以后，与这种技术有关的高频率、高反压、大电流的开关功率晶体管，高频率、高温度电容，高反压、大电流、快恢复肖特基二极管，高频变压器磁心等元器件也不断地被研制生产出来，使无工频变压器开关稳压电源得到了不断的完善和快速的发展，并且被迅速而又广泛地应用于电子计算机、通信、航海、航天、军事电子设备和电视机等领域中，从而使无工频变压器的开关稳压电源成为各种设备供电电源中的佼佼者。 （2）目前正在克服的困难。随着电力电子技术和微电子技术的高速发展以及集成度高、功能强的大规模集成电路的不断出现，电子设备的体积在不断地缩小，重量在不断地减轻，内部功率损耗在不断地减少。因此，一台电子设备能否小型化、微型化和成为便携式的关键技术，就是开关稳压电源能否小型化、微型化和成为模块式。因此开关稳压电源的小型化、微型化、模块化就成了技术人员研究和探讨的核心和热门学科。从事开关稳压电源研究和生产的技术人员认为开关稳压电源电路中的变压器还不是十分理想，他们正致力于研制出转换效率更高、体积更小、重量更轻的开关变压器或者通过其他的路径和方法来取代电路中的变压器，使之能够满足电子仪器和设备小型化和微型化的需要和要求。这就是从事开关稳压电源研究工作的科技人员目前正在克服的第一个困难。 开关稳压电源的效率是与功率开关的变换速度成正比的，并且开关稳压电源中由于采用了开关变压器以后，才能使之由一组输入电压得到极性、大小各不相同的多路输出电压，因此，要进一步提高开关稳压电源的转换效率，就必须提高其工作频率。但是当工作频率提高以后，对整个电路中的元器件又有了新的要求。例如，高频电容、功率开关晶体管、高频开关变压器、储能电感、快恢复续流二极管、PCB电路设计等都会出现新的问题。进一步研制适应开关稳压电源高频率工作的有关元器件和PCB电路，就成了从事开关稳压电源研究、设计和生产的科技人员要解决的第二个困难。 工作在线性放大状态的线性稳压电源电路，具有稳压和滤波的双重作用，而且其工作频率也较低，为工频50Hz，因而串联线性稳压电源不产生开关噪声和干扰，并且输出的纹波电压也较低。但是在开关稳压电源电路中的功率开关工作在频率较高的开关状态，其高频电压和电流就会通过电路中的元器件和PCB引线辐射和传播较强的尖峰干扰和谐振噪声。这些干扰和噪声就会污染工频电网和周围环境，影响邻近的电子仪器和设备的正常工作。随着开关稳压电源电路和抑制干扰、噪声的各种措施及方法的不断改进和提高，开关稳压电源的这一缺点得到了克服，可以达到不妨碍一般电子仪器、设备和家用电器正常工作和正常使用的程度。但是在一些对输出稳定度和输出纹波要求较高的精密电子测量仪器和仪表中!由于开关稳压电源的这一缺点，却使它不能得到应用。导致这些高精度仪器和仪表要么采用电池或电瓶供电，要么就不能被小型化、微型化而成为便携式仪器和仪表。所以克服开关稳压电源的这一缺点，进一步提高它的输出稳定度和降低它的输出纹波电压，扩大它的适用范围，就成了从事开关稳压电源研究、设计和生产的科技人员要解决的第三个困难。 工作在开关状态的开关稳压电源电路中，功率开关晶体管上的损耗主要包括驱动导通的上升时间内的损耗，驱动关断的下降时间内的损耗，导通以后由于管压降不能为零而产生的损耗和关断以后由于漏电流不能为零而引起的损耗这四部分损耗。其中，驱动导通的上升时间内的损耗和驱动关断的下降时间内的损耗这两部分损耗可以通过提高功率开关的工作速度来解决，而导通以后由于管压降不能为零而产生的损耗和关断以后由于漏电流不能为零而引起的损耗这两部分损耗则必须通过寻求新的驱动方式和新的功率开关来解决。新的驱动方式和新的功率开关主要指的是开关稳压电源中的开关工作状态应该是零流关断和零压开通，即电路中的功率开关关断时漏电流为零，导通时管压降为零。因此寻求新的驱动方式和研制新的功率开关便成了从事开关稳压电源研究、设计和生产的科技人员要解决的第四个困难。 （3）面对困难所出现的新突破和新进展。为了解决开关稳压电源中所出现的困难，从事开关稳压电源研究的科技人员，以及与这门学科相关的其他学科的科技人员已在不懈地努力和探索着。首先是从事开关稳压电源研究的科技人员设计和研制出了谐振式开关稳压电源，从根本上解决了由于功率开关上的功耗大而导致开关稳压电源转换效率低的问题，同时也从根本上解决了由于功率开关上的电流和电压应力大而导致开关稳压电源可靠性和稳定性低的问题。另外，从事半导体技术和工艺研究的科技人员几乎在同一时期也设计和研制出了具有零流关断和零压开通的复合功率开关IGBT（其中也包括智能型IGBT（MCBT））。这种复合功率开关IGBT把晶体管（GTR）和MOSFET管的优点集于一体，既具有MOSFET管的输入驱动所需功率非常小的输入特性，又具有GTR管的导通以后管压降非常小的（主要是导通电阻非常小）输出特性。谐振式开关稳压电源电路结构再加上复合功率开关IGBT，使开关稳压电源的应用可以拓展到大功率和超大功率的应用场合，如应用于逆变焊机、电瓶汽车、电力机车、磁悬浮列车和直流输电等领域。 开关稳压电源国内发展状况 我国的晶体管直流变换器和开关稳压电源设计、研制和生产开始于20世纪60年代初期，到60年代中期进入了实用阶段。70年代初期开始设计、研制和生产无工频降压变压器的开关稳压电源。1974年研制成功了我国第一台工作频率为10kHz、输出直流电压为5Ｖ的无工频降压变压器的开关稳压电源。近十年来，我国的许多研究所、工厂和高等院校纷纷研制出了多种型号和多种用途的工作频率在20kHz左右，输出功率在1000W以下的无工频降压变压器的开关稳压电源，并应用于电子计算机、通信、电视机等方面，取得了非常好的效果。工作频率为100～200kHz的无工频降压变压器的高频开关稳压电源于20世纪80年代初期开始试制，90年代初期就已试制成功。目前正处于实用和进一步提高工作频率阶段。许多年来，虽然我国的科技人员在无工频降压变压器开关稳压电源方面坚持独立自主、自力更生的道路，历尽千辛万苦，一直在不懈地努力着、奋斗着，并取得了可喜的巨大成果，但是我国的开关稳压电源技术与一些先进国家相比仍有巨大的差距。此外，这些年来，我国虽然把无工频降压变压器的开关稳压电源的工作频率从数十千赫兹提高到数百千赫兹，把输出功率由数十瓦提高到数百瓦甚至数千瓦，但是，由于我国的半导体技术与工艺跟不上时代的发展，导致我们自己研制和生产出的无工频降压变压器的开关稳压电源电路中的关键器件，如功率开关晶体管、高频开关变压器磁性材料、储能电感、快恢复续流二极管大部分仍然采用的是国外的。因此，我国的开关稳压电源事业要发展，要赶超世界先进水平，最根本的问题是要提高我国的半导体技术和工艺。 衡量一个国家开关稳压电源技术发展状态的先进与落后，除了要看以上所说的开关稳压电源电路中的那些关键性元器件和磁性材料的发展现状以外，还要看开关稳压电源电路中的脉宽调制PWM（或正弦波脉宽调制SPWM）控制与驱动集成电路的发展状态。我们国家目前市场上出现的各种各样的开关稳压电源产品，不管是小功率、中功率输出式，还是大功率、超大功率输出式；不管是单端输入驱动式，还是双端输入驱动式；不管是输出单路式，还是输出多路式；不管是输出正压式，还是输出负压式；不管是自激式、它激式，还是谐振式；不管是散件式，还是模块式……所有这些开关稳压电源电路中所使用的PWM（或SPWM）控制与驱动集成电路芯片几乎全部都是采用进口的，仅有极个别的是采用国产的。所谓国产的，也只不过是把进口的芯片拿回来进行了一下封装。因此，我们国家有关开关稳压电源的PWM（或SPWM）控制与驱动集成电路芯片的微电子工业几乎等于零。因此，我们要发展我国的开关稳压电源事业，要赶超世界先进水平，要独立于世界强国之林，就必须从零做起，从基础做起。
结语
总体来看，开关稳压电源在近十几年不管是在国内还是在国际上都是处于高速发展时期，其应用工作场合不断扩大，特别是最近几年，随着电子技术的不断取得突破发展，以前存在的许多应用瓶颈现在已被攻克，许多以前不可能实现的场合比如测量仪器等也开始使用开关稳压电源作为供电系统。虽然现今国内的技术还不太成熟，但是随着中国走国际化的道路，开关稳压电源在中国的发展前景相当乐观，大有潜力可挖。 附 录5 学生实习报告
院（系）：电子电气工程系 专业： 电子信息工程 班级： 姓名：
在离校的日子里，我在广东恒宇仪器（东莞）有限公司从事销售和售后服务工作。在此，我想利用这个机会和大家一起分享求职路上的艰辛和工作后的感受以及我在处理毕业与工作之间矛盾的一些建议。 十几年的寒窗苦读，也是该一展身手的时候了。在经历了大学四年知识的积累后，毅然选择了求职。本以为凭着大学四年的磨练，找份工作应该轻而易举，于是在做了一份看上去好像别人不招你都会后悔的简历，开始踏上了求职之路。我的人生第一次求职是在号称广东地区影响力最大的人才市场——东莞智通人才市场上经历的。当我看到人才市场上的那种人车混杂、培训满天飞的场面不禁打了一个冷颤，不过最后还是挺住了，买了一张入场券紧张兮兮地进了门。但是接下来的经历让我至今还想起来还有些后怕。“美的集团”、“深圳富士康”、“伟易达”……等等，不知有多少知名的电子企业排着长队在那里招人。这让我喜忧参半，喜的是企业越多机会也越多，忧的是几乎每个稍微有点名气的企业招骋现场都是人山人海。当一次次机会成为现实的出现在我眼前的时候，虽然有点紧张，但每次都故作镇静，一次又一次地回答一系列的“拷问”后，几乎都是得到同样的结果：回家等通知，有需要再电话通知你。其实这不过是面试时时髦点的善意的拒绝罢了。一贯自信的我简直不敢相信这个事实。不过悲观之余，我也没忘记去“偷师学艺”，于是面试了以后并没有马上走开，而是看别人怎样成功闯关。可是这让我发现一个“规律”：几乎在这些所有的知名企业最后给了第二次面试机会的人当中，没有一个是应届毕业生，原因是缺乏经验。发现了这点后让我一下子非常的沮丧，真想马上回到“象牙塔”里面永远地躲起来。经过一番激烈的思想斗争后，还是决定硬着头皮一步步走下去，毕竟路是靠自已走出来的。由于在接下来的求职过程中有了思想准备，面对一次又一次的拒绝，我没有再怨天尤人，而是一次又一次地总结和调整。在最初的近一个月的时间里我几乎每天都是在这样的日子里度过的。后来机会终于出现了。考虑了我的自身特点和爱好后，我最终选择了恒宇仪器的这份工作。这样我总结出了一个经验：无论前面的路有多难，只要我们一步一个脚印地走了，总会有柳暗花明的一天，机会最终还是会落在有准备的人手里。 二、实习取得的经验及收获 在实习的这段日子里，让我感受最深的就是学校和社会的差别：一个是类似于天堂，一个却近似于地狱。在学校的日子是多么的自由，有很多的时间都可以由自己自由地去支配，没有什么很大的压力，天天都是梦想着外面的世界多么的精彩，梦想着一出去就可以大显身手，工作了、有钱了甚至可以更加自由地支配时间。可是现实往往都是残酷的。有句俗话说的很恰当：外面的世界遍地是黄金，可是黄金的下面却是堆积着尸骨。想要在外面拿就薪，就必须付出比你的高薪更的的劳动，因为我们都是出来为别人打工，老板赚钱了、高兴了，或许你就会活得开心一点。在此我想谈谈我自己的工作总结。 １、 理论和实际永远都会存在很大差距。我们在学校里面学的那些理论知识虽然不是完全不适用，但也几乎没有什么能够马上就用的着的东西。因此我个人认为，我们在学校里面学的知识还没有在学校里面培养的学习方法和自学能力作用大，因为工作中几乎所有的东西都要我们从零开始学。 ２、 实事求是，量力而行。我发现在实际工作中，比起那些天天就知道喊口号的员工，上级往往更喜欢重用那些做实事，并且一做就能够把它做好的人。量力而行就是说我们做一件事之前一定要考虑好能不能够胜任这件事，最忌讳在上级面前说了大话却完成不了任务。 三、存在的不足及建议 对于我们这些即将毕业的人来说，能够在毕业之前找到一份自己满意的工作，也许是最值得我们庆幸的事了。不过在高兴之余，又必须承担一份压力。因为我们的工作时间总是和我们的完成毕业设计的时间发生时间和条件上的冲突。如何处理好这个矛盾就要求我们必须在某些方面做出决择。特别是有些同学好不容易找到份满意的工作，却因为要返校毕业答辩而请不到假无奈辞职时，难免会感到伤心，觉得社会的残酷。 不过总的说来，在实习的这段时间里，收获还是颇为丰盛，不但学会了许多实践的知道，增长了许多见识，而且让我在对我们这个生存的环境的认识上有了一次质的飞跃。感谢学院四年来对我的精心培养，最后祝老师们工作顺利，祝学院的明天更加煇煌。
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