开关电源变压器的设计方法.doc

开关电源变压器的设计方法I内容摘要开关电源技术是利用现代电力电子技术，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 IC 和MOSFET 构成开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间在开关电源的设计中,功率变压器的设计是极为关键的,尤其当工作频率提高后,若没有新的变压器优化设计方法,是无法达到提高整个电源功率密度的目的该文在深入分析了高频变压器的设计原理后,提出了一种有效的优化设计方法,可降低变压器的功率损耗,提高开关电源的效率本文介绍了开关电源发展中的市场和在 21 世纪的发展展望以及国内外高频开关电源变压器的研究现状及主要的设计方法关键词：开关电源；变压器；高频效应；功率损耗；设计方法开关电源变压器的设计方法目 录内容摘要 ............................................................................................................................I引 言 ...............................................................................................................................11 开关电源的基本控制原理 .........................................................................................21.1 开关电源的控制结构 ......................................................................................21.2 开关电源的构成原理 ......................................................................................22 开关电源变压器 ........................................................................................................42.1 开关电源变压器的作用 ....................................................................................42.2 开关电源变压器的分类 ....................................................................................42.3 开关电源变压器的特性参数 ............................................................................42.4 开关电源变压器的组成 ....................................................................................43 高频开关电源变压器的设计要求 .............................................................................63.1 高频开关电源变压器的设计要求 ..................................................................64 高频开关电源变压器的设计方法 .............................................................................74.1 概述 ..................................................................................................................74.2 简化求解 ..........................................................................................................74.3 数值模拟 ..........................................................................................................95 单管反激式变压器原理 .........................................................................................135.1 设计原理 ..........................................................................................................135.2 设计原则 ..........................................................................................................146 相关技术发展前景 ...................................................................................................156.1 产品发展方向 ...................................................................................................156.2 技术发展动向 ...................................................................................................157 结束语 .......................................................................................................................17参考文献 .........................................................................................................................18开关电源变压器的设计方法1引 言电源变压器的功能是功率传送、电压变换和绝缘隔离,作为一种主要电磁器件的高频开关电源变压器是工作频率超过中频(10kHz)的电源变压器,主要用于高频开关电源中,也用于高频逆变电源和高频逆变焊机中。

随着电子信息技术的不断发展， 各类电子设备的电源系统在客观上要求小型化、轻量化和高可靠性,制约这个目标实现的根本技术就是开关电源高频化技术 而开关电源变压器是开关电源的核心部件，是实现能量（功率）转换和传输的主要器件，同时该器件又是开关电源体积和重量的主要占有者和发热源 因此， 要实现开关电源的小型轻量化、平面智能化和高可靠性的目标， 关键在于开关电源变压器的高频化国外研究高频开关电源变压器较早， 八十年代研究频率就已经在 1~10MHz[2~5]，目前国外 0.5~3MHz 的高频开关电源已实用化，文献[6]报道的 2MHz、 50W 变压器的几何线度只有 1.3cm 左右目前，我国大部分开关变压器的研究在500kHz 以下，只有为数不多的几个单位研究频率在 500kHz 以上已有的研究表明，除了要有适于高频（0.5~3MHz）工作的磁芯材料之外，高频开关电源变压器的设计对其性能有至关重要的影响 因此研究高频变压器的设计技术对我国的高频开关电源以及整机系统的发展都是十分重要的开关电源变压器的设计方法21 开关电源的基本控制原理1.1 开关电源的控制结构一般地，开关电源大致由输入电路、变换器、控制电路、输出电路四个主体组成。

如果细致划分，它包括：输入滤波、输入整流、开关电路、采样、基准电源、比较放大、震荡器、V/F 转换、基极驱动、输出整流、输出滤波电路等实际的开关电源还要有保护电路、功率因素校正电路、同步整流驱动电路及其它一些辅助电路等1.2 开关电源的构成原理1.2.1 输入电路：线性滤波电路、浪涌电流抑制电路、整流电路作用：把输入电网交流电源转化为符合要求的开关电源直流输入电源1．线性滤波电路：抑制谐波和噪声2．浪涌滤波电路：抑制来自电网的浪涌电流3．整流电路：把交流变为直流有电容输入型、扼流圈输入型两种，开关电源多数为前者1.2.2 变换电路：含开关电路、输出隔离（变压器）电路等，是开关电源电源变换的主通道，完成对带有功率的电源波形进行斩波调制和输出这一级的开关功率管是其核心器件1．开关电路驱动方式：自激式、他激式变换电路：隔离型、非隔离型、谐振型功率器件：最常用的有 GTR、MOSFET、IGBT调制方式：PWM、PFM、混合型三种PWM 最常用2．变压器输出分无抽头、带抽头半波整流、倍流整流时，无须抽头，全波时必须有抽头1.2.3 控制电路：开关电源变压器的设计方法3向驱动电路提供调制后的矩形脉冲，达到调节输出电压的目的。

基准电路：提供电压基准如并联型基准 LM358、AD589，串联型基准AD581、REF192 等采样电路：采取输出电压的全部或部分比较放大：把采样信号和基准信号比较，产生误差信号，用于控制电源 PM电路V/F 变换：把误差电压信号转换为频率信号振荡器：产生高频振荡波基极驱动电路：把调制后的振荡信号转换成合适的控制信号，驱动开关管的基极1.2.4 输出电路：整流、滤波把输出电压整流成脉动直流，并平滑成低纹波直流电压输出整流技术现在又有半波、全波、恒功率、倍流、同步等整流方式开关电源变压器的设计方法4开关电源变压器开关电源变压器是加入了开关管的电源变压器，在电路中，除了普通变压器的电压变换功能，开关电源变压器还兼具绝缘隔离与功率传送功能开关电源变压器一般用在开关电源等涉及高频电路的场合2.1 开关电源变压器的作用开关电源变压器和开关管一起构成一个自激(或他激)式的间歇震荡器,从而把输入直流电压调制成一个高频脉冲电压起到能量传递和转换作用.在反激式电路中, 当开关管导通时,变压器把电能转换成磁场能储存起来,当开关管截止时则释放出来. 在正激式电路中,当开关管导通时,输入电压直接向负载供给并把能量储存在储能电感中.当开关管截止时,再由储能电感进行续流向负载传递。

把输入的直流电压转换成所需的各种低压2.2 开关电源变压器的分类开关电源变压器分单激式开关电源变压器和双激式开关电源变压器，两种开关电源变压器的工作原理和结构并不是一样的单激式开关电源变压器的输入电压时单极性脉冲，而其还分正反激电压输出；而双激式开关电源变。