第一篇：開關電源 文獻綜述

開關電源

---文獻綜述

引言

在計算機，電子儀表和通訊系統中應用極為廣泛的開關電源，在近半個世紀的發展過程中，因具有輕小，高效等優點而逐漸取代傳統技術制造的連續工作電源，成為電子電源中的主流產品。人們在開關電源的技術領域里，一邊開發相關電子技術，一邊開發新型功率材料和元器件，兩者相互促進推動著開關電源向輕小薄低噪聲高可靠抗干擾方向發展，每年超過兩位數的增長率。

開關電源分為AC/DC和DC/AC兩大類。主要應用于計算機，通訊辦公室，控制設備，電子儀器等投資類產品及電視機，攝像機，VCD，電子游戲機等消費類產品。目前全球開關電源制造商約500家。據國外專家預計，世界開關電源的銷量額將由1992年的84億美元猛增至1999年得166億美元，刺激開關電源市場進一步擴大并將繼續推動開關電源技術進步的主要用戶是計算機及外圍設備，另外，快速發展的通訊及消費市場也正逐漸引起開關電源制造商的關注。因此，研究開關電源是非常有必要的，對于我們以后的發展是很有幫助的。

因此，本文將圍繞開關電源的高效性，可靠性，模塊化，穩定性，低噪聲，抗電磁干擾及應用等方面展開詳細論述，論述是將借鑒近年來大量的文獻，以此增加說服力。正文

開關電源的功率和效率問題

為了使開關電源輕，小，薄，高頻化（開關電源頻率達兆赫級）是必然發展趨勢。而高頻化有必然使傳統的PWM開關功耗加大，效率降低，噪聲也提高了，達不到高頻，高效的預期效益，因此實現零電壓導通，零電流關斷軟開關技術成為開關電源的主流。采用軟開關技術可使效率達到85%~88%。

開關電源是電源的發展方向，但是開關電源功率因數很低，它的輸入電流波形嚴重畸變，所含諧波對電網有干擾，股提高功率因數，抑制諧波，減小對電網的干擾是重要的課題。通常抑制諧波，改善功率因數的三種常用方法是串聯諧振濾波器，并聯諧振濾波器，升壓式變換器。其中有源式升壓式變換器是提高功率因數的最好的方法。

高可靠性

開關電源比連續工作電源使用的元器件多數十倍，因此降低了可靠性。從壽命角度出發，電解電容器，光耦合器及排風扇等的壽命決定著電源的壽命。追求壽命的延長要從設計方面著手，而不是依賴于用方。大部分通過降低結溫，減少器件的電應力，降低運行電流等措施使其DC/DC開關電源系列產品的可靠性大大提高，產品平均無故障工作時間高達1000000h以上。

穩定性

開關電源設計重點有兩點：一是磁路設計，二是穩定性設計，重點解決的是輸出電壓的品質問題。穩定型設計的好壞直接決定開關電源啟動特性，輸入電壓越變響應特性，負載躍變響應特性，高低溫穩定性，生產和調試難易度。解決控制環路穩定性的方法有一，分析法，在總體分析時，要求所有的參數要精確地等于規定值是不可能的，尤其是電感值，在整個電流變化范圍內，電感值不可能保持常數。二，經驗法 這種方法是控制環路采用具有低頻主導極點的過補償控制放大器組成閉路來獲得初始穩定性。然后采用瞬時脈沖負載方法來補償網絡進行動態優化，這種方法快而有效。

抗電磁干擾能力

開關電源產生的對外干擾，如電源線諧波電流，電源線傳導干擾等，可以用減小抗干擾源方法解決。開關電源的電磁干擾抑制措施主要有：（1）屏蔽技術，利用屏蔽技術來阻擋或減小電磁能量傳輸的一種重要技術，在開關電源中，可發出電磁波的原件是指變壓器，電感器，功率器件等，通常在其周圍用銅板或鐵板作為屏蔽等。（2）EMI濾波，在抑制開關電源傳導干擾方面，具有明顯效果由于電源線中同時存在共模干擾和差模干擾，所以濾波器有共模和差模濾波電路綜合構成。(3)接地技術，為電路或系統提供一個零電位參考點，接地有三種基本類型：安全接地，工作接地，屏蔽接地。安全接地是以安全為目的的保護地線，常與金屬機殼機架連接。工作接地是指為設備中各個電路提供穩定的零點電位。為了抑制干擾，電纜，變壓器等屏蔽需要接地，相應的稱為屏蔽地線。開關電源的應用

一 電視用高壓開關電源設計 一種用于數字彩電的小功率高壓開關電源的基本工作原理，該開關電源采用了高壓發生電路與行掃描相分離的獨立結構。獨立振蕩器產生的開關信號提供給開關管，推動高壓變壓輸出CRT管所需要的陽極高壓，并通過對陽極高壓取樣，控制振蕩信號頻率，以達到穩定高壓的目的，徹底解決了大屏幕顯像管所需的陽極高壓及其穩定性問題。這種設計在陽極高壓為30KV，輸出電流在2.5mA時，陽極電壓跌落在0.3KV以下，該開關電源具有體積小，輸出高壓穩定的特點，特別適用于CRT管數字彩電顯像管陽極所需高壓或高壓穩定性要求較高的設備。

二

利用開關電源解決側色色差計的穩定性問題

國產測量儀器長期以來一直存在著穩定性與可靠性差的問題。傳統的解決方法是采用串聯型穩壓電源但其效率低，存在著體積大且笨重的工頻變壓器，發熱多散熱慢。開關穩壓電路主要有開關調整管，儲能變壓器，穩壓控制電路，激勵脈沖產生電路組成，它直接丈220V/50Hz交流電整流成約300V的直流電壓，然后進行直流—直流變換，丈300V直流電壓變換成各種所需值得直流輸出電壓。根據測色色差計的要求，選擇自激式開關穩壓電源，即RCC式變換電路。這種電路適合50W以下輸出容量的電源，而采用自激式，無需振蕩電路，元件少結構簡單。在開關電源的工作下，解決了長期以來測色色差計在的難題，使其成為了一個實用，可靠且較為先進的測色計量儀器。

文獻綜述結論

開關電源的未來發展特別光明，開關電源正接近成為理想電源，現在新格式的數碼音源和數字放大器發展很快，必將成為未來的主流。而數字功放的核心就是開關放大電路，自然而然就只有開關電源能與之門當戶對了。從特征和潛力來看門開關電源是有可能成為我們心目中的理想電源的。它具有高能，高效，低失真，低內阻，高精度，高穩定度，等優點，必將成為未來電源的流。參考文獻

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[

外

文

期

刊

]

2001(01)

DOI:10.1016/S0042-207X(00)00455-3

第二篇：開關電源

開關電源

開關電源

開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈沖寬度調制（PWM）控制IC和MOSFET構成。開關電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點上，反而高于開關電源，這一點稱為成本反轉點。隨著電力電子技術的發展和創新，使得開關電源技術也在不斷地創新，這一成本反轉點日益向低輸出電力端移動，這為開關電源提供了廣闊的發展空間。

開關電源高頻化是其發展的方向，高頻化使開關電源小型化，并使開關電源進入更廣泛的應用領域，特別是在高新技術領域的應用，推動了高新技術產品的小型化、輕便化。另外開關電源的發展與應用在節約能源、節約資源及保護環境方面都具有重要的意義。

開關電源中應用的電力電子器件主要為二極管、IGBT和MOSFET。

SCR在開關電源輸入整流電路及軟啟動電路中有少量應用，GTR驅動困難，開關頻率低，逐漸被IGBT和MOSFET取代。

開關電源的三個條件

1、開關：電力電子器件工作在開關狀態而不是線性狀態

2、高頻：電力電子器件工作在高頻而不是接近工頻的低頻

3、直流：開關電源輸出的是直流而不是交流

開關電源的分類

人們在開關電源技術領域是邊開發相關電力電子器件，邊開發開關變頻技術，兩者相互促進推動著開關電源每年以超過兩位數字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發展。開關電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類，DC/DC變換器現已實現模塊化，且設計技術及生產工藝在國內外均已成熟和標準化，并已得到用戶的認可，但AC/DC的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進程中，遇到較為復雜的技術和工藝制造問題。以下分別對兩類開關電源的結構和特性作以闡述。

2.1 DC/DC變換

DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調制方式Ts不變，改變ton(通用)，二是頻率調制方式，ton不變，改變Ts（易產生干擾）。其具體的電路由以下幾類：

（1）Buck電路——降壓斬波器，其輸出平均電壓

U0小于輸入電壓Ui，極性相同。

（2）Boost電路——升壓斬波器，其輸出平均電壓

U0大于輸入電壓Ui，極性相同。

（3）Buck－Boost電路——降壓或升壓斬波器，其

輸出平均電壓U0大于或小于輸入電壓Ui，極性相反，電感傳輸。

（4）Cuk電路——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電

壓U0大于或小于輸入電壓Ui，極性相反，電容傳輸。

還有Sepic、Zeta電路。

上述為非隔離型電路，隔離型電路有正激電路、反激電路、半橋電路、全橋電路、推挽電路。

當今軟開關技術使得DC/DC發生了質的飛躍，美國VICOR公司設計制造的多種ECI軟開關DC/DC變換器，其最大輸出功率有300W、600W、800W等，相應的功率密度為(6.2、10、17)W/cm3，效率為（80～90）％。日本NemicLambda公司最新推出的一種采用軟開關技術的高頻開關電源模塊RM系列，其開關頻率為（200～300)kHz，功率密度已達到27W/cm3，采用同步整流器（MOSFET代替肖特基二極管），使整個電路效率提高到90％。

2.2AC/DC變換

AC/DC變換是將交流變換為直流，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負載的稱為“整流”，功率流由負載返回電源的稱為“有源逆變”。AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電，因必須經整流、濾波，因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的，同時因遇到安全標準（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、、FCC、CSA），交流輸入側必須加EMC濾波及使用符合安全標準的元件，這樣就限制AC/DC電源體積的小型化，另外，由于內部的高頻、高壓、大電流開關動作，使得解決EMC電磁兼容問題難度加大，也就對內部高密度安裝電路設計提出了很高的要求，由于同樣的原因，高電壓、大電流開關使得電源工作損耗增大，限制了AC/DC變換器模塊化的進程，因此必須采用電源系統優化設計方法才能使其工作效率達到一定的滿意程度。

AC/DC變換按電路的接線方式可分為，半波電路、全波電路。按電源相數可分為，單相、三相、多相。按電路工作象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。

開關電源的選用

開關電源在輸入抗干擾性能上，由于其自身電路結構的特點（多級串聯），一般的輸入干擾如浪涌電壓很難通過，在輸出電壓穩定度這一技術指標上與線性電源相比具有較大的優勢，其輸出電壓穩定度可達(0.5～1）％。開關電源模塊作為一種電力電子集成器件，在選用中應注意以下幾點：

3.1輸出電流的選擇

因開關電源工作效率高，一般可達到80％以上，故在其輸出電流的選擇上，應準確測量或計算用電設備的最大吸收電流，以使被選用的開關電源具有高的性能價格比，通常輸出計算公式為：

Is=KIf

式中：Is—開關電源的額定輸出電流；

If—用電設備的最大吸收電流；

K—裕量系數，一般取1.5～1.8；

3.2接地

開關電源比線性電源會產生更多的干擾，對共模干擾敏感的用電設備，應采取接地和屏蔽措施，按ICE1000、EN61000、FCC等EMC限制，開關電源均采取EMC電磁兼容措施，因此開關電源一般應帶有EMC電磁兼容濾波器。如利德華福技術的HA系列開關電源，將其FG端子接大地或接用戶機殼，方能滿足上述電磁兼容的要求。

3.3保護電路

開關電源在設計中必須具有過流、過熱、短路等保護功能，故在設計時應首選保護功能齊備的開關電源模塊，并且其保護電路的技術參數應與用電設備的工作特性相匹配，以避免損壞用電設備或開關電源。

開關電源技術的發展動向

開關電源的發展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。由于開關電源輕、小、薄的關鍵技術是高頻化，因此國外各大開關電源制造商都致力于同步開發新型高智能化的元器件，特別是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體（MnZn)材料上加大科技創新，以提高在高頻率和較大磁通密度（Bs)下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項關鍵技術。SMT技術的應用使得開關電源取得了長足的進展，在電路板兩面布置元器件，以確保開關電源的輕、小、薄。開關電源的高頻化就必然對傳統的PWM開關技術進行創新，實現ZVS、ZCS的軟開關技術已成為開關電源的主流技術，并大幅提高了開關電源的工作效率。對于高可靠性指標，美國的開關電源生產商通過降低運行電流，降低結溫等措施以減少器件的應力，使得產品的可靠性大大提高。

模塊化是開關電源發展的總體趨勢，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統，可以設計成N＋1冗余電源系統，并實現并聯方式的容量擴展。針對開關電源運行噪聲大這一缺點，若單獨追求高頻化其噪聲也必將隨著增大，而采用部分諧振轉換電路技術，在理論上即可實現高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉換技術的實際應用仍存在著技術問題，故仍需在這一領域開展大量的工作，以使得該項技術得以實用化。

電力電子技術的不斷創新，使開關電源產業有著廣闊的發展前景。要加快我國開關電源產業的發展速度，就必須走技術創新之路，走出有中國特色的產學研聯合發展之路，為我國國民經濟的高速發展做出貢獻。

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開關電源 測試方法

一． 耐電壓

（HI.POT,ELECTRIC STRENGTH ,DIELECTRIC VOLTAGE WITHSTAND）KV

1.1 定義:于指定的端子間,例如:I/P-O/P,I/P-FG,O/P-FG間,可耐交流之有效值,漏電流一般可容許10毫安,時間1分鐘。

1.2 測試條件：Ta：25攝氏度；RH：室內濕度。

1.3 測試回路：

1.4 說明：

1．4．1 耐壓測試主要為防止電氣破壞，經由輸入串入之高壓，影響使用者安全。

1．4．2 測試時電壓必須由0V開始調升，并于1分鐘內調至最高點。

1．4．2 放電時必須注意測試器之Timer設定，于OFF前將電壓調回 0V。

1．4．3 安規認證測試時，變壓器需另行加測，室內，溫度25攝氏度，RH：95攝氏度，48HR，后測試變壓器初/次級與初級/CORE。

1．4．5生產線測試時間為1秒鐘。

二．紋波噪聲（漣波雜訊電壓）

（Ripple & Noise）%，mv

2．1定義：

直流輸出電壓上重疊之交流電壓成份最大值(P-P)或有效值。

2．2測試條件:

I/P: Nominal

O/P : Full Load

Ta : 25℃

2．3測試回路:

2．4測試波形:

2．5說明:

2．5．1示波器之GND線愈短愈好,測試線得遠離PUS。

2．5．2使用1：1之Probe。

2．5．3 Scope之BW一般設定于20MHz，但是對于目前的網絡產品測試紋波噪聲最好將BW設為最大。

2．5．4 Noise與使用儀器，環境差異極大，因此測試必須表明測試地點。

2．5．5測試紋波噪聲以不超過原規格值 +1%Vo。

三．漏電流（洩漏電流）

（Leakage Current）mA

3．1定義：

輸入一機殼間流通之電流（機殼必須為接大地時）。

3．2測試條件：

I/P：Vin max.×1.06(TUV)/60Hz

Vin max.(UL1012)/60Hz

O/P: No Load/Full Load

Ta: 25 ℃

3.3測試回路：

3．4說明：

3．4．1 L，N均需測。

3．4．2UL1012 R值為1K5。

TUV R值為2K/0。15uF。

3．4．3漏電流規格TUV：3。5mA,UL1012:5mA。

四．溫度測試

（Temperature Test）

4.1定義：

溫度測試指PSU于正常工作下，其零件或Case溫度不得超出其材質規

格或規格定值。

4．2測試條件：

I/P: Nominal

O/P: Full Load

Ta : 25℃

4．3測試方法：

4．3．1將Thermo Coupler(TYPE K)穩固的固定于量測的物體上

（速干、Tape或焊接方式）。

4．3．2 Thermo Coupler于末端絞三圈后焊成一球狀測試。

4．3．3我們一般用點溫計測量。

4．4測試零件：

熱源及易受熱源影響部分

例如：輸入端子、Fuse、輸入電容、輸入電感、濾波電容、橋整、熱

敏、突波吸收器、輸出電容、輸出電容、輸出電感、變壓器、鐵芯、繞線、散熱片、大功率半導體、Case、熱源零件下之P.C.B.……。

4．5零件溫度限制：

4．5．1零件上有標示溫度者，以標示之溫度為基準。

4．5．2其他未標示溫度之零件，溫度不超過P.C.B.之耐溫。

4．5．3電感顯示個別申請安規者，溫升限制65℃Max(UL1012),75℃

Max(TUV)。

五．輸入電壓調節率

（Line Regulation）, %

5．1定義：

輸入電壓在額定范圍內變化時，輸出電壓之變化率。

Vmax-Vnor

Line Regulation(+)=------------------

Vnor

Vnor-Vmin

Line Regulation(-)=------------------

Vnor

Vmax-Vmin

Line Regulation=----------------

Vnor

Vnor:輸入電壓為常態值，輸出為滿載時之輸出電壓。

Vmax:輸入電壓變化時之最高輸出電壓。

Vmin:輸入電壓變化時之最低輸出電壓。

5．2測試條件：

I/P：Min./Nominal/Max

O/P:Full Load

Ta:25℃

5.3測試回路：

5．4說明：

Line Regulation 亦可直接Vmax-Vnor與Vmin-Vnor之±最大

值以mV表示，再配合Tolerance%表示。

六．負載調節率

（Load Regulation）%

5．1定義：

輸出電流于額定范圍內變化（靜態）時，輸出電壓之變化率。

|Vminl-Vcent|

Line Regulation(+)=------------------×100%

Vcent

|Vcent-VfL|

Line Regulation(-)=------------------×100%

Vcent

|VminL-VfL|

Line Regulation(%)=----------------×100%

Vcent

VmilL:最小負載時之輸出電壓

VfL:滿載時之輸出電壓

Vcent:半載時之輸出電壓

6．2測試條件：

I/P：Nominal

O/P:Min./Half/Full Load

Ta:25℃

6.3測試回路：

6．4Load Regulation亦可直接Vmin.L-Vcent與Vcent-Vmax.之±最大

值以mV表示，再配合Tolerance%表示。

第三篇：基于DSP開關電源

基于DSP的開關電源

摘要

本文以TMs320LF2407A為控制核心，介紹了一種基于DSP的大功率開關電源的設計方案。該電源采用半橋式逆變電路拓撲結構，應用脈寬調制和軟件PID調節技術實現了電壓的穩定輸出。最后，給出了試驗結果。試驗表明，該電源具有良好的性能，完全滿足技術規定要求。關鍵字：DSP；開關電源；PID調節

ABSTRACT In this paper,setting TMs320LF2407A as the control center, it describes a DSP-based high-power switching power source design.The power supply uses a half-bridge inverter circuit topology, applications and software PID regulator pulse width modulation technology to achieve a stable output voltage.Finally, the experimental results was given.The experimental results show that the power supply has a good performance, fully meeting the technical requirements.Key Words: DSP;Switching power supply;PID

0 引 言

信息時代離不開電子設備，隨著電子技術的高速發展，電子設備的種類與日俱增，與人們的工作、生活的關系也日益密切。任何電子設備又都離不開可靠的供電電源，它們對電源供電質量的要求也越來越高。

目前，開關電源以具有小型、輕量和高效的特點而被廣泛應用于電子設備中，是當今電子信息產業飛速發展不可缺少的一種電源。與之相應，在微電子技術發展的帶動下，DSP芯片的發展日新月異，因此基于DSP芯片的開關電源擁有著廣闊的前景，也是開關電源今后的發展趨勢。電源的總體方案設計

本文所設計的開關電源的基本組成原理框圖如圖1所示，主要由功率主電路、DSP控制回路以及其它輔助電路組成。

開關電源的主要優點在“高頻”上。通常濾波電感、電容和變壓器在電源裝置的體積和重量中占很大比例。從“電路”和“電機學”的有關知識可知，提高開關頻率可以減小濾波器的參數，并使變壓器小型化，從而有效地降低電源裝置的體積和重量。以帶有鐵芯的變壓器為例，分析如下：

圖1.開關電源基本原理

設鐵芯中的磁通按正弦規律變化，即φ= φMsinωt，則：

eL??Wd????Wcos?t?EMcos?t dt(1)式中，EM= ωWφ M=2πfWφM，在正弦情況下，EM=√2E，φM=BMS，故：

E?2?fW?M?4.44fWBMS 2(2)式中，f為鐵芯電路的電源頻率；W 為鐵芯電路線圈匝數；BM為鐵芯的磁感應強度；S為鐵芯線圈截面積。

從公式可以看出電源頻率越高，鐵芯截面積可以設計得越小，如果能把頻率從50 Hz提高到50 kHz，即提高了一千倍，則變壓器所需截面積可以縮小一千倍，這樣可以大大減小電源的體積。

綜合電源的體積、開關損耗以及系統抗干擾能力等多方面因素的考慮，本開關電源的開關頻率設定為30 kHZ。系統的硬件設計 2.1 功率主電路

本電源功率主回路采用“AC-DC-AC—DC”變換的結構，主要由輸入電網EMI濾波器、輸人整流濾波電路、高頻逆變電路、高頻變壓器、輸出整流濾波電路等幾部分組成，如圖2所示。

圖2.功率主電路原理圖

圖3.功軍主回路的電壓波形變化

本開關電源采用半橋式功率逆變電路。如圖2所示，輸入市電經EMI濾波器濾波，大大減少了交流電源輸入的電磁干擾，并同時防止開關電源產生的諧波串擾到輸入電源端。再經過橋式整流電路、濾波電路變成直流電壓加在P、N兩點問。P、N之間接人一個小容量、高耐壓的無感電容，起到高頻濾波的作用。半橋式功率變換電路與全橋式功率變換電路類似，只是其中兩個功率開關器件改由兩個容量相等的電容CA1和CA2代替。在實際應用中為了提高電容的容量以及耐壓程度，CA1和CA2往往采用的是由多個等值電容并聯組成的電容組。C A1、CA2 的容量選值應在電源體積和重量允許的條件下盡可能的大，以減小輸出電壓的紋波系數和低頻振蕩。CA1 和CA2 在這里同時起到了靜態時分壓的作用，使Ua =Uin／2。

在本電源的設計中，采用IGBT來作為功率開關器件。它既具有MOSFET的通斷速度快、輸入阻抗高、驅動電路簡單及驅動功率小等優點，又具有GTR的容量大和阻斷電壓高的優點。

在IGBT的集射極間并接RC吸收網絡，降低開關應力，減小IGBT關斷產生的尖峰電壓；并聯二極管DQ實現續流的作用。二次整流采用全波整流電路，通過后續的LC濾波電路，消除高頻紋波，減小輸出直流電壓的低頻振蕩。LC濾波電路中的電容由多個高耐壓、大容量的電容并聯組成，以提高電源的可靠性，使輸出直流電壓更加平穩。2.2 控制電路

控制電路部分實際上是一個實時檢測和控制系統，包括對開關電源輸出端電壓、電流和IGBT溫度的檢測，對收集信息的分析和運算處理，對電源工作參數的設置和顯示等。其控制過程主要是通過采集開關電源的相關參數，送入DSP芯片進行預定的分析和計算，得出相應的控制數據，通過改變輸出PWM波的占空比，送到逆變橋開關器件的控制端，從而控制輸出電壓和電流。

控制電路主要包括DSP控制器最小系統、驅動電路、輔助電源電路、采樣電路和保護電路。

（1）DSP控制器最小系統

DSP控制器是其中控制電路的核心采用TMS32OLF2407A DSP芯片，它是美國TEXAS INSTU—MENTS（TI）公司的最新成員。TMS30LF2407A基于C2xLP內核，和以前C2xx系列成員相比，該芯片具有處理性能更好（30MIPS）、外設集成度更高、程序存儲器更大、A／D轉換速度更快等特點，是電機數字化控制的升級產品，特別適用于電機以及逆變器的控制。DSP控制器最小系統包括時鐘電路、復位電路以及鍵盤顯示電路。時鐘電路通過15 MHz的外接晶振提供；復位電路直接通過開關按鍵復位；由4×4的矩陣式鍵盤和SPRT12864M LCD構成了電源系統的人機交換界面。

（2）驅動放大電路

IGBT的驅動電路采用脈沖變壓器和TC4422組成，其電路原理圖如圖4所示：

圖4.IGBT驅動電路原理圖

由于TMS320LF2407A的驅動功率較小，不能勝任驅動開關管穩定工作的要求，因此需要加上驅動放大電路，以增大驅動電流功率，提高電源系統的可靠性。如圖4所示，采用兩片TCA422組成驅動放大電路。

TC4421／4422是Microchip公司生產的9A高速MOsFET／IGBT驅動器，其中TC4421是反向輸出，TC4422是同向輸出，輸出級均為圖騰柱結構。

TC4421／4422具有以下特點：

①輸出峰值電流大：9 A；

② 電源范圍寬：4.5 V～18 V；

③連續輸出電流大：最大2 A；

④快速的上升時間和下降時間：30 ns（負載4700pF），180 ns（負載47000 pF）；

⑤傳輸延遲時間短：30 ns（典型）；

⑥供電電流小：邏輯“1”輸入～200μA（典型），邏輯“0”輸入～55 μA（典型）；

⑦輸出阻抗低：1.4 Ω（典型）；

⑧閉鎖保護：可承受1.5 A的輸出反向電流；

⑨輸入端可承受高達5 V的反向電壓；

⑩能夠由TTL或CMOS電平（3 V～18 V）直接驅動，并且輸人端采用有300 mV滯回的施密特觸發電路。

當TMS320LF2407A輸出的PWM1為高電平，PWM2為低電平時，經過TCA422驅動放大后輸出，在脈沖變壓器一次側所流過的電流從PWMA流向PWMB，如圖4中箭頭所示，電壓方向為上正下負。

根據變壓器的同名端和接線方式，則開關管Q1的柵極電壓為正，Q2的柵極電壓為負。因此，此時是驅動QM1導通。反之若是PWM1為高電平，PWM2為低電平時，則是驅動Q2導通。四只二極管DQ1 ～DQ2的作用是消除反電動勢對TCA422的影響。

（3）輔助電源電路

本開關電源電路設計過程中所需要的幾路工作電源如下：

① TMS320LF2407 DSP所需電源：I／O 電源（3.3 V），PLL（PHSAELOCKED LOOP）電源（3.3 V），FIASH編程電壓（5 V），模擬電路電源電壓（3.3 V）；②TCA422芯片所需電源：電源端電壓范圍4.5～18 V（選擇15 V）；③采樣電路中所用運算放大器的工作電源為15 V。

因此，整個控制電路需要提供15 V、5 V和3.3 V三種制式的電壓。設計中選用深圳安時捷公司的HAw 5-220524 AC／DC模塊將220 V、50 Hz的交流電轉換成24 V直流電，然后采用三端穩壓器7815和7805獲得15 V和5 V的電壓。TMS320LF2407A所需的3.3 V由5 V通過TPS7333QD電壓芯片得到。（4）采樣電路

電壓采樣電路由三端穩壓器TL431和光電耦合器PC817之問的配合來構成。電路設計如圖5所示，TL431與PC817一次側的LED串聯，TL431陰極流過的電流就是LED的電流。輸出電壓Ud經分壓網絡后到參考電壓UR與TL431中的2.5 V基準電壓Uref進行比較，在陰極上形成誤差電壓，使LED的工作電流 If發生變化，再通過光耦將變化的電流信號轉換為電壓信號送人LF2407A的ADCIN00引腳。

圖5.電壓采樣電路原理圖

由于TMS320LF2407A的工作電壓為3.3 V，因此輸入DSP的模擬信號也不能超過3.3 V。為防止輸入信號電壓過高造成A／D輸入通道的硬件損壞，我們對每一路A／D通道設計了保護電路，如圖5所示，Cu2，CU3 起濾波作用，可以將系統不需要的高頻和低頻噪聲濾除掉，提高系統信號處理的精度和穩定性。

另外，采用穩壓管限制輸入電壓幅值，同時輸入電壓通過二極管與3.3 V電源相連，以吸收瞬間的電壓尖峰。

當電壓超過3.3 V時，二極管導通，電壓尖峰的能量被與電源并聯的眾多濾波電容和去耦電容吸收。并聯電阻Ru4的目的是給TL431提供偏置電流，保證TL431至少有1 mA的電流流過。Cu1 和RU3作為反饋網絡的補償元件，用以優化系統的頻率特性。

電流采樣的原理與電壓采樣類似，只是在電路中要通過電流傳感器將電流信號轉換為電壓信號，然后再進行采集。

（5）保護電路

為保證系統中功率轉換電路及逆變電路能安全可靠工作，TMs320LF2407A提供了PDPINTA,各種故障信號經或門CD4075B綜合后，經光電隔離、反相及電平轉換后輸入到PDPINTA引腳，有任何故障時，CD4075B輸出高電平，PDPINTA引腳相應被拉為低電平，此時DSP所有PWM輸出管腳全部呈現高阻狀態，即封鎖PWM輸出。整個過程不需要程序干預，由硬件實現。這對實現各種故障信號的快速處理非常有用。在故障發生后，只有在人為干預消除故障，重啟系統后才能繼續工作。系統的軟件實現

為了構建DSP控制器軟件框架，使程序易于編寫、查錯、測試、維護、修改、更新和擴充，在軟件設計中采用了模塊化設計，將整個軟件劃分為初始化模塊、ADC信號采集模塊、PID運算處理模塊、PWM波生成模塊、液晶顯示模塊以及按鍵掃描模塊。各模塊間的流程如圖6所示。

圖6.功能模塊流程圖

3.1 初始化模塊

系統初始化子程序是系統上電后首先執行的一段代碼，其功能是保證主程序能夠按照預定的方式正確執行。系統的初始化包括所有DSP的基本輸入輸出單元的初始設置、LCD初始化和外擴單元的檢測等。

3.2 ADC采樣模塊

TMS320LF2407A芯片內部集成了10位精度的帶內置采樣／保持的模數轉換模塊（ADC）。根據系統的技術要求，10位ADC的精度可以滿足電壓的分辨率、電流的分辨率的控制要求，因此本設計直接利用DSP芯片內部集成的ADC就可滿足控制精度。另外，該10位ADC是高速ADC，最小轉換時間可達到500 ns，也滿足控制對采樣周期要求。

ADC采樣模塊首先對ADC進行初始化，確定ADC通道的級聯方式，采樣時間窗口預定標，轉換時鐘預定標等。然后啟動ADC采樣，定義三個數組依次存放電壓、電流和溫度的采樣結果，對每一個信號采樣8次，經過移位還原后存儲到相應的數組中，共得到3組數據。如果預定的ADC中斷發生，則轉人中斷服務程序，對采樣的數據進行分析、處理和傳輸。以電壓采樣為例，其具體的流程圖如圖7所示。

圖7.程序流程圖

3.3 PID運算模塊

本系統借助DSP強大的運算功能，通過編程實現了軟件PID調節。由于本系統軟件中采用的是增量式PID算法，因此需要得到控制量的增量△un，式（3）為增量式PID算法的離散化形式：

?un?Kp(en?en?1)?Kien?Kd[en?2en?1?en?2]

(3)

開關電源在進入穩態后，偏差是很小的。如果偏差e在一個很小的范圍內波動，控制器對這樣微小的偏差計算后，將會輸出一個微小的控制量，使輸出的控制值在一個很小的范圍內，不斷改變自己的方向，頻繁動作，發生振蕩，這既影響輸出控制器，也對負載不利。

為了避免控制動作過于頻繁，消除由于頻繁動作所引起的系統振蕩，在PID算法的設計中設定了一個輸出允許帶eo。當采集到的偏差|en|≤eo時，不改變控制量，使充電過程能夠穩定地進行；只有當|en| >eo 時才對輸出控制量進行調節。PID控制模塊的程序流程如圖8所示：

圖8.PID運算程序流程圖

TMS320LF2407A內部包括兩個事件管理器模塊EVA和EVB，每個事件管理器模塊包括通用定時器GP、比較單元、捕獲單元以及正交編碼脈沖電路。通過TMS320LF2407A事件管理模塊中的比較單元可以產生帶死區的PWM波，與PWM 波產生相關的寄存器有：比較寄存器CMPRx、定時器周期寄存器Tx—PR、定時器控制寄存器TxCON、定時器增／減計數器TxCNT、比較控制寄存器COMCONA／B、死區控制寄存器DBTCONA／B。

PWM波的生成需對TMS320LF2407A的事件管理模塊中的寄存器進行配置。由于選用的是PWM1／2，因此配置事件管理寄存器組A，根據需要生成帶死區PWM波的設置步驟為：

（1）設置并裝載比較方式寄存器ACTRA，即設置PWM波的輸出方式；

（2）設置T1CON寄存器，設定定時器1工作模式，使能比較操作；

（3）設置并裝載定時器1周期寄存器T1PR，即規定PWM 波形的周期；

（4）定義CMPR1寄存器，它決定了輸出PWM 波的占空比，CMPR1中的值是通過計算采樣值而得到的；

（5）設置比較控制寄存器COMCONA，使能PD—PINTA 中斷；

（6）設置并裝載死區寄存器DBTCONA，即設置死區時間。

圖9.帶死區PWM波的生成原理

3.5 鍵盤掃描及LCD顯示模塊

按鍵掃描執行模塊的作用是判斷用戶的輸入，對不同的輸入做出相應的響應。本開關電源設計采用16個壓電式按鍵組成的矩陣式鍵盤構成系統的輸入界面。16個按鍵的矩陣式鍵盤需要DSP的8個I／O口，這里選用IOPA0～IOPA3作為行線，IOPF0～IOPF3作為列線。由于TMS320LF2407A都是復用的I／O口，因此需要對MCRA和MCRC寄存器進行設置使上述8個I／O口作為一般I／O端口使用。按鍵掃描執行模塊采用的是中斷掃描的方式，只有在鍵盤有鍵按下時才會通過外部引腳產生中斷申請，DSP相應中斷，進人中斷服務程序進行鍵盤掃描并作相應的處理。

LCD顯示模塊需要DSP提供11個I／O口進行控制，包括8位數據線和3位控制線，數據線選用IOPB0～IOPB7，控制線選用IOPFO IOPF2，通過對PBDATDIR和PFDATDIR寄存器的設置實現DSP與LCD的數據傳輸，實時顯示開關電源的運行狀態。結論

本文介紹的基于DSP的大功率高頻開關電源，充分發揮了DSP強大功能，可以對開關電源進行多方面控制，并且能夠簡化器件，降低成本，減少功耗，提高設備的可靠性。

參考文獻

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第四篇：開關電源及模塊市場需求分析

開關電源及模塊電源的市場需求分析

簡要介紹一下相關市場需求量大、而又急需，供應少的電源需求。

1． 電力電源（針對中國新電網標準，電網改造的新電源標準）

這兩年我國電網改革，據我們新發布的國家電網新標準，在電力儀表方面應用到一種超寬電壓輸入，大概10W-15W左右的電力開關電源，需求量非常巨大，這類電源有以下參數特點：

A 超寬輸入：AC80~700或65~500，B 輸出電壓為兩路：5V,1.2A左右，峰值1.8A;12V,0.4A,峰值0.8A;

C 輸出可調，有些為三路或四路或可定制。

D 用量非常巨大，國內幾家大型企業的用量都在幾萬只以上。

E 市場售價大概都在80元左右（含稅）。

2． LED電源

LED屏電源，傳統屏電源因為已經競爭太激烈忽略不講。著重說下LED超薄屏（租賃業偏多）

A 輸入：85~264寬電壓輸入，帶PFC，帶風扇

B 輸出：5V，40A；或5V，60A；或5V，80A（三種功率較常用）

C 體積要求：厚度3cm，長度及寬度盡量控制（參考長寬：長19cm，寬110cm）

D這類開關電源的市場300W，售價大概都在200多元

以上是開關電源的要求，目前國內市場上用得非常多。

現在科索正在開發AC-DC的科索模塊電源，5V，60A的體積大概是

117*61*12.7 mm，具備PFC功能。

此類模塊電源市場上基本沒有，開發難度較大。供貴司參考。

當然，開關電源因為具有風扇會有機械噪聲，而且在全封閉的要求防水的LED屏的情況下，工作效率會受到影響可能會降額；而模塊電源的好處是不需使用風扇，模塊則需要通過直接接觸客戶箱體，借助客戶的機殼熱傳導散熱，且能在高溫環境下工作又不產生噪聲。

3． 鐵路機車專用模塊電源

雖然需求量巨大，但是因為鐵路建設及軌道建設的特殊性，中國鐵道市場應用的電源模塊特點還是相對比較單一。主要是有以下特點：

電壓輸入范圍：DC60-160V（標稱值DC110V）

模塊功率范圍： 50-200W（一般不超過200W）

輸出電壓：DC5V，12V，13.8V，15V等（也有特殊需求看應用）

工作溫度范圍：-40~85 度（少數高溫達100攝氏度）

另外鐵路及軌道用模塊電源，在抗沖擊震動，以及浪涌電流等方面，有著更高的要求。一般機車載的設備供電電源模塊的需求都是DC110V輸入的。

像國內的品牌100W的大概都在150~200左右，200W的模塊大致是250左右。而日本、美國的品牌差不多大概都是國產價格的兩倍。

用量巨大，像南車，北車等巨頭一年用量都是在數十萬只電源模塊。當然他們用的大都是VICOR、COSEL、LAMBDA等模塊電源，因為量大，而且價格也是要比平常售價要低不少。

4． 通訊-直放站、基站放大器電源

以前我們亦有客戶應用的，如上次的深圳銀波達，是要用AC-DC1500W，12V，3A；28V，40A；這樣的雙路輸出電源。

此類通信電源的以下參數特點：

A．300W以上，如300W，600W，1000W，1500W等幾個功率用得非常多

B．輸出電壓為雙路，5V，27V；或者是12V，27V，兩種。

C．自帶風扇，體積盡量小

國內此類市場大多為國內的幾個品牌占據，如金威源，明緯等，有部分是愛默生、LAMBDA，等幾個品牌占據，少數為國內的廠家定做。

市場價格方面：

如國內產的大概是300W，200元左右，依此按比例類推

LAMBDA的經濟型的1500W的價格，大概也賣到了1600元左右。

因為現國內3G網絡正于火熱建設中，市場需求比較大。深圳一家中小型企業一年都可以用上千臺這種1000W的電源。

第五篇：開關電源心得

單端反激式開關電源設計心得體會

原理圖

一、電路組成及工作原理 單端反激式開關電源是一種單片開關電源，采用美國IP公司的開關電源芯片TOP226Y。單端是指開關電源芯片（本文采用TOP226Y）只有一個脈沖調制信號功率輸出端 —— 漏極D。反激是指當功率MOSFET導通時，就將電能儲存在高頻變壓器的初級繞組上，僅當MOSFET關斷時，才向次級輸送電能[11]。

由TOP226Y芯片構成的單端反激式開關電源電路主要包括：輸入整流濾波電路、功率變換電路、輸出濾波電路、反饋電路及控制電路幾部分組成。功率電路采用單端反激式DC/DC變換器，控制電路是TOP226Y（TOPSwitch-II系列）芯片來實現對輸出控制的功能。

電源簡要工作原理如下:交流電Ui經輸入整流濾波電路后輸入到高頻變壓器一次側，電壓經反激后，次級的高頻電壓經過輸出整流濾波電路整流濾波后，獲得輸出電壓Uo。圖中鉗位電路是用來吸收高頻變壓器的漏感產生的尖峰電壓，從而保護了TOP226Y中功率管不被尖峰電壓燒毀。誤差放大器和光耦組成反饋電路，當由于某種原因致使Uo上升，則光耦中發光二極管的電流升高，經過光耦后，使光耦中的電流也升高，使得TOP226Y控制端電流升高，經TOP226Y內控制后，使控制脈寬占空比降低，使Uo維持不變，從而實現穩壓目的；反之亦然。

二、心得體會

這學期我們做了一個反激式開關電源課程設計。從分析電路的原理、查詢所用相關器件的資料，再網購所有器件，最后焊接電路板并測試花了較長的時間！特別是網購器件的時候，因為有的器件沒有標明具體參數要求，其中變壓器還需要訂制。買好器件就是焊接的問題了，對著電路圖焊接板子需要很仔細，芯片的管腳、電容等正負極容易接反。我焊接的板子就因為正負極錯了，結果測試插電就炸了電容。經檢查改正最后完成了！整個課程設計下來我覺得做一個電子產品不簡單，最關鍵是要懂得原理，焊接過程認真對待就能做好！