一种高效小型化的开关电源设计方案 程控交换机, 开关电源, 电子技术, 电子检测, 计算机

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关键字：开关电源   电源设计  
1 引言
开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。从上世纪90年代以来开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，计算机、程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源。随着电源技术的发展，低电压，大电流的开关电源因其技术含量高，应用广，越来越受到人们重视。在开关电源中，正激和反激式有着电路拓扑简单，输入输出电气隔离等优点，广泛应用于中小功率电源变换场合。跟反激式相比，正激式变换器变压器铜损较低，同时，正激式电路副边纹波电压电流衰减比反激式明显，因此，一般认为正激式变换器适用在低压，大电流，功率较大的场合。

2 系统总体框图

一种高效小型化的开关电源设计的系统总体框图如图1所示。




输入的市电经净化滤波后整流成300V左右的直流电压加到半桥电路的MOS管上。控制电路由最常用SG3525芯片组成。控制电路通过高压部件反馈绕组检测输出电压的变化量，产生激励脉冲去驱动功率MOS场效应管，实现稳压输出。

3 电源设计的基本技术

3.1有源钳位技术

正激DC/DC变换器其固有缺点是功率晶体管截止期间高频变压器必须磁复位。以防变压器铁心饱和，因此必须采用专门的磁复位电路。通常采用的复位方式有三种，即传统的附加绕组法、RCD钳位法、有源钳位法。三种方法各有优缺点：磁复位绕组法正激变换器的优点是技术成熟可靠，磁化能量可无损地回馈到直流电路中去，可是附加的磁复位绕组使变压器结构复杂化，变压器漏感引起的关断电压尖峰需要RC缓冲电路来抑制，占空比D<0.5,功率开关管承受的电压应力与输入电源电压成正比。RCD钳位正激变换器的优点是磁复位电路简单，占空比D可以大于0.5,功率开关管承受电压应力较低，但大部分磁化能量消耗在钳位电阻中，因此它一般适用于变换效率不高且价廉的电源变换场合。有源钳位技术是三种技术中效率最高的技术，它的电路图如图2所示，工作原理如图3所示。







在 DT时段之前，开关管S1 导通，激磁电流iM为负，即从Cr通过S1流向Tr,在DT阶段，开关管S的驱动脉冲ugs使其导通，同时ugs1=0,使S1 关断，在Vin的作用下，激磁电流由负变正，原边功率通过变压器传到副边，给输出端电感L充电;在(1-D)T时段，ugs=0,S关断，ugs1到来使 S1导通，iM通过S1的反并二极管向Cr充电，在Cr和Tr漏感构成的谐振电路的作用下，iM由正变负，变压器反向激磁。从以上分析中可以看出：有源钳位正激变换器变压器铁心工作在双向对称磁化状态，提高了铁心利用率，钳位电容的稳态电压随开关占空比而自动调节，因而占空比可大于50%;Vo一定时，主开关、辅助开关应力随Vin的变化不大;所以，在占空比和开关应力允许的范围内，能够适应较大输入电压变化范围的情况。不足之处是增加了一个管子，使得电路变得复杂。