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1、湖南铁 路 科 技职 业技术学院 电 子电 气系 毕业设 计（论 文）摘要随 着 微电 子就的 蹴 嬷设 备的 小型化合数球 鞘 稣 的 流，Wc开 关电 源的 应用 日趋 广泛。但开关电 源固有的 高 频 辐 射及传导的 电 磁 干扰（EMD发射对开 关幡效率 及使ffl的 影响曲成人们关注的 热点。EMI问 题 是f跨 科 学的 综 合性研 究 课 题。本文河电 源开关的MS各式电 源工作原理 并讨 论 了开关电 财 生 电 磁 干扰的 机 理，并按照不同噪声滋际 的 影响程 麟 出了开发设 计 中可以有效改善电 磁 干扰的 方法。本文还 介绍 了各种 开关电 源电 路 图并进 行 详 细
2、 了解。电 磁 干扰信号不仅对电 网 造 成了 污染，还 直 接的 影响到其他用 电 设 备甚 至 电 源本身 的 正常工作，并且作为辐 射干 扰闯 入空 间，造 成了电 磁 污染，对人们的 生 产和生 活产生 了一定的 制约。开关电 源产生 的 电 磁 干扰对电 子设 备的 性能 影响很大，电 磁 干扰对开关电 源的 效 率 和安全性及使用 的 影响日益 成为人们关注的 热点。因此，各种 标准对抑制电 源 设 备电 磁 干扰的 要 求已越 来越 高。本文对开关电 源电 磁 干扰的 产生 机理 以及开关 电 源做了简 要 的 描述，着 重 讲 述 了开关电 源的 原理 结 构以及抑制电 磁 干
3、扰的 方 法，并用 实验 对其做了详 细 的 介绍。关键 词：开关电 源；电 磁 干扰；EMI/RFI；分析与抑制IThis document is produced by trial version of Print2Flash.Visit for more information湖南铁 路 科 技职 业技术学院 电 子电 气系 毕业设 计（论 文）目 录摘要.I第 一章 前言.11.1开关电 源概述.11.2开关电 源的 研 究 现 状.41.3本论 文研 究 内容.4第 二章 开关电 源的 设 计 原理.82.1开关式稳 压电 源的 基本工作原理.82.2开关式稳 压电 源的 原理 电
4、路.92.2.1.基本电 路.92.2.2单端 反激式开关电 源.92.2.3单端 正激式开关电 源.102.2.4自 激式开关稳 压电 源.112.2.5推挽式开关电 源.112.2.6降 压式开关电 源.122.2.7升压式开关电 源.132.2.8反转 式开关电 源.13第 三章 开关电 源电 磁 干扰产生 的 原因.143.1根本的 原因.143.2二极管 的 反向恢复时间 引起 的 干扰.143.3开关管 工作时产生 的 谐 波干扰.143.4交流输 入回路 电 流畸 变造 成的 噪声.153.5 PCB布板及寄生 参数引起 的 噪声.153.6开关电 源EMI/RFI抑制措施.15
5、3.6.1 PCB设 计 的 优化是减小噪声影响的 最主要 因素.163.6.2设 计 输 入EMI滤波是第 二重 要 的 因素.173.6.3波形技术的 使用 是第 三重 要 因数.183.6.4外壳设 计 是第 四重 要 因数.193.6.5电 磁 干扰的 抑制.20结 语.22致 谢.23参考 资 料.24This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit for more information湖南铁 路 科 技职 业技术学院 电 子电 气系 毕业设 计(论 文)第 一章 前言1.1开关电 源概述开关电 源是利
6、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 剂(PWM)控制IC和 MOSFET构成。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。目 前，开关电 源以小型、轻 量 和高 效率 的 特 点被 广泛应用 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。(1)主要 用 途开关电 源产品广泛应用 于工业自 动化控制、军工设 备、科 研 设 备、LED照明、工控设 备、通 讯 设 备、电 力设 备、仪器仪表、医疗 设 备、半导体制
7、冷制热、空 气 净化器，电 子冰箱，液晶显示 器，LED灯具，通 讯 设 备，视 听产品，安防 监 控，LED灯袋，电 脑 机箱，数码 产品和仪器类 等 领 域。(2)主要 类 型现 代开关电 源有两种：一种 是直 流开关电 源；另一种 是交流开关电 源。这 里 主要 介绍 的 只是直 流开关电 源，其功能 是将电 能 质 量 较 差的 原生 态电 源(粗 电)，如市电 电 源或蓄 电 池电 源，转 换成满足 设 备要 求的 质 量 较 高 的 直 流电 压(精 电)。直 流开关电 源的 核心是DC/DC转 换器。因此直 流开关电 源的 分类 是 依赖DC/DC转 换器分类 的。也就是说，直
8、流开关电 源的 分类 与DC/DC转 换器的 分 类 是基本相 同的，DC/DC转 换器的 分类 基本上就是直 流开关电 源的 分类。直 流 DC/DC转 换器按输 入与输 出之间 是否有电 器隔 离 可以分为两类：一类 是有隔 离 的 称 为隔 离 式DC/DC转 换器；另一类 是没有隔 离 的 称 为非 隔 离 式DC/DC转 换器。隔 离 式DC/DC转 换器也可以按有源功率 器件的 个数来分类。单管 的DC/DC 转 换器有正激式(Forward)和反激式(Flyback)两种。双管DC/DC转 换器有 双管 正激式(DoubleTransistor Forward Converter
9、),双管 反激式(Double Transistr Flyback Converter).推挽式(Push-Pull Converter)和半桥式(Half-Bridge Converter)四种。四管DC/DC转 换器就是全桥DC/DC转 换器(Full-Bridge Converter)非 隔 离 式DC/DC转 换器，按有源功率 器件的 个数，可以分为单管、双管 和四管 三类。单管DC/DC转 换器共有六种，即降 压式(Buck)DC/DC转 换器，升压式(Boost)1This document is produced by trial version of Print2Flash.V
10、isit www.print2 for more information湖南铁 路 科 技职 业技术学院 电 子电 气系 毕业设 计(论 文)DC/DC转 换器、升压降 压式(Buck Boost)DC/DC转 换器、Cuk DC/DC转 换器、Zeta DC/DC转 换器和SEPIC DC/DC转 换器。在这 六种 单管DC/DC转 换器中，Buck 和 Boost 式 DC/DC 转 换器是基本的，Buck-Boost,Cuk、Zeta、SEPIC 式 DC/DC 转 换器是从中派生 出来的。双管DC/DC转 换器有双管 串接的 升压式(Buck-Boost)DC/DC转 换器。四管DC/
11、DC转 换器常用 的 是全桥DC/DC转 换器(Full-Bridge Converter)=隔 离 式DC/DC转 换器在实现 输 出与输 入电 气隔 离 时，通 常采 用 变压器来实 现，由 于变压器具有变压的 功能，所以有利于扩大转 换器的 输 出应用 范 围，也 便于实现 不同电 压的 多路 输 出，或相 同电 压的 多种 输 出。在功率 开关管 的 电 压和 电 流定额 相 同时，转 换器的 输 出功率 通 常与所用 开关管 的 数量 成正比。所以开关 管 数越 多，DC/DC转 换器的 输 出功率 越 大，四管 式比两管 式输 出功率 大一倍，单 管 式输 出功率 只有四管 式的1
12、/4。非 隔 离 式转 换器与隔 离 式转 换器的 组 合，可以 得到单个转 换器所不具备的 一些特 性。按能 量 的 传输 来分，DC/DC转 换器有单向传输 和双向传输 两种。具有双向传 输 功能 的DC/DC转 换器，既可以从电 源侧向负 载 侧传输 功率，也可以从负 载 侧 向电 源侧传输 功率。DC/DC转 换器也可以分为自 激式和他控式。借助转 换器本身 的 正反馈 信号实 现 开关管 自 持周期性开关的 转 换器，叫做自 激式转 换器，如洛耶 尔(Royer)转 换器就是一种 典型的 推挽自 激式转 换器。他控式DC/DC转 换器中的 开关器件控制 信号，是由 外部 专门 的 控
13、制电 路 产生 的。按照开关管 的 开关条件，DC/DC转 换器 又可以分为硬 开关(Hard Switching)和软 开关(Soft Switching)两种。硬 开 关DC/DC转 换器的 开关器件 是在承受电 压或流过 电 流的 情况下，开通 或关断电 路 的，因此在开通 或关断过 程 中将会产生 较 大的 交叠损耗，即所谓 的 开关损耗(Switching loss)。当转 换器的 工作状 态一定时开关损耗 也是一定的，而 且开 关频 率 越 高，开关损耗 越 大，同时在开关过 程 中还 会激起 电 路 分布电 感和寄生 电 容的 振荡，带来附 加损耗，因此，硬 开关DC/DC转 换
14、器的 开关频 率 不能 太高。软 开关DC/DC转 换器的 开关管，在开通 或关断过 程 中，或是加于其上的 电 压为零,即零 电 压开关(Zero-Voltage-Switching,ZVS),或是通 过 开关管 的 电 流为零，即零 电 流开关(Zero-Current Switching,ZCS)。这 种 软 开关方式可以显着 地2This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit for more information湖南铁 路 科 技职 业技术学院 电 子电 气系 毕业设 计(论 文)减小开关损耗，以及开关
15、过 程 中激起 的 振荡，使开关频 率 可以大幅度提高，为转 换器的 小型化和模块化创造 了条件。功率 场效应管(MOSFET)是应用 较 多的 开 关器件，它有较 高 的 开关速 度，但同时也有较 大的 寄生 电 容。它关断时，在外电 压的 作用 下，其寄生 电 容充满电，如果在其开通 前不将这 一部 分电 荷 放掉，则 将消耗 于器件内部，这 就是容性开通 损耗。为了减小或消除 这 种 损耗，功率 场效 应管 宜采 用 零 电 压开通 方式(ZVS)。绝 缘 栅双极性晶体管(Insulated Gate Bipolar tansistor,IGBT)是一种 复合开关器件，关断时的 电 流拖
16、尾会导致 较 大的 关断损耗，如果在关断前使流过 它的 电 流降 到零，则可以显着 地降 低开关损 耗，因此IGBT宜采 用 零 电 流(ZCS)关断方式。IGBT在零 电 压条件下关断，同 样也能 减小关断损耗，但是M0SFET在零 电 流条件下开通 时，并不能 减小容性开 通 损耗。谐 振转 换器(ResonantConverter,RC)、准谐 振转 换器(Qunsi-Tesonant Converter,QRC)、多谐 振转 换器(Multi-ResonantConverter,MRC)、零 电 压开 关PWM转 换器(ZVS PWM Converter),零 电 流开关PWM转 换器
17、(ZCS PWM Converter),零 电 压转 换(Zero-Voltage-Trans it ion,ZVT)PWM转 换器和零 电 流转 换(Zero-Voltage-Transition,ZVT)PWM转 换器等，均属于软 开关直 流转 换器。电 力电 子开关器件和零 开关转 换器技术的 发展，促使了高 频 开关电 源的 发展。(3)基本组 成开关电 源大致 由 主电 路、控制电 路、检测电 路、辅 助电 源四大部 份组 成。主电 路 冲击电 流限 幅：限 制接通 电 源瞬 间 输 入侧的 冲击电 流。1.输 入滤波器：其作用 是过 滤电 网 存在的 杂波及阻 碍 本机产生 的 杂
18、波反馈 回电 网。2.整流与滤波：将电 网 交流电 源直 接整流为较 平滑的 直 流电。3.逆 变：将整流后的 直 流电 变为高 频 交流电，这 是高 频 开关电 源的 核心部 分。4.输 出整流与滤波：根据负 载 需 要，提供稳 定可靠 的 直 流电 源。控制电 路 一方面 从输 出端 取样，与设 定值进 行 比较，然后去控制逆 变器，改 变其脉 宽或脉 频，使输 出稳 定，另一方面，根据测试 电 路 提供的 数据，经 保护电 路 鉴 别，提供控制电 路 对电 源进 行 各种 保护措施。检测电 路 提供保护电 路 中正在 运 行 中各种 参数和各种 仪表 数据。辅 助电 源实现 电 源的 软
19、 件(远 程)启动，为保 护电 路 和控制电 路(PWM等 芯 片)工作供电。3This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit www.print2 for more information湖南铁 路 科 技职 业技术学院 电 子电 气系 毕业设 计（论 文）1.2开关电 源的 研 究 现 状人们在开关电 源技术领 域是边 开发相 关电 力电 子器件，边 开发开关变频 技 术，两者 相 互促进 推动着 开关电 源每年以超 过 两位数字的 增长 率 向着 轻、小、薄、低噪声、高 可靠、抗干扰的 方向发展。开关电 源可
20、分为AC/DC和DC/DC两大类。（1）微型低功率 开关电 源开关电 源正在走 向大众化，微型化。开关电 源将逐 步取代变压器在生 活中的 所有应用，低功率 微型开关电 源的 应用 要 首 先体现 在，数显表、智能 电 表、手机 充电 器等 方面。现 阶 段国家在大力推广智能 电 网 建设,对电 能 表 的 要 求大幅提高,开关电 源将逐 步取代变压器在电 能 表 上面 的 应用O（2）反转 式串联 开关电 源反转 式串联 开关电 源与一般 串联 式开关电 源的 区别是,这 种 反转 式串联 开关 电 源输 出的 电 压是负 电 压，正好与一般 串联 式开关电 源输 出的 正电 压极性相 反；
21、并且由 于储能 电 感L只在开关K关断时才向负 载 输 出电 流，因此，在相 同条件下,反转 式串联 开关电 源输 出的 电 流比串联 式开关电 源输 出的 电 流小一倍。1.3本论 文研 究 内容（1）发展方向开关电 源高 频 化是其发展的 方向，高 频 化使开关电 源小型化，并使开关电 源 进 入更广泛的 应用 领 域，特 别是在高 新技术领 域的 应用，推动了开关电 源的 发展 前进，每年以超 过 两位数字的 增长 率 向着 轻、小、薄、低噪声、高 可靠、抗干扰 的 方向发展。开关电 源可分为AC/DC和DC/DC两大类，DC/DC变换器现 已实现 模 块化，且设 计 技术及生 产工艺
22、在国内外均已成熟 和标准化，并已得到用 户的 认 可,但AC/DC的 模块化，因其自 身 的 特 性使得在模块化的 进 程 中，遇 到较 为复杂的 技 术和工艺 制造 问 题。另外，开关电 源的 发展与应用 在节 约 能 源、节 约 资 源及保护 环 境方面 都 具有重 要 的 意义。开关电 源中应用 的 电 力电 子器件主要 为二极管、IGBT和MOSFET.变压器。SCR在开关电 源输 入整流电 路 及软 启动电 路 中有少量 应用，GTR驱 动困难，开关频 率 低，逐 渐被IGBT和MOSFET取代。开关电 源的 发展方向是高 频、高 可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。由 于开关电 源
23、轻、小、薄 的 关键 技术是高 频 化，因此国外各大开关电 源制造 商都 致 力于同步开发新型高 智能 化的 元器件，特 别是改善二次整流器件的 损耗，4 This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit www.print2 for more information湖南铁 路 科 技职 业技术学院 电 子电 气系 毕业设 计（论 文）并在功率 铁 氧体材料上加大科 技创新，以提高 在高 频 率 和较 大磁 通 密度（B，）下 获 得高 的 磁 性能，而 电 容器的 小型化也是一项 关键 技术。SMT技术的 应用 使
24、得开 关电 源取得了长 足 的 进 展，在电 路 板两面 布置 元器件，以确 保开关电 源的 轻、小、薄。开关电 源的 高 频 化就必然对传统 的PWM开关技术进 行 创新，实现ZVS、ZCS 的 软 开关技术已成为开关电 源的 主流技术，并大幅提高 了开关电 源的 工作效率。对于高 可靠 性指标，美 国的 开关电 源生 产商通 过 降 低运 行 电 流，降 低结 温等 措施 以减少器件的 应力，使得产品的 可靠 性大大提高。模块化是开关电 源发展的 总体趋 势，可以采 用 模块化电 源组 成分布式电 源系 统，可以设 计 成N+1冗余电 源系 统，并实现 并联 方式的 容量 扩展。针 对开关
25、电 源 运行 噪声大这 一缺 点，若 单独 追 求高 频 化其噪声也必将随 着 增大，而 采 用 部 分谐 振转 换电 路 技术，在理 论 上即可实现 高 频 化又可降 低噪声，但部 分谐 振转 换技术 的 实际 应用 仍存在着 技术问 题，故仍需 在这 一领 域开展大量 的 工作，以使得该 项 技术得以实用 化。电 力电 子技术的 不断创新，使开关电 源产业有着 广阔 的 发展前景。要 加快我 国开关电 源产业的 发展速 度，就必须 走 技术创新之路，走 出有中国特 色 的 产学研 联 合发展之路，为我国国民经 济的高 速 发展做出贡 献。（2）工作原理开关电 源的 工作过 程 相 当容易理
26、 解，在线 性电 源中，让 功率 晶体管 工作在线 性模式，与线 性电 源不同的 是，PWM开关电 源是让 功率 晶体管 工作在导通 和关断 的 状 态，在这 两种 状 态中，加在功率 晶体管 上的 伏-安乘积 是很小的（在导通 时,电 压低，电 流大；关断时，电 压高，电 流小）/功率 器件上的 伏安乘积 就是功率 半导体器件上所产生 的 损耗。与线 性电 源相 比，PWM开关电 源更为有效的 工作过 程 是通 过“斩波”，即把 输 入的 直 流电 压斩成幅值等 于输 入电 压幅值的 脉 冲电 压来实现 的。脉 冲的 占空 比由 开关电 源的 控制器来调 节.一旦输 入电 压被 斩成交流方波
27、，其幅值就可以通 过 变压器来升高 或降 低。通 过 增加变压器的 二次绕 组 数就可以增 加输 出的 电 压值。最后这 些交流波形经 过 整流滤波后就得到直 流输 出电 压控制器的 主要 目 的 是保持输 出电 压稳 定,其工作过 程 与线 性形式的 控制器很 类 似。也就是说 控制器的 功能 块、电 压参考 和误 差放大器，可以设 计 成与线 性调 节 器相 同。他们的 不同之处在于，误 差放大器的 输 出（误 差电 压）在驱 动功率 管5This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit www.print2 f
28、or more information湖南铁 路 科 技职 业技术学院 电 子电 气系 毕业设 计（论 文）之前要 经 过 一个电 压/脉 冲宽度转 换单元。开关电 源有两种 主要 的 工作方式：正激式变换和升压式变换。尽管 它们各部 分的 布置 差别很小，但是工作过 程 相 差很大，在特 定的 应用 场合下各有优点。（3）主要 特 点体积 小、重 量 轻：由 于没有工频 变压器，所以体积 和重 量 只有线 性电 源的20 30%。功耗 小、效率 高：功率 晶体管 工作在开关状 态，所以晶体管 上的 功耗 小，转 化效率 高，一般 为6070%,而 线 性电 电 源只有3040%。（4）工作条
29、件开关：电 力电 子器件工作在开关状 态而 不是线 性状 态高 频：电 力电 子器件工作在高 频 而 不是接近 工频 的 低频直 流：开关电 源输 出的 是直 流而 不是交流（5）工作模式顾 名思义，开关电 源就是利用 电 子开关器件（如晶体管、场效应管、可控硅 闸 流管 等），通 过 控制电 路，使电 子开关器件不停地“接通”和“关断”，让 电 子开关器 件对输 入电 压进 行 脉 冲调 制，从而 实现DC/AC、DC/DC电 压变换，以及输 出电 压 可调 和自 动稳 压。开关电 源一般 有三种 工作模式：频 率、脉 冲宽度固定模式，频 率 固定、脉 冲 宽度可变模式，频 率、脉 冲宽度可
30、变模式。前一种 工作模式多用 于DC/AC逆 变电 源，或DC/DC电 压变换；后两种 工作模式多用 于开关稳 压电 源。另外，开关电 源 输 出电 压也有三种 工作方式：直 接输 出电 压方式、平均值输 出电 压方式、幅值输 出电 压方式。同样，前一种 工作方式多用 于DC/AC逆 变电 源，或DC/DC电 压变换;后两种 工作方式多用 于开关稳 压电 源。根据开关器件在电 路 中连 接的 方式，开关电 源，大体上可分为：串联 式开关 电 源、并联 式开关电 源、变压器式开关电 源等 三大类。其中，变压器式开关电 源（后面 简 称 变压器开关电 源）还 可以进 一步分成：推挽式、半桥式、全桥
31、式等 多 种；根据变压器的 激励和输 出电 压的 相 位，又可以分成：正激式、反激式、单激 式和双激式等 多种；如果从用 途 上来分，还 可以分成更多种 类。（6）使用 指南因开关电 源工作效率 高，一般 可达 到80%以上，故在其输 出电 流的 选 择上，6This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit www.print2 for more information湖南铁 路 科 技职 业技术学院 电 子电 气系 毕业设 计（论 文）应准确 测量 或计 算 用 电 设 备的 最大吸收电 流，以使被 选 用 的 开
32、关电 源具有高 的 性 能 价格比。接地开关电 源比线 性电 源会产生 更多的 干扰，对共模干扰敏感的 用 电 设 备，应采 取接地和屏蔽 措施，按ICE1000、EN61000,FCC等EMC限 制，开关电 源均采 取 EMC电 磁 兼容措施，因此开关电 源一般 应带有EMC电 磁 兼容滤波器。如利德华福 技术的HA系 列开关电 源，将其FG端 子接大地或接用 户机壳，方能 满足 上述 电 磁 兼容的 要 求。2保护电 路开关电 源在设 计 中必须 具有过 流、过 热、短 路 等 保护功能，故在设 计 时应首 选 保护功能 齐 备的 开关电 源模块，并且其保护电 路 的 技术参数应与用 电
33、设 备的 工 作特 性相 匹配，以避 免损坏用 电 设 备或开关电 源。3接线 方法L：接220v交流火线N：接220v交流零 线FG：接大地G：直 流输 出的 地+5v：输 出+5V点的 端 口ADJ：是在一定范 围内调 输 出电 压的，开关电 源上输 出的 额 定电 压本来出厂 时是固定的，也就是标称 额 定输 出电 压，设 置 此电 位器可以让 用 户根据实际 使用 情况在一个较 小的 范 围内调 节 输 出电 压，一般 情况下是不需 要 调 整它的。7This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit www.
34、print2 for more information湖南铁 路 科 技职 业技术学院 电 子电 气系 毕业设 计（论 文）第 二章 开关电 源的 设 计 原理随 着 全球 对能 源问 题 的 重 视，电 子产品的 耗 能 问 题 将愈来愈突 出，如何降 低 其待机功耗，提高 供电 效率 成为一个急待解 决的 问 题。传统 的 线 性稳 压电 源虽 然 电 路 结 构简 单、工作可靠，但它存在着 效率 低（只有40%50%）、体积 大、铜 铁 消耗 量 大，工作温度高 及调 整范 围小等 缺 点。为了提高 效率，人们研 制出了开 关式稳 压电 源，它的 效率 可达85%以上，稳 压范 围宽，除
35、 此之外，还 具有稳 压 精 度高、不使用 电 源变压器等 特 点，是一种 较 理 想的 稳 压电 源。正因为如此，开 关式稳 压电 源已广泛应用 于各种 电 子设 备中2.1开关式稳 压电 源的 基本工作原理开关式稳 压电 源接控制方式分为调 宽式和调 频 式两种，在实际 的 应用 中，调 宽式使用 得较 多，在目 前开发和使用 的 开关电 源集 成电 路 中，绝 大多数也为脉 宽 调 制型。因此下面 就主要 介绍 调 宽式开关稳 压电 源如图2-1图2-1调 宽式开关稳 压电 源对于单极性矩 形脉 冲来说，其直 流平均电 压U。取决于矩 形脉 冲的 宽度，脉 冲越 宽，其直 流平均电 压值
36、就越 高。直 流平均电 压U。可由 公式计 算，即 U=UXTi/T式中U.为矩 形脉 冲最大电 压值；T为矩 形脉 冲周期；为矩 形脉 冲宽度。从上式可以看 出，当U,与T不变时，直 流平均电 压U。将与脉 冲宽度L成正比。这 样，只要 我们设 法使脉 冲宽度随 稳 压电 源输 出电 压的 增高 而 变窄，就可以达 到 稳 定电 压的 目 的。8This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit for more information湖南铁 路 科 技职 业技术学院 电 子电 气系 毕业设 计（论 文）2.2开关式
37、稳 压电 源的 原理 电 路2.2.1.基本电 路开关式稳 压电 源的 基本电 路 框图如图2-2-1所示。交流电 压经 整流电 路 及滤波电 路 整流滤波后，变成含有一定脉 动成份的 直 流电 压，该 电 压进 人高 频 变换器被 转 换成所需 电 压值的 方波，最后再将这 个方 波电 压经 整流滤波变为所需 要 的 直 流电 压。控制电 路 为一脉 冲宽度调 制器，它主要 由 取样器、比较 器、振荡 器、脉 宽调 制及基准电 压等 电 路 构成。这 部 分电 路 目 前已集 成化，制成了各种 开关电 源用 集 成电 路。控制电 路 用 来调 整高 频 开关元件的 开关时间 比例，以达 到稳
38、 定输 出电 压 的 目 的。图2-2-1开关电 源基本电 路 框图2.2.2单端 反激式开关电 源单端 反激式开关电 源的 典型电 路 如图2-2-2所示。电 路 中所谓 的 单端 是指高 频 变换器的 磁 芯 仅工作在磁 滞回线 的 一侧。所谓 的 反激，是指当开关管VT1导 通 时，高 频 变压器T初级 绕 组 的 感应电 压为上正下负，整流二极管VD1处于截止 状 态，在初级 绕 组 中储存能 量。当开关管VT1截止时，变压器T初级 绕 组 中存储 的 能 量，通 过 次级 绕 组 及VD1整流和电 容C滤波后向负 载 输 出9This document is produced by
39、trial version of Print2Flash.Visit www.print2 for more information湖南铁 路 科 技职 业技术学院 电 子电 气系 毕业设 计（论 文）图2-2-2反激式开关电 源单端 反激式开关电 源是一种 成本最低的 电 源电 路，输 出功率 为20 100W,可以 同时输 出不同的 电 压，且有较 好的 电 压调 整率。唯一的 缺 点是输 出的 纹 波电 压较 大，外特 性差，适 用 于相 对固定的 负 载。单端 反激式开关电 源使用 的 开关管VT1承受的 最大反向电 压是电 路 工 作电 压值的 两倍，工作频 率 在20-200kHz
40、之间。2.2.3单端 正激式开关电 源单端 正激式开关电 源的 典型电 路 如图2-2-3所示。这 种 电 路 在形式上与单端 反 激式电 路 相 似，但工作情形不同。当开关管VT1导通 时，VD2也导通，这 时电 网 向负 载 传送 能 量，滤波电 感L储存能 量；当开关管VT1截止时，电 感L通 过 续 流二极管VD3继 续 向负 载 释 放能 量。图2-2-3正激式开关电 源在电 路 中还 设 有钳 位线 圈与二极管VD2,它可以将开关管VT1的 最高 电 压限 制在10 This document is produced by trial version of Print2Flash.
41、Visit for more information湖南铁 路 科 技职 业技术学院 电 子电 气系 毕业设 计（论 文）两倍电 源电 压之间。为满足 磁 芯 复位条件，即磁 通 建立 和复位时间 应相 等，所以 电 路 中脉 冲的 占空 比不能 大于5 0%.由 于这 种 电 路 在开关管VT1导通 时，通 过 变压器向负 载 传送 能 量，所以输 出功率 范 围大，可输 出50-200 W的 功率。电 路 使用 的 变压器结 构复杂，体积 也较 大，正因为这 个原因，这 种 电 路 的 实际 应用 较 少。2.2.4自 激式开关稳 压电 源自 激式开关稳 压电 源的 典型电 路 如图2-2
42、-4所示。这 是一种 利用 间 歇振荡 电 路 组 成的 开关电 源，也是目 前广泛使用 的 基本电 源之一。图2-2-4激式开关稳 压电 源当接入电 源后在&给 开关管VT】提供启动电 流，使VL开始导通，其集 电 极电 流 L在L】中线 性增长，在L中感应出使VL基极为正，发射极为负 的 正反馈 电 压,使VL很快饱 和。与此同时，感应电 压给G充电，随 着G充电 电 压的 增高，VTx 基极电 位逐 渐变低，致 使退 出饱 和区，L开始减小，在L中感应出使VT】基 极为负、发射极为正的 电 压，使VL迅 速 截止，这 时二极管VDi导通，高 频 变压 器T初级 绕 组 中的 储能 释 放
43、给 负 载。在VL截止时，L,中没有感应电 压，直 流供 电 输 人电 压又经R】给G反向充电，逐 渐提高VT】基极电 位，使其重 新导通，再次 翻 转 达 到饱 和状 态，电 路 就这 样重 复振荡 下去。这 里 就像单端 反激式开关电 源那 样，由 变压器T的 次级 绕 组 向负 载 输 出所需 要 的 电 压。自 激式开关电 源中的 开关管 起 着 开关及振荡 的 双重 作从，也省 去了控制电 路。电 路 中由 于负 载 位于变压器的 次级 且工作在反激状 态,具有输 人和输 出相 互隔 离 的 优点。这 种 电 路 不仅适 用 于大功率 电 源，亦适 用 于小功率 电 源。2.2.5推
44、挽式开关电 源11This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit www.print2 for more information湖南铁 路 科 技职 业技术学院 电 子电 气系 毕业设 计（论 文）推挽式开关电 源的 典型电 路 如图2-2-5所示。它属于双端 式变换电 路，高 频 变压器的 磁 芯 工作在磁 滞回线 的 两侧。电 路 使用 两个开关管VT1和VT2,两个开 关管 在外激励方波信号的 控制下交替的 导通 与截止，在变压器T次级 统 组 得到方 波电 压，经 整流滤波变为所需 要 的 直 流电 压。图
45、2-2-5推挽式开关电 源这 种 电 路 的 优点是两个开关管 容易驱 动,主要 缺 点是开关管 的 耐 压要 达 到两 倍电 路 峰值电 压。电 路 的 输 出功率 较 大，一般 在100-500 W范 围内。2.2.6降 压式开关电 源降 压式开关电 源的 典型电 路 如图2-2-6所示。当开关管VT1导通 时，二极 管VD1截止，输 人的 整流电 压经VT1和L向C充电，这 一电 流使电 感L中的 储 能 增加。当开关管VT1截止时，电 感L感应出左负 右正的 电 压，经 负 载RL和续 流二极管VD1释 放电 感L中存储的 能 量，维 持输 出直 流电 压不变。电 路 输 出直 流 电
46、 压的 高 低由 加在VT1基极上的 脉 冲宽度确 定。图2-2-6降 压式开关电 源这 种 电 路 使用 元件少，它同下面 介绍 的 另外两种 电 路 一样，只需 要 利用 电 感、电 容和二极管 即可实现。12This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit www.print2 for more information湖南铁 路 科 技职 业技术学院 电 子电 气系 毕业设 计（论 文）2.2.7升压式开关电 源升压式开关电 源的 稳 压电 路 如图2-2-7所示。当开关管VT1导通 时，电 感L储存能 量。当
47、开关管VT1截止时，电 感L感应出左负 右正的 电 压，该 电 压叠加在输 人电 压上，经 二极管VD1向负 载 供电，使输 出电 压大于输 人电 压，形成升 压式开关电 源。图2-2-7升压式开关电 源2.2.8反转 式开关电 源反转 式开关电 源的 典型电 路 如图2-2-8所示。这 种 电 路 又称 为升降 压式开关 电 源。无论 开关管VT1之前的 脉 动直 流电 压高 于或低于输 出端 的 稳 定电 压，电 路 均能 正常工作。图2-2-8反转 式开关电 源当开关管VT】导通 时，电 感L储存能 量，二极管VDi截止，负 载RL靠 电 容C 上次的 充电 电 荷 供电。当开关管VL截
48、止时，电 感L中的 电 流继 续 流通，并感应 出上负 下正的 电 压，经 二极管VQ向负 载 供电，同时给 电 容C充电。13This document is produced by trial version of Print2Flash.Visit www.print2 for more information湖南铁 路 科 技职 业技术学院 电 子电 气系 毕业设 计（论 文）第 三章 开关电 源电 磁 干扰产生 的 原因由 于功率 变换器的 开关频 率 越 来越 高，目 前开关电 源应用 中的 突 出缺 点是产 生 较 强的 电 磁 干扰和谐 波干扰。EMI信号既具有很宽的 频 率
49、范 围（从几百 赫 到兆 赫），又有一定的 幅度，经 传导和辐 射会污染电 磁 环 境，对附 近 的 电 子设 备造 成 干扰，还 可能 危及操作人员。随 着 电 子产品的 电 磁 兼容性日益 受到重 视，抑制开 关电 源的EMI和RFI是目 前电 力电 子界 关注的 主要 问 题 之一。3.1根本的 原因开关电 源产生 电 磁 干扰最根本的 原因，就是其在工作过 程 中产生 的 高di/dt 和高dv/dt,它们产生 的 浪涌电 流和尖峰电 压形成了干扰源。整流电 容充电 放 电，开关管 和输 出整流二极管 的 电 压、电 流在高 频 工作时的 快速 切换都 是这 类 电 磁 干扰源。其典型
50、表 现 为输 入电 流含有丰富的 高 次谐 波，输 出电 压有纹 波，对空 间 有电 磁 辐 射干扰。开关电 源中的 电 压电 流波形大多为接近 矩 形的 周期波，比如 开关管 的 驱 动波形、MOSFET漏源波形等。对于矩 形波，周期的 倒数决定了波形 的 基波频 率;两倍脉 冲边 缘 上升时间 或下降 时间 的 倒数决定了这 些边 缘 引起 的 频 率 分量 的 频 率 值，典型的 值在MHz范 围，而 它的 谐 波频 率 就更高 了。现 将开关电 源中常见 的 噪声干扰源分别说 明如下：3.2二极管 的 反向恢复时间 引起 的 干扰在实际 高 频 整流回路 中的 整流二极管 正向导通 时