东北石油大学秦皇岛分校毕业论文
摘 要
随着电力电子技术的发展和新型功率元器件的不断出现，开关电源技术得到了飞速的发展，在计算机、通讯、电力、家用电器、航空航天等领域得到广泛应用，取得了显著的成果。
本论文是通过用电源控制芯片M51995AFP设计并制作一种开关电源，该开关电源是通过PWM技术控制开关的占空比来调整输出电压的，以达到稳定输出的目的。
论文主要完成的内容有：
（1）根据设计需要选择开关电源电路；
（2）设计输入整流滤波电路，并确定相关器件参数；
（3）基于M51995AFP对开关电源的控制核心部分进行设计； （4）设计输出整流滤波电路，并确定相关器件参数； （5）设计电压反馈电路；
（6）通过实验和计算对设计中的数据进行验证。
本论文对开关电源的滤波、整流、反馈电路等分别作了细致的研究工作，通过实验和计算，掌握了开关电源设计的核心技术，并对设计过程进行了详尽的阐述。
关键词：开关电源；占空比；PWM
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目 录
摘 要 ...................................................................................................................... I 第1章 绪论 ............................................................................................................ 1
1.1 开关电源的概念和分类 ............................................................................. 1
1.1.1开关电源的概念................................................................................. 1 1.1.2开关电源的分类................................................................................. 3 1.2 开关电源设计中存在的问题与未来发展..................................................... 4
1.2.1开关电源中存在的问题 ...................................................................... 4 1.2.2开关电源的发展趋势.......................................................................... 5
第2章 开关电源元器件的选用 ................................................................................ 6
2.1 开关晶体管............................................................................................... 6
2.1.1功率开关MOSFET............................................................................. 6 2.1.2 绝缘栅双极型晶体管 ......................................................................... 7 2.2 软磁铁氧体磁芯........................................................................................ 8
2.2.1磁性材料的基本特性.......................................................................... 9 2.2.2磁芯的结构与选用 ............................................................................. 9 2.3 光电耦合器............................................................................................. 10 2.4 二极管.................................................................................................... 12
2.4.1开关二极管...................................................................................... 12 2.4.2稳压二极管...................................................................................... 12 2.4.3快速恢复及超快速恢复二极管.......................................................... 13 2.5 自动恢复开关 ......................................................................................... 13 2.6 热敏电阻 ................................................................................................ 14 第3章 开关电源的设计基础 ................................................................................. 16
3.1 开关电源的控制方式............................................................................... 16
3.1.1脉宽调制的基本原理........................................................................ 16 3.1.2脉冲频率调制的基本原理................................................................. 17 3.2 各类拓扑结构电源分析 ........................................................................... 18 3.3 谐振式电源与软开关技术........................................................................ 23
3.3.1电路的谐振现象............................................................................... 23 3.3.2谐振式电源的基本原理 .................................................................... 24 3.3.3谐振开关的动态过程分析................................................................. 25 3.3.4软开关技术及常见软开关拓扑简介................................................... 28 3.4 其它软开关技术应用及发展概况 ............................................................. 33 第4章 开关电源设计 ............................................................................................ 35
4.1 开关电源集成控制芯片 ........................................................................... 35
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4.1.1芯片管脚排列及说明........................................................................ 35 4.1.2芯片基本特性 .................................................................................. 36 4.1.3芯片工作原理分析 ........................................................................... 37 4.2 开关电源电路分析 .................................................................................. 44
4.2.1开关电源电路原理图........................................................................ 44 4.2.2开关电源各单元电路具体分析.......................................................... 46
结 论 .................................................................................................................... 52 致 谢 .................................................................................................................... 53 参 考 文 献 .......................................................................................................... 54
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第1章 绪论
开关电源是近年来应用非常广泛的一种新式电源，它具有体积小、重量轻、耗能低、使用方便等优点，在邮电通信、航空航天、仪器仪表、工业设备、医疗器械、家用电器等领域应用效果显著。
1.1 开关电源的概念和分类
电源是将各种能源转换成为用电设备所需电能的装置，是所有靠电能工作的装置的动力源泉。
1.1.1开关电源的概念
电是工业的动力，是人类生活的源泉。电源是产生电的装置，表示电源特性的参数有功率、电压、电流、频率等；在同一参数要求下，又有重量、体积、效率和可靠性等指标。我们用的电，一般都需要经过转换才能适合使用的需求，例如交流转换成直流，高电压变成低电压，大功率变换为小功率等。
按照电子理论，所谓AC/DC就是交流转换为直流；AC/AC称为交流转换为交流，即为改变频率；DC/AC称为逆变；DC/DC为直流变交流后再变直流。为了达到转换的目的，电源变换的方法是多样的。自20世纪60年代，人们研发出了二极管、三极管半导体器件后，就用半导体器件进行转换。所以，凡是用半导体功率器件作开关，将一种电源形态转换成另一种形态的电路，叫做开关变换电路。在转换时，以自动控制稳定输出并有各种保护环节的电路，称为开关电源（Switching Power Supply）[1]。
开关电源在转换过程中，用高频变压器隔离称之为离线式开关变换器（Off-line Switching Cpnwerter），常用的AC/DC变换器就是离线式变换器。
开关电源通常由六大部分组成，如图1-1所示。
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