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1、1,开关电源新技术及其应用,河北科技大学 电子信息工程系“数字化测量技术”省级精品课,2,开关电源新技术及其应用,1 开关电源原理简介,2 利用计算机设计开关电源,3 保护电路的设计,4 电磁兼容性设计,5 结语,3,开关电源（Switching Mode Power Supply，英文缩写为SMPS）被誉为高效节能电源，它代表着稳压电源的发展方向，现已成为稳压电源的主流产品。开关电源内部的关键元器件工作在高频开关状态，本身消耗的能量很低，电源效率可达70%90%，比标准线性稳压电源提高近一倍。开关电源集成电路主要包括以下4种：脉冲宽度调制（简称脉宽调制PWM）器；脉冲频率调制（简称脉频调制P
2、FM）器；开关式稳压器；单片开关电源。,4,目前，开关电源正进入一个蓬勃发展的新时期，突出表现在两点：,（1）“三新”：新技术新工艺 新产品,（2）“四个方面”单片集成化 利用计算机设计开关电源 开关电源的保护电路更加可靠 电磁兼容性设计,5,表1 集成稳压电源的分类及特点,6,表2 开关电源与线性电源的性能比较,7,1.1 开关电源的基本结构,开关电源的基本构成如图4所示。主要由4部分构成：输入整流滤波器：包括从交流电到输入整流滤波器的电路；功率开关管（VT）及高频变压器（T）；控制电路（PWM调制器），含振荡器、基准电压源、误差放大器和PWM比较器。控制电路能产生脉宽调制信号，其占空比受反
3、馈电路的控制；输出整流滤波器。此外还需增加偏置电路、保护电路等。,图1 开关电源的基本构成,8,9,10,1.2 开关电源中特种元器件的类型及功能,11,1.2 开关电源的单片集成化 集成开关电源沿两个方向发展：（1）对开关电源的核心单元控制电路实现集成化 脉冲宽度调制（PWM）控制器集成电路：（MC3520、SG3524、UC3842）脉冲频率调制（PFM）控制器集成电路：（UC1825、UC1864，开关频率达1MHz）,12,（2）对中、小功率开关电源实现单片集成化 高集成度 高性价比 最简外围电路 最佳性能指标,13,14,美国PI公司产品：通用型 表3,15,表4 TOPSwitch
4、的产品分类及最大输出功率POM,16,表5 微型单片开关电源,17,在2002年2004年期间，PI公司最新推出了LinkSwitch系列高效率恒压/恒流式三端微型节能单片开关电源、LinkSwitchTN系列四端隔离式微型节能单片开关电源LinkSwitchHF系列四端隔离式增强型高效微型单片开关电源、和DPASwitch系列高效率单片DC/DC电源变换器。4种高效节能型单片开关电源的产品分类,18,单片开关电源的应用领域：各种通用及专用开关电源、开关电源模块、智能化开关电源模块 微机、彩电、录像机（VCR）、摄录像机(CVCR)等高档家用电器中的待机电源、IC卡付费电度表中的小型化开关电源
5、模块，以及机顶盒电源、手机电池充电器、ACDC电源适配器等,19,TOPSwitch的引脚排列图a）TO220封装 b）DIP8封装和SMD8封装,20,TOPSwitch的内部框图如图,21,12V、20W开关电源模块,22,5V、12V双路输出的反激式150W精密开关电源电路,23,多路输出的35W机顶盒开关电源 机顶盒（Set-top Box）是交互式电视（ITV）的关键技术，利用它可提供数字广播电视、视频与音乐点播、卡拉OK、三维游戏、高速上网、在线购物、语音提示等功能强大的宽带多媒体服务。机顶盒对电源的要求非常严格，一般需采用效率高、体积小、重量轻、多路输出式开关电源，这种开关电源还
6、应具有良好的电磁兼容性。TOPSwitchFX系列第三代单片开关电源集成电路，不仅设计先进、功能完善，而且外围电路简单，使用非常灵活，是目前设计机顶盒电源的一种理想器件。,24,五路输出的35W机顶盒开关电源,25,近年来，数字电视获得了飞速发展。数字电视按传输方式可分为卫星数字电视、地面数字电视和有线数字电视三种。其中，地面数字电视播放最为重要。下面介绍一种地面数字电视播放（DVBT，即Digital Video Broadcast-Terrestrial）设备的电源模块。,26,10W高速调制解调器电源模块近年来随着计算机网络技术的飞速发展，网络已走进寻常百姓家中。与此同时，各种网络设备也
7、日臻完善。下面重点介绍一种宽带、高速调制解调器（High Speed Modem）开关电源模块,27,特种集成开关电源复合型开关电源恒压恒流型开关电源截流输出型开关电源恒功率输出型开关电源,28,复合型开关电源,29,精密恒压/恒流源的输出特性,30,截流型开关电源的输出特性,31,恒功率型开关电源的输出特性,32,2 利用计算机设计开关电源利用计算机来设计开关电源，还能充分发挥高科技的优势，极大地减轻设计人员的工作量并可实现最优化设计。优化设计方案由三部分组成：程序流程图 实用的设计程序电子数据表格（电子数据表格中的信息包括输入数据（已知条件）、需要保留的中间变量和最终计算结果。）（电子数据
8、表格中的信息包括输入数据（已知条件）、需要保留的中间变量和最终计算结果。）,33,（1）美国PI（Power Integrations）公司开发的PI Expert软件正是采用了这项技术。但是，该软件没有作为商品对外出售，所赠送的光盘也对软件的安装使用次数以及运行时间进行了严格限制，软件的原代码更列为公司的最高机密。此外，PI Expert软件亦存在某些不足之处，突出表现在每种系列产品各对应于一套专门的软件，并且只能对现有产品进行设计。因此，也给用户使用带来一些不便之处。,34,我们利用VB独立开发出通用性很强的KDP Expert专家系统，为开关电源设计人员提供了一套功能强大而又简便实用的设
9、计软件。该软件不仅适用于TOPSwitch、TOPSwitch-、TOPSwitch-FX和TOPSwitch-GX系列，还为将来问世的新产品预留出足够的接口。,35,该软件设计了5个常用的软面板和2个元件库（芯片库与磁芯库），采用中文界面，技术参数完全符合我国的国家标准和国际单位制。它具有类似于“傻瓜相机”的特点，使用起来非常方便，初学者只要输入电源参数并选择好TOPSwitch芯片和高频变压器磁芯等关键参数，即可将设计结果显示出来。整个设计过程仅需几分钟。为使专业技术人员能够获得最佳性能指标，该软件还提供了一套高级参数软面板，包括反馈参数选择面板，输出整流二极管选择面板，反馈输出电压面板以
10、及变压器高级参数面板。,36,软面板的层次结构,37,KDP设计专家 主面板,38,KDP Expert 2.0专家系统,39,40,TOPSwitch 芯片选择面板,41,高频变压器磁芯选择面板,42,设计结果显示面板,43,反馈电路选择面板,44,库选择,45,由荷兰飞利浦（Philips）公司于2000年9月推出了StarPlug（星形抽头）专家系统（亦称设计向导）1.0版本，是专供开发TEA1520系列单片开关电源用的设计软件。,主界面,46,自动生成的电路图及元器件清单,47,意-法半导体有限公司（ST公司）最近推出的VIPer专家系统，是专供开发VIPer12A、VIPer22A、VIPer50A、VIPer50B、VIPer53、VIPer100、VIPer100A和VIPer100B等中、小功率单片开关电源的设计软件。,6 路输出的开关电源电路图,48,VIPer专家系统还具有一定的仿真功能，单击“Waveform”（波形）按钮，可显示开关电源的各种特性曲线图，这是该软件的一大特色。,同时显示第1路和第2路输出的两种特性曲线,49,同时显示4幅特性曲线图,50,5 结语 目前，开关电源领域的各项新技术正引起国内外的普遍关注，这对我国电源产业的发展将起到重要地推动作用，也为研制和开发具有高性价比的开关电源新产品创造了良好条件。,51,谢谢大家！,
