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1、毕业设计(论文)题 目ATX电源的设计学生姓名 学 号 所在系（院）计算机科学与技术专业名称计算机科学与技术年 级 指导教师 职 称 题目ATX电源的设计摘要ATX电源 为AT external的缩写。本文通过描叙ATX电源的设计和实际操作的过程，分析了ATX电源的工作原理和介绍其设计方法。文中主要介绍了ATX电源的是如何工作，并且如何成功的设计一个ATX电源。首先，文章介绍了一个在普通环境下只具备简单功能的ATX电源，并列举了它的组成原件和构造方法。值得注意的是，通过介绍输出整流滤波电路和各种电源元件，文中列举了多种不同的设计方法，他们的设计方法和特点，并在实验室进行操作并将他们进行对比。多
2、种开关电源的设计方法在此有着简单的介绍，例如反激式开关电源单和推拉式开关电源。最后，在分析实验数据和效率的基础上，分析评价各方案的实用性和可靠性。随着计算机科学与技术的发展和普及，计算机在人们的生活中的角色变得越来越重要。人们对于计算机能力的要求不断提高，而一台能力强大并且工作稳定的电源，是必不可少的。 由于大多数电子设备需要稳定的低压直流电，全球交流电范围按需求从90伏特到240伏特不等，这就是为什么所有的电子设备需要某种形式的电压转换。目前市场上的电源种类很多：AT, Baby AT, LPX, ATX, BTX, SFX, PS3, WTX, TFX, LFX, CFX, EPS。这些类
3、型有着不同的结构、构成因素、连接器和放大器。在输出范围内可以在任何地方调节,从现代计算机PSU 185 W到几千瓦。在1995年， Intel公司为了强化其主板和建立电源结构标准而开发出ATX电源标准。ATX电源最大的优点在于，它可以为计算机和主板提供一个安全的工作环境，目前主流PC机一般都采用ATX型电源。关键词：AT ATX 稳压电源 主流 可靠性TitleDESIGNS OF ATX COMPUTER POWER SUPPLYAbstractThe principles of ATX computer power supply are analyzed during the practi
4、ce. The objective is to study how ATX computer power supply works and how to design it. A ATX computer power supply with a single junction which designed for an ordinary situation. Two different approaches are taken for designing ATX computer power supply in laboratory, with comparison between them.
5、 In addition, various methods are included with simple instructions, by introduce various circuit component and Rectification Filter Circuit .Plenty of switching power supply design is recommended simply, such as the single flyback type switch power supply and the pushpull type switch power supply .
6、 Results are presented with a discussion on the suitability of the various power supply approaches, based on the measures of effectiveness calculated from the simulations.Since the introduction of IBM PC/XT, there have been about a dozen different PC types (such as AT, Baby AT, LPX, ATX, BTX, SFX, P
7、S3, WTX, TFX, LFX, CFX, EPS). These types differ by their structure, form factors, connectors and volt/amp ratings.As we know,ATX standard was published by Intel company for the main board and power structure standard in 1995. The most important benefit of ATX computer power supply is that they prov
8、ide a more safety circumstance for computer and motherboard ，and now ATX computer power supply is the most popular one among normal computer.Keywords：AT ATX Power supply Most popular Security目 录引 言11 前言21.1 课题研究背景21.2 课题研究的意义和目的31.3 可行性研究51.3.1 操作可行性51.3.2 经济可行性51.3.3 技术可行性51.4 本章小结62 ATX电源的概述72.1 A
9、XT电源的历史与发展72.1.1 ATX电源的历史72.1.2 开关电源的发展与分类72.1.3 ATX电源的工作原理82.2 开关电源的主要技术指标92.3 本章小结113 常见开关电源的介绍123.1 单端正激式开关电源123.2 单端反击式开关电源143.3 推挽式开关电源173.4 升压型开关稳压电源193.5 降压型开关稳压电源工作原理图203.6 自激式开关稳压电源204 采用半桥电路的开关电源的设计224.1 主要技术指标224.2 整流滤波电路与EMI滤波电路的设计234.3 半桥式功率变换器244.4 功率变压器的设计244.4.1 工作频率的设定244.4.2 选购磁芯24
10、4.4.3 原副边绕组的匝数254.4.4 辅助电源的设计254.4.5 选定导线线径254.5 辅助电源的设计264.6 过流保护电路的设计274.7 驱动电路的设计274.8 风扇控制电路的设计284.9 PWM控制电路285 线性稳压电源的设计315.1 主要技术指标及设计思路：315.2 稳压电源的性能指标及测试方法315.3 变压部分设计325.4 整流、滤波电路的设计335.5 稳压电路的设计335.6 限流电路以及整体原理图的设计34结 论37致 谢38参考文献39引 言1 前言1.1 课题研究背景早期PC中的开关电源是AT电源的一统天下。AT电源的输出功率一般为150250W，
11、共有四路输出(+5V、-5V、+12V、-12V)，另外还向主板提供一个电源正常(PG，Power Good)信号。AT电源的缺点是采用切断交流电源的方式关机，不能实现软件关机。目前随着ATX电源的普及，AT电源已淡出市场。Intel公司在1997年推出了流行的ATX201电源标准。与AT电源相比,ATX电源增加了“+3.3V、+5VSB、PS-ON”三个输出.其中“+3.3V”输出主要是供CPU用,而“+5VSB”、“PS-ON”输出则体现了ATX电源的特点.其中，33V电源给使用低电压的CPU供电，大大降低了主板电路的功耗。只要插上220V交流电就有5V电压输出。PS-ON信号是主板向电源
12、提供的电平信号，用来控制电源其他各路电压的输出。利用5V电源和PS-ON信号，即可实现软件开机关机、网络远程唤醒等功能。ATX电源最主要的特点就是,它不采用传统的市电开关来控制电源是否工作,而是采用“+5VSB、PS-ON”（即5V电源也称辅助电源）的组合来实现电源的开启和关闭,只要控制“PS-ON”信号电平的变化,就能控制电源的开启和关闭.“PS-ON”小于1V伏时开启电源,大于4.5伏时关闭电源.ATX电源的主要技术指标是输出功率、安全标准(例如我国的C CEE认证)、电磁干扰(EMI)特性、 “电源发生故障”(PF，即Power Fail)及“电源正常”信号的延迟时间等。由于取消了市电开
13、关，所以只要接上电源线，在变换电路上就会有+300V直流电压，同时辅助电源也向TL494提供电压，为启动电源作好准备。ATX电源的特点就是利用TL494芯片4脚的死驱控制功能，当该脚电压为+5V时，TL494的9、11脚无输出脉冲，使两个开关管都截止，电源就处于待机状态，无电压输出；而当4脚为0V时，TL494就有触发脉冲提供给开关管，电源进入正常工作状态.市场主流ATX电源的特点 :软电源控制STAND BY，可通过软件开、关机，也可直接通过Windows操作系统实现网络的电源管理，对网络计算机进行远程唤醒操作。传统电源只提供 5V、12V的电压，但ATX电源为了适应更多、更新的 CPU及P
14、CI总线技术，提供了 3.3V直流稳压输出, 减少了电源能量消耗。ATX电源风扇在风冷自身的同时，也帮助CPU吹风。ATX电源接口采用20脚的双排长方形插座，使拔插操作不易出错。具有+5VSB脚，只要ATX电源一上电+5VSB脚便可输出高质量的+5V电压，最大约100mA的电流。它主要供电脑内部一部分电路在关机状态下所保持工作芯片使用，完成电脑唤醒功能。增加PS-ON 电脑主板控制ATX电源开关的控制端，当PS-ON为低电压，小于1V时，ATX电源被激活。输出+5V、+12V、-12V、-5V等，大于4.5V时，停止对电源供电（除+5VSB外）。1.2 课题研究的意义和目的随着电子技术的迅猛发
15、展，人们对电子设备的需求与日俱增，在各方面又对电子设备不断提出新的要求。在性能上，需要更加安全可靠；在功能上，需要更加方便实用；在体积上，需要更加便携。而作为电子设备的心脏电源，其质量的好坏直接影响着电子设备的可靠性。于是具有功耗小、效率高、体积小、重量轻、稳压范围宽等众多优点的开关电源，在当今和未来电子设备中的地位就显得越来越重要。自主设计一款ATX电源既可以在研究过程中学习知识，也可以为ATX电源的发展做出一份贡献，因此，此课题的意义深远。设计ATX电源的主要指标为以下3点:安全系数高：通过针对电源的元件、材料的绝缘性而作出的改善，使得计算机运行时更加安全。输出电压稳定性好：对+5V、+3
16、.3V和+12V电压的误差率低于5%，对-5V和-12V电压的误差率在10%以下。输出电压稳定，纹波系数小，降低导致系统故障和硬件损坏的几率。可靠性：衡量一台设备可靠性的指标，一般考虑误差率，和输出稳定性，ATX电源的特点为特点：稳定性强，误差小。而在设计过程中主要需要客服以下4个难点：爬电距离爬电距离指沿绝缘表面测得的两个导电器件之间或导电器件与设备界面之间的最短距离。UL、CSA和VDE安全标准强调了爬电距离的安全要求，这是为了防止器件间或器件和地之间打火从而威胁到人身安全。抗电强度在交流输入线之间或交流输入与机壳之间由零电压加到交流1500V或直流2200V时，不击穿或拉电弧即为合格。漏
17、电流UL和CSA均要求暴露的、不带电的金属部分均应与大地相接。漏电流的测量是通过在这些部分与大地之间接一个1.5千欧的电阻，测其漏电流。开关电源的漏电流，在260V交流输入下，不应超过3.5mA。温度安全标准对电器的温度要求很重视，同时要求材料有阻燃性。对开关电源来说，内部温升不应超过65，如果环境温度是25，电源的元器件的温度应小于90。本课题重点在于分析各种电路元件，整流滤波电路，采用半桥电路的开关电源，单端反激式开关电源，单端正激式开关电源，自激式开关稳压电源，推挽式开关电源，降压式开关电源，升压式开关电源，反转式开关电源等方法设计。另外，分析了可调式稳压电源电路以及在其制作过程中存在的
18、问题，并把两个方案做了比较。两方案较全面的介绍和分析了ATX开关稳压电源的结构基本方法、技术要求、图表要求以及工作需求等，重点在于分析了ATX开关稳压电源的结构基本方法、技术要求、图表要求以及工作需求。 方案一：是一种采用半桥电路的开关电源，其输入电压为交流220V20%，输出电压为直流416V，最大电流40A，工作频率50kHz。220V交流电压经过EMI滤波及整流滤波后，得到约300V的直流电压加到半桥变换器上，用脉宽调制电路产生的双列脉冲信号去驱动功率MOS管，通过功率变换器的耦合和隔离作用在次级得到准方波电压，经整流滤波反馈控制后可得到稳定的直流输出电压。方案二：输出为012V连续可调
19、，调节输出电压是通过调节1千欧电位器改变放大三极管BG3：3AX31来实现，如果输出端短路或过荷，则输入端串联的取样电阻R5：1欧压降剧升，电路中的保护G4：3AX31C则开始工作，使调整系统全部饱和，从而使输出电流被限制在0.60.8安培左右。1.3 可行性研究该阶段通过对ATX电源的初步了解和对各种开关电源的学习，查阅相关资料，提出可行性方案并进行论证。在这里主要从技术可行性、经济可行性和操作可行性等三个方面进行分析。1.3.1 操作可行性技术可行性要考虑现有的技术条件是否能够顺利完成开发工作，软硬件配置是否满足开发的需求等。Multisim11.0是本次课题设计用来绘制电路图的主要软件，
20、调试和操作比较简单，并且容易上手。当前的计算机硬件配置也完全能满足开发的需求。硬件方面：由于目前ATX电源的发展已然相对成熟，故各种元器件的兼容性，实用性和安全性都可以得到保证,它们速度快、容量大、可靠性能高、价格低，完全能满足系统的需求。因此在技术上是绝对可行的。1.3.2 经济可行性设计ATX电源所需的相关资料，可以根据导师所给的参考书籍，在网络中收集资料或者在图书馆查阅相关课题的报告期刊。所需的其他应用软件网上有资源可以下载、元器件也比较容易在中关村收购，和ATX电源相关的元器件的运用也比较普及，开发成本比较低廉。因此，从经济的角度来看，该设计方案可行度较高。1.3.3 技术可行性本次的
21、课题设计主要采用的是Mutisim11.0绘图仿真软件，在Windows 7 旗舰版的系统下能够完全兼容，能够绘制各种开关电源的电路框图，电路原理图，以及将其进行仿真。Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力 可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样绘图者无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过M
22、ultisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。综上所述，本软件的开发从技术上、从经济上、从操作上都是完全可行的。1.4 本章小结本章主要介绍了ATX电源的设计与实现课题的研究背景及目的和意义，从技术、经济和操作三个方面分析了本次毕业设计开发的可行性。2 ATX电源的概述计算机属于弱电产品，也就是说部件的工作电压比较低，一般在正负12伏以内，并且是直流电。而普通的市电为220伏（有些国家为110伏）交流电，不能直接在计算机部件上使用。因此计算机和很多家电一样需要一个电源部分，负责将普通市电转换为计算机
23、可以使用的电压，一般安装在计算机内部。计算机的核心部件工作电压非常低，并且由于计算机工作频率非常高，因此对电源的要求比较高。目前计算机的电源为开关电路，将普通交流电转为直流电，再通过斩波控制电压，将不同的电压分别输出给主板、硬盘、光驱等计算机部件。在ATX电源未出现之前，从286到586计算机由AT电源一统江湖。随着ATX电源的普及，AT电源如今渐渐淡出市场。2.1 AXT电源的历史与发展2.1.1 ATX电源的历史AT电源供应器主要应用在早期的主板上（如AT主板和Baby AT主板），如今，AT电源供应器已被淘汰。AT电源供应器功率一般为150W220W，共有四路输出（+5V、-5V、+12
24、V、-12V），另向主板提供一个P.G.信号。AT电源供应器的体积是150mm140mm86mm 。ATX电源广泛应用于电脑中，与AT电源相比，它更符合绿色电脑的节能标准,它对应的主板是ATX主板。 Intel l997年2月推出ATX 2.01标准。 ATX电源的特点 与AT电源相比，ATX电源增加了“3.3V、5VSB、PSON”三个输出。其中“3.3V”输出主要是供CPU用，而“5VSB”、“PSON”输出则体现了ATX电源的特点。2.1.2 开关电源的发展与分类随着CPU工作频率的不断提高，为了降低CPU的功耗以减少发热量，需要降低芯片的工作电压，所以，由电源直接提供3.3V输出电压成
25、为必须。+5V StandBy也叫辅助+5V，只要插上220V交流电它就有电压输出。PS-ON信号是主板向电源提供的电平信号，低电平时电源起动，高电平时电源关闭。利用+5V SB和PSON信号，就可以实现软件开关机器、键盘开机、网络唤醒等功能。辅助5V始终是工作的，有些ATX电源在输出插座的下面加了一个开关，可切断交流电源输入，彻底关机 。如今的单端反激式开关电源，单端正激式开关电源，自激式开关稳压电源，推挽式开关电源，降压式开关电源，升压式开关电源，反转式开关电源等。2.1.3 ATX电源的工作原理ATX电源是标准的开关稳压电源（Switch Voltage Regulator），同传统的线
26、性稳压电路（Linear Voltage Regulator）相比，它具有体积小、重量轻，功耗小、转换效率高等优点，但也有其缺点，那就是电路比较复杂，电源输出的纹波系数也较大，对周围电路的干扰也比较强。 开关稳压电源的基本原理示意图如图：图 21 开关稳压电源基本原理框图主要包括输入电网滤波电路、输入整流滤波电路、主变换电路、整流滤波输出电路、控制电路、保护电路、辅助电源等。输入电网滤波电路是电源中的抗干扰电路，它具有两层意思：一是指微机电源对通过电网进入的干扰信号的抑制能力：二是指开关电源的振荡高次谐波进入电网对其它设备及显示器的干扰和对微机本身的干扰。通常要求微机对通过电网进入的干扰信号抑
27、制能力要强，通过电网对其它微机等设备的干扰要小。输入整流滤波电路将交流电源进行整流滤波，为主变换电路提供纹波较小的直流电压。主变换电路是开关电源的主要部分，它把直流电压变换成高频交流电压，并且起着将输出部分与输入电网隔离的作用。输出整流滤波电路将变换器输出的高频交流电压进行整流滤波，得到需要的直流电压，同时防止高频噪声对负载的干扰。控制电路检测输出直流电压，与基准电压比较，进行放大，控制振荡器的脉冲宽度，从而控制变换器以保持输出电压的稳定。当开关电源发生过电压、过电流后，保护电路启动，使开关电源停止工作以保护负载和电源本身。2.2 开关电源的主要技术指标部分设计者认为电源有输出或在装机使用时没
28、有什么毛病就行了，其实这是对电源误解。有输出及能使用，只是对电源最基本的要求；还有的用户认为电源的功率越大越好，购电源时专挑标称功率大的买，这也是一种误解。正确评价一个电源的好坏，应该依据它的各项技术参数及指标。1、安全标准：主要是以保障产品的安全性能为出发点，在元件、材料的绝缘、阻燃等方面作出的严格的规定，以防止电击、着火、机械危险、化学危险、热危险等造成的人身伤害和财产损失。通常来说，符合安全标准并不代表该产品电器性能的好坏，但因安全规格的申请时间较长，又有严格的限制和要求，所需费用颇多，因而那些实力较弱的厂家不能通过安全认证。如我国的CCEE认证，不仅要求送检产品本身符合CCEE的标准，
29、同时要求工厂有相对完善（接近ISO9002）的品质体系，以保证大批量生产时，每一个产品都符合CCEE的要求，同时还要接受CCEE机构定期或不定期的监督和检查。基于这些原因，在申请安全认证时，厂家都会考虑产品本身的完善性和实用性，因为安全认证申请之后，不得随意作任何变更、替代或修改。故相对来说，符合安全规格的产品的起点较非安全规格的产品高出很多。图2为电源上常见的各种安全标志。2、电源的功率：必须要满足整机的需要，并且要有一定的功率余量。常听人说电源的功率越大越好，至少要求250W。其实经过实测，一台带MODEN卡、网卡、声卡、光驱、硬盘的P多媒体主机实际功率不足100W，而Intel新推出的M
30、icro-ATX标准则只有145W。国内几乎所有的品牌机都是用的正儿八经的200W电源，而Micro-ATX机型用的是145W甚至90W的电源。那么为什么市场上买来的电源会出现功率不足的现象呢？那是一些小厂为了迎合用户口味，将电源标称功率使劲地往大里标，同时又在元件选用方面偷工减料，导致电源的实际功率相当有限。所以说不能盲目地追求功率，关键在于性能和质量。对于普通用户，200W的电源绰绰有余了。3、电磁传导干扰（EMI）：不仅仅是电源，任何一个合格的电器产品，都要对电磁传导干扰作一定的处理。它包含两个方面的内容，一是防止外部电磁干扰的侵入，以免影响自身的正常工作；二是保证产品本身产生的电磁干扰
31、不外泄电网及周围环境，影响其它电子产品的正常工作。我们在日常使用中，象显示器产生雪花、滚动、显示不稳定；或在电脑开机后，附近其它的电器，如电视机、音响等不能正常使用，则很可能是因为电磁干扰而产生的影响。此外，电磁干扰对人体健康也会带来不利的影响。国家将电磁传导干扰分为A级、B级。A级是工业标准，相对要求宽松一些；B级为为用标准，也是目前的最高标准。4、关机时间（PF）PF（POWER FAIL）：是指电脑关机后（即关断外部交流供电后），电源其本身储存的电能延续供电的时间。电脑关机后，要求立即给CPU一个PF信号并延续供电一定的时间，CPU接到PF信号，马上将相关的数据记录下来，以保证下次开机时
32、能正常启动。这是我们感觉不到的瞬间动作。如果PF时间不够，就会使CPU不能完整的记录相关的数据，而导致下次开机时电脑出现故障或出现数据丢失等现象。5、电源正常时间（P.G ）：”P.G 即电源上的Power Good或P.OK信号，是电脑开机后，电源工作正常后向CPU发出的一个信号，CPU只有在接到P.G信号后，才开始启动整个电脑系统的工作。为了保证相互间的衔接，CPU厂商在推出CPU时就作出了规定，当电源接通之后，如果输入交流电压在额定工作范围之内，且各路直流输出电压也已达到它们的最低检测电平（如+5V输出在4.75V以上），那么经过100ms500ms的延时，P.G电路发出“电源正常”的信
33、号（Power Good或P.OK为高电平）；当电源输入交流电压降至安全工作范围以下或+5V下降至4.75V时，电源送出“电源故障”信号（Power Fall，低电平）。Power Fall应在+5V下降至4.75V之前至少1ms降为小于0.3V的低电平，且下降沿的波形应陡峭，无自激振荡现象发生。 P.G 信号要求：P.G信号延时100mSt11mS+5V上升时间2mSt320mSP.G上升t410mSP.G信号非常重要，即使电源的各路直流输出都正常，如果没有P.G信号，主板还是没法工作；如果P.G信号的时序不对，可能会和某些主板不兼容，造成开不了机；而如果P.G信号不稳定，则会使微机频繁启动
34、。6、输出电压的纹波（Ripple）、杂讯（Noise）：纹波和杂讯是伴随着输出电压而存在的。如果电源的输出滤波效果不好、纹波和杂讯过大，轻者可能使CPU产生误判，重者可能烧坏电脑。7、负载变化率：电脑电源的输出是多路输出，每一路输出都有一定的范围。用户在使用时，因需求或配置的不同，会出现各种偏差，如有的使用+5V较多，有的使用+12V较多等。在正常的情况下，电源要保证不至于因为使用负载的不同而产生输出不稳定或超出规定的范围。8、线路调整率：我国的电网相对来说还不太稳定，有时电网电压会有较大波动。一个好的电源首先是其电压适应范围应该足够的宽，否则就会因为外部电网的波动而引起电脑系统不启动或掉电
35、等现象。另外，电源的指标和参数还有：输入技术指标、抗电强度、漏电流、温度要求等。2.3 本章小结本章主要简单介绍了一下什么是ATX电源、计算机开关电源的历史、ATX电源的发展阶段、电源的分类、设计开关电源的主要技术指标等。对ATX电源有一个个基本的了解后，建立起一些设计ATX电源的简单思路，为其后的设计方案和实现奠定一些基础知识。3 常见开关电源的介绍常见的开关电源主要有：单端反激式开关电源，单端正激式开关电源，自激式开关稳压电源，推挽式开关电源，降压式开关电源，升压式开关电源，反转式开关电源等。限于时间和工作量的限制，较为简单的介绍以下几种类型的开关电源，并且绘制电路图以加深理解。3.1 单
36、端正激式开关电源正激式变压器开关电源正好是在变压器的初级线圈被直流电压激励时，变压器的次级线圈向负载提供功率输出，并且输出电压的幅度是基本稳定的，此时尽管输出功率不停地变化，但输出电压的幅度基本还是不变，这说明正激式变压器开关电源输出电压的瞬态控制特性相对来说比较好；只有在控制开关处于关断期间，功率输出才全部由储能电感和储能电容两者同时提供，此时输出电压虽然受负载电流的影响，但如果储能电容的容量取得比较大，负载电流对输出电压的影响也很小。下图为单端正激式开关电源的工作原理图：图 31 单端正激式开关电源工作原理图在开关电源之中，电压或电流的幅值和平均值最直观，因此，我们用电压或电流的幅值与其平
37、均值之比，称为脉动系数S；也有人用电压或电流的有效值与其平均值之比，称为波形系数K。因此，电压和电流的脉动系数Sv、Si以及波形系数Kv、Ki分别表示为：Sv = Up/Ua 电压脉动系数 。Si = Im/Ia 电流脉动系数Kv =Ud/Ua 电压波形系数Ki = Id/Ia 电流波形系数上面4式中，Sv、Si、Kv、Ki分别表示：电压和电流的脉动系数S，和电压和电流的波形系数K，在一般可以分清楚的情况下一般都只写字母大写S或K。脉动系数S和波形系数K都是表征电压或者电流好坏的指标，S和K的值，显然是越小越好。S和K的值越小，表示输出电压和电流越稳定，电压和电流的纹波也越小。另外，由于正激式
38、变压器开关电源一般都是选取变压器输出电压的一周平均值，储能电感在控制开关接通和关断期间都向负载提供电流输出，因此，正激式变压器开关电源的负载能力相对来说比较强，输出电压的纹波比较小。如果要求正激式变压器开关电源输出电压有较大的调整率，在正常负载的情况下，控制开关的占空比最好选取在0.5左右，或稍大于0.5，此时流过储能滤波电感的电流才是连续电流。当流过储能滤波电感的电流为连续电流时，负载能力相对来说比较强。当控制开关的占空比为0.5时，正激式变压器开关电源输出电压uo的幅值正好等于电压平均值Ua的两倍，流过滤波储能电感电流的最大值Im也正好是平均电流Io（输出电流）的两倍，因此，正激式变压器开
39、关电源的电压和电流的脉动系数S都约等于2，而与反激式变压器开关电源的电压和电流的脉动系数S相比，差不多小一倍，说明正激式变压器开关电源的电压和电流输出特性要比反激式变压器开关电源好很多。正激式变压器开关电源的缺点也是非常明显的。其中一个是电路比反激式变压器开关电源多用一个大储能滤波电感，以及一个续流二极管。此外，正激式变压器开关电源输出电压受占空比的调制幅度，相对于反激式变压器开关电源来说要低很多。因此，正激式变压器开关电源要求调控占空比的误差信号幅度比较高，误差信号放大器的增益和动态范围也比较大。另外，正激式变压器开关电源为了减少变压器的励磁电流，提高工作效率，变压器的伏秒容量一般都取得比较
40、大（伏秒容量等于输入脉冲电压幅度与脉冲宽度的乘积，这里用US来表示），并且为了防止变压器初级线圈产生的反电动势把开关管击穿，正激式变压器开关电源的变压器要比反激式变压器开关电源的变压器多一个反电动势吸收绕组，因此，正激式变压器开关电源的变压器的体积要比反激式变压器开关电源的变压器的体积大。正激式变压器开关电源还有一个更大的缺点是在控制开关关断时，变压器初级线圈产生的反电动势电压要比反激式变压器开关电源产生的反电动势电压高。因为一般正激式变压器开关电源工作时，控制开关的占空比都取在0.5左右，而反激式变压器开关电源控制开关的占空比都取得比较小。正激式变压器开关电源在控制开关关断时，变压器初级线圈
41、两端产生的反电动势电压是由流过变压器初级线圈的励磁电流产生的。因此，为了提高工作效率和降低反电动势电压的幅度，尽量减小正激式开关电源变压器初级线圈的励磁电流是值得考虑的。当控制开关的占空比为0.5时，在控制开关关断时刻，电源变压器初级会产生反电动势，反电动势产生的电流方向与输入电压Ui产生的电流方向相同，因此，控制开关两端的电压正好等于输入电压Ui与反电动势Up-之和，即：Ukp = UiUp- K关断期间式中Ukp为控制开关关断时刻，控制开关两端的电压；Up-为变压器初级线圈产生反电动势电压的峰值。一般电源开关管的耐压都在650伏左右，因此，正激式变压器开关电源在输入电压为交流220伏的设备
42、中很少使用，或者用两个电源开关管串联来使用。由于正激式变压器开关电源输出电压的瞬态控制特性相对来说比较好，因此，目前在一些对瞬态控制特性要求比较高的场合，用两个电源开关管串联的正激式变压器开关电源也逐步开始增加。3.2 单端反击式开关电源所谓反激式变压器开关电源，是指当变压器的初级线圈正好被直流电压激励时，变压器的次级线圈没有向负载提供功率输出，而仅在变压器初级线圈的激励电压被关断后才向负载提供功率输出，这种变压器开关电源称为反激式开关电源。下图为单端反击式开关电源的电路原理图：图 32 单端反击式开关电源电路原理图图3-2中，Ui是开关电源的输入电压，T是开关变压器，K是控制开关，C是储能滤
43、波电容，R是负载电阻。图3-2是反激式变压器开关电源的电压输出波形。如果我们把单端正激式开关电源的电路图中开关变压器次级线圈的同名端对调一下，原来变压器输出电压的正、负极性就会完全颠倒过来，图3-2的电压输出波形基本上就是从图3-1的波形颠倒过来的。不过，因为图3-1的波形对应的是纯电阻负载，而图3-2的负载是一个储能滤波电容和一个电阻并联。由于储能滤波电容的容量很大，其两端电压基本不变，变压器次级线圈输出电压uo相当于被整流二极管和输出电压Uo进行限幅，因此，图3-1中输出电压uo的脉冲尖峰完全被削除，被限幅后的剩余电压幅值正好等于输出电压Uo的最大值Up，同时也等于变压器次级线圈输出电压u
44、o的半波平均值Upa。参考图3-2我们可以了解反激式变压器开关电源的工作过程，在控制开关K接通的Ton期间，输入电源Ui对变压器初级线圈N1绕组加电，初级线圈N1绕组有电流i1流过，在N1两端产生自感电动势的同时，在变压器次级线圈N2绕组的两端也同时产生感应电动势，但由于整流二极管的作用，没有产生回路电流。相当于变压器次级线圈开路，变压器次级线圈相当于一个电感。因此，流过变压器初级线圈N1绕组的电流就是变压器的励磁电流，变压器初级线圈N1绕组两端产生自感电动势可由下式表示：e1 = L1di/dt = Ui K接通期间或e1 = N1d/dt = Ui K接通期间上式中，e1为变压器初级线圈N
45、1绕组产生的自感电动势，L1是变压器初级线圈N1绕组的电感，N1为变压器初级线圈N1绕组线圈绕组的匝数， 为变压器铁心中的磁通。由此可求得：i1 =Ui*t/L1 i(0) K接通期间=Ui*t/N1 (0) K关断瞬间上式中，i1是流过变压器初级线圈N1绕组的电流， 为变压器铁心中的磁通；i1(0)为变压器初级线圈中的初始电流，即：控制开关刚接通瞬间流过变压器初级线圈N1绕组的电流； (0)为初始磁通，即：控制开关刚接通瞬间变压器铁心中的磁通。当开关电源工作于输出临界连续电流状态时，这里的i1(0)正好0，而 (0)正好等于剩磁通S?Br。当控制开关K将要关断，且开关电源工作于输出电流临界连
46、续状态时，i1和 均达到最大值：假设有I为流过变压器初级线圈N1绕组的最大电流，即：控制开关关断瞬间前流过变压器初级线圈N1绕组的电流； m为变压器铁心中的最大磁通，即：控制开关关断瞬间前变压器铁心中的磁通，S为变压器铁心导磁面积，Br为剩余磁感应强度，Bm为最大磁感应强度。当控制开关K由接通突然转为关断瞬间，流过变压器初级线圈的电流i1突然为0，这意味着变压器铁心中的磁通 也要产生突变，这是不可能的，如果变压器铁心中的磁通 产生突变，变压器初、次级线圈回路就会产生无限高的反电动势，反电动势又会产生无限大的电流，而电流又会抵制磁通的变化，因此，变压器铁心中的磁通变化最终还是要受到变压器初、次级
47、线圈中的电流来约束的。因此，在控制开关K关断的Toff期间，变压器铁心中的磁通 主要由变压器次级线圈回路中的电流来决定。Uo为反激式变压器开关电源的输出电压，Ui变压器初级线圈输入电压，D为控制开关的占空比，n为变压器次级线圈与初级线圈的匝数比。值得注意的是，在决定反激式开关电源输出电压的式中，并没有使用反激输出电压最大值或峰值Up-的概念，而式使用的 正好是正击式输出电压的峰值Up，这是因为反激输出电压的最大值或峰值Up-计算比较复杂，并且峰值Up-的幅度不稳定，它会随着输出负载大小的变化而变化；而正击式输出电压的峰值Up则不会随着输出负载大小的变化而变化，随着输出负载大小的变化而变化。3.
48、3 推挽式开关电源由于推挽式变压器开关电源中的两个控制开关K1和K2轮流交替工作，其输出电压波形非常对称，并且开关电源在整个工作周期之内都向负载提供功率输出，因此，其输出电流瞬间响应速度很高，电压输出特性很好。推挽式变压器开关电源是所有开关电源中电压利用率最高的开关电源，它在输入电压很低的情况下，仍能维持很大的功率输出，所以推挽式变压器开关电源被广泛应用于低输入电压的DC/AC逆变器，或DC/DC转换器电路中。下图为推挽式开关稳压电源的工作电路原理图：图 33 推挽式开关稳压电源工作电路原理图推挽式开关电源经桥式整流或全波整流后，其输出电压的电压脉动系数Sv和电流脉动系数Si都很小，因此只需要一个很小值的储能滤波电容或储能滤波电感，就可以得到一个电压纹波和电流
