论文总字数：16929字

目 录

1引言 3

1.1本课题的目的及研究意义 3

1.2防浪涌开关电源的研究现状和进展 3

2开关电源基本原理 5

2.1开关电源分类 5

2.2 开关电源的电路结构 6

2.3器件与芯片简介 6

3防浪涌开关电源硬件电路设计 9

3.1DPA425的设定 9

3.2 偏置电压的产生 9

3.3 箝位电路的设计 12

3.4 AP法设计变压器 13

3.5磁复位电路 14

3.6输出电路的设计 14

3.7 光耦合反馈电路的设计 15

3.8电磁兼容（EMC） 17

4 测试结果与分析 18

4.1电路原理图与PCB 18

4.2测试结果分析 19

5总结 20

参考文献 21

致谢 22

基于DPA425的防浪涌开关电源设计

蔡蓓艳

，China

Abstract：In order to improve the energy utilization, this paper presents a high current 12V DC-DC converter based on DPA425. Through the over-voltage protection,current limiting circuit, transformer, output rectifier, magnetic reset, output filter and other parts of the optimal design, switching power supply provides the output voltage stability of 12V,which has high current. Through the optimization of the layout lead, anti-surge current limiting circuit, and select the low EMI tantalum capacitor, the overall circuit of electromagnetic interference is reduced. Input voltage: 24V DC (variation range 18V ~ 36V). Output voltage: 12V DC. Output the maximum current: 1A.

Key words：DC / DC; switching power supply; DPA425; anti-surge; Electromagnetic interference

1引言

1.1本课题的目的及研究意义

随着现代科技的高速发展，电子产品已经成为我们现实生活的一部分，但是能够提供用电器工作的能量源—电源仍然处于需要进一步发展的地位。各种设备仪器仪表对所被供电的电源有不同的技术指标的要求^[1]，例如电流、电压、功率等等。传统的线性的稳压源在许多方面越来越不适应现代仪器的和应用的要求。由于其功率管耗大，对于能量的利用率不够高，不仅电能被浪费也容易发热引发事故。

传统的实现电压源的的方式随着使用功能的增多不可避免的要增大电源的尺寸，不仅给设计和使用者带来许多不便，也很大程度的影响了电路的集成度和稳定性。因此，开关电源SMPS(Switch Mode Power Supply)技术应运而生。由于其高效节能、反映迅速，被视作当代最有潜力的电源技术。它是通过控制高频开关管的导通与关断，稳定的输出所需要的电压，与其他同类的线性电源相比，其所输出的电压更加稳定，电流限度更大，体积更小，成本更低，发热更小，效率更高。

21世纪的我们更多的是提出节能减排，绿色环保，那么宝贵的电能更不容浪费。作为能够高效转换电能的基础器件，开关电源技术的不断发展与延伸一定会不断被应用在能源、通信、电子信息、航天等领域。

中国作为目前世界上最大的电器家电生产以及消费国家之一，所以开关电源有着潜力巨大的的市场需求量。但是由于某些技术方面的原因，例如微电子技术，高精密的电子芯片制作技术还存在缺陷和问题，因而国内的品牌只占少数，近年来国家鼓励创新，提升我们国家自主创新能力，提高核心竞争力，所以我们进一步研究开关电源技术在一定程度上能够促进国家高水平科技的进步发展。

在日常的生活中，由于电子产品的普及，如何对其供电、充电成为难题。在许多手机和便携式设备生产销售商里，所谓的快充，无线充电，大容量已经成为卖点和讨论的噱头。一款优秀的电源不仅仅要提高效率，还要在体积上具有小的优势，但同时这与高的输入输出功率和良好的散热性是一对天然矛盾。电路的尺寸小，必然会带来劣的散热性，高的输入功率，由于电路本身的损耗与输入呈正相关的关系，自然能量转变为热能，降低散热性。设计者们因此不断创新，想要寻求更优秀的芯片，来实现低损耗，更加合理的电路结构，提升电路的散热性，稳定性。

目前，许多公司发布他们的无线冲电专利，实质上是将变压器的原副线圈分开，使用的电磁感应的原理并未发生改变。因此，对原有技术的研究也尤为重要，运用同样的电路原理，转变设计思路就可以实现有线到无线的跨越，这对我们的研究工作有着指导意义。

所以我们研究开关电源现有的技术，希望能够对其改进，设计出高效优秀的电能变换器，同时也能够为他人的设计提供新的思路或者参照，这就是我们的研究的意义所在。

1.2防浪涌开关电源的研究现状和进展

追溯到上世纪60年代初之时，设计者就提出了一款性能优越的新式电源。它有着电压更加稳定，电流限度更大，体积更小，成本更低，发热更小，效率更高的优势。这样的技术一诞生就打破了SCR相控式以及线性稳压电源在该领域的垄断地位。

经过50多年大量的科研工作者的坚持不懈的努力，开关电源相关技术推陈出新，并且逐渐地走向成熟，其经历了三个主要的发展阶段：

首先第一阶段是功率半导体元件的变化，MOS型开关管^[2]的出现，取代了普通双极性三极管的地位。不仅降低了导通电压的损耗，也使得电路实现变得简单化，使得开关器件朝着高频化进行进一步深入的发展。

其次是第二阶段，从上世纪80年代起，为了更好的提升功率变换电路的性能，一高电路的集成度，国际上的主流目光都集中在在如何实现开关管的高频化以及开关软技术的进一步发展。

第三阶段是始于上世纪90年代直到现在为止，开关电路的前沿一直是它的集成技术。设备的生产者以及仪器的使用者往往都希望开关电源的集成度越高，尺寸能够越来越小，这就使得集成开关电源的大力发展。而为了能够减小寄生参数，使得电源产品往更为紧凑，体积更小的方向发展，国际电力电子界已经将其列为主要研究问题之一。

近几年许多学者提出设计数字式电源，吸引一大批研发人员的注意和目光，新的专利和新的研发投入到这个领域当中，并且取得可喜的结果。TI德州仪器公司利用其在数字信号处理技术方面的储备和积累，在收购了UNITRODE公司之后，利用两者在PWM集成IC制造的技术优势，开发了多款数字式的开关电源控制芯片。自TI公司之后，许多国际电子生产巨头也把目光投入到数字式电源的开发和制造上来，数字式电源技术得到长足的发展和应用。

而在我国国内，从20世纪60年代初期开始，就已经开始了研究设计生产晶体管直流变换器以及开关电源，并且在60年代中期已经逐步投入使用。一直到70年代初期，我国已开始研究无工频降压变换器，并将其投入到开关电源中生产使用。于1974年，我我国成功研究出第一台无工频降压变换器，其工作频率为10kHz，，输出直流电压为5V。

近年来，我国研究开关电源的技术虽然与先进国家仍有一定的差距，但是我国的科研人员一直在坚持不谢的奋斗，虽然途中经历了许多困难，但是依旧取得了很大的进步，目前仍然努力提高工作频率，让开关电源往更加实用化的方向发展。

2开关电源基本原理

2.1开关电源分类

2.1.1按调制方式分

（Ⅰ）脉宽调制型开关电源电路

在这个电路中，保持PWM波或者SPWM波所驱动的频率不变，实现对输出电压的控制主要靠改变方波的占空也就是脉冲宽度^[3]。

（Ⅱ）脉频调制型开关电路

在这个电路中，保持PWM波或者SPWM波所驱动的占空比不发生改变，实现对输出电压的控制主要靠调制方波频率。许多自激式电源采取这种模式，使用调频技术来控制输出电压的幅值。

（Ⅲ）混合式开关电源电路

在这个电路中，PWM波或者SPWM波所驱动的占空比和频率均可以发生改变，实现对输出电压的控制主要靠调制方波频率和占空比联合控制效果。

2.1.2按电压转换形式分

（Ⅰ）AC/DC转换（交直流转换）

交直流转换器因为直接取自50Hz的电网电压，所以属于一次电源。它主要的功能是将高压通过桥式整流电路，滤波之后供给DC-DC转化器，所以其电容一般为大电容。相关的此类的电源规格比较多，可以根据实际需要决定。通信电路中，最为常见的一次电源是（220V AC输入 48V或者24VDC输出）^[4]。

（Ⅱ）DC/DC转换（直转直转换）

直流转直流转换器因为不直接取自工频交流电压，所以也被称为二次电源。DC/DC变换主要取自一次电源的电压对其升压或者降压处理，属于对工频电压的二次处理。一般输出电压为DC24V、DC12V、DC5V。

2.1.3按激励方式分

（Ⅰ）他激式开关电源电路

在这种电路结构中，驱动信号的PWM波的产生于专门放置的方波发生器^[5]。频率发生器主要是用PWM波的集成电路芯片来实现的。在许多大功率和超大功率的应用中，为了获取稳定的工作点和稳定的输出电压，常常会选用他激式开关电源电路。

（Ⅱ）自激式开关电源电路

在这种电路结构中，驱动信号的PWM波没有专门放置的方波发生器产生^[6]，它们是由电路中的开关功率管充当的。自激式开关电源由于其开关管既是功率管也是波形发生器，所以需要都工作在谐振状态，所以自激式开关电源也是谐振式开关电源电路。在许多小功率的应用^[7]中，为了获取较小的内部损耗、高的转换效率、较低的成本，常常会选用自激式开关电源电路。

考虑到本设计的应用场合和所需的的输出功率在不超过25W，是较小功率的应用场合，所以采用自激式开关电路形式。

2.2 开关电源的电路结构

开关电源主要有过欠压保护电路，功率变换电路，输入滤波电路，磁复位电路，钳位电路，补偿电路，反馈电路构成。

开关电源组成如下：

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