开关电源原理与设计-张占松(pdf完整版)

STM32F334同步Buck降压开关电源转换器方案：高效恒压限流，200kHz开关频率，全面保护功能，专业开发支持与详细文档注释,STM32同步Buck降压开关电源变器开方案 主控STM32F334，输入12-32V，输出5-28V，最大电流5.5A，才有恒压限流模式，开关频率200kHz，PID控制与2零3极点控制。 输出纹波＜200mV，具有过压、过流、短路、输入欠压等保护功能。 提供原理图，开发软件，设计文档，详细的计算书，使用说明书，PSIM仿真，bom，代码，代码有详细注释。 ,STM32; Buck降压开关电源; 同步控制; 限流模式; PID控制; 保护功能; 原理图; 开发软件; 设计文档; 计算书; 使用说明书; PSIM仿真; BOM清单; 代码注释,STM32F334驱动的Buck降压开关电源变换器方案：高效稳定，多保护功能

含有本人在23年电赛期间设计的大学生电赛电源题相关程序 主要包含有FFT频率测量，MPPT控制，单相PWM整流器闭环控制（电压环，电流环，双环，PID，PR，多频点PR），非隔离型DC/DC变换器闭环控制（BUCK，BOOST，BUCK-BOOST），逆变器DC/AC控制（电压环，电流环，双环，PID，PR，多频点PR，并网，离网等）以及一些硬件控制（蓝牙模块通信，OLED，键盘控制） 所有程序基于库函数进行编写，需要使用keil5打开编译于烧录 本人采用的单片机型号为STM32F407xx最小系统开发版，如果需要移植到其他型号的STM32上需要自行对底层进行修改。

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反激变换器是一种常见的电力电子转换拓扑结构，主要用于直流-直流（DC-DC）转换。在开关电源设计中，反激变换器因其独特的优点，如隔离、简单电路结构和低输出纹波，被广泛应用于各种应用，如消费类电子产品、通信设备和工业控制等领域。Matlab和Simulink是强大的工具，可以用于模拟和分析这种变换器的性能。 反激变换器的工作原理主要基于电感储能。当开关器件（通常是MOSFET或IGBT）导通时，输入电压通过变压器初级绕组为储能电感充电。一旦开关断开，变压器通过磁耦合将能量传递到次级侧，为负载提供能量。由于变压器的反向电动势，这个过程中能量得以反向流动，因此得名“反激”。 在Matlab Simulink环境中，设计和分析反激变换器模型需要以下几个关键步骤： 1. **建立电路模型**：需要在Simulink中搭建反激变换器的基本电路，包括开关器件、变压器、电感、二极管、滤波电容以及负载电阻。确保每个组件的参数（如电感值、变压器变比等）与实际设计相符。 2. **设定开关信号**：通过脉冲宽度调制（PWM）模块来模拟开关器件的通断。可以调整PWM占空比以改变输出电压。 3. **添加控制器**：为了稳定系统，通常需要一个控制器来调节占空比。这可能包括平均电流控制、平均电压控制或其他类型的控制策略。在Simulink中，可以使用PID控制器或者其他高级控制算法实现这一功能。 4. **设定仿真条件**：设置适当的仿真时间、步长和初始条件，以确保获得准确的仿真结果。 5. **运行仿真**：执行Simulink模型，观察并记录输出电压、电流、功率和其他关键变量随时间的变化。 6. **分析结果**：对仿真数据进行分析，例如绘制波形图，计算效率，评估稳态和瞬态响应，以及验证是否满足设计要求。 7. **优化设计**：根据分析结果，可能需要调整变换器的参数或控制策略，以提高性能、效率或降低成本。 Matlab的Simulink环境提供了可视化建模和实时仿真功能，使得设计者能快速迭代和优化反激变换器的设计。它不仅可以用来验证理论计算，还可以在早期阶段发现潜在问题，减少物理原型制作的成本和时间。 在"60389理想的反激变换器"这个文件中，很可能是包含了详细的反激变换器模型文件，包括Matlab代码和Simulink模型，用户可以通过加载这个文件来直接查看和运行该模型，进一步学习和研究反激变换器的工作原理和设计技巧。通过深入理解和实践，工程师可以更好地掌握开关电源设计的核心技术，提高其在实际项目中的应用能力。

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摘要： 介绍了一种以PWM 控制芯片UC3825为核心的低压大电流开关电源的设计方案， 阐述了主电路的拓扑结构及主控制电路的电路设计， 并设计了软启动及过压过流保护电路， 应用反馈手段和脉宽调制技术实现了电压、电流的稳定输出， 并研制了1台15 V /1 200 A的样机。 　　1  开关电源的设计 　　开关电源的基本结构主要由7部分组成： 输入整流滤波电路、高频开关变换器电路、整流输出电路、控制电路、保护电路、辅助电源以及显示电路。 　　1.1  主电路 　　该设计的主电路拓扑结构如图1 所示， 输入市网220 V 电压， 通过RC 滤波及整流桥整流、全桥逆变、高频变压器、输出整流以 本文主要探讨了一种基于PWM控制芯片UC3825的低压大电流开关电源的设计方案，该方案特别适用于需要处理大电流、低电压的场合。开关电源作为一种高效能的电力转换设备，其基本构造包含了输入整流滤波电路、高频开关变换器、整流输出电路、控制电路、保护电路、辅助电源以及显示电路等多个关键部分。 1. 输入整流滤波电路（AC/DC） 输入电路首先通过RC滤波器消除市电中的高频干扰和浪涌电流，以确保电路的稳定工作。接着，整流桥将交流电压转换为直流电压，经过滤波电容进一步平滑输出，提供后续电路使用。 2. 高频开关变换器（DC/AC） 这是开关电源的核心，采用全桥逆变电路，四个IGBT（绝缘栅双极型晶体管）与高速功率二极管并联，用于减少电压尖峰，保护开关元件。IGBT因其低通态电压、高耐压、高速和简单驱动特性而被选用。通过PWM信号控制IGBT的导通和关断，将直流电压转换为高频交流电。 3. 输出整流滤波（AC/DC） 通过高频隔离变压器输出的交流电压，经过肖特基二极管整流和LC滤波器滤波，以输出稳定的直流电压。同时，输出端的分流器监控电压，反馈至控制电路进行精确调节。 4. 控制电路 UC3825作为核心控制芯片，其内部集成了振荡器、PWM比较器、锁存器、驱动器等多种功能，可实现高精度的电压和电流控制。UC3825的软启动和欠压锁定功能保证了电源的平稳启动和安全运行。通过调整PWM脉冲的占空比，可以控制输出电压的大小，同时设置适当的死区时间以避免桥臂短路。 5. 保护电路 设计中还包含了软启动和过压过流保护电路，以防止电源在异常情况下受损。软启动电路使得电源在启动时逐步增加输出，而过压过流保护则会在电压或电流超出预设范围时迅速响应，保护电路免受损害。 通过以上设计，作者成功研制出了一台15V/1200A的开关电源样机，证明了这种设计方案的可行性和有效性。在实际应用中，针对IGBT驱动电路的优化对于确保整体系统性能和寿命至关重要，因为它直接影响到开关管的开关速度和可靠性。因此，选择合适的驱动电路设计和元件参数至关重要，以确保开关电源能够在各种工况下稳定、高效地工作。

### 基于UC3842反激式开关电源的设计 #### 摘要与背景 随着电力电子技术的迅速发展，电力电子设备在工作和生活中扮演着越来越重要的角色。电子设备对于可靠电源的需求日益增加。特别是自20世纪80年代以来，计算机电源已经全面实现了开关电源化，完成了电源技术的重大变革。开关电源通过控制开关晶体管的开通与关断时间比来维持稳定的输出电压。通常，这种类型的电源由PWM控制IC和MOSFET构成。 本文介绍了一款基于UC3842开关电源芯片设计的新型单端反激式、宽电压输入范围、固定输出电压为12V8A(即96W)的开关稳压电源。该电源适用于需要较大电流的直流场合，例如为汽车电瓶充电。 #### 关键词解析 - **开关电源(Switching Power Supply)**: 利用现代电力电子技术，通过控制开关晶体管的开断时间比例来维持输出电压稳定。 - **反激变换(Instead Stir Up Transformation)**: 反激式变换器是一种常见的非隔离型DC/DC变换器，适用于小功率场合。它能在输入电压高于或低于输出电压时工作。 - **RCD箝位(RCD Clamp)**: RCD箝位电路用于减少反激式变换器中的电压尖峰，保护开关管不受过压损坏。 - **UC3842**: 这是一款专为离线电源和DC/DC转换器设计的高度集成的PWM控制器，适用于高性能、高效率的开关电源设计。 #### 设计原理 UC3842是一种高度集成的PWM控制器，具有多种功能，包括软启动、电流限制、故障保护等。在反激式变换器设计中，UC3842能够精确控制开关频率，从而实现高效的能量转换。UC3842芯片的典型应用电路包括： - **软启动**: 通过内部软启动电路，可以控制启动过程中的电流上升速度，避免过大的冲击电流。 - **电流限制**: UC3842内置了电流限制功能，可以在负载变化时自动调整输出电压，确保系统的稳定性。 - **故障保护**: 包括过温保护、过流保护等功能，增强了系统的可靠性。 #### 系统框图与工作原理 实现本设计的核心部分在于PWM芯片的选择及其应用。UC3842作为设计的核心元件，在系统框图中起到至关重要的作用。系统框图显示了整个开关电源的组成部分，包括输入电源、PWM控制器、驱动电路、主开关、变压器、输出整流滤波等关键组件。 - **输入电源**: 提供宽范围的输入电压，以便适应不同的应用场景。 - **PWM控制器(UC3842)**: 控制主开关的通断，调节输出电压。 - **驱动电路**: 将PWM信号放大，驱动主开关(MOSFET)。 - **主开关(MOSFET)**: 在PWM信号的控制下，实现能量的转换。 - **变压器**: 实现电压变换和电气隔离。 - **输出整流滤波**: 整流滤波后的输出电压提供给负载。 #### 技术特点 - **高效率**: 采用UC3842的开关电源能够在较宽的输入电压范围内保持高效率。 - **宽输入电压范围**: 支持从9V到36V的输入电压范围。 - **稳定的输出**: 即使在输入电压波动较大的情况下，也能保持稳定的12V输出电压。 - **保护功能**: 内置过流保护、过温保护等多种保护机制，提高了系统的安全性和可靠性。 #### 应用场景 - **汽车电子**: 如为汽车电瓶充电、车载电子设备供电等。 - **工业控制**: 适用于需要稳定电源的各种工业控制场合。 - **通信设备**: 为通信基站、数据中心等提供稳定的电源支持。 基于UC3842的反激式开关电源设计不仅满足了现代电子设备对于高效、可靠电源的需求，而且其广泛的输入电压范围和稳定的输出特性使其成为多种应用场景的理想选择。

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