1.3 研究内容

1.3.1本课题的基本内容

如图1-1所示，本课题将按照以下流程进行设计：

图1-1

   本课题的基本内容主要包括：开关电源基本拓扑的对比与分析、选择反激变换器的依据、反激变换器的工作模式与工作原理、建模分析、电气原理图与PCB的设计等。

1.3.2本课题的重点

一个开关电源一般包括主功率电路和控制器两部分，有些控制器会将MOSFET集成到芯片中去，这样使用就更简单了，也简化了PCB设计，但是设计的灵活性就减少了一些。

开关电源的控制器本质上是一个闭环的反馈控制系统，所以一般都会有一个反馈输出电压的采样电路以及反馈环的控制电路。因此这部分的设计在于保证精确的采样电路，还有来控制反馈深度，因为如果反馈环响应过慢的话，对瞬态响应能力是会有很大影响。

输出部分设计包含了输出电容，输出电感以及整流二极管等等，这些器件的选择基本上就是在性能要求和成本之间取得平衡，比如高的开关频率就可以使用小的电感值，这意味着小的封装和便宜的成本，但是高的开关频率会增加干扰和MOSFET开关损耗的的增加，从而效率降低，而且寄生参数的作用也会愈加明显；反之，低的开关频率带来的结果则是相反的。

对于输出电容的ESR和MOSFET的Rdson参数的选择也是非常关键的，小的ESR可以减小输出纹波，但是电容成本会增加，好的电容会更贵。开关电源控制器驱动能力也要注意，过多的MOSFET是不能被良好驱动的。

1.3.3本课题的难点

PWM功率变换技术淘汰了庞大笨重的工频变压器，减少了变压器的体积和重量，提高了电源的功率密度和整体效率，减小了电源的体积和重量。但是，随着设备功能的增加，供电电源功率和输出路数也将增加，势必要求开关电源的功率密度更大、效率更高，且体积更小、重量更轻、可靠性和稳定性更高，这便迫使变换器的在工作频率不断提高的同时，拓扑结构和控制方面也要有所突破。因此，仍使用硬开关技术的开关电源存在以下几个问题：

(1)开关损耗大：当开关管导通的瞬间，开关管两侧存在电压，而导通的瞬间电流很大；当开关管截止的瞬间，开关管两侧还有电流通过，且开关管两侧存在电压。根据功耗的定义，不管开关管导通还是截止的瞬间，均要有一定的开关损耗，且随着开关频率的增加而增加。

(2)开关管所承受的应力大：开关管截止瞬间，电路中的感性元件上仍有电流，因而会产生一个反电动势，这是一个幅值比较大的尖峰电压；同理，当开关管导通的瞬间，电路中的容性元件上仍有电压，因而会出现充电电流，这是一个幅值比较高的尖峰电流。尖峰电压与尖峰电流都会对开关管造成不小的危害。而且频率越高，尖峰电流与尖峰电压越大，这会使开关管受很大的反向应力而损坏。

(3)EMI：随着工作频率的增加，电磁干扰(EMI)会变得更加严重，这会对开关电源自身以及周围的电子设备造成严重的影响。

(4)变压器设计：变压器的设计是一个反复的过程，变压器设计之前的重点是定义电源参数，诸如输入电压，输出功率，最小工作频率，最大占空比等。根据这些我们就可以计算出变压器参数，选择合适的磁芯,线径大小,气隙长度,绕组圈数。如果计算参数没有落在设计范围内，重复计算是必要的。

设计变压器时应注意以下几点：  

（1）绕制变压器时需考虑绕线的层与层之间加绝缘胶带，绕线尽量紧密以减少漏电感的产生，绕制方式可以使用三明治绕法来降低漏感。

（2）对高频切换的电源转换器而言，尽可能提高绕线因子与降低电流密度，