开关电源设计与应用
姓 名: 学院(系): 专 业:
学 号： 自动化学院 电气工程
题 目:
指导老师：
基于反激变换器的LED电源的分析研究
摘要
开关电源在生活中无处不在，它具有效率高，体积小的特点。本文就是以开关电源为研究对象，先介绍了开关电源的应用背景。然后以一款LED电源为对象，根据本学期学习的《开关电源的设计与应用》的知识，查阅相关的资料，来分析该电源的工作原理。该电源是本人在本科大四期间，在上海bcd公司实习期间接触到的一款LED灯的驱动电源,正好这款产品是由我测试的测试报告，在报告里面，有该电源的原理图，bom表，以及性能测试波形。通过这学期姚老师认真地讲解开关电源，本人对这款产品有了新的认识。在讲解该款电源的内容中，首先介绍了本电源使用的一款芯片——AP1682芯片，讲解了该芯片的工作原理。通过该芯片，该电源可以实现PFM调节和功率因数的校正，在这一部分内容中，将进行相应公式的推导，验证该电源是如何实现PFM调节和功率因数的校正。然后根据工作原理和该电源的性能参数，推导出了该电源的变压器的设计参数，器件的参数。接着使用Seber仿真了该电源。最后，结合我的那份测试报告来对电源分。最后，对本文进行了总结，谈谈本人对《开关电源应用与设计》课的感悟。
关键字：开关电源 AP1682 功率因数校正
目录
1 开关电源的应用背景 .............................................................................................................................1 2 本论文所研究电源的性能指标 .............................................................................................................4 3 电源原理分析 .........................................................................................................................................4
3.1 电源的外形 .................................................................................................................................4 3.2 电源的原理图 .............................................................................................................................5 3.3 AP1682芯片的工作原理 ............................................................................................................5
3.3.1 AP1682芯片的外形 ........................................................................................................5 3.3.2 AP1682的引脚的功能介绍 ............................................................................................5 3.3.3功率因数校正和恒定输出电流控制策略.......................................................................6 3.3.4 VCC引脚的工作区间 ......................................................................................................9 3.3.5 FB引脚的工作区间 ......................................................................................................9 3.3.6 输入电压的检测 .......................................................................................................... 10 3.3.7 初级电流检测和过电流保护（OCP）......................................................................... 10 3.4 本章小结 .................................................................................................................................. 10 4 电源变压器和开关器件的选择 .......................................................................................................... 11
4.1 变压器的设计 .......................................................................................................................... 11
4.1.1变压器匝数比的计算 ..................................................................................................... 11 4.1.2 变压器电感的设计 ...................................................................................................... 12 4.1.3 变压器匝数的设计 ...................................................................................................... 12 4.1.4 变压器元副边导线线径的计算 ................................................................................ 13 4.2 开关管的选择 .......................................................................................................................... 14
4.2.1 初级开关管的选择 ...................................................................................................... 14 4.2.2次级续流二极管的选择 ............................................................................................... 15 4.3 输出电容的选择 ...................................................................................................................... 15 4.4输入电压检测电路的设计 ....................................................................................................... 16 4.5 FB引脚检测电路的分析 ..........................................................................................................17 4.6线补偿电路的分析 ................................................................................................................... 18 4.7其他电路的设计 ....................................................................................................................... 19
4.7.1 保护电路 ...................................................................................................................... 19 4.7.2 EMI滤波器电路 ........................................................................................................... 19 4.7.3漏感能量的吸收电路 ................................................................................................... 19
5 电源仿真及其分析 ...............................................................................................................................20
5.1 仿真电路拓扑 ...........................................................................................................................20 5.2 功率因数校正功能仿真 ...........................................................................................................20 5.3 原副边工作电流仿真 ...............................................................................................................20 5.4 功率器件工作仿真 .................................................................................................................. 21
5.5 输出电压和输出电流仿真 ................................................................................... 21
6 开关电源工作状态的分析 .................................................................................................................. 22
6.1 电源中各元件的参数 .............................................................................................................. 22 6.2 变压器的参数 .......................................................................................................................... 23 6.3 电源性能的分析 .......................................................................................................................25
6.3.1 电源的效率 ...................................................................................................................25 6.3.2 电源输出电流的测试 ...................................................................................................26 6.3.3 功率因数特性 ............................................................................................................... 27
6.3.4输入电压和输入电流的波形 ....................................................................................... 28 6.3.5输出电压和电流的纹波 ............................................................................................... 28 6.3.6 Mosfet VDS 波形测量 ................................................................................................ 28 6.3.7 输出二极管反向电压波形测量 .................................................................................. 29 6.3.8 起动时间的测量 .......................................................................................................... 30 6.3.9 温度测试 ...................................................................................................................... 30
7 总结 ...................................................................................................................................................... 31 参 考 文 献 ............................................................................................................................................ 32
1 开关电源的应用背景
电源是一个系统的力量之源，无论是数字电路，模拟电路，信息电子电路，还是电力电子电路，都需要稳定的直流电供电。它的发展过程是与时俱进的，伴随着电子线路的发展而发展。电子元件的发展是伴随着材料的发展而发展，电子线路是随着电子元件的发展而发展。由当初的真空管电路，发展到晶体管电路，再发展到小规模的集成电路，直至今天的大规模及超大规模集成电路，其相应的供电方式同样也发生了很大的进步。
在电子线路被真空管统治的时代，大部分电子线路并不要求供电电源十分稳定，那时的电源很多是整流滤波。通常只要将市场上的交流电经过变压器转换到合适的电压值后，通过电子管整流变成脉动直流电，然后经过简单的电容滤波电路或简单的电感输滤波电路将脉动直流电转换成为需要的平滑直流电。为了携带方便，有些设备采用电池供电，这时的真空管是专用于电池供电，例如当年的电池式收音机，就是这种原理。
随着晶体管问世后，相对于真空管，它具有功耗低、体积小、价格相对便宜、连接方式灵活等特点，使真空管很多不能实现的功能得以实现，特别是在脉冲电路、数字电路中。晶体管微型计算机的运算速度、可靠性、功耗等方面远优于真空管微型计算机。晶体管的应用领域也越来越广阔，晶体管电路对电源的要求也越来越高，于是出现了独立存在的晶体管稳压电源。在很多晶体管电路中也设置了稳压电源。这些稳压电源通常就是人们熟知的线性稳压电源。时至今日，在很多电源的应用场合，仍然可以见到线形稳压电源。
随着集成电路集成度的不断提高，这使得微型计算机的体积不断减小。这时线性稳压电源已不再适应当今的潮流，开关型稳压电源使微型计算机的微型化成为可能，时至今日所有的微机和笔记本电脑的电源适配器都是开关电源的电路结构。直到今天，开关电源仍然处于高速发展阶段。
现在，电力电子技术已经处于了高速发展阶段，电力电子设备在人们的工作和生活方面扮演着重要的角色。然而，要想使这些电子设备正常运转，就必须要有可靠的电源。早在上世纪的80年代，计算机里面的电源已经实现了开关电源化，这也意味着计算机的电源实现了换代。随后进入90年代，在这短短的十年里，开关电源相继进入了人们生活中的很多领域，这大大促进了开关电源技术的迅速发展。电源都有着一个共同特点，即同一类型的电源，其成本都随着输出功率的增加而增长。然而，线