基于VIPer22A的开关电源

【摘要】：电力电子技术的不断发展与创新，开关电源在电子设备中的应用领域越来越广泛。小型、轻量、高效是开关电源最显著的特点，正是因为这些特点开关电源被广泛地应用于各种电子信息系统中。电子信息系统功能的实现在很大程度上与开关电源性能的好坏有直接关联。反激式开关电源因为具有线路设计简单，所需电子元器件少，能够输出多路不同电压值等优点，在小功率开关电源设计中得到了十分广泛的应用。PWM控制芯片和开关管是反激式开关电源一般组成部分。控制芯片外围电路设计的复杂程度以及开关管是否需要外加驱动电路，这些都是导致电路设计复杂与否的直接原因。然而开关电源的体积小型化与高效性能在一定程度上是相互抑制的。实现电源的高效，要求的电路相对来说就复杂，然而大量的器件又会电源的体积相对变大。本文设计了一款基于VIPer22A的简单、高效的小功率低成本开关电源。VIPer22A将PWM控制器和高压功率场效应MOS晶体管集成在了一个芯片内，这将大大降低了设计电路的复杂度。采用该芯片设计的开关电源与其他开关电源相比，电路的更加设计简单、成本更加低廉、保护功能更加完善。
【关键词】：开关电源；VIPer22A；电路设计简单；
[Abstract] : With the development of power electronics, switching power supply used more and more widely. Switching power supply with characteristics of small, light weight and high efficiency, it is widely used in various electrical equipment and systems. The realization of the function of electronic information system to a great extent is directly related with the performance of switch power supply quality. There are many types of switching power supply, including fly-back switch power supply. It is widely used in the small power field Because of the circuit is simple, the fewer components needed, can provide multiple isolated output and so on. Traditional fly-back switch power supply is generally composed of the PWM chip and the power switch tube. The control loop design of chip is complex. High efficiency and miniaturization is to a certain extent is limited to each other, because of that high efficiency require complexity of the circuit and a large number of devices is very disadvantageous to miniaturization. This article designs a simple switch power supply by the ST VIPer22A chip. VIPer22A has built-in dedicated current-mode PWM controller and a high-voltage power MOSFET, which MOSFET adopted allow vertical through silicon patent output current intelligent power supply technology. Using this device compared with the similar monolithic switch power supply, this switch power supply has some advantages such as simple circuit design, input disturbance response fast, flexible application, low cost and more perfect protection of function .
[Key words]:Switching power supply；VIPER22A；Simple circuit；

前言
电子科学技术的飞速发展一方面带动了电源技术的发展，另一方面也对电源产品提出了越来越高的要求。电源的高效能、低成本、绿色环保、小体积、轻质量以及安全性这些都成为新一代电源产品的发展趋势。开关电源以其电路的高效能、低成本廉等特点，特别适合小功率开关电源。本次设计就是一款采用由ST公司的VIPer22A芯片设计了一种简单、高效的小功率开关电源。该芯片具有以下特点：电路设计简单、成本低廉、保护功能、体积小、重量轻、输入扰动响应快、应用灵活等。设计的开关电源适用于各种小功率充电器和适配器、待机电源、DVD、DVB以及其他便携式设备。输入整流电路及滤波电路、DC/DC变换器、反馈控制电路以及输出整流滤波电路这四大部分是开关电源的一般结构。本设计所设计的小功率低成本的开关电源也是从这四个方面着手去展开工作的。本设计首先介绍了基于VIPer22A为控制芯片的小型、低成本、小功率开关电源总体方案的设计。以开关电源的输入整流电路及滤波电路、DC/DC变换器、控制电路、反馈电路以及输出整流滤波电路五大部分为中心展开电源设计工作。主要的工作为:电路原理分析，系统设计，各电路模块参数设计以及测试总结等。重点介绍了开关电源的输入整流电路及滤波电路、缓冲电路设计、控制电路设计、反馈控制电路、输出整流滤波电路以及高频变压器设计的设计过程。简单对反激式开关电源高频变压器提高效率和降低干扰的一些方法进行了分析，最后将对所设计的开关电源系统进行了多次的调试以及修改，最终测试能够输出稳定的12V直流电压。

第1章 绪论
第1.1节 开关电源的发展与现状
开关电源也被称为开关变换器或者交换式电源。开关电源一般是通过控制芯片，控制开关管导通和闭合时间比率（占空比），来维持输出电压的稳定。一般开关电源控制部分组成包括脉冲宽度调制。控制芯片和开关管。线性电源与开关电源相比，输出功率的增大二种电源的成本都会相应增加，但是二种电源的增加规律是不完全相同的。线性电源成本在输出功率的某一点反而高于开关电源，这一点称为开关电源和线性电源的成本反转点。开关电源技术随着电子技术的不断发展和创新为开关电源提供了广泛的发展空间。几乎所有的电子电力设备都需要电源的，所以设计高效、低廉、环保的电源是电子发展的要求。
电力电子设施和仪器与我们的工作、生活、生产息息相关，而电力电子设备都离不开可靠安全的电源。在80年代首先完成电源更新换代的计算机电源，所有计算机电源全面实现了开关电源化。90年代后各种电子电力设备等电源都相继使用了开关电源，使得开关电源技术在这个时期得到了飞速发展。进入21世纪电源装置和系统对电源各方面的要求都提出了更加严格标准。提高效率性能、实现小型轻量、消除或者减少电磁干扰和电噪声而进行不懈研究是电源业的发展最终目标。这也正是21世纪电源产业的发展趋势。
第1.2节 研究开关电源的意义
开关电源高频化是电源发展的趋势，这也使得开关电源实现小型化，并使开关电源进入更加广泛的应用领域。开关电源的不断发展也推动了高新技术产品的升级以及发展，特别是在产品以及系统的小型化、轻量化等方面。开关电源的不断发展与应用也符合节约能源、资源及环境保护等社会持续发展的主题。
在这个电子信息产业飞速发展的年代，开关电源的地位尤其重要。几乎所有的终端设备、通信设备等电子设备都因为开关电源的高效、小型、轻量等特点，而广泛使用开关电源。目前市场上出售的各式各样的开关电源，虽已经能够实用，但其效率、频率以及各方面性能都有待进一步提高。要提高开关频率，就要减少开关损耗，而要减少开关损耗，就必须有高速开关元器件。但是高速的开关元器件会受电路中分布电感和电容或二极管中存储电荷的影响而产生浪涌或者噪声。这样不仅会很大程度上降低电源自身的性能，而且会对周围电子设备设施产生一定的影响。
21世纪的电源主流产品，是以薄、轻、高效、超小型模块与系统和注重节能低污的绿色环保产品。国内从事电源行业的企业以及个人必须认真研究此发展趋势。电源行业还是朝阳产业，还有很广阔的发展空间，但同时也面临很多问题，电源行业存在许多不良竞争、电源产业布局不合理，资源配置不协调等问题。因此解决电源发展中的问题，发展新型环保、高效、低成本开关电源将有十分重要的意义。

第2章 开关电源的分析
本章主要介绍了反激式开关电源的工作原理、开关电源的整体设计框图以及所设计电源的整体电路的简单说明。
第2.1节 反激式开关电源工作原理
反激式开关电源基本工作原理是：当开关管T导通时，高频变压器Ｔ初级绕组的感应电压为上正下负，整流二极管D处于反向截止状态不导通，初级绕组在导通这段时间内储存能量。当开关管T截止时，变压器T初级绕组中存储的能量，向次级线圈输送电能，经过整流二极管D和滤波电容C滤波后输出稳定的直流电压。开关管的周期性的导通和断开是反激式开关电源的主要特性，开关电源就是利用这个特性而设计的。开关管导通时，变压器的初级线圈内不断储存能量；而开关管断开时，变压器将初级线圈内储存的电感能量通过初级线圈感应到次级线圈，然后再通过整流二极管整流后输出。直到下一个脉冲到来，开始新的一个周期。
结论
在这次毕业设计中自己真正将所学的电子相关专业知识运用到电子设计中，虽然经历了很多困难，但最终都得到了解决。自己也从中体会到电子设计开发的一般过程，以及一步步如何具体的实施。经过多次电路板调试以及不断的修改，最终成功设计出了能够稳定输出12的开关稳压电源。设计还存在许多问题，需要不断的去学习充实自己，让自己设计的开关电源性能能够得到更好的提升。