开关稳压电源（E 题）
摘 要
本系统以Boost 升压斩波电路为核心，以MSP430单片机为主控制器和PWM 信号发生器，根据反馈信号对PWM 信号做出调整，进行可靠的闭环控制，从而实现稳压输出。系统输出直流电压30V ～36V 可调，可以通过键盘设定和步进调整，最大输出电流达到2A ，电压调整率和负载调整率低，DC-DC 变换器的效率达到93.97%。能对输入电压、输出电压和输出电流进行测量和显示。
系统特色：1）输出电压反馈采用“同步采样”方式，能有效避免电压尖峰对信号检测的影响。2）采用多种有效措施降低系统的电磁干扰（EMI ），增强电磁兼容性（EMC ）。3）具有完善、可靠的保护功能，如：过流保护、反接保护、 欠压保护、过温保护、防开机“浪涌”电流保护等，保证了系统的可靠性。
1 方案论证
1.1 DC-DC 主回路拓扑
方案一 间接直流变流电路：结构如图1-1所示，可以实现输出端与输入端的隔离，适合于输入电压与输出电压之比远小于或远大于1的情形，但由于采用多次变换，电路中的损耗较大，效率较低，而且结构较为复杂。
方案二 Boost 升压斩波电路：拓扑结构如图1-2所示。开关的开通和关断受外部PWM 信号控制，电感L 将交替地存储和释放能量，电感L 储能后使电压泵升，而电容C 可将输出电压保持住，输出电压与输入电压的关系为UO=(ton+toff)，通过改变PWM 控制信号的占空比可以相应实现输出电压的变化。该电路采取直接直流变流的方式实现升压，电路结构较为简单，损耗较小，效率较高。
综合比较，我们选择方案二。
1.2 控制方法及实现方案
方案一 利用PWM 专用芯片产生PWM 控制信号。此法较易实现，工作较稳定，但不易实现输出电压的键盘设定和步进调整。
方案二 利用单片机产生PWM 控制信号。让单片机根据反馈信号对PWM 信号做出相应调整以实现稳压输出。这种方案实现起来较为灵活，可以通过调试针对本身系统做出配套的优化。但是系统调试比较复杂。
R
L
图1-1 间接直流变流电路
图1-2 Boost 升压斩波电路拓扑结构
在这里我们选择方案二。
1.3系统总体框图
1）B oost升压斩波电路中开关管的选取：电力晶体管（GTR）耐压高、工作频率
较低、开关损耗大；电力场效应管（Power MOSFET）开关损耗小、工作频率较高。从工作频率和降低损耗的角度考虑，选择电力场效应管作为开关管。
2）选择合适的开关工作频率：为降低开关损耗，应尽量降低工作频率；为避免产生噪声，工作频率不应在音频内。综合考虑后，我们把开关频率设定为20kHz。3）B oost升压电路中二极管的选取：开关电源对于二极管的开关速度要求较高，可从快速恢复二极管和肖特基二极管中加以选择。与快速恢复二极管相比，肖特基二极管具有正向压降很小、恢复时间更短的优点，但反向耐压较低，多用于低压场合。考虑到降低损耗和低压应用的实际，选择肖特基二极管。
4）控制电路及保护电路的措施：控制电路采取超低功耗单片机MSP430，其工作电流仅280μA；显示采取低功耗LCD；控制及保护电路的电源采取了降低功耗的方式，具体实现见附录图2，单片机由低功耗稳压芯片HT7133单独供电。
2电路设计与参数计算
2.1 Boost升压电路器件的选择及参数计算
Boost升压电路包括驱动电路和Boost升压基本电路，如图2-1所示。
2.1.1开关场效应管的选择
选择导通电阻小的IRF540作为开关管，其导通电阻仅为77mΩ（V
GS
=10V,
I
D
=17A）。IRF540击穿电压V
DSS
为55V ，漏极电流最大值为28A（V
GS
=10 V，25°C），
允许最大管耗P
CM
可达50W，完全满足电路要求。
图2-1 Boost升压电路
(a)PWM驱动电路（b）Boost升压基本电路
2.1.2 PWM 驱动电路器件的选择
单片机I/O 口输出电压较低、驱动能力不强，我们使用专用驱动芯片IR2302。其导通上升时间和关断下降时间分别为130 ns 和50 ns ，可以实现电力场效应管的高速开通和关断。IR2302还具有欠压保护功能。 2.1.3 肖特基二极管的选择
选择ESAD85M-009型肖特基二极管，其导通压降小，通过1 A 电流时仅为0.35V ，并且恢复时间短。实际使用时为降低导通压降将两个肖特基二极管并联。 2.1.4 电感的参数计算
1） 电感值的计算： ()2
2
O
O IN O IN B fU mI U U U L -= 其中，m 是脉动电流与平均电流之比取为0.25，开关频率f=20 kHz,输出电压为36V 时，L B =527.48μH ，取530μH 。
2） 电感线径的计算：最大电流I L 为2.5A ，电流密度J 取4 A/mm 2，线径为d,则
由L I d J =2
2
*）（π得d=0.892 mm,工作频率为20kHz,需考虑趋肤效应，制作中采取多线并绕方式，既不过流使用，又避免了趋肤效应导致漆包线有效面积的减小。 2.1.5 电容的参数计算 O
O IN O O B U f U U U I C ?-=
）（
其中，ΔU O 为负载电压变化量，取20 mV,f=20kHz,U O =36V 时,C B =1465μF,取为2000μF ，实际电路中用多只电容并联实现，减小电容的串联等效电阻（ESR ），起到减小输出电压纹波的作用，更好地实现稳压。
2.2 输出滤波电路的设计与参数计算 （见附录） 2.3 控制电路的设计与参数计算
单片机根据电压的设定值和电压反馈信号调整PWM 控制信号的占空比，实现稳压输出，同时，单片机与采样电路相结合，将为系统提供过流保护、过热保护、过压保护等措施，并实现输出电压、输出电流和输入电压的测量和显示。
PWM 信号占空比O
IN U U
D -≈1
当U2=15V ，UO=36V 时，U IN =1.2*U 2-2V=16V ， 最大值D MAX =0.556； 当U2=21V ，UO=30V 时，U IN =1.4*U 2-2V=27.4V ，最小值D MIN =0.087
系统对于单片机A/D 采样精度的要求：题目中最高的精度要求为0.2%，欲达到这一精度，A/D 精度要达到1/500，即至少为9位A/D ，MP430内置A/D 为12位，只要合理设定测量范围，完全可以达到题目的精度要求。
2.4 保护电路的设计与参数计算
2.4.1 过流保护 (共三级) 1） 输入过流保护
在直流输入端串联一支保险丝（250V ，5A ），从而实现过流保护。 2） 输出过流保护
输出端串接电流采样电阻R TEST2，材料选用温漂小的康铜丝。电压信号需放大后送给单片机进行A/D 采样。过流故障解除后，系统将自动恢复正常供电状态。 3） 逐波过流保护
逐波过流保护在每个开关周期内对电流进行检测，过流时强行关断，防止场
效应管烧坏。具体实现电路见附录图5（a ）。考虑到MOS 管开通时的尖锋电流可能使逐波过流保护电路误动作，加入如附录图5（b ）所示电路。 2.4.2 反接保护
反接保护功能由二极管和保险丝实现，电路如附录图3（a ）。 2.4.3 过热保护
通过热敏电阻检测场效应管的温度，温度过高时关断场效应管。 2.4.4 防开机“浪涌”保护
用NTC 电阻实现了对开机浪涌电流的抑制，见附录图3（a ）。 2.4.5 场效应管欠压保护
利用IR2302的欠压保护功能，对其电源电压进行检测，使场效应管严格工作在非饱和区或截止区，防止场效应管进入饱和区而损坏。
2.5 数字设定及显示电路的设计
分别通过键盘和LCD 实现数字设定和显示。键盘用来设定和调整输出电压；输出电压、输出电流和输入电压的量值通过LCD 显示。电路接口见附录。
2.6 效率的分析及计算 （U 2=18V,输出电压U O =36V,输出电流I O =2A ）
DC-DC 电路输入电压U IN =1.2*U 2-2V=19.6V ，信号占空比D ≈1-U IN /U O =0.456， 输入电压有效值I IN =I O /（1-D ）=3.676A ， 输出功率P O =U O *I O =72 W 下面计算电路中的损耗P 损耗：
1） Boost 电路中电感的损耗： 12
1DCR I P IN D CR ?=
其中，DCR 1为电感的直流电阻，取为50 m Ω，代入可得P DCR1=0.68 W 2） Boost 电路中开关管的损耗
开关损耗 P SW =0.5*U IN *I IN （t r +t f ）*f
其中，t r 是开关上升时间，为190ns,t f 是开关下降时间，为110ns,f 是开关频率，为20 kHz,代入可得 P SW =0.2160 W
导通损耗 ））（（SNS D SO N IN C R R I D P +?=3.12
其中，导通电阻R DSON =77 m Ω，电流感应电阻R SNS 取0.1 Ω，代入得P C =1.23 W 3） 肖特基二极管的损耗
流过二极管的电流值与输出电流I 0相等，则二极管损耗D O D V I P = 其中，I O =2 A,取二极管压降V D 为0.35 V ，代入可得P D =0.7 W 4） 两只采样电阻上的总损耗为0.9 W （计算过程见附录2） 其他部分的损耗约为0.8 W ，具体计算过程见附录2。
综上，电路中的总损耗功率P 损耗=4.5W
DC-DC 变换器的效率η= P O /（P O +P 损耗）=94%
2.7 系统特色：
1．输出电压反馈采用“同步采样”方式，有效地避免了电压尖峰对信号检测的影响。软件滤波可降低毛刺干扰，但不能从根本上减小干扰。 “同步采样”法是根据开关毛刺的可预测性（集中在开关瞬间，持续时间不超过2μS ），在开关管动作后2μS 再采样，避免采到毛刺，提高了反馈信号的准确度和稳定度。
2．采用多种措施降低系统的电磁干扰（EMI ），如：开关频率较低，降低了EMI ；单片机内部的时钟源－压控震荡器（DCO ）采用了‘抖频’技术，使EMI 能量分散在各个频率点上，降低了EMI 的峰值；产生PWM 信号时也使用了‘抖
频’技术，即实现了用较少位数的PWM 产生较多的控制阶数，又减少了EMI 。
3．具有多重保护措施，保证了系统的高可靠性。
3 软件设计 （主要流程图如图3-1所示）
程序说明:本程序主要通过键盘设定输出电压值,利用PI 算法控制PWM 的占空比，实现电压稳定输出.并且为了减少干扰,软件采用同步采样的方法,即在PWM 上升沿后2微秒,再去采样,这样就可以避免采样到毛刺,进行错误的判断,导致输出电压不稳,再根据一些其它的反馈采样值进行调整,保证系统可以安全可靠稳定的工作。
4 系统测试及结果分析
4.1 测试使用的仪器 （如表4.1所示）
表4.1 测试使用的仪器设备
4.2 测试方法 （连接如图4-1所示）
L
2
图3-1 主要流程图
4.3测试数据
4.3.1电压调整率S
U 测试（测试条件：I
O
=2A，U
O
=36V）
U 2=15V时，U
O1
=35.98V；U
2
=21V时，U
O2
=36.13V。
电压调整率S
U =（U
O2
-U
O1
）/U
O1
=0.42%。
4.3.2负载调整率S
I 测试（测试条件：U
2
=18V，U
O
=36V）
I O =0A时，U
O3
=36.29V；I
O
=2A时，U
O4
=36.04V。
负载调整率S
I =（U
O3
-U
O
4）/U
O
3=0.69%。
4.3.3DC-DC转换器效率η测试（测试条件：I
O =2A，U
O
=36V，U
2
=18V）
U IN =19.5V，I
IN
=3.88A；U
O
=36.00V，I
O
=1.975A。
DC-DC转换器效率η=U
O I
O
/U
IN
I
IN
=93.97%。
4.4测试结果分析
4.4.1测试数据与设计指标的比较（如表4.2所示）
4.4.2产生偏差的原因
1）对效率等进行理论分析和计算时，采用的是器件参数的典型值，但实际器件的参数具有明显的离散性，电路性能很可能因此无法达到理论分析值。
2）电路的制作工艺并非理想的，会增加电路中的损耗。
4.4.3改进方法
1）使用性能更好的器件，如换用导通电阻更小的电力MOS管，采用低阻电容。2）使用软开关技术，进一步减小电力MOS管的开关损耗；
3）采用同步式开关电源的方案，用电力MOS管代替肖特基二极管以减小损耗；4）优化软件控制算法，进一步减小电压调整率和负载调整率。
5结论
本电路结构简单，功能齐全，性能优良，除个别指标外均达到并超过了题目要求。保护电路完善，使用更安全。使用同步采样技术和多种抗EMI技术使得本电路更加环保。
由于时间紧张，任务较为繁重，本电路尚有不足之处，如输出纹波偏大等。这些都是以后我们努力和改进的方向。
附录1 电路原理图
图2 单片机最小系统
附录 2 效率计算完整过程
电路中的主要损耗已在正文中进行了计算，下面给出其他部分损耗的计算过程：
1. Boost 电路中电容的损耗
图3 保护电路
（a ）输入保护电路 （b ）过热保护电路
图4 输出过流保护电路
图5 逐波过流保护电路
输出电流有效值）（D D I I IN RMS O -??=-113.1 代入数据得 I O-RMS =2.069 A
而电容的损耗 2/2
1ESR I P RMS O CO ?=-
等效串联电阻ESR 取为10 m Ω，代入得P CO1=0.0428 W 2. 输出滤波电路的损耗：
1） 电容的损耗 计算方法与求P CO1相同，可求得P CO2=0.0428 W 2） 电感的损耗 22
2DCR I P O D CR ?=
其中，DCR 2为电感的直流电阻，取为50 m Ω，又I O =2A ， 代入可得P DCR2=0.20 W 3. PWM 驱动部分的损耗
1） 驱动芯片IR2302的静态损耗为12 mW （可忽略）
2） IR2302驱动电路的动态损耗 f C U P QIN GSON 2
5.0=驱动
其中，导通控制电压U GSON =12V ，场效应管输入电容C QON =1.7 nF, f=20 kHz ，代入计算得 P 驱动=2.45 mW （可忽略）
4. 由于设计实现时较多的考虑到降低功耗，控制电路和检测保护电路功耗都较小，总体估算为0.5 W 。
4. 过流保护采样电阻上的损耗 22
2TEST O RTEST R I P =
其中，I O =2A ，R TEST2=0.09Ω，代入可得 P RTEST2=0.36 W 5. 逐波过流保护采样电阻上的损耗 D R I P TEST IN RTEST 12
1=
其中，采样电阻R TEST1=0.087Ω，代入数据计算可得P RTST1=0.536 W
附录 3 输出滤波电路的设计与参数计算
为了降低纹波，采用LC 低通滤波器，取截止频率f L =200 Hz ，电容取470μF ， 由 LC
f L π21=
可得 C
f L L 22
41
π=
代入得L=215.80 μH ，取220μH
开关稳压电源（E题） 摘要 本系统以Boost升压斩波电路为核心，以MSP430单片机为主控制器和PWM信号发生器，根据反馈信号对PWM信号做出调整，进行可靠的闭环控制，从而实现稳压输出。系统输出直流电压30V～36V 可调，可以通过键盘设定和步进调整，最大输出电流达到2A，电压调整率和负载调整率低，DC-DC变换器的效率达到93.97%。能对输入电压、输出电压和输出电流进行测量和显示。 系统特色：1）输出电压反馈采用“同步采样”方式，能有效避免电压尖峰对信号检测的影响。2）采用多种有效措施降低系统的电磁干扰（EMI），增强电磁兼容性（EMC）。3）具有完善、可靠的保护功能，如：过流保护、反接保护、欠压保护、过温保护、防开机“浪涌”电流保护等，保证了系统的可靠性。 1方案论证 1.1DC-DC主回路拓扑 方案一间接直流变流电路：结构如图1-1所示，可以实现输出端与输入端的隔离，适合于输入电压与输出电压之比远小于或远大于1的情形，但由于采用多次变换，电路中的损耗较大，效率较低，而且结构较为复杂。 方案二 Boost升压斩波电路：拓扑结构如图1-2所示。开关的开通和关断受外部PWM信号控制，电感L将交替地存储和释放能量，电感L储能后使电压泵升，而电容C可将输出电压保持住，输出电压与输入电压的关系为UO=(ton+toff)，通过改变PWM控制信号的占空比可以相应实现输出电压的变化。该电路采取直接直流变流的方式实现升压，电路结构较为简单，损耗较小，效率较高。 E L C U O R L VD 图1-1 间接直流变流电路 图1-2 Boost升压斩波电路拓扑结构
综合比较，我们选择方案二。 1.2 控制方法及实现方案 方案一 利用PWM 专用芯片产生PWM 控制信号。此法较易实现，工作较稳定，但不易实现输出电压的键盘设定和步进调整。 方案二 利用单片机产生PWM 控制信号。让单片机根据反馈信号对PWM 信号做出相应调整以实现稳压输出。这种方案实现起来较为灵活，可以通过调试针对本身系统做出配套的优化。但是系统调试比较复杂。 在这里我们选择方案二。 1.3 系统总体框图 1） B oost 升压斩波电路中开关管的选取：电力晶体管（GTR ）耐压高、工作频率较低、开关损耗大；电力场效应管（Power MOSFET ）开关损耗小、工作频率较高。从工作频率和降低损耗的角度考虑，选择电力场效应管作为开关管。 2） 选择合适的开关工作频率：为降低开关损耗，应尽量降低工作频率；为避免产生噪声，工作频率不应在音频内。综合考虑后，我们把开关频率设定为20kHz 。 3） B oost 升压电路中二极管的选取：开关电源对于二极管的开关速度要求较高，可从快速恢复二极管和肖特基二极管中加以选择。与快速恢复二极管相比，肖特基二极管具有正向压降很小、恢复时间更短的优点，但反向耐压较低，多用于低压场合。考虑到降低损耗和低压应用的实际，选择肖特基二极管。 4） 控制电路及保护电路的措施：控制电路采取超低功耗单片机MSP430，其工作电流仅280μA ；显示采取低功耗LCD ；控制及保护电路的电源采取了降低功耗的方式，具体实现见附录图2，单片机由低功耗稳压芯片HT7133单独供电。 2 电路设计与参数计算 2.1 Boost 升压电路器件的选择及参数计算 B oost 升压电路
开关稳压电源设计说明书 学生姓名： 学号： 专业班级：物电学院电子2班报告提交日期： 2014年5月20日 湖南理工学院物电学院
目录 一、设计任务及要求 (2) 1、设计任务 (2) 2、设计要求 (2) 二、基本原理与分析 (2) 三、方案设计 (5) 1、开关器件的选择 (5) 2、参数的设定 (5) 四、电路设计 (5) 1、电路整体设计 (5) 2、电路工作原理 (5) 五、总结 (7) 六、参考文献 (7)
一、设计任务及要求 1、设计任务 设计一手机开关型电池充电器，满足： （1）开关电源型充电； （2）输入电压220V，输出直流电压自定； （3）恒流恒压； （4）最大输出电流为:I max＝1.0 A; 2、设计要求 （1）合理选择开关器件； （2）完成全电路理论设计、绘制电路图； （3）撰写设计报告。 二、基本原理与分析 随着电子技术和集成电路的飞速发展，开关稳压电源的类型越来越多，分类方法也各不相同，如果按照开关管与负载的连接方式分类，开关电源可以分为串联型、并联型和变压器耦合（并联）型3种类型。下面分别对这三种类型的开关电源做一些简单的介绍。 （1）串联型。 图1所示的开关电源是串联型开关电源，其特点是开关调整管VT与负载R L串联。因此，开关管和续流二极管的耐压要求较低。且滤波电容在开关管导通和截止时均有电流，故滤波性能好，输出电压U0的纹波系数小，要求储能电感铁心截面积也较小。其缺点是：输出直流电压与电网电压之间没有隔离变压器，即所谓“热地盘”，不够安全；若开关管部短路，则全部输入直流电压直接加到负载上，会引起负载过压或过流，损坏元件。因此，输出端一般需加稳压管加以保护。 根据稳压条件可得：（U i-U0）T1/L=U0T2/L 即 U0=U1T1/（T1+T2）=（T1/T）U i，σ=T1/T 由上式可见，可以通过控制开关管激励脉冲的占空比σ来调整开关电源的输出电压U0。
开关式稳压电源的各种电路类型概述 1、基本电路 交流电压经整流电路及滤波电路整流滤波后，变成含有一定脉动成份的直流电压，该电压进人高频变换器被转换成所需电压值的方波，最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。 控制电路为一脉冲宽度调制器，它主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成。这部分电路目前已集成化，制成了各种开关电源用集成电路。控制电路用来调整高频开关元件的开关时间 比例，以达到稳定输出电压的目的。 ２．单端反激式开关电源 单端反激式开关电源的典型电路：电路中所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。所谓的反激，是指当开关管VT1 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VD 1处于截止状态，在初级绕组中储存能量。当开关管VT1截止时，变压器Ｔ初级绕组中存储的能量，通过次级绕组及VD1 整流和电容Ｃ滤波后向负载输出。 单端反激式开关电源是一种成本最低的电源电路，输出功率为20－100Ｗ，可以同时输出不同的电压，且有较好的电压调整率。唯一的缺点是输出的纹波电压较大，外特性差，适用于相对固定的负载。 单端反激式开关电源使用的开关管VT1 承受的最大反向电压是电路工作电压值的两倍，工作频率在20－200kHz之间。 ３．单端正激式开关电源 单端正激式开关电源的典型电路：这种电路在形式上与单端反激式电路相似，但工作情形不同。当开关管VT1导通时，VD2也导通，这时电网向负载传送能量，滤波电感Ｌ储存能量；当开关管VT1截止时，电感Ｌ通过续流二极管VD3 继续向负载释放能量。 在电路中还设有钳位线圈与二极管VD2，它可以将开关管VT1的最高电压限制在两倍电源电压之间。为满足磁芯复位条件，即磁通建立和复位时间应相等，所以电路中脉冲的占空比不能大于５０％。由于这 种电路在开关管VT1导通时，通过变压器向负载传送能量，所以输出功率范围大，可输出50－200 Ｗ的功率。电路使用的变压器结构复杂，体积也较大，正因为这个原因，这种电路的实际应用较少。 ４．自激式开关稳压电源 自激式开关稳压电源的典型电路：这是一种利用间歇振荡电路组成的开关电源，也是目前广泛使用的基本电源之一。 当接入电源后在R1给开关管VT1提供启动电流，使VT1开始导通，其集电极电流Ic在L1中线性增长，在L2 中感应出使VT1 基极为正，发射极为负的正反馈电压，使VT1 很快饱和。与此同时，感应电压给C1充电，随着C1充电电压的增高，VT1基极电位逐渐变低，致使VT1退出饱和区，Ic 开始减小，在L2 中感应出使VT1 基极为负、发射极为正的电压，使VT1 迅速截止，这时二极管VD1导通， 高频变压器Ｔ初级绕组中的储能释放给负载。在VT1截止时，L2中没有感应电压，直流供电输人电压又 经R1给C1反向充电，逐渐提高VT1基极电位，使其重新导通，再次翻转达到饱和状态，电路就这样重复振荡下去。这里就像单端反激式开关电源那样，由变压器Ｔ的次级绕组向负载输出所需要的电压。 自激式开关电源中的开关管起着开关及振荡的双重作从，也省去了控制电路。电路中由于负载位于变压器的次级且工作在反激状态，具有输人和输出相互隔离的优点。这种电路不仅适用于大功率电源，亦适 用于小功率电源。 ５．推挽式开关电源 推挽式开关电源的典型电路：它属于双端式变换电路，高频变压器的磁芯工作在磁滞回线的两侧。电
开关可调稳压电源的设计与制作 设计思想： 交直流转换，稳压：变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电变压器原理图流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）变压器由铁芯（或磁芯）和线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。变压器利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器输送的电能的多少由用电器的功率决定. 将 220V 交流电压首先通过隔离变压器降压为 18V 的交流电压，隔离变压器的主要作用是：使一次侧与二次侧的电气完全绝缘，也使该回路隔离。另外，利用其铁芯的高频损耗大的特点，从而抑制高频杂波传入控制回路。用隔离变压器使二次对地悬浮，只能用在供电范围较小、线路较短的场合，此时，系统的对地电容电流小得不足以对人身造成伤害。还有一个很重要的作用就是保护人身安全。足以对人身造成伤害。隔离危险电压.18V 交流电压经过滤波二极管和电容 C2 进行滤波，经过lm7818 输出稳定的 18V 电压，电容 C1C3 是为了滤掉直流电压的毛刺，使其输出稳定 设计方案： 方案中使用隔离变压器提高抗电磁干扰能力，使用脉宽调制电路控制电压输出，采用 DC-DC 变换器，提高电源效率。 设计原理图如下： 电路原理图如下：
电路仿真结果如下： 各元器件与模块： N7818 稳压芯片介绍: 共有三种外形封装形式，，管脚 1 是电压输入脚，2 是接地脚，3 是稳定电压输出脚，用于稳压，原件如图所示： DC—DC 升压模块，DC-DC 升压变换器的工作原理：DC-DC 功率变换器的种类很多。按照输入/输出电路是否隔离来分，可分为非隔离型和隔离型两大类。非隔离型的 DC-DC 变换器又可分为降压式、升压式、极性反转式等几种；隔离型的 DC-DC 变换器又可分为单端正激式、单端反激式、双端半桥、双端全桥等
一、开关式稳压电源的基本工作原理 开关式稳压电源接控制方式分为调宽式和调频式两种，在实际的应用中，调宽式使用得较多，在目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数也为脉宽调制型。因此下面就主要介绍调宽式开关稳压电源。 调宽式开关稳压电源的基本原理可参见下图。 对于单极性矩形脉冲来说，其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其直流平均电压值就越高。直流平均电压Ｕ。可由公式计算， 即Uo=Um×T1/T 式中Um为矩形脉冲最大电压值；T为矩形脉冲周期；T1为矩形脉冲宽度。 从上式可以看出，当Um 与T 不变时，直流平均电压Uo 将与脉冲宽度T1 成正比。这样，只要我们设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄，就可以达到稳定电压的目的。 二、开关式稳压电源的原理电路 1、基本电路
图二开关电源基本电路框图 开关式稳压电源的基本电路框图如图二所示。 交流电压经整流电路及滤波电路整流滤波后，变成含有一定脉动成份的直流电压，该电压进人高频变换器被转换成所需电压值的方波，最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。 控制电路为一脉冲宽度调制器，它主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成。这部分电路目前已集成化，制成了各种开关电源用集成电路。控制电路用来调整高频开关元件的开关时间比例，以达到稳定输出电压的目的。 ２．单端反激式开关电源 单端反激式开关电源的典型电路如图三所示。电路中所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。所谓的反激，是指当开关管VT1 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VD1处于截止状态，在初级绕组中储存能量。当开关管VT1截止时，变压器Ｔ初级绕组中存储的能量，通过次级绕组及VD1 整流和电容Ｃ滤波后向负载输出。
摘要：在对线性稳压集成电路与开关稳压集成电路的应用特性进行比较的基础上，简单介绍了LM2576的特性，给出了基本开关稳压电源、工作模式可控的开关稳压电源和开关与线性结合式稳压电路的设计方案及元器件参数的计算方法。 关键词：LM2576 电源设计 MCU 嵌入式控制系统的MCU一般都需要一个稳定的工作电压才能可靠工作。而设计者多习惯采用线性稳压器件（如78xx系列三端稳压器件）作为电压调节和稳压器件来将较高的直流电压转变M CU所需的工作电压。这种线性稳压电源的线性调整工作方式在工作中会大的“热损失”（其值为V压降×I负荷），其工作效率仅为30%～50%[1]。加之工作在高粉尘等恶劣环境下往往将嵌入式工业控制系统置于密闭容器内的聚集也加剧了MCU的恶劣工况，从而使嵌入式控制系统的稳定性能变得更差。 而开关电源调节器件则以完全导通或关断的方式工作。因此，工作时要么是大电流流过低导通电压的开关管、要么是完全截止无电流流过。因此，开关稳压电源的功耗极低，其平均工作效率可达70%～90%[1]。在相同电压降的条件下，开关电源调节器件与线性稳压器件相比具有少得多的“热损失”。因此，开关稳压电源可大大减少散热片体积和PCB板的面积，甚至在大多数情况
下不需要加装散热片，从而减少了对MCU工作环境的有害影响。 采用开关稳压电源来替代线性稳压电源作为MCU电源的另一个优势是：开关管的高频通断特性以及串联滤波电感的使用对来自于电源的高频干扰具有较强的抑制作用。此外，由于开关稳压电源“热损失”的减少，设计时还可提高稳压电源的输入电压，这有助于提高交流电压抗跌落干扰的能力。 LM2576系列开关稳压集成电路是线性三端稳压器件（如78xx 系列端稳压集成电路）的替代品，它具有可靠的工作性能、较高的工作效率和较强的输出电流驱动能力，从而为MCU的稳定、可靠工作提供了强有力的保证。 一、LM2576简介 LM2576系列是美国国家半导体公司生产的3A电流输出降压开关型集成稳压电路，它内含固定频率振荡器（52kHz）和基准稳压器（1.23V），并具有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。LM2576系列包括LM2576（最高输入电压40V）及LM257 6HV（最高输入电压60V）二个系列。各系列产品均提供有3.3
开关稳压电源设计报告 成员名字：方愿岭段洁斐梅二召 摘要：为提高电源的利用效率和缩小设计电源的尺寸，本文介绍一种含有MC3406集成芯片的开关稳压电源，并对成芯片内部结构和外部电路作简要介绍，最终给出一个完整的开关稳压电路设计电路并对电路作具体论证最终完成开关稳压电源的实物制作。 A switching power supply design report Abstract:In order to improve the efficiency in the use of the power supply and reduce the size of the power source design, this paper introduces a kind of contains MC34063 integrated chips of a switching power supply, and the integrated chip internal structure and external circuit is briefly introduced, finally give a complete a switching circuit design circuit to make concrete demonstration and circuit switching power supply finally complete the making of objects. 关键词：开关稳压电源；整流滤波电路；PWM控制电路；MC34063 引言 电源是各种电子设备的核心，因此电源的优劣直接关系到电子设计的好坏。另外电子设计者不得不考虑的一个问题就是效率问题，所
开关型稳压电路的工作原理 开关型稳压电源的原理可用图1的电路加以说明。它由调整管、滤波电路、比较器、三角波发生器、比较放大器和基准源等部分构成。 图1 开关型稳压电源原理图三角波发生器通过比较器产生一个方波vB，去控制调整管的通断。当调整管导通时，向电感充电。当调整管截止时，必须给电感中的电流提供一个泄放通路。续流二极管 D 即
可起到这个作用，有利于保护调整管。根据电路图的接线，当三角波的幅度小于比较放大器的输出时，比较器输出高电平，（输出波形中电位水平高于高电平最小值的部分，对方波而言，相当方波存在的部分）。对应调整管的导通时间为ton；反之为低电平，（输出波形中电位水平低于低电平最大值的部分，对方波而言，相当方波不存在的部分）。对应调整管的截止时间为toff 。 为了稳定输出电压，应按电压负反馈方式引入反馈，以确定基准源和比较放大器的连线。设输出电压增加，FVO增加，比较放大器的输出VF减小，比较器方波输出toff增加，调整管导通时间减小，输出电压下降。起到了稳压作用。 各点波形见图2。由于调整管发射极输出为方波，有滤波电感的存在，使输出电流iL为锯齿波，趋于平滑。输出则为带纹波的直流电压。 忽略电感的直流电阻，输出电压VO即为vE的平均分量。于是有 q 称为占空比，方波高电平的时间占整个周期的百分比。在输入电压一定时，输出电压与占空比成正比，可以通过改变比较器输出方波的宽度（占空比）来控制输出电压值。这种控制方式称为脉冲宽度调制（PWM）。
图2 开关电源波形图由以上分析可以得出如下结论： 1．调整管工作在开关状态，功耗大大降低，电源效率大为提高； 2．调整管在开关状态下工作，为得到直流输出，必须在输出端加滤波器； 3．可通过脉冲宽度的控制方便地改变输出电压值； 4．在许多场合可以省去电源变压器； 5．由于开关频率较高，滤波电容和滤波电感的体积可大大减小。
电子课程设计 开关型直流稳压电源 摘要
【摘要】本次设计的主要目的是实现一个开关电源，开关电源在日常生活中应用非常广泛，比如电视机、电脑、冰箱以及其他常用的电子产品都需要开关电源，如今是数字化时代，用单片机实现电子产品十分方便，所以在这次设计中使用了单片机实现。在这次设计文档中，详细阐述了开关电源与线性电源的比较，方案论证，总体结构设计，并附以相关电路图表示，最后生成相关了PCB 电路图。 【关键词】线性，半导体，开关，储能，转换，控制，滤波，分压 一、开关电源方案设计 开关电源是指调整管工作在开关方式，即导通和截止状态的稳压电源，缩写为SPS （Switching Power Supply ）。开关电源的核心部分是一个直流变换器。利用直流变换器可以把一种直流电压变成极性、数值不同的多种直流电压。 图2.1所示电路的工作过程为：假设基准电压为5v ，由于电网波动导致输入电压减小，那么输出电压也将会减少，此时，所采样的电压将减小，假设为4.9v ，误差为0.1v ，经过比较放大后，脉冲调制电路根据这个误差，提高占空比使输出电压增大，同理，当由于电网波动导致输出电压增大时，脉冲调制电路降低占空比使输出电压减小，以此来控制输出电压的稳定。 图2.1开关电源原理框图 方案1 方案1：单片机通过数模转换输出一个电压，用作电源的基准电压，电源可以通过键盘预置输出电压，单片机不加入反馈控制，电源仍要使用专门的PWM 控制芯片，工作过程为：当通过键盘预置电压时，单片机通过D/A 芯片输出一个电压作为控制芯片的基准电压，这个基准电压可以使得控制芯片按照预置电压值，来输出控制脉冲，以输出期望输出电压。 整流 滤波 电路 开关管 滤波电路 采样电路 比较放大 脉冲调宽 输出 输入 基准电压 + - + -
600W半桥型开关稳压电源设计 600W半桥型开关稳压电源设计 摘要 本次设计主要是设计一个600W半桥型开关稳压电源，从而为负载供 电。 电源是各种电子设备不可或缺的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。由于开关电源本身消耗的能量低，电源效率比普通线性稳压电源提高一倍，被广泛用于电子计算机、通讯、家电等各个行业。它的效率可达85％以上，稳压范围宽，除此之外，还具有稳压精度高、不使用电源变压器等特点，是一种较理想的稳压电源。本文介绍了一种采用半桥电路的开关电源，其输入电压为单相170 ~ 260V，输出电压为直流12V恒定，最大电流50A。从主电路的原理与主电路图的设计、控制电路器件的选取、保护电路方案的确定以及计算机仿真图形的绘制与波形分析等方面的研究。 关键词：半桥变换器；功率MOS管；脉宽调制；稳压电源； 第1章绪论1.1 电力电子技术概况 电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。通常所说的模拟电子技术和数字电子技术属于信息电子技术。电力电子技术是应用于电
力领域的电子技术，它是利用电力电子器件对电能进行变换和控制的新兴学科。目前所用的电力电子器件采用半导体制成，故称电力半导体器件。信息电子技术主要用于信息处理，而电力电子技术则主要用于电力变换。电力电子技术的发展是以电力电子器件为核心，伴随变换技术和 控制技术的发展而发展的。 电力电子技术可以理解为功率强大，可供诸如电力系统那样大电流、高电压场合应用的电子技术，它与传统的电子技术相比，其特殊之处不仅仅因为它能够通过大电流和承受高电压，而且要考虑在大功率情况下，器件发热、运行效率的问题。为了解决发热和效率问题，对于大功率的电子电路，器件的运行都采用开关方式。这种开关运行方式就是电力电 子器件运行的特点。 电力电子学这一名词是20世纪60年代出现的，“电力电子学”和“电力电子技术”在内容上并没有很大的不同，只是分别从学术和工程技术这2个不同角度来称呼。电力电子学可以用图1的倒三角形来描述，可以认为电力电子学由电力学、电子学和控制理论这3个学科交叉而形成 的。这一观点被全世界普遍接受。 电力电子技术与电子学的关系是显而易见的。电子学可分为电子器件和电子电路两大部分，它们分别与电力电子器件和电力电子电路相对应。从电子和电力电子的器件制造技术上进两者同根同源，从两种电路的分析方法上讲也是一致的，只是两者应用的目的不同，前者用于电力变换， 后者用于信息处理。
开关电源的设计 同组参与者：李方舟、周恒、张涛开关式直流稳压电源的控制方式可分为调宽式和 调频试两种，实际应用中，而调宽式应用的较多，在 目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数也 为脉宽调制（PWM）型。 开关稳压电源具有效率高，输出功率大，输入电 压变化范围宽，节约能耗等优点。 开关电源的工作原理就是通过改变开关器件的开 通时间和工作周期的比值即占空比来改变输出电压； 通常有三种方式：脉冲宽度调制（PWM），脉冲频率 调制（PFM）和混合调制。PWM调制是指开关周期 恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式，因为 周期恒定，滤波电路的设计比较简单，也是应用能够 最广泛的调制方式。开关稳压电源的主要结构框架如 图1-1所示，有隔离变压器产生一个15-18V的交流电 压，在经过整流滤波电路，将交流电变成直流电，然 后再经过DC—DC变换，由PWM的驱动电路去控 制开关管的导通和截止，从而产生一个稳定的电压源， 如图1-1所示；
图1-1 一开关转换电路 1：滤波电路 输入滤波电路具有双向隔离作用，它可以抑制交流电网输入的干扰信号，同时也防止开关电源工作时产生的谐波和电磁干扰信号影响交流电网。如图1-2所示滤波电路中C1用以滤除直流份量中的交流成分，隔离电容应选用高频特性较好的碳膜电容,电阻R给电容提供放电回路，避免因电容上的电荷积累而影响滤波器的工作特性，C2、C3跨接在输出端，能有效地抑制共模干扰，为了减小漏电流C2、C3宜选用陶瓷电容器. 图1-2 2.电压保护电路 如图1-3所示为输出过压保护电路。稳压管VS的
击穿电压稍大于输出电压额定值，输出电压正常时，VS不导通，晶闸管VS的门极电压为零，不导通，当输出过压时，VS击穿，VS受触发导通，使光电耦合器输出三极管电流增大，通过UC3842控制开关管关断。 图1-3 输出过压保护电路 3.电压反馈电路 电压反馈电路如图1-4所示。输出电压通过集成稳压器TL431和光电耦合器反馈到的1脚，调节R1 R2的分压比可设定和调节输出电压，达到较高的稳压精度。如果输出电压U0升高，集成稳压器TL431的阴极到阳极的电流在增大,UC3842的输出脉宽相应变窄，输出电压U0变小,同样，如果输出电压U0减小，可通过反馈调节使之升高。
开关稳压电源和线性稳压电源 根据调整管的工作状态，我们常把稳压电源分成两类：线性稳压电源和开关稳压电源。 线性稳压电源，是指调整管工作在线性状态下的稳压电源。而在开关电源中则不一样，开关管（在开关电源中，我们一般把调整管叫做开关管）是工作在开、关两种状态下的：开——电阻很小；关——电阻很大。 开关电源是一种比较新型的电源。它具有效率高，重量轻，可升、降压，输出功率大等优点。但是由于电路工作在开关状态，所以噪声比较大。通过下图，我们来简单的说说降压型开关电源的工作原理。如图所示，电路由开关K（实际电路中为三极管或者场效应管），续流二极管D，储能电感L，滤波电容C等构成。当开关闭合时，电源通过开关K、电感L给负载供电，并将部分电能储存在电感L以及电容C中。由于电感L的自感，在开关接通后，电流增大得比较缓慢，即输出不能立刻达到电源电压值。一定时间后，开关断开，由于电感L的自感作用（可以比较形象的认为电感中的电流有惯性作用），将保持电路中的电流不变，即从左往右继续流。这电流流过负载，从地线返回，流到续流二极管D的正极，经过二极管D，返回电感L的左端，从而形成了一个回路。通过控制开关闭合跟断开的时间（即PWM——脉冲宽度调制），就可以控制输出电压。如果通过检测输出电压来控制开、关的时间，以保持输出电压不变，这就实现了稳压的目的。 在开关闭合期间，电感存储能量；在开关断开期间，电感释放能量，所以电感L叫做储能电感。二极管D在开关断开期间，负责给电感L提供电流通路，所以二极管D叫做续流二极管。 在实际的开关电源中，开关K由三极管或场效应管代替。当开关断开时，电流很小；当开关闭合时，电压很小，所以发热功率U×I就会很小。这就是开关电源效率高的原因。 看过完两个关于电源的FAQ后，大家可能对电源的效率计算还不了解。在后面的FAQ中，我们将专门给大家介绍。 常见的用于开关电源的芯片有：TL494，LM2575，LM2673，34063，51414等等。
编号：E甲0904 2007全国大学生电子设计竞赛题目E： 《开关稳压电源》 参赛学生：李泉泉、满中甜、董学峰 指导教师：刘晓军、郑亚民、周强 学校：山东大学威海分校 院系：信息工程学院 2007年9月6日
开关稳压电源（E题） 摘要 该电源以单端反激式DC-DC变换器为核心。市电通过自耦式调压器，隔离变压器，整流滤波后产生直流电压，经DC-DC变换得到题目所需输出电压，实现了开关稳压电源的设计。DC-DC变换器采用脉宽调制器（PWM）UC3842，通过调节 在30V～36V范围内可调；微控制器与键盘显示构成了占空因数使得输出电压U O 控制显示模块，能对输出电压进行键盘设定和步进调整，并显示输出电压、电流的测量和数字显示功能，形成了良好的人机界面。 关键词：DC-DC变换器，脉宽调制器（PWM） 1方案论证 1.1DC-DC主回路拓扑 适合本系统的DC-DC拓扑结构为单端反激式DC-DC变换器，利用UC3824芯片作为控制核心，该芯片抗电压波动能力强，并可使负载调整率得到明显改善，而且其频响特性好，稳定裕度大，过流限制特性好，具有过流保护和欠压锁定功能。 1.2控制方法及实现方案 手动输出电压调节采用电位器改变取样回路的上下比电阻比值来改变输出电压，使其满足题目要求，该方案电路结构简单，实现方便。 键盘设定通过单片机改变模拟开关接通通道，选取取样回路的电阻节点位置，改变取样回路的上下比电阻比值来改变输出电压，实现发挥部分的键盘设定功能。 1.3提高效率的方法及实现方案 在DC-DC变换器中，主要消耗功率的元件有主回路的开关管、续流二极管、储能电感等部件。本设计中提高效率的措施主要有： 通过增加电感线径减小电感阻值； 采用低内阻的高效率MOSFET作为主回路的开关元件； 采用高速低正相压降的肖特基二极管降低其功耗。 2电路设计与参数计算 2.1电路整体设计 本设计以DC-DC变换器为核心，辅以隔离变压、整流滤波、控制显示等功能模块，完成开关稳压电源各项功能（见图1 系统框图）。
习题12 开关型稳压电源 开关型稳压电源中的调整管工作在开关状态，因而功耗小，电路效率高，体积小，重量轻。适用于大功率且负载固定、输出电压调节范围不大、负载对输出纹波要求不高的场合。现在开关型电源应用很广泛，有许多不同种类的开关稳压电源。 按调整管与负载连接方式可分为串联型和并联型。 按稳压控制方式可分为脉冲宽度调制型(PWM)、脉冲频率调制型(PFM)和混合型。 以下是简单实用开关稳压电源。 12.1脉冲宽度调制(PWM)电路MIC2194 脉冲宽度调制(PWM)电路MIC2194的外形及管脚如图12.1所示。 图12.1 脉冲宽度调制(PWM)电路MIC2194的外形及管脚 由MIC2194控制的串联型开关稳压电源如图12.2所示。改变R1或R2可以适当改变输出电压。Si4431A管脚及电路符号如图12.3所示。Si4431A主要参数如表12.1所示。5.2μH的电感线圈要加环形磁心，导线略大于1mm2。输出负电压采用图12.4所示电路。 表12.1 Si4431A主要参数 V DS(V) r DS (Ω) I D (A) -30 0.030 V GS= -10V -7.2 0.052 V GS= -4.5V -5.5 图12.2 MIC2194控制的串联型开关稳压电源
图12.3 Si4431A管脚及电路符号 图12.4 MIC2194控制的串联型开关稳压电源输出负电压12.2 MC34060控制的串联型开关稳压电源 MC34060外形及管脚如图12.5所示。 MC34060控制的串联型开关稳压电源如图12.6所示。 MC34060控制的串联型开关稳压电源测试结果如表12.2所示。
毕业设计说明书（论文） 课题名称开关直流稳压电源设计 专业航空电子设备维修 081331 班 学生姓名罗亨林学号 26号 指导老师贺国灿技术职称______________ 2011年04 月05 日
毕业设计（论文）任务书 学生姓名：罗亨林班级：081331 1.毕业设计（论文）题目：开关直流稳压电源设计 2.毕业设计（论文）使用的原始资料数据及设计技术要求： （1）交流输入电压220V±20％，50Hz； （2）直流输出电压30V～36V可调； （3）直流输出电流0～2A； （4）负载调整率S I≤5%； （5）DC-DC变换器的效率 ≥70%； （6）具有过流保护功能，动作电流I O（th）=2.5±0.2A。 3.毕业设计（论文）工作内容及完成时间： 本设计主要以MC34063芯片的DC-DC电源变换控制器为控制核心设计一开关直流稳压电源 日期：自2010年12月01日至2011年04月05日 指导老师评语： __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ ____________________________________________ 指导老师：贺国灿系主任：姚卫华
前言 开关电源是一种利用开关功率器件并通过功率变换技术而制成的直流稳压电源.它具有体积小、重量轻、效率高、对电网电压及频率的变化适应性强、输出电压保持时间长、有利于计算机信息保护等优点,因而广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通讯设备,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源.开关电源又被称为高效能节能电源,内部电路工作在高频开关状态,自身消耗的能量很低,一般电源效率可达80%左右,比普通线性稳压电源进步一倍.目前生产的无工频变压器式中,开关电源仍然采用脉冲宽调制器PWM或脉冲频率调制器PFM的原理.本文根据PWM原理,以MC34063芯片的DC-DC电源变换控制器为控制核心设计出的一开关直流稳压电源。
电子设备离不开电源，电源供给电子设备所需要的能量，这就决定了电源在 电子设备中的重要性。电源的质量直接影响着电子设备的工作可靠性，所以电子设备对电源的要求日趋增高。 现有的电源主要由线性稳压电源和开关稳压电源两大类组成。这两类电源由于各自的特点而被广泛应用。线性稳压电源的优点是稳定性好、可靠性高、输出电压精度高、输出纹波电压小。它的不足之处是要求采用工频变压器和滤波器，它们的重量和体积都很大，并且调整管的功耗较大，是电源的效率大大降低，一般情况均不会超过50%。但它的优良的输出特性，使其在对电源性能要求较高的场合仍得到广泛的应用。相对线性稳压电源来说，开关稳压电源的优点更能满足现代电子设备的要求，从20世纪中期开关电源问世以来，由于它的突出优点，使其在计算机、通信、航天、办公和家用电器等方面得到了广泛的应用，大有取代线性稳压电源之势。 本课题是设计一种基于SG3525 PWM控制芯片为核心构成的高频开关电源电 路。 关键词：高频开关稳压电源、SG3525、PWM
1高频开关稳压电源概述 (1) 1.1高频开关稳压电源简介 (1) 1.2高频开关稳压电源的发展状况 (2) 1.3高频开关稳压电源的基本原理 (3) 2设计任务与分析 (4) 2.1任务要求 (4) 2.2任务分析 (4) 3 系统设计方案 (5) 3.1系统总体方案设计 (5) 3.2功率变换器电路设计 (6) 3.2.1全桥功率变换器工作原理 (6) 3.2.2全桥功率变换器控制方式 (7) 3.3控制电路设计 (8) 3.3.1 SG3525结构和功能介绍 (8) 3.3.2控制电路的设计 (9) 3.4驱动电路设计 (10) 3.5辅助电源电路设计 (11) 3.6过流检测及保护电路设计 (13) 3.6.1电力电子器件的缓冲电路 (13) 3.6.2电力电子器件的保护电路 (13) 3.7整流器输出电路设计 (15) 小结与体会 (16) 附录 (18)
开关稳压电源 作者：陈国贞陈涛李强 一等奖作品 摘要：使用PWM控制器SG3524设计并制作了一种推挽型DC/DC变换器，输出电压可在30～36V可调，系统效率可以达到92%。整个变换器由C8051F020型单片机作为控制核心，可以将输入输出电压、电流和系统效率显示出来，并可以对输出电压预设和步进调整，还可以实现过流保护和过压欠压指示，完成了基本部分和发挥部分的所有要求。 关键词：推挽 SG3524 C8051F020 Abstract: Using PWM controller SG3524, we designed and produced a push-pull DC/DC converter ,whose output voltage can be adjustable from 30V to 36V .The system efficiency can reach 92%.The converter uses C8051f020 as a controller .The input and output voltage ,input and output current ,and system efficiency can be displayed . It also has over-current protection , over-voltage and under-voltage instructions. You can preset and step the output voltage. The converter realizes all the basic part and exertion part requirements. Keywords:push-pull SG3524 C8051F020
开关稳压电源设计说明书
开关稳压电源设计说明书 学生姓名： 学号： 专业班级：物电学院电子2班报告提交日期：2014年5月20日 湖南理工学院物电学院
目录 一、设计任务及要求 (2) 1、设计任务 (2) 2、设计要求 (2) 二、基本原理与分析 (2) 三、方案设计 (5) 1、开关器件的选择 (5) 2、参数的设定 (5) 四、电路设计 (5) 1、电路整体设计 (5) 2、电路工作原理 (5) 五、总结 (7) 六、参考文献 (7)
一、设计任务及要求 1、设计任务 设计一手机开关型电池充电器，满足： （1）开关电源型充电； （2）输入电压220V，输出直流电压自定； （3）恒流恒压； （4）最大输出电流为:I max＝1.0 A; 2、设计要求 （1）合理选择开关器件； （2）完成全电路理论设计、绘制电路图； （3）撰写设计报告。 二、基本原理与分析 随着电子技术和集成电路的飞速发展，开关稳压电源的类型越来越多，分类方法也各不相同，如果按照开关管与负载的连接方式分类，开关电源可以分为串联型、并联型和变压器耦合（并联）型3种类型。下面分别对这三种类型的开关电源做一些简单的介绍。 （1）串联型。 图1所示的开关电源是串联型开关电源，其特点是开关调整管VT与负载R L串联。 因此，开关管和续流二极管的耐压要求较低。且滤波电容在开关管导通和截止时均有电流，故滤波性能好，输出电压U0的纹波系数小，要求储能电感铁心截面积也较小。 其缺点是：输出直流电压与电网电压之间没有隔离变压器，即所谓“热地盘”，不够安全；若开关管内部短路，则全部输入直流电压直接加到负载上，会引起负载过压或过流，损坏元件。因此，输出端一般需加稳压管加以保护。 根据稳压条件可得：（U i-U0）T1/L=U0T2/L 即 U0=U1T1/（T1+T2）=（T1/T）U i，σ=T1/T 由上式可见，可以通过控制开关管激励脉冲的占空比σ来调整开关电源的输出电压U0。
开关稳压电源的优缺点 结构 图1 图1画出了开关稳压电源的原理图及等效原理框图，它是由全波整流器，开关管V，激励信号，续流二极管Vp，储能电感和滤波电容C组成。实际上，开关稳压电源的核心部分是一个直流变压器。 逆变器，它是把直流转变为交流的装置。逆变器通常被广泛地应用在采用电平或电池组成的备用电源中。 直流变换器，它是把直流转换成交流，然后又把交流转换成直流的装置。这种装置被广泛地应用在开关稳压电源中。采用直流变换器可以把一种直流供电电压变换成极性、数值各不同的多种直流供电电压。 优点 [1].功耗小，效率高。在图1中的开关稳压电源电路中，晶体管V在激励信号的激励下，它交替地工作在导通—截止和截止—导通的开关状态，转换速度很快，频率一般为50kHz左右，在一些技术先进的国家，可以做到几百或者近1000kHz。这使得开关晶体管V的功耗很小，电源的效率可以大幅度地提高，其效率可达到80%。 [2].体积小，重量轻。从开关稳压电源的原理框图可以清楚地看到这里没有采用笨重的工频变压器。由于调整管V上的耗散功率大幅度降低后，又省去了较大的散热片。由于这两方面原因，所以开关稳压电源的体积小，重量轻。[3].稳压范围宽。从开关稳压电源的输出电压是由激励信号的占空比来调节的，输入信号电压的变化可以通过调频或调宽来进行补偿，这样，在工频电网电压变化较大时，它仍能够保证有较稳定的输出电压。所以开关电源的稳压范围很宽，稳压效果很好。此外，改变占空比的方法有脉宽调制型和频率调制型两种。
这样，开关稳压电源不仅具有稳压范围宽的优点，而且实现稳压的方法也较多，设计人员可以根据实际应用的要求，灵活地选用各种类型的开关稳压电源。[4].滤波的效率大为提高，使滤波电容的容量和体积大为减少。开关稳压电源的工作频率目前基本上是工作在50kHz，是线性稳压电源的1000倍，这使整流后的滤波效率几乎也提高了1000倍。就是采用半波整流后加电容滤波，效率也提高了500b倍。在相同的纹波输出电压下，采用开关稳压电源时，滤波电容的容量只是线性稳压电源中滤波电容的1/500—1/1000。 [5].电路形式灵活多样。例如，有自激式和他激式，有调宽型和调频型，有单端式和双端式等等，设计者可以发挥各种类型电路的特长，设计出能满足不同应用场合的开关稳压电源。 缺点 开关稳压电源的缺点是存在较为严重的开关干扰。开关稳压电源中，功率调整开关晶体管V工作在开关状态，它产生的交流电压和电流通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐振干扰，这些干扰如果不采取一定的措施进行抑制、消除和屏蔽，就会严重地影响整机的正常工作。此外由于开关稳压电源振荡器没有工频变压器的隔离，这些干扰就会串入工频电网，使附近的其他电子仪器、设备和家用电器受到严重的干扰。 目前，由于国内微电子技术、阻容器件生产技术以及磁性材料技术与一些技术先进国家还有一定的差距，因而造价不能进一步降低，也影响到可靠性的进一步提高。所以在中国的电子仪器以及机电一体化仪器中，开关稳压电源还不能得到十分广泛的普及及使用。特别是对于无工频变压器开关稳压电源中的高压电解电容器、高反压大功率开关管、开关变压器的磁芯材料等器件，在中国还处于研究、开发阶段。在一些技术先进国家，开关稳压电源虽然有了一定的发展，但在实际应用中也还存在一些问题，不能十分令人满意。这暴露出开关稳压电源的又一个缺点，那就是电路结构复杂，故障率高，维修麻烦。对此，如果设计者和制造者不予以充分重视，则它将直接影响到开关稳压电源的推广应用。当今，开关稳压电源推广应用比较困难的主要原因就是它的制作技术难度大、维修麻烦和造价成本较高。
开关式交流稳压电源的设计 目前，空间技术、计算机、通信、雷达及家电中的电源逐渐被开关电源所取代。现在一般应用的串联调整稳压电源是连续控制的线性稳压电源。这种传统的串联稳压器、调整管总是工作在放大区，流过的电流是连续的，这种稳压器的缺点是承受过载和短路的能力差，效率低，一般只有35％～60％。由于调整管要损耗较大的功率，所以需要采用大功率调整管，并装有体积很大的散热器。而开关电源的调整管工作在开关状态，功率损耗小，效率可达 70％～95％，稳压器的体积小，重量轻，调整管的功率损耗较小，散热器也随之减小。此外，开关频率工作在几十kHz，可用数值较小的滤波电感、电容元件，故可以大大提高允许的环境温度。l 电路组成及工作原理开关式交流稳压电源电路框图如图1 所示。工作原理描述：由三角波发生电路产生150 kHz 的三角波，由低频正弦波产生电路产生50 Hz 的正弦波。两个信号分别同时送到比较器的同相和反相输入端，在比较器的输出端将产生矩形波。该矩形波的频率与150 kHz 的三角波相同，该矩形波的脉冲宽度受50 Hz 正弦波实时幅度的调制后，随50 Hz 正弦波实时幅度而变化，即已调制矩形波。将其送到高速电子开关中一个输入端，并经过一级反向器反向，送到高速电子开关的另外一个输入端。 市电整流滤波获得的倍于输入交流电压(典型值约为311 V)的直流高电压送到高速电子开关的电源输入端。高速电子开关的两个输出端由两个反向的输入矩形波驱动，从约311 V 直流电源取得能量后，分别经过一级短时间常数的LC 滤波电路连接到高频开关变压器的初级。该LC 滤波电路的作用是使进入高频开关变压器初级的矩形波脉冲拐角趋于圆滑，以降低其高频谐波。高频开关变压器的初、次级还起到对市电隔离的作用，高频开关变压器的次级获得交变、