开关电源设计

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1、开关直流稳压电源设计摘要直流稳压电源应用广泛，儿乎所有电器，电力或者电子设备都毫不例外的需 要稳定的直流电压（电流）供电，它是电子电路工作的“能源”和“动力”。不 同的电路对电源的要求是不同的。在很多电子设备和电路中需要一种当电网电压 波动或负载发生变化时，输出电压仍能基本保持不点的电源。电子设备中的电源 一般由交流电网提供，如何将交流电压（电流）变为直流电压（电流）供电乂如 何使直流电压（电流）稳定这是电子技术的一个基本问题。解决这个问题的方案 很多，归纳起来大致可分为线性电子稳圧电源和开关稳压电源两类，他们乂各自 可以用集成电路或分立元件构成。开关稳压电源具有效率高，输出功率大，输入 电压

2、变化范围宽，节约能耗等优点。一、引言基本要求稳压电源。1.基本要求 输出电压U0可调范围：12V15V； 最大输出电流IOmax： 2A； U2从15V变到21V时，电压调整率SUW2% （10二2A）； 10从0变到2A时，负载调整率SIW5% （U2二18V）； 输出噪声纹波电压峰-峰值U0PPW1V （U2二18V,U0二36V, 10二2A）； DC-DC 变换器的效率 70% （U2二 18V,U0二36V, 10二2A）； 具有过流保护功能，动作电流10 （th）二土；发挥部分（1）排除短路故障后，自动恢复为正常状态；（2）过热保护；二、方案设计与论证开关式直流稳压电源的控制方式可

3、分为调宽式和调频式两种。实际应用中， 调宽式应用较多，在LI前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数为脉宽调 制（PWM）型。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，因此本次 设讣采用PWM调制方式实现电路设讣要求。主要框架如图1所示。山变压器降压 得到交流电压，再经过整流滤波电路，将交流电变成直流电，然后再经过DC-DC 变换，III PO的驱动电路去控制开关管

4、的导通和截止，从而产生一个稳定的电压 源。图1三、系统硬件电路设计31系统整体框图开关电源111隔离变压器，整流滤波和DC-DC变换电路组成。设汁的关键是DC-DC 变换电路，它包含了开干电源中的开关器件，储能器件，脉冲变压器，滤波器， 输出整流等所有功率器件和控制模块。而控制模块的设计乂是DC-DC的核心，一 般DC-DC控制模块使用专用的PW调制芯片，本设讣使用UC3842o芯片内部集 成了误差比较器，振荡器，PWM调制器等。在此情况下使用集成芯片加上少量的 外围电路即可构成PWM控制电路，稳定性能较好，控制简单。图2交流信号源所采用的交流信号源为、49kHzo采用此参数是为了使后而电路得

5、到一个合适的电压与 电流。整流模块如图3所示。当输入电压U处于正半周期时，二极管DI, D3导通，D2, D4 截止。当输入电压U处于负半周期时，D2, D4导通，DI, D3截止。其中相关参数：（1）整流电压平均值/ =严屁別伽（期）=0.9（2）整流电流平均值/0 =rl（3）流过每个二极管电流平均值ZD=|/0（4）每个二极管承受的最高反向电压Ur防近5图3滤波模块从整流模块出来的半波电流经过滤波模块得到一个较为平整的直流电流。如 图4所示。其原理为电压的变化使的电容器一直处于一个充放电的过程中，将电 路中急剧变化的电流起到一个缓冲作用，从而得到一个平稳电流输出。电容越大 效果越好，出于

6、成本、空间和作用效果综合考虑，我们采用lOOOuF的电容。半波电流直if电流图4整流滤波综合山题L1可知，开关稳压电源的前级电路主要山整流滤波电路构成。根据需要，降圧后得到的交流电，然后整流滤波得到稳定直流送往后级。如图5所示。整流滤波仿真波形图6换能模块输入电流通过场效应管使改变其电流的占空比从而使矩形电流变为直流信 号，其中二极管作用为防止电流倒流，电容是为了进一步滤波使输出电流更为平 整。如图7所示。图7调压模块使上级的电流通过三个电阻，其中一个为电位计，通过调整电位计来对分得 的电压进行调整，从而得到调压的功能。如图8所示。+U2-+U1-图8重要元器件的参数计算如图9所示。注：(当电

7、源电压50HZ, 220V时，U2=18v经桥式整流滤波后，可得直流电压为U1二U2*二，题U要求输出电压Uo=3Ov36v)根据题目测试条件取Uo=36v最大占空比 D二(Uo- Ui) / Uo-=35%充电电感 L1二2 (Uo- Us)D(l-D) /Io*fs二 105uf流过电感Li的电流值II二30%Il(平均)二3O%*Io/ (1D) =流过电感L1的峰值电流Li=*Io/(l-D)二Cl 二 Uo*Uo*Dt/Uo Io-U!总结电子设备离不开电源，电源是电子设备的重要组成部分，电源的质量直接影 响开关电子设备工作的可黑性。本次我们设讣直流串联稳压电源，通过稳压电源 的设计

8、，再进行硬件的验证，对分析结果进行验证。通过仿真测试可以看出，通 过此次设计使得我们的专业知识都有了显著地提高，也对电源更加的了解。最后 感谢老师的们的细心指导。五、附件附件一、主体电路设计图1949D1R kD0PR92Q -一丁.R4,055Q: :e/=AIRF420UC33421.OWJR3 ：Wv-8700： C2:1.0kQ：:100%附件二、仿真测试数据以及整流滤波后整体波的形态1.矩形波发生器仿真T1“鸞T222T2-nI捐0比刊50u,Qvxte8 回g阴g43.315 usW.O52UJU.CO3mVJ3.W3V3-WV比网10佃比丙5Yta oMsa oM 2 企 AC

9、0 x|. 交田 L& n4 laxblL1整体电路仿真:当电位il R4调为零的时候输出电压约为，与设定值偏差；当电位计调整为最大是输岀电压约为，与设定值偏差为OV。均在误差允许范圉之内。Em屯国逗_A12.031V 12.053 V 1.865 mV677驱, 4.9 HusI反向II 保存 I Ext.TnBBerT2-T1逮泊3 比创5 CD*. 丫強 0时餾flfiAttw 200 网V比ftl 10 V/Pv:05.5Q KeyA-0%.:=200pFXSC1xfeff 函砸莎雨两01因疋。凶_&S Lr仁丄J;电年 0V型|El|丽丽毘120105.5D I:ey=AG4*20呱.：.：I.OklJ72 T2-TL时目768.362 us1.427 rm659134g415.031 V 15.033 V2 艾3耐Jt：65比別5 V/Wv rteE o明间恤通总A比例200WQJ 比怖LOV蚀xfeE 0YUS 0函如娈I 3闵辭 AC（O亘） IgV/cig（反向L 麝国Elk5：电平EXt. Tr-rR7 2.9kQ0奂33正龙忧淮自a Tai !