电流控制型开关稳压电源
季振山 唐震宇 罗家融
(中国科学院等离子体物理所,合肥,230031)
摘 要 介绍了电流控制型开关稳压电源的基本原理,并将其与电压控制型开关稳压电源进行了分析比较,列举了电流型控制的优点和不足之处及其解决方法。最后具体介绍了目前国内外较为流行的电流型PWM芯片和研制大功率开关电源的体会。
关键词 开关电源 电流型控制 电压型控制 PWM
11 引言
应用广泛的传统的脉宽调制型(PWM)
开关稳压电源只对输出电压进行采样,用它
作为反馈信号进行闭环控制,这种控制方式
属于电压控制型。从控制理论的角度讲,这
是一种单环控制系统。电压控制型开关变换
器是一个二阶系统,它有两个状态变量:输出
滤波电容的电压和输出滤波电感的电流。我
们知道,二阶系统是一个有条件稳定系统,只
有对控制电路进行精心的设计和计算后,在
满足一定的条件下,闭环系统方能稳定工作。
然而,一阶系统却是一个无条件的稳定系统。
80年代末90年代初国际上较为流行使用的
电流控制型DC/DC开关变换器正是在传统的PWM电压控制的基础上,增加电流负反馈环节,使其成为一个双环控制系统,让电感电流不再是一个独立变量,从而使开关变换器的二阶模型由于去掉了电感电流而变成了一个一阶系统。
21 基本原理
让我们简要回顾一下电压型控制。如图1所示,
电源输出电压V
out与参考电压比较
放大,得到误差信号V e,它和斜波信号比较后,脉宽比较器就输出占空比变化的一系列脉冲。这就是电压控制的原理,它是一个单环控制系统。
电流控制型开关变换器是一个双环控制系统,它有一个内环———电流控制环,还有一个外环———电压控制环。其系统框图如图2所示。恒频时钟脉冲置位锁存器,电流信号V s跟误差放大器的输出电平V e进行比较,然后去控制锁存器,输出脉冲驱动功率管导通,电源回路中的电流脉冲逐步增大。当电流在采样电阻Rs上的幅度达到V e电平时,脉宽比较器状态翻转,锁存器复位,驱动撤除,功率管截止。线路就是这样逐个地检测和调节电流脉冲,达到控制电源输出的目的。电流控制的工作机理可用图3简明地表达。由图1、图3可知,电流控制型电路可以等效为一个受控的电流源,而电压控制型电路是一个受控的电压源,这是两者的根本区别。
图1 电压型控制原理
图2 电流型控制原理
图3 电流型控制等效模型
31 电流型控制的特点及与电压型控制的比较
311 输入电压的响应和抗干扰性能
电源输入电压的变化,必然引起电感上电流斜率的变化。如电压升高,电流增长变快,反之亦然。只要电流脉冲达到了预定的幅值,电流型控制系统就动作,保证输出电压的稳定。而在电压型控制系统中,检测电路对输入电压的变化没有直接反应,一直要等到输出电压发生一定的变化后再去调节脉冲宽度。据报道电压型控制系统要5～10周才能响应输入电压的变化。当系统受到任何扰动影响(如受到输入电压阶跃大信号、尖峰、交流扰动及线路中其它干扰的影响)时,输入电压的浪涌会产生很大的尖峰电流,使功率管损坏。
312 小信号特性、大信号特性及系统稳定性当电流控制应用于BUCK系列交换器且电流连续时,由于内环包含了滤波电感,电感电流不再是一个独立变量。这就从外环电压控制的小信号模型中消去了滤波电感,外环便只有一个由输出滤波电容和负载电阻组成的单级点,而单级点的90°相位滞后具有不加额外补偿便固有系统稳定性,这样就很容易得到大的环增益和完善的小信号动态特性。传统的电压控制型DC/DC开关变换器是一个单环控制系统,LC滤波器使系统具有双级点二阶特性。在滤波器谐振时(通常在100Hz附近),有一个陡然的180°相位滞后,若不加以补偿,将导致系统不稳定。因此在误差放大器补偿网络中必须在谐振处提供至少一个零点。这就要求采用比电流控制方式更大的误差放大器增益带宽乘积,且要有毫秒级时间常数的大的补偿电容。这样,电压型控制才可以得到和电流型控制相差不多的好的小信号动态特性。一般说来,当开关频率为50kHz时,两种方法的小信号响应时间都能达到100μs数量级。
但在大信号条件下,如起动和负载有大的跳变时,电流型控制和电压型控制在性能上则存在很大差别。在电压型控制中,为得到好的小信号特性而采用的大的补偿电容使其大信号特性变得很差。相反,由于电流型控制没有大的补偿电容,或者说最多只有一个用于去掉输出滤波电容的等效电阻造成的零点的很小的补偿电容,使其不仅具有优异的小信号特性,而且具有良好的大信号特性,即当起动或负载有大的跳变时,电流型控制系统能很快且正确地进行调整。
由此可以看出,在传统的电压型控制方式中,取得好的小信号特性和大信号特性是互相矛盾的,只有通过精心设计,取一定折衷,方可得到一个有条件稳定的控制系统(这在开关电源中应尽可能避免),而在电流型控制中,则不存在这个问题。
313 过流保护及可并联性
在电流控制型DC/DC变换器中,由于内环采用了直接的电感电流峰值检测技术,它可以及时、灵敏和准确地检测变压器或开关管中的输出瞬态电流值,自然形成了逐个电流脉冲检测电路。只要给定或限制参考电流信号,就可以准确限制流过开关管和变压器中的最大电流,从而在发生意外导致输出过载或短路时保护了开关管和变压器。
同时,由于有了逐个电流脉冲限制的电流内环,当多台开关变换器并联运行时,每个变换器有独立的电流负反馈,并联输出电压有一个总的电压负反馈控制电路,使各个电流反馈系统有相同的参考(或给定)电流值。这样就可以实现多台开关变换器之间的负载自动分配。这在当今电源规格要求繁多、电子设备整机可靠性要求提高的形势下,为积木式电源系统及电源冗余系统的设计和使用
提供了现实可行性。314 变压器的磁通平衡
在推挽和全桥电路中,电压型控制会引起变压器偏磁化饱和而会产生尖峰电流,导致线路工作失常,
而电流型控制却可以自动地解决磁通不平衡问题。这是因为内部电流环能使电流脉冲宽度不同但幅度相同,而这个脉宽的不同则可以有效地抵消最初的电压波形的不对称。
但是,电流控制型开关变换器本身也有缺点和问题:①电感峰值电流与平均电流有误差;②半桥控制失控;③直流开环负载调整率较差。不过这些问题绝大部分在采取适当的简单措施后均能得到令人满意的解决。
41 电流型PWM 控制用IC
电流型PWM 控制用IC 目前国际上有很多种。但在实际应用中最普遍的是用于单端电路的UC3842和用于双端电路的UC3846。由于篇幅有限,本文不对以上两种IC 及典型电路作具体说明,只把我们采用的UC3846的特点作一介绍。UC3846是双路
推拉式输出,驱动电流500mA,额定工作电压为40V,最高工作频率为200Hz,其功能框图如图4所示。
图4 UC3846功能框图
(来源:美国UnitrodeCor poration 产品手册)
(1)重脉冲抑制电路:UC3846中,T 触
发器起到分频作用。它是由调制脉冲触发的,而在大多数电压型控制电路中,分频触发器是由振荡脉冲触发的。这是一个重要的改进措施,可以彻底消除从一路输出两个连续脉冲的可能性。这对于保证开关电源可靠工作是极为重要的。
(2)电流反馈功能:电路的3、4脚是电流采样放大器的输入端。该放大器的共模输入范围很宽。采样电路有很多种设计方法。采样电路的设计,具体应注意两点:一是注意合理选取采样电阻和电流互感器的匝比,保证电流采样放大器的输入信号幅度不大于111V;二是要抑制开关噪声的影响,一般情况下,可加进R 、C 网络滤波。
(3)振荡频率与死区:UC3846的振荡频率由外接电阻和电容决定,电阻取值范围为1～100k Ω,电容须大于100pF 。振荡器波形为锯齿波,其下降时间即为死区时间。
振荡频率:f =2.2/(R t ×C t )
死区时间:T d =145×C t ×[12/(12-3600/R t )]
(4)限流作用:UC3846除了对电流脉冲进行采样控制外,还独立设置了一个限流引脚1。它可以对每个电流脉冲实行限流检测,增加操作的可靠性。
(5)软起动和保护:根据限流原理,只需在1脚对地接上一电容器,就可实现软起动特性。16脚是实现禁止保护功能的,当其加上的电平高于0135V 时,即发生保护动作。
51 研制工作体会
我们用UC3846作为控制电路研制了全桥30V/100A 大功率电源,该电源可用于等离子体镀膜机弧电源。各项指标均符合设计要求。我们感到所用方案最突出的优点是:工作安全可靠,线路调试方便,无论是主电路还是控制电路均没有增加复杂程度,而且电源功率电路的设计和以往完全相同。对于熟
悉开关电源技术的行家来说,从电压型控制转变到电流型控制并非难事。而这样做之后,电源的性能可以上一个台阶。
参考文献
[1]LiodH.Dizon,Jr.Current2ModeControlofSwitchin g
PowerSu pply.IEEETransactionsonIndustr yA pplica2
tion,Vol.31,1995
[2]蔡宣三、龚绍文1高频功率电子学:KK直流-直流变
换部分1北京:清华大学出版社,1992
[3]李华强1电流控制型开关稳压电源1
第11届全国电
源技术年会论文集1中国电源学会,北京:1995
(修改稿收到日期:1998211225)图1 智能开关电源工作原理框图
智能大电流恒流源的设计
王 宪
(无锡轻工大学,214036)
摘 要 针对传统大电流恒流源设计中存在的问题,提出了组成大功率恒流源的智能开关电源的一种新的设计方法,其优点为振荡频率高,体积小,效率高,输出功率大,工作状态可控制。
关键词 恒流源 开关电源 零电流开关 谐振
在电子产品的设计中,恒流源一般常用
线性电路来组成,而对于大电流(100A以上)
恒流源,用线性电路来组成就比较困难:其
一,较难找到大电流、大功率的晶体管;其二,
线性电路组成的恒流源效率很低,大量的能
源消耗在晶体管和电阻上,不宜长时间使用。
因此,在某测试接触电阻的仪器设计中,我们
采用智能开关电源来组成大功率恒流源。该
开关电源的核心是零电流开关,采用零电流
开关技术后,工作频率可高于1MHz,效率最
高达90%,工作电压范围宽。
智能开关电源的工作原理见图1。由于
采用零电流开关技术,电源的工作频率高,电
源的传递变压器体积大大减小,其功率密度
为常规开关电源的10倍。工作原理为:主控
制器由微型计算机组成,在上电后,微机给出
整个电路的复位信号,然后送出开关的导通
信号。这时,输入AC2DC电源的能量传输到
LC谐振电路。谐振电路由变压器T1的漏
感L和T1次级及电容C组成,其等效电路
可看作为R、L、C串联谐振电路。在开关导
通前,I=0,即开关在零电流的状态下打开。
开关导通后,流过开关的电流波形
很接近正弦波。当电流下降至零
时,计算机给出关断开关的信号。
开关在电流为零时断开。由于
MOSFET开关工作在零电流状态,
开关的工作环境好,寿命长。在本
电路中,由于整流二极管的单向导
电性,所以不可能产生全波谐振或
能量的双向传输(即电容C中的能
量不可能再传给电感)。因开关在
电流等于零状态下工作,输入的能量
开关式稳压电源的工作原理 随着全球对能源问题的重视，电子产品的耗能问题将愈来愈突出，如何降低其待机功耗，提高供电效率成为一个急待解决的问题。传统的线性稳压电源虽然电路结构简单、工作可靠，但它存在着效率低（只有40%－50%）、体积大、铜铁消耗量大，工作温度高及调整范围小等缺点。为了提高效率，人们研制出了开关式稳压电源，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。正因为如此，开关式稳压电源已广泛应用于各种电子设备中，本文对各类开关电源的工作原理作一阐述。 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 —矩形脉冲最大电压值； T —矩形脉冲周期；
T1 —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 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，
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
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。
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
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。
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 + - + -
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
可调数显稳压电源 一实验目的 1学习直流稳压电源方面的基础知识； 2完成可调数显稳压电源的方案选择； 3完成可调数显稳压电源的软硬件设计、开发及调试。 二实验仪器与设备 1.数字示波器 2数字万用表 3仿真软件Multisim 4模拟电子技术实验箱 5 数字电子技术实验箱 三实验原理与实现方案 1 小功率直流稳压电源的基本原理 稳压电源的输出电压，是相对稳定而并非绝对不变的，它只是变化很小，小到可以允许的范围之内。产生这些变化的原因：一是因电网输入电压不稳定所导致。二是因为供电对象而引起的，即出负载变化形成的。三是由稳压电源本身条件促成的。第四，元器件因受温度、湿度等环境影响而改变性能也会影响稳压电源输出不稳。一般地，稳压电源电路的设计首先要考虑前两种因素，并针对这两种因素设计稳压电源中放大器的放大倍数等。在选择元器件时，就要重点考虑第三个因素。在设计高精度稳压电源时，必须要高度重视第四个因素。因为在高稳定度电源中，温度系数和漂移这两个关键的技术指标的好坏都是由这个因素所决定的。 一般直流稳压电源是由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成如图1所示： 图1直流稳压电源的基本组成 电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的交流电压值。整流电路的作用是将交流电压变成单方向脉动的直流电压；滤波电路将脉动直流中的高次谐波成分滤除，减少谐波成分，增加直流成分；稳压电路采用负反馈技术，进一步稳定整流后的直流电压。 2 可调数显稳压电源的实现方案 （1）整体方案 经过系统地分析与比较，我们采用以下方案来实现可调数显稳压电源系统的设计：该系统主要由变压器、整流电路、滤波电路、可调稳压模块和数显模块等组成，其中在数显模块上分别采用由ADC0809与数字芯片搭建的数字电路来实现。对于各个模块的设计与分析，我们将在以下的报告中给出详细的说明。 （2）整流电路 整流电路利用二极管的单向导电作用将交流电压变成单方向脉动的直流电压，本实验采用单向桥式整流电路。单向桥式整流是四个二极管接成的电桥，其输出电压脉动较小，正负半周均有电流流过，电源利用率高，输出的直流电压比较高。所以桥式整流电路中变压器的效率较高，在同等功率容量条件下，体积可以小一些，其总体性能优于单相半波和单相全波
开关稳压电源 1．方案论证 本设计是根据本次电子竞赛题目的基本要求所制作的开关稳压电源，系统分为AC-DC变换电路、DC-DC变换电路、数字设定与显示电路、保护和测量电路等四部分。现对系统重要部分作方案论证。 1.1 DC-DC主回路拓扑的选择 根据题目要求DC-DC变换器由以下两种方案可实现：1）采用Boost型拓扑结构变换器实现；2）采用推挽型拓扑结构变换器实现。 Boost变换器容易实现，且技术成熟；推挽变换器中可能出现单向偏磁饱和，容易使开关管损坏。经比较，决定主回路拓扑结构采用Boost型拓扑结构变换器。 1.2 控制方法 方案一脉冲宽度控制脉冲宽度控制是指开关工作频率(即开关周期)固定的情况下直接通过改变导通时间来控制输出电压大小的一种方式。因为改变开关导通时间就是改变开关控制电压的脉冲宽度，因此又称脉冲宽度调制(PWM)控制。 方案二脉冲频率控制脉冲频率控制是指开关控制电压的脉冲宽度不变的情况下，通过改变开关工作频率(改变单位时间的脉冲数，即改变T)而达到控制输出电压大小的一种方式，又称脉冲频率调制(PFM)控制。 PWM控制方式因为采用了固定的开关频率，因此，设计滤波电路时就简单方便,而脉冲频率控制方式开关频率不确定，滤波电路较复杂，对硬件要求高。所以采用方案一作为控制方法。 1.3提高效率的方法 提高开关电源的效率方法：(1)采用软开关PWM变换控制技术提高效率； (2)改进驱动电路及优选参数提高效率； (3)改进缓冲吸收电路及参数选取提高效率；(4)改进磁性部件的设计提高效率；(5)正确选取功率器件，降低损耗提高效率等。
本设计采用提高效率的方法有：(1)改进缓冲吸收电路及参数选取提高效率； (2)改进磁性部件的设计提高效率；(3)正确选取功率器件，降低开关损耗提高效率。 具体：{ 通过提高工作频率，让工作频率达到100KHZ； 选用小导通电阻、高开关速度的MOSTET，降低MOSFET开关损耗。选用了IRF640（VDSS=200 V，RDS(on)< 0.18 ，ID=18 A） 选用快速恢复整流二极管，减少反向导通时间，减少损耗。选用了肖特基二极管RHRP15120，恢复时间trr < 65ns。} 以过验证，本设计的系统原理框图如图1-1： 图1-1 系统原理框图 220V交流电压经整流滤波后，得到约89Ｖ的直流电压加到DC-DC变换器上，用脉宽调制电路产生的双列脉冲信号去驱动场效应管，通过功率变压器的耦合和隔离作用在次级得到准方波电压，经整流滤波反馈控制后可得到稳定的直流输出电压。 2．电路设计 2.1 主回路电路原理图 Boost变换器是DC-DC变换器中、最易于实现的、最常用的、最成熟的和输出电压等于或小于输入电压的非隔离型变压电路，且输入与输出负端是公共端。原理图如下：
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。
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。
第十届TI杯电子设计竞赛培训实 习报告 日8月7年2012 1.开关稳压电源 1.1工频变压器 工频变压器作为本电源降低电压的核心。它把有效值为220V的交流市电降低为20V的交流电压。为后级稳压环节输入一个低的直流电压做了准备。 1.2整流滤波 本电源整流采用4安的集成整流桥堆。前级滤波采用三个电容进行。如图1示，分别为C12，C14，C15。C14是一个1000uF的铝电解电容，它可以很好地滤除低频脉动成分，使整流输出波形变得很平滑。电容的高频小信号模型为电感、电容、电阻的串联。铝电解电容，由于其内部结构决定了它的高频等效电感比较大。再加之铝电解电容的容值比较大，这就导致它的自身谐振频率比较低。这样它可以很好地滤除低频杂波成分，但是对于高频杂波成分，它的滤除效果不是很好。这就需要给他并联一个0.1uF的瓷片电容C15，这样滤波器的带宽就会大大提高，可以滤除掉更多的杂波成分。C12是作为LM2576的输入滤波的，以保证输入LM2576的交流杂波成分更小。 1.3稳压 本电源稳压环节采用LM2576开关降压（Buck）型集成稳压芯片。其内部集成了52KHz的振荡器，功率管，PWM调制器和反馈环路。LM2576输出最大电流可以保证3A，输入最大电压40V。D4是一个肖特基二极管，型号为MBR20200。它是作为Buck电路的续流二极管使用的。电感L2是一个用铁粉磁环绕制的100uH 的大功率电感，它是Buck电路的储能电感。L2和C13共同组成了一个LC滤波器。R12，R10是一个电阻串联分压网络。LM2576的4脚在分压网络分压点采集电压反馈给其内部误差放大器，控制PWM调制器改变PWM波的脉宽，从而控制功
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。
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SG3524C8051F020 Abstract:Using PWM controller SG3524,we designed and produced a push-pull DC/DC converter,whose output voltage can be adjustable from30V to36V.The system efficiency can reach92%.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 SG3524C8051F020 一、系统方案选择与论证 1.主回路拓扑方案选择与论证 方案一：非隔离式升压型DC/DC变换器（图省） 如图1，功率开关管和负载直接与整流电路串联，输出电压可以通过公式一求得，该方案简单，调整方便，可靠性高，但是在大功率输出时效率提到很高则变得非常困难，而且输入输出之间没有电的隔离。
线性稳压器和开关模式电源的基本概念 关键字：线性稳压器开关模式电源SMPS 摘要 本文阐述了线性稳压器和开关模式电源(SMPS)的基本概念。目的是针对那些对电源设计和选择可能不很熟悉的系统工程师。文章说明了线性稳压器和SMPS的基本工作原理，并讨论了每种解决方案的优势和劣势。以降压型转换器为例进一步解释了开关稳压器的设计考虑因素。 引言 如今的设计要求在电子系统中有越来越多的电源轨和电源解决方案，且负载范围从几mA(用于待机电源)到100A以上(用于ASIC电压调节器)。重要的是必需选择针对目标应用的合适解决方案并满足规定的性能要求，例如：高效率、紧凑的印刷电路板(PCB)空间、准确的输出调节、快速瞬态响应、低解决方案成本等。对于系统设计师来说，电源管理设计正成为一项日益频繁和棘手的工作，而他们当中许多人可能并没有很强的电源技术背景。 电源转换器利用一个给定的输入电源来产生用于负载的输出电压和电流。其必需在稳态和瞬态情况下满足负载电压或电流调节要求。另外，它还必须在组件发生故障时对负载和系统提供保护。视具体应用的不同，设计师可以选择线性稳压器(LR)或开关模式电源(SMPS)解决方案。为了选择最合适的解决方案，设计师应熟知每种方法的优点、不足和设计关注点，这是十分重要。 本文将着重讨论非隔离式电源应用，并针对其工作原理和设计的基本知识作相关介绍。 线性稳压器 线性稳压器的工作原理 我们从一个简单的例子开始。在嵌入式系统中，可从前端电源提供一个12V总线电压轨。在系统板上，需要一个3.3V电压为一个运算放大器(运放)供电。产生3.3V电压最简单的方法是使用一个从12V总线引出的电阻分压器，如图1所示。这种做法效果好吗？回答常常是―否‖。在不同的工作条件下，运放的V CC引脚电流可能会发生变化。假如采用一个固定的电阻分压器，则IC V CC电压将随负载而改变。此外，12V总线输入还有可能未得到良好的调节。在同一个系统中，也许有很多其他的负载共享12V电压轨。由于总线阻抗的原因，12V总线电压会随着总线负载情况的变化而改变。因此，电阻分压器不能为运放提供一个用于确保其正确操作的3.3V稳定电压。于是，需要一个专用的电压调节环路。如图2所示，反馈环路必需调整顶端电阻器R1的阻值以动态地调节V CC上的3.3V。
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。
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。
数控开关稳压电源技术报告 目录 一、任务与要求 1、任务 设计并制作一个能将交流电变换为直流电的稳定电源。 2、要求 （1）稳压电源在输入电压220V、50Hz，电压变化范围＋15%～－20%条件下：a．输出电压可调范围为+5V～+12V,步进0.1V可调； b．最大输出电流为1.0A； c．纹波电压（峰-峰值）≤50mV（最低输入电压下，满载）； d. 电压调整率≤1%，负载调整率≤2%； e．具有过流及短路保护功能； （2）稳流电源在输入电压固定为＋12V的条件下： a．输出电流：0～500mA，且2mA步进可调 b．负载调整率≤1%（输入电压＋12V、负载电阻由200Ω～300Ω变化时，输出电流为20mA时的相对变化率） （3）用数字显示输出电压和输出电流。 二、方案比较与选择 方案1：采用分立元件，例如自激式开关稳压电源，电路原理图如下： 输入电压为AC220v，50Hz 的交流电，经过滤波，再由整流桥整流后变为直流，通过控制电路中开关管的导通和截止使高频变压器的一次测产生低压高频电压，经由小功率高频变压器藕合到二次测，再经整流滤波，得到直流电压输出。为了使输出电压稳定，用了TL431 取样，将误差经光耦合放大，通过PWM 来控制开关管的导通与截止时间（即占空比），使得
输出电压保持稳定。 由上可见，这种方案电路比较复杂，调试难度大，所以不可行。 方案2： DC-DC变换采用BUCK型变换器，用A/D不断检测电源的输出电压，根据电源输出电压与设定值之差，利用片内PWM模块输出PWM波，直接控制电源的工作。ARM扩展按键、数码显示功能实现数控输出电压。 此方案电路虽简单，但均由分立元件组成，受干扰大；并且PWM模块中单片机52控制程序复杂，考虑与A/D程序切换等因素，会造成输出的PWM波形延迟、失真，这样致使输出电压不够稳定等等。 方案3：采用稳压芯片如LM317T，其典型电路如下： LM317T系列的稳压器是单片集成电路，能提供降压开关稳压器（buck）的各种功能，能驱动3A的负载，有优异的线性和负载调整能力，并且LM317T稳压器内部含有频率补偿器和一个固定频率正当其，能将外部元件的数目减到最少，使用简便。 本方案中，220V/50Hz交流电压经过整流电路和DC/DC稳压芯片LM317T变换为稳定的直流电压，然后通过调整R1和R2的比例关系来调整LM317T芯片的输入占空比来稳定输出电压。外部电路元件数量较少，程序也比较简单，并且输出电压稳定性也比较好。 通过对各种方案可行性、复杂程度、系统指标等方面的比较，综合各方案的优缺点，我们采用第三种方案。 三、系统硬件设计