2012届
本科毕业设计（论文）资
料
第一部分毕业论文
（2012届） 本科毕业设计（论文）
2012年 月
题 目 名 称： 高效率单片集成电路开关电源的
设计
学 院（部）： 电气与信息工程学院 专 业：
电子信息工程 学 生 姓 名： 班 级： 学号 指导教师姓名： 职称 最终评定成绩：
摘要
本论文是围绕当前流行的单片开关电源芯片进行的高效率单片集成电路开关电源的设计。该开关电源共选用3片主要的集成电路——TOP246Y型6端单片开关电源、线性光耦合器PC817A及可调式精密并联稳压器TL431。利用TOP246Y 型6端单片开关电源的PWM技术控制开关的占空比来调整输出电压的，以达到稳定输出的目的。主要针对输入整流滤波电路、输出整流滤波电路、电压反馈电路和高频变压器进行计算，从而确定外围元件参数。
本论文对单片开关电源的外围器件进行细致的研究工作，通过反复的实验和计算取得了提高单片开关电源效率设计的宝贵经验，掌握了单片开关电源的核心技术，并对此进行了较为详尽的阐述。
关键词：单片开关电源；TOP246Y；外围器件
ABSTRACT
This paper is a high efficiency monolithic integrated switching power supply design, which will be conducted around the currently popular single-chip switching power supply chip. The switching power supply, choice of three integrated circuits - the TOP246Y 6-end chip switching power supply, linear optocoupler PC817A and adjustable precision shunt regulator of TL431. The use the the TOP246Y type 6 end chip switching power supply of the PWM technology to control the duty cycle of the switch to adjust the output voltage in order to achieve stable output purposes. The calculation of the input rectifier and filter circuit, the output rectifier and filter circuit, the voltage feedback circuit, and high-frequency transformer in order to determine the external component parameters.
Chip switching power supply, peripheral devices, the paper detailed study, through repeated experiments and calculations made to improve the efficiency of the chip switching power supply design of valuable experience to master the core technology of the chip switching power supply, and this a more detailed exposition.
Keywords:chip switching power supply；TOP246Y；Peripheral devices
目录
摘要.................................................................................................................. I ABSTRACT ....................................................................................................... II
第1章开关电源概述 (1)
1.1 开关电源发展简介 (1)
1.1.1 开关电源的发展历史 (1)
1.1.2 单片开关电源的发展趋势 (2)
1.2 开关电源的分类 (3)
1.2.1 按激励方式划分 (3)
1.2.2 按调制方式划分 (3)
1.2.3 按功率开关的类型划分 (3)
1.2.4 按功率开关的连接方式划分 (3)
1.3 开关电源的基本原理 (4)
1.3.1 开关电源的控制方式 (4)
1.3.2 脉宽调制式开关电源的基本原理 (5)
1.4 单片开关电源简介 (6)
1.4.1单片开关电源的基本原理 (6)
1.4.2单片开关电源的两种工作模式 (7)
1.4.3单片开关电源的四种基本反馈电路类型 (8)
第2章 TOPSwitch单片开关电源 (10)
2.1 TOPSwitch器件简介 (10)
2.1.1 TOPSwitch的主要特点 (10)
2.1.2 TOPSwitch的应用领域 (11)
2.2 六端TOPSwitch开关电源简介 (12)
2.2.1 TOPSwitch-GX系列的产品特点 (12)
2.2.2 TOPSwitch-GX系列的引脚描述与功能结构图 (13)
第3章单片开关电源的外围器件简介 (15)
3.1 TL431型可调式精密并联稳压器 (15)
3.1.1 TL431的性能特点 (15)
3.1.2 TL431的工作原理 (15)
3.2 瞬态电压抑制器 (15)
3.2.1 瞬态电压抑制器的工作原理及产品分类 (16)
3.2.2 瞬态电压抑制器的典型应用 (16)
3.3 快恢复及超快恢复二极管 (18)
3.3.1快恢复及超快恢复二极管的性能特点 (19)
3.3.2 检测方法 (20)
3.3.3 常用超快恢复二极管的选取原则及产品型号 (21)
3.4 光耦合器 (23)
3.4.1 光耦合器的分类 (24)
3.4.2 光耦合器的检测方法 (25)
3.4.3 常用光耦合器的选取原则及产品型号 (27)
第4章高效集成电路开关电源的设计 (29)
4.1 电路简介 (29)
4.2 外围元件的参数计算 (31)
4.2.1输入整流滤波电路 (31)
4.2.2输出整流滤波电路 (32)
4.2.3稳压反馈电路 (33)
4.2.4高频变压器 (33)
结论 (35)
参考文献 (36)
致谢 (37)
第1章开关电源概述
单片开关电源自20世纪90年代中期问世以来，便显示出强大的生命力，并以其优良特性倍受人们的亲睐。目前，它已成为开发国际通用的高效率中、小功率开关电源的优选IC，也为新型开关电源的推广和普及创造了条件。
1.1 开关电源发展简介
电源是各种电子设备必不可缺的组成部分，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。目前常用的直流稳压电源分线性电源和开关电源两大类。线性稳压电源亦称串联调整式稳压电源，其稳定性能好，输出纹波电压很小，但它必须使用笨重的工频变压器与电网进行隔离，并且调整管的功率损耗较大，致使电源的体积和重量大、效率低。开关电源SPS（Switching Power Supply）被誉为高效节能电源，它代表着稳压电源的发展方向，现已成为稳压电源的主流产品。开关电源内部关键元器件工作在高频开关状态，本身消耗的能量很低，电源效率可达80%~90%，比普通线性稳压电源提高近一倍。开关电源亦称无工频变压器的电源，它是利用体积很小的高频变压器来实现电压变换及电网隔离的，不仅能去掉笨重的工频变压器，还可采用体积较小的滤波元件和散热器，着就为研究与开发高效率、高密度、高可靠性、体积小、重量轻的开关电源奠定了基础。
1.1.1 开关电源的发展历史
开关电源已有几十年的发展历史。早期产品的开关频率很低，成本昂贵，仅用于卫星电源等少数领域。20世纪60年代出现过晶闸管（旧称可控硅）相位控制式开关电源，70年代由分立元件制成的各种开关电源，均因效率不够高、开关频率低、电路复杂、调试困难而难于推广，使之应用受到限制。70年代后期以来，随着集成电路设计与制造技术的进步，各种开关电源专用芯片大量问世，这种新型节能电源才重获发展。目前，开关频率已从20kHz左右提高到几百千赫至几兆赫。与此同时，供开关电源使用的元器件也获得长足发展。MOS功率开关管（MOS-FET）、肖特基二极管（SBD）、超快恢复二极管（SRD）、瞬态电压抑制器（TVS）、压敏电阻器（VSR）、熔断电阻器（FR）、自恢复保险丝（RF）、线性光耦合器、可调式精密并联稳压器（TL431）、电磁干扰滤波器（EMI Filter）、高导磁率磁性材料、由非晶合金制成的磁珠（magnetic bead）、三重绝缘线（Triple
Insulated Wire）、玻璃珠（glass beads）胶合剂等一大批新器件、新材料正被广泛采用。所有这些，都为开关电源的推广与普及提供了必要条件。
1.1.2 单片开关电源的发展趋势
近20多年来，集成开发电源沿着下述两个方向不断发展。第一个方向是对开关电源的核心单元——控制电路实现集成化。1977年国外首先研制成功脉宽调制（PWM）控制器集成电路，美国摩托罗拉（Motorola）公司、硅通用（Silicon General）公司、尤尼特德（Unitrode）公司等相继推出一批PWM芯片，典型产品有MC350、SG3524、UC3842。90年代以来，国外又研制出开关频率达1MHz 的高速PWM、PFM（脉冲频率调制）芯片，典型产品如UC1825、UC1864。第二个方向则是对中、小功率开关电源实现单片集成化。这大致分两个阶段：80年代初，意-法半导体有限公司（SGS-Thomson）率先推出L4960系列单片开关式稳压器。该公司于90年代又推出了L4970A系列。其特点是将脉宽调制器、功率输出级、保护电路等集成在一个芯片中，使用时需配工频变压器与电网隔离，适于制作低压连续可调式输出（5.1~40V）、大中功率（400W以下）、大电流（1.5~10A）、高效率（可超过90%)的开关电源。但从本质上讲，它仍属于DC/DC 电源变换器。
1994年，美国电源集成公司（Power Integrations Inc，简称PI公司或Power 公司）在世界上首先研制成功三端隔离、脉宽调制型反激式单片开关电源，被人们誉为“顶级开关电源”。其第一代产品为TOPSwitch系列，第二代产品则是1997年问世的TOPSwitch系列。该公司于1998年又推出了高效率、小功率、低价格的四端单片开关电源TinySwitch系列，并于1999年开发出TNY256系列新产品。在这之后，Motorola公司于1999年新推出MC33370系列五端单片开关电源，亦称高压功率开关调节器（High V oltage Power Switching Regulator）。2000年初，PI公司又研制出TOPSwitch-FX系列五端单片开关电源，充分展示出单片开关电源蓬勃发展的新局面和良好的应用前景。目前，单片开关电源已形成具有六大系列、67种型号的产品。
单片开关电源属于AC/DC电源变换器。以TOPSwitch-II系列为例，它内部包含控制电压源、带隙基准电压源、振荡器、并联调整器/误差放大器、脉宽调制器、门驱动级、高压功率开关管（MOSFET）、过流保护电路、过热保护及上电复位电路、关断/自动重启动电路和高压电流源。芯片的集成度很高外围电路简单，通过输入整流滤波器，适配85~265V、47~440Hz的交流电，可构成世界通用的各种开关电源或电源模块。它在价格上完全可以和同等功率的线性稳压电源相竞争，而电源效率显著提高，体积和重量则大为减小。单片开关电源的迅速
发展与应用，使人们多年来所追求的高性价比、无工频变压器式开关电源变成现实。
1.2 开关电源的分类
在电子技术和应用飞速发展的今天, 对电子仪器和设备的要求越来越高。在性能上更加安全可靠, 在功能上不断增加, 在使用上自动化程度要越来越高, 在体积上日趋小型化。这使采用具有众多优点的开关电源就显得更加重要。所以, 开关电源在计算机、通信、航天、彩电等方面都得到了越来越广泛的应用, 发挥了巨大的作用, 这大大促进了开关电源的发展, 从事这方面研究和生产的人员也在不断地增加, 开关电源的品种和类型也越来越多。常见的开关电源的分类方法有下列几种:
1.2.1 按激励方式划分
开关电源按激励方式分类可分为它激式和自激式两类。
它激式开关电源——开关激励脉冲来自专门的激励脉冲形成电路；
自激式开关电源——开关激励脉冲来自开关器件的自激振荡。
1.2.2 按调制方式划分
开关电源开关电源按激励方式划分为脉宽调制型、频率调整型和混合调整型。
脉宽调制型开关电源——保持振荡频率保持不变, 通过调节脉冲宽度来改变输出电压的大小；
频率调整型开关电源——保持占空比保持不变(脉冲宽度保持不变) , 通过改变振荡频率来改变输出电压大小；
混合调整型开关电源——脉冲宽度和振荡频率均可进行调节的开关电源。
1.2.3 按功率开关的类型划分
开关电源按功率开关的类型可分为晶体管型和可控硅型。晶体管型采用晶体管(包括场效应管)作为开关功率管；可控硅型采用可控硅作为开关功率管，这种电路的特点是直接输入交流电压, 不需要一次整流部分。
1.2.4 按功率开关的连接方式划分
开关电源按功率开关的连接方式划分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式。
单端式仅使用一个晶体管作为电路中的开关管。这种电路的特点是价格低、电路结构简单, 但输出功率不能提高；推挽式使用两个功率开关管, 将其连接成推挽功率放大器的形式。这种电路的特点是可以工作在电源电压较低的场合, 一般逆变器多采用这种形式的电路, 但它的缺点是开关变压器的初级必须具有中心抽头；半桥式使用两个功率开关管, 将其连接成半桥形式。它的特点是适应于输入电压较高的场合；全桥式使用四个功率开关管,将其连接成全桥的形式。它的特点是输出功率较大。
1.3 开关电源的基本原理
目前生产的开关电源大多采用脉宽调制方式，少数采用脉冲频率调制或混合调制方式。下面对开关电源控制方式及脉宽调制的基本原理作简要介绍。
1.3.1 开关电源的控制方式
无工频变压器开关电源的控制方式，大致有以下三种：
(1)脉冲宽度调制方式，简称脉宽调制（Pulse Width Modulation，缩写为PWM）式。其特点是固定开关频率，通过改变脉冲宽度来调节占空比。因开关周期也是固定的，这就为设计滤波器电路提供了方便。其缺点是受功率开关管最小导通时间的限制，对输出电压不能作宽范围调节，另外输出端一般要接假负载（亦称预负载），以防止空载时输出电压升高。目前，集成开关电压源大多采用PWM方式。
(2)脉冲频率调制方式，简称脉频调制（Pulse Frequency M偶读拉通,缩写为PFM）式。它是将脉冲宽度固定，通过改变开发频率来调节占空比的。在电路设计上要用固定脉宽发生器来代替脉宽调制器中的锯齿波发生器，并利用电压/频率转换器（例如压控振荡器VCO）改变频率。其稳压原理是：当输出电压V o升高时，控制器输出信号的脉冲宽度不变而周期变长，使占空比减小，V o降低。PFM式开关电源的输出电压调节范围很宽，输出端可不接假负载。
PWM方式和PFM方式的调制波形分别如图1.1（a）、（b）所示，t p表示脉冲宽度（即功率开关管的导通时间t ON),T代表周期。从中很容易看出二者的区别。但它们也有共同之处：①均采用时间比率控制（TRC）的稳压原理，无论是改变t p还是T，最终调节的都是脉冲占空比。尽管采用的方式不同，但控制目标一致，可谓殊途同归。②当负载由轻变重，或者输入电压从高变低时，分别通过增加脉宽、升高频率的方法，使输出电压保持稳定。
（a）PWM方式；（b）PFM方式
图1.3.1 两种控制方式的调制波形
(3)混合调制方式，是指脉冲宽度与开关频率均不固定，彼此都能改变的方式，它属于PWM和PFM的混合方式。由于t p和T均可单独调节，因此占空比调节范围最宽，适合制作供实验室使用的输出电压可以宽范围调节的开关电源。
1.3.2 脉宽调制式开关电源的基本原理
脉宽调制式开关电源的基本原理如图1.3.2所示。交流220V输入电压经过整流滤波后变成直流电压Vt，再由功率开关管VT（或MOSFET）斩波、高频变压器T降压，得到高频矩形波电压，最后通过输出整流滤波器VD、C2，获得所需要的直流输出电压V O。脉宽调制器是这类开关电源的核心，它能产生频率固定而脉冲宽度可调的驱动信号，控制功率开关管的通断状态，来调节输出电压的高低，达到稳压目的。锯齿波发生器提供时钟信号。利用误差放大器和PWM比较器构成闭环调节系统。假如由于某种原因致使V o↓，脉宽调制器就改变驱动信号的脉冲宽度，亦即改变占空比D，使斩波后的平均值电压升高，导致Vo↑。反
之亦然。
图1.3.2 脉宽调制式开关电源的基本原理
1.4 单片开关电源简介
下面介绍一下单片开关电源的基本工作原理、两种工作模式及反馈电路的四种基本类型。
1.4.1单片开关电源的基本原理
TOPSwitch系列单片开关电源的典型应用电路如图1.4.1所示。高频变压器在电路中具备能量存储、隔离输出和电压变换这三大功能。由图可见，高频变压器初级绕组N P的极性（同名端用黑圆点表示），恰好与次级绕组N S、反馈绕组N F的极性相反。这表明在TOPSwitch导通时，电能就以磁场能量形式储存在初级绕组中，此时VD2截止。当TOPSwitch截止时，VD2导通，能量传输给次级，此即反激式开关电源的特点。图中，BR为整流桥，C IN为输入端滤波电容。交流电压u经过整流滤波后得到直流高压V I，经初级绕组加至TOPSwitch的漏极上。鉴于在TOPSwitch关断时刻，由高频变压器漏感产生的尖峰电压，会叠加在直流高压V I和感应电压V OR上，可使功率开关管的漏极电压超过700V而损坏芯片；为此在初级绕组两端必须增加漏极钳位保护电路。钳位电路有瞬态电压抑制器或稳压管（VD ZI）、阻塞二极管（VD1)组成，VD1宜采用超快恢复二极管
（SRD）。VD2为次级整流管，C OUT是输出端滤波电容。
图1.4.1 单片开关电源的典型应用电路
该电源采用配稳压管的光耦反馈电路。反馈绕组电压经过VD3、C F整流滤波后获得反馈电压V FB，经光耦合器中的光敏三极管给TOPSwitch的控制端提供偏压。C T是控制端C的旁路电容。设稳压管VD Z2的稳定电压为V Z2，限流电阻R1两端的压降为V R，光耦合器中LED发光二极管的正向压降为V F，输出电压V O由下式设定：
V O = V Z2 + V F + V R
该电源的稳压原理简述如下：当由于某种原因（如交流电压升高或负载变轻）致使V O升高时，因V Z2不变，故V F就随之升高，使LED的工作电流I F增大，再通过光耦合器使TOPSwitch的控制端电流I C增大。但因TOPSwitch的输出占空比D与I C成反比，故D减小,这就迫使V O降低，达到稳压目的。反之，V O↓→V F↓→I F↓→I C↓→D↑→V O↑，同样起到稳压作用。由此可见，反馈电路正是通过调节TOPSwitch的占空比，使输出电压趋于稳定的。
1.4.2单片开关电源的两种工作模式
单片开关电源有两种工作模式，一种是连续模式CUM（Continuous Mode），另一种是不连续模式DUM（Discontinuous Mode）。这两种模式的开关电流波形分别如图1.4.2(a)(b)所示。由图可见，在连续模式下，初级开关电流是从一点幅度开始的，然后上升到峰值，再迅速回零。其开关电流波形呈梯形。这表明，因为在连续模式下，储存在高频变压器的能量在每个开关周期内并未全部释放掉，所以下一开关周期具有一个初始能量。采用连续模式可减小初级峰值电流IP和有效值电流IRMS，降低芯片的功耗。但连续模式要求增大初级电感量LP，这会导致高频变压器的体积增大。综上所述，连续模式适用于选输出功率较小的TOPSwitch和尺寸较大的高频变压器。
（a）连续模式；（b）不连续模式
图1.4.2 两种模式的开关电流波形
不连续模式的开关电流则是从零开始上升到峰值，再降至零的。这意味着储存在高频变压器中的能量必须在每个开关周期内完全释放掉，其开关电流波形呈三角形。不连续模式下的I P、I RMS值较大，但所需要的L P较小。因此，它适合采用输出功率较大的TOPSwitch，配尺寸较小的高频变压器。
三端单片开关电源大多设计在连续模式。
1.4.3单片开关电源的四种基本反馈电路类型
(a)基本反馈电路；（b）改进型基本反馈电路；
（c）配稳压管的光耦反馈电路；（d）配TL431的精密光耦反馈电路
图1.4.3 反馈电路的四种类型
单片开关电源的电路可以千变万化，但其反馈电路只有4种基本类型：①基本反馈电路；②改进型基本反馈电路；③配稳压管的光耦反馈电路；④配TL431
的精密光耦反馈电路。它们的简化电路分别如图1.4.3所示。
图（a）为基本反馈电路，其优点是电路简单、成本低廉，适于制作小型化、经济性开关电源；其缺点是稳压性能较差，电压调整率SV=±1.5%~±2%，负载调整率SI≈±5%。
图（b）为改进型基本反馈电路，只需增加一种稳压管VD2和电阻R1，即可使负载调整率达到±2%。VD2的稳定电压一般为22V，需相应增加反馈绕组的匝数，以获得较高的反馈电压VFB，满足电路的需要。
图（c）是配稳压管的光耦反馈电路。由VD2提供参考电压V2，当VO发生波动时，在LED上可获得误差电压。因此，该电路相当于给TOPSwitch增加一个外部误差放大器，再与内部误差放大器配合使用，即可对VO进行调整。这种反馈电路能使负载调整率达到±1%以下。
图（d）是配TL431的精密光耦反馈电路，其电路较复杂，但稳压性能最佳。这里用TL431型可调式精密并联稳压器来代替稳压管，构成外部误差放大器，进而对VO作精细调整，可使电压调整率和负载调整率均达到±0.2%，能与线性稳压电源相媲美。这种反馈电路适于构成精密开关电源。
在设计单片开关电源时，应根据实际情况来选择合适的反馈电路，才能打到规定的技术指标和经济指标。
第2章 TOPSwitch单片开关电源
单片开关电源具有单片集成化、最简外围电路、最佳性能指标、能构成无工频变压器开关电源等显著优点。TOPSwitch器件是美国功率集成公司（POWER Integrations，简称IP）于20世纪90年代中期推出的新型高频开关电源芯片。它是三端脱线式PWM开关（Three-terminal Offline PWM Swtich）的英文缩写，其第一代产品以1994年推出的TOPSwitch系列（最大输出功率P OM=125W）；第二代产品则是1997年问世的TOPSwitch-Ⅱ系列（P OM=150W）；第三代产品是2000年1月推出的TOPSwitch-FX系列单片开关电源（P OM=75W）；第四代产品是2000年11月推出的TOPSwitch-GX系列单片开关电源（P OM=290W）；第五代产品是2007~2009年推出的TOPSwitch-HX系列单片开关电源（P OM=333W）。
2.1 TOPSwitch器件简介
以下简单介绍以下上述五代产品的主要特点及TOPSwitch的应用领域。
2.1.1 TOPSwitch的主要特点
目前，由PI公司生产的单片开关电源集成电路已形成了18大系列、几百种型号。在这仅介绍以下TOPSwitch系列产品的主要特点见表2-1。需要指出的是，TOPSwitch系列等早期产品至今市场市场上仍有销售。
表2-1 TOPSwitch系列产品的主要特点
产品系列主要特点
TOPSwitch系列
第一代单片开关电源集成电路。内含振荡器、误差放大器、脉宽调制器、门电路、高压功率开关管（MOSFET）、偏置电路、过电流保护电路、过热保护及上电复位电路、关断/自动重启动电路。能以最简方式构成无工频变压器的反激式开关电源。交流输入电压范围是85~265V，或220（1 15%）V。开关频率为100kHz，占空比调节范围是1.7%~67%。最大输出功率为150W，电源效率为80%左右
TOPSwitch-Ⅱ系列
第二代单片开关电源集成电路。内部功率开关管的耐压值均提高到700V，适宜制作150W以下的普通型和精密型开关电源或电源模块
TOPSwitch-FX系列第三代单片开关电源集成电路。具有多功能、使用灵活、
效率高、适配微控制器等优点。与TOPSwitch-Ⅱ相比，主要增加了下述功能：从外部设定极限电流值、软启动、频率抖动、过电压关断、欠电压保护、过热滞后关断、遥控、同步。能配微控制器或局域网，远程启动或关断开关电源。最大输出功率为75W
TOPSwitch-GX系列
第四代单片开关电源集成电路。最大输出功率从75W扩展到290W。新增加了线路检测端（L）和从外部设定极限电流端（X）这两个引脚，用来代替TOPSwitch-FX的多功能端（M）的全部控制功能，使用更加灵活、方便。将开关频率提高到132kHz，这有助于减少高频变压器及整个开关电源的体积。当开关电源的负载很轻时，能自动将开关频率从
132kHz降低到30kHz（半频模式下则由66kHz降至15kHz），可进一步提高电源效率。采用了被称作EcoSmart的节能新技术，显著降低了在远程通/断模式下芯片的功耗
TOPSwitch-HX系列
第五代单片开关电源集成电路，采用全新的eSIP-7F和eSIP-7C封装。其中，TOP261的最大输出功率可达333W。比TOPSwitch-GX增加了电压监测端，用做过电压（OV）、欠电压（UV）、电压前馈、输出过电压保护（OVP）、远程通/断（ON/OFF）及复位的输入引脚。可选全频（132kHz）PWM 控制模式、半频（66kHz）PWM控制模式、低频（30kHz）PWM控制模式或多周期调制模式，在不同模式之间能平滑地切换，每种模式都能在整个负载范围内实现最佳工作效率。具有远程通、断控制机复位功能，能精确地对极限电流进行编程。使用散热器时最大输出功率可达195W。在整个负载范围内的待机功耗小于1W
2.1.2 TOPSwitch的应用领域
单片开关电源一经问世便显示出强大的生命力，目前已成为国际上开发290W以下中、小功率开关电源、精密开关电源、特种开关电源及电源模块的优选集成电路。由它过成的开关电源，在成本上与同等功率的线性稳压电源相当，而电源效率显著提高，体积和重量可减小1/3~1/2，展示了良好的应用前景。单片开关电源的应用领域主要有：
（1）通用开关电源
①各种通用开关电源；
②开关电源模块；
③精密开关电源模块；
④智能化开关电源模块。
（2）专用开关电源
①微机电源，USB接口电源，彩电、录像机（VCR）、摄录像机（CVCR）等高档家用电器中的待机电源；
②电子仪器仪表中的电源；
③调制解调器电源；
④辅助电源；
⑤IC卡付费电能表中的小型化开关电源模块；
⑥机顶盒（Set-top Box）电源；
⑦手机电池充电器；
⑧AC/DC电源适配器等。
（3）特种开关电源
①复合型开关电源；
②恒压/恒流型开关电源；
③截流输出型开关电源；
④恒功率输出型开关电源；
⑤I功率因数校正器（PFC）；
⑥其他类型的特种开关电源。
2.2 六端TOPSwitch开关电源简介
TOPSwitch-GX系列是美国PI公司继TOPSwitch-FX之后新推出的第四代单片开关电源集成电路，并将其作为主流产品加以推广。下面就简单介绍一下TOPSwitch-GX系列单片开关电源。
2.2.1 TOPSwitch-GX系列的产品特点
TOPSwitch-GX系列有TOP242P~TOP244P、TOP242G~TOP244G、TOP242R~TOP250R、TOP242Y~TOP250Y、TOP242F~TOP250F，共33种型号。它们主要有以下特点：
（1）该系列产品除具备TOPSwitch-FX系列的全部优点之外，还将最大输出功率从75W扩展到290W，适合构成大、中功率的高效率、隔离式开关电源。
（2）采用TO—220—7C、TO—263—7C和TO—262—7C封装的TOP242~TOP250产品，新增加了线路检测端L和从外部设定极限电流端X这两个引脚，用来代替TOPSwitch-FX的多功能端M的全部控制功能，使用更加灵
活、方便。
（3）将开关频率提高到132kHz，这有助于减小高频变压器及整个开关电源的体积。
（4）当开关电源的负载很轻时，能自动将开关频率从132kHz降低到30kHz （半频模式下则由66kHz降至15kHz），可降低开关损耗，进一步提高电源效率。
（5）采用了被称作EcoSmart的节能新技术，显著降低了在远程通/断模式下芯片的功率损耗，当输入交流电压是230V时，芯片功率损耗仅为160mV。
2.2.2 TOPSwitch-GX系列的引脚描述与功能结构图
TOPSwitch-GX的引脚排列如图2.2.1所示。其中，TO—220—7C、TO—263—7C和TO—262—7C封装均有6个引出端，它们分别是控制端C，线路检测端L，极限电流设定端X，源极S，开关频率选择端F，漏极D。利用线路检测端L 可实现4种功能：过电压（OV）保护；欠电压（UV）保护；电压前馈（当电网电压过低时用来降低最大占空比）；远程通/断（ON/OFF）和同步。而利用极限电流设定端X，可从外部设定芯片的极限电流。DIP-8B和SMD-8D封装仍保留多功能端M，并且未设置开关频率选择端F，故等效于四端器件，其余引脚功能与TOPSwitch-FX相同。
（a）TO—220—7C(Y)封装；（b）DIP-8B（P）和SMD-8D（G）封装；
（c）TO—263—7C（R）封装和TO—262—7C（F）封装
图2.2.1 TOPSwitch-GX的引脚排列
采用Y封装和F封装的TOPSwitch-GX系列产品功能最全，电路也最复杂，其内部框图如图2.2.2所示。
图2.2.2 TOPSwitch-GX的内部框图
电路主要由18部分组成：○1控制电压源；○2带隙基准电压源；○3频率抖动振荡器；○4并联调制器/误差放大器；○5脉宽调制器（含PWM比较器和触发器）；○6过流保护电路；○7门驱动级和输出级；○8具有滞后特性的过热保护电路；○9关断/自动重启动电路；○10高压电流源；○11软启动电路；○12欠电压比较器；○13电流极限调节器；○14线路比较器；○15线路检测端和极限电流设定端的内部电路；○16轻载时自动降低开关频率的电路；○17停止逻辑；○18启电压为1V的电压比较器。它与TOPSwitch-FX的主要区别表现为：新增加了第○16、○17、○18项单元电路；给电流极限调节器也增加了软启动输出端；将频率抖动振荡器
产生的开关频率提升到132kHz（全频模式）或66kHz（半频模式）；给频率抖动振荡器增加了一个“停止逻辑”（STOP LOGIC）电路，使之工作更为可靠。TOPSwitch-GX的工作原理是利用反馈电流I C来调节占空比D，达到稳压目的。举例说明，当输出电压U O降低时，经过光耦反馈电路使I C减小，占空比则增大，输出电压随之升高，最终使U O维持不变。
常用开关电源芯片大全 第1章DC-DC电源转换器/基准电压源 DC-DC 电源转换器 1. 低噪声电荷泵DC-DC电源转换器AAT3113/AAT3114 2. 低功耗开关型DC-DC电源转换器ADP3000 3. 高效3A开关稳压器AP1501 4. 高效率无电感DC-DC电源转换器FAN5660 5. 小功率极性反转电源转换器ICL7660 6. 高效率DC-DC电源转换控制器IRU3037 7. 高性能降压式DC-DC电源转换器ISL6420 8. 单片降压式开关稳压器L4960 9. 大功率开关稳压器L4970A 高效率单片开关稳压器L4978 高效率升压/降压式DC-DC电源转换器L5970 14. 高效率1A降压单片开关稳压器LM1575/LM2575/LM2575HV 降压单片开关 稳压器LM2576/LM2576HV 16. 可调升压开关稳压器LM2577 降压开关稳压器LM2596 18. 高效率5A 开关稳压器LM2678 19. 升压式DC-DC电源转换器LM2703/LM2704 20. 电流模式升压式电源转换器LM2733 21. 低噪声升压式电源转换器LM2750 22. 小型75V降压式稳压器LM5007 23. 低功耗升/降压式DC-DC电源转换器LT1073 24. 升压式DC-DC电源转换器LT1615 25. 隔离式开关稳压器LT1725 26. 低功耗升压电荷泵LT1751 27. 大电流高频降压式DC-DC电源转换器 LT176 5 28. 大电流升压转换器LT1935 29. 高效升压式电荷泵LT1937 30. 高压输入降压式电源转换器LT1956 32. 高压升/ 降压式电源转换器LT3433
目录 引言 ................................................................................................ 错误!未定义书签。 1 概述 .......................................................................................... 错误!未定义书签。 1.1 课题来源及意义 (1) 1.2 课题基本要求 (2) 1.3 相关背景介绍 (2) 2 基于单片机的数控直流电源方案设计 (2) 2.1 方案设计 (3) 2.1.1 方案1：开关稳压电源 (3) 2.1.2 方案2：线性稳压电源 ........................................................... 错误!未定义书签。 2.2 方案论证 ................................................................................... 错误!未定义书签。 2.2.1方案一分析............................................................................. 错误!未定义书签。 2.2.2方案二分析 (5) 3．硬件电路设计 (5) 3.1 主电源电路设计 (6) 3.1.1 变压器的选择 (6) 3.1.2 整流滤波电路 (7) 3.1.3 稳压调压电路 (8) 3.1.4 扩流电路 (8) 3.2 副电源电路设计 (9) 3.3 控制部分电路设计 (10) 3.3.1 A/D及D/A转换电路 (11) 3.3.2 校正部分电路......................................................................... 错误!未定义书签。 3.3.3 键盘及数码管显示电路 .......................................................... 错误!未定义书签。 4 软件设计.................................................................................. 错误!未定义书签。7 4.1 软件介绍 ................................................................................. 错误!未定义书签。7 4.1.1 Protel 99 SE....................................................................... 错误!未定义书签。8 4.1.2 Keil uVision2....................................................................... 错误!未定义书签。 4.2 编程思想 ................................................................................... 错误!未定义书签。 4.2.1 键盘和数码管扫描子程序 (19) 4.2.2 ADC0809转换子程序............................................................... 错误!未定义书签。 4.2.3 DAC0832转换子程序 (21) 4.2.4中断定时处理程序设计 (21) 4.2.5数码显示子程序 (22)
高效率开关电源设计实例--10W同步整流B u c k变换器 以下设计实例中，包含了各种技巧来提高开关电源的总体效率。有源钳位和元损吸收电路的设计主 要依靠经验来完成的，所以不在这里介绍。 采用新技术时必须小心，因为很多是有专利的，可能需要直接付专利费给专利持有人，或在购买每 一片控制IC芯片时，支付附加费用。在将这些电源引入生产前，请注意这个问题。 10W同步整流Buck变换器 应用 此设计实例是PWM设计实例1的再设计，它包括了如何设计同步整流器(板载的10W降压Buck 变换器)。 在设计同步整流开关电源时，必须仔细选择控制IC。为了效率最高和体积最小，一般同步控制器在 系统性能上各有千秋，使得控制器只是在供应商提到的应用场合中性能较好。很多运行性能的微妙 之处不能确定，除非认真读过数据手册。例如，每当作者试图设计一个同步整流变换器，并试图使 用现成买来的IC芯片时，3／4设计会被丢弃。这是因为买来的芯片功能或工作模式往往无法改变。 更不用说，当发现现成方案不能满足需求时，是令人沮丧的(见图20的电路图)。 设计指标 输入电压范围： DC+10～+14V 输出电压： DC+5.0V 额定输出电流： 2.0A 过电流限制： 3.0A 输出纹波电压： +30mV(峰峰值) 输出调整：±1％ 最大工作温度： +40℃ “黑箱”预估值 输出功率： +5.0V*2A=10.0W(最大) 输入功率： Pout/估计效率=10.0W／0.90=11.1W 功率开关损耗 (11.1W-10W) * 0．5=0.5W 续流二极管损耗： (1l.lW-10W)*0.5=0.5W 输入平均电流 低输入电压时 11.1W／10V=1.1lA 高输入电压时： 11.1W／14V=0．8A 估计峰值电流： 1．4Iout(rated)=1．4×2．0A=2．8A 设计工作频率为300kHz。
TOP开关电源芯片工作原理及应用电路 -------------------------------------------------------------------------------- TOP开关电源芯片工作原理及应用电路 1.什么叫TOP开关电源芯片 TOP开关电源的芯片组是三端离线式脉宽调制单片开关集成电路TOP(ThreeterminalofflinePWM)的简称,TOP将PWM控制器与功率开关MOSFET合二为一封装在一起，。采用TOP开关集成电路设计开关电源，可使电路大为简化，体积进一步缩小，成本也明显降低。 2.TOP开关结构及工作原理 2.1 结构 TOP开关集各种控制功能、保护功能及耐压700V的功率开关MOSFET于一体，采用TO220或8脚DIP封装。少数采用8脚封装的TOP开关，除D、C两引脚外，其余6脚实际连在一起，作为S端，故仍系三端器件。三个引出端分别是漏极端D、源极端S和控制端C。其中，D是内装MOSFET的漏极，也是内部电流的检测点，起动操作时，漏极端由一个内部电流源提供内部偏置电流。控制端C控制输出占空比，是误差放大器和反馈电流的输入端。在正常操作时，内部的旁路调整端提供内部偏置电流，且能在输入异常时，自动锁定保护。源极端S是MOSFET的源极，同时是TOP开关及开关电源初级电路的公共接地点及基准点。图1 为TOP开关电源芯片的内部结构电路图 图1TOP开关内部工作原理框图 2.2工作原理 TOP包括10部分，其中Zc为控制端的动态阻抗，RE是误差电压检测电阻。RA与CA构
成截止频率为7kHz的低通滤波器。主要特点是： （1）前沿消隐设计，延迟了次级整流二级管反向恢复产生的尖峰电流冲击； （2）自动重起动功能，以典型值为5％的自动重起动占空比接通和关断； （3）低电磁干扰性（EMI），TOP系列器件采用了与外壳的源极相连，使金属底座及散热器的dv/dt=0，从而降低了电压型控制方式与逐周期峰值电流限制; （4）电压型控制方式与逐周期峰值电流限制。 下面简要叙述一下： （1）控制电压源 控制电压Uc能向并联调整器和门驱动极提供偏置电压，而控制端电流IC则能调节占空比。控制端的总电容用Ct表示，由它决定自动重起动的定时，同时控制环路的补偿，Uc有两种工作模式，一种是滞后调节，用于起动和过载两种情况，具有延迟控制作用；另一种是并联调节，用于分离误差信号与控制电路的高压电流源。刚起动电路时由D C极之间的高压电流源提供控制端电流Ic，以便给控制电路供电并对Ct充电。 （2）带隙基准电压源 带隙基准电压源除向内部提供各种基准电压之外，还产生一个具有温度补偿并可调整的电流源，以保证精确设定振荡器频率和门极驱动电流。 （3）振荡器 内部振荡电容是在设定的上、下阈值UH、UL之间周期性地线性充放电，以产生脉宽调制器所需要的锯齿波（SA W），与此同时还产生最大占空比信号(DMAx)和时钟信号(CLOCK)。为减小电磁干扰，提高电源效率，振荡频率（即开关频率）设计为100kHz，脉冲波形的占空比设定为D。 （4）放大器 误差放大器的增益由控制端的动态阻抗Zc来设定。Zc的变化范围是10Ω～20Ω，典型值为15Ω。误差放大器将反馈电压UF与5.7V基准电压进行比较后，输出误差电流Ir，在RE 上形成误差电压UR。 （5）脉宽调制器（PWM） 脉宽调制器是一个电压反馈式控制电路，它具有两层含义。第一、改变控制端电流IC的大小，即可调节占空比D，实现脉宽调制。第二、误差电压UR经由RA、CA组成截止频率为7kHz的低通滤波器，滤掉开关噪声电压之后，加至PWM比较器的同相输入端，再与锯齿波电压UJ进行比较，产生脉宽调制信号UB。 （6）门驱动级和输出级 门驱动级（F）用于驱动功率开关管(MOSFET)，使之按一定速率导通，从而将共模电磁干扰减至最小。漏 源导通电阻与产品型号和芯片结温有关。MOSFET管的漏 源击穿电压U(bo)ds≥700V。 （7）过流保护电路 过流比较器的反相输入端接阈值电压ULIMIT，同相输入端接MOSFET管的漏极。此外，芯片还具有初始输入电流限制功能。刚通电时可将整流后的直流限制在0.6A或0.75A。（8）过热保护电路 当芯片结温TJ>135℃时，过热保护电路就输出高电平，将触发器Ⅱ置位，Q=1，Q=0，关断输出级。此时进入滞后调节模式，Uc端波形也变成幅度为4.7V～5.7V的锯齿波。若要重新起动电路，需断电后再接通电源开关；或者将控制端电压降至3.3V以下，达到Uc(reset)值，再利用上电复位电路将触发器Ⅱ置零，使MOSFET恢复正常工作。 （9）关断/自起动电路 一旦调节失控，关断/自动重起动电路立即使芯片在5％占空比下工作，同时切断从外部流入
单片开关电源及PCB设计毕业论文 目录 单片开关电源及PCB设计______________________________________________ I The design of Single-chip Switching Power Supply and it’s PCB__ I Abstract _______________________________________________________________ I 目录________________________________________________________________ 3第1章绪论_________________________________________________________ 5 1.1 概述 _______________________________________________________________ 5 1.2 开关电源的发展简况__________________________________________________ 5 1.3 开关电源的发展趋势__________________________________________________ 6第2章方案论证____________________________________________________ 8 2.1 概述 _______________________________________________________________ 8 2.2 系统总体框图________________________________________________________ 8 2.3 工作原理____________________________________________________________ 9 2.3.1 TOPSwitch-II的结构及工作原理____________________________________________ 9 2.3.2 单片开关电源电路基本原理_______________________________________________ 11第3章单片开关电源的设计_________________________________________ 13 3.1 概述 ______________________________________________________________ 13
DC-DC开关电源管理芯片的设计 引言 电源是一切电子设备的心脏部分，其质量的好坏直接影响电子设备的可靠性。而开关电源更为如此，越来越受到人们的重视。目前的计算机设备和各种高效便携式电子产品发展趋于小型化，其功耗都比较大，要求与之配套的电池供电系统体积更小、重量更轻、效率更高，必须采用高效率的DC/ DC开关稳压电源。 目前电力电子与电路的发展主要方向是模块化、集成化。具有各种控制功能的专用芯片，近几年发展很迅速集成化、模块化使电源产品体积小、可靠性高，给应用带来极大方便。 从另一方面说在开关电源DC-DC变换器中，由于输入电压或输出端负载可能出现波动, 应保持平均直流输出电压应能够控制在所要求的幅值偏差范围内，需要复杂的控制技术，于是各种PWM空制结构的研究就成为研究的热点。在这样的前提下，设计开发开关电源DC-DC控制芯片，无论是从经济，还是科学研究上都是是很有价值的。 1.开关电源控制电路原理分析 DC- DC变换器就是利用一个或多个开关器件的切换，把某一等级直流输入电压变换成 另一等级直流输出电压。在给定直流输入电压下，通过调节电路开关器件的导通时间来控制平均输出电压控制方法之一就是采用某一固定频率进行开关切换，并通过调整导通区间 长度来控制平均输出电压，这种方法也称为脉宽调制［PWM法。 PWM从控制方式上可以分为两类，即电压型控制(voltage mode con trol )和电流型 控制(current modecontrol )。电压型控制方式的基本原理就是通过误差放大器输出信号与一固定的锯齿波进行比较，产生控制用的PW信号。从控制理论的角度来讲，电压型控制方式是一种单环控制系统。电压控制型变换器是一个—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。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，闭环系统方能稳定的工作。图即为电压型控制的原理框图。 1
高效率开关电源设计实 例 文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]
高效率开关电源设计实例--10W同步整流B u c k变换器 以下设计实例中，包含了各种技巧来提高开关电源的总体效率。有源钳位和元损吸收电路的设计主要依靠经验来完成的，所以不在这里介绍。 采用新技术时必须小心，因为很多是有专利的，可能需要直接付专利费给专利持有人，或在购买每一片控制IC芯片时，支付附加费用。在将这些电源引入生产前，请注意这个问题。 10W同步整流Buck变换器 应用 此设计实例是PWM设计实例1的再设计，它包括了如何设计同步整流器()。 在设计同步整流开关电源时，必须仔细选择控制IC。为了效率最高和体积最小，一般同步控制器在系统性能上各有千秋，使得控制器只是在供应商提到的应用场合中性能较好。很多运行性能的微妙之处不能确定，除非认真读过数据手册。例如，每当作者试图设计一个同步整流变换器，并试图使用现成买来的IC芯片时，3／4设计会被丢弃。这是因为买来的芯片功能或工作模式往往无法改变。更不用说，当发现现成方案不能满足需求时，是令人沮丧的(见图20的电路图)。 设计指标 输入电压范围： DC+10～+14V 输出电压： DC+ 额定输出电流： 过电流限制： 输出纹波电压： +30mV(峰峰值) 输出调整：±1％ 最大工作温度： +40℃ “黑箱”预估值 输出功率： +*2A=(最大) 输入功率： Pout/估计效率=／= 功率开关损耗* 0．5= 续流二极管损耗：*= 输入平均电流 低输入电压时／10V= 高输入电压时：／14V=0．8A 估计峰值电流： 1．4Iout(rated)=1．4×2．0A=2．8A 设计工作频率为300kHz。
NCP1203 PWM Current?Mode Controller for Universal Off?Line Supplies Featuring Standby and Short Circuit Protection Housed in SOIC?8 or PDIP?8 package, the NCP1203 represents a major leap toward ultra?compact Switchmode Power Supplies and represents an excellent candidate to replace the UC384X devices. Due to its proprietary SMARTMOS t Very High V oltage Technology, the circuit allows the implementation of complete off?line AC?DC adapters, battery charger and a high?power SMPS with few external components. With an internal structure operating at a fixed 40 kHz, 60 kHz or 100 kHz switching frequency, the controller features a high?voltage startup FET which ensures a clean and loss?less startup sequence. Its current?mode control naturally provides good audio?susceptibility and inherent pulse?by?pulse control. When the current setpoint falls below a given value, e.g. the output power demand diminishes, the IC automatically enters the so?called skip cycle mode and provides improved efficiency at light loads while offering excellent performance in standby conditions. Because this occurs at a user adjustable low peak current, no acoustic noise takes place. The NCP1203 also includes an efficient protective circuitry which, in presence of an output over load condition, disables the output pulses while the device enters a safe burst mode, trying to restart. Once the default has gone, the device auto?recovers. Finally, a temperature shutdown with hysteresis helps building safe and robust power supplies. Features ?Pb?Free Packages are Available ?High?V oltage Startup Current Source ?Auto?Recovery Internal Output Short?Circuit Protection ?Extremely Low No?Load Standby Power ?Current?Mode with Adjustable Skip?Cycle Capability ?Internal Leading Edge Blanking ?250 mA Peak Current Capability ?Internally Fixed Frequency at 40 kHz, 60 kHz and 100 kHz ?Direct Optocoupler Connection ?Undervoltage Lockout at 7.8 V Typical ?SPICE Models Available for TRANsient and AC Analysis ?Pin to Pin Compatible with NCP1200 Applications ?AC?DC Adapters for Notebooks, etc. ?Offline Battery Chargers ?Auxiliary Power Supplies (USB, Appliances, TVs, etc.) SOIC?8 D1, D2 SUFFIX CASE 751 1 MARKING DIAGRAMS PIN CONNECTIONS PDIP?8 N SUFFIX CASE 626 8 xx= Specific Device Code A= Assembly Location WL, L= Wafer Lot Y, YY= Year W, WW= Work Week Adj HV FB CS GND NC V CC Drv (Top View) xxxxxxxxx AWL YYWW 1 8 See detailed ordering and shipping information in the package dimensions section on page 12 of this data sheet. ORDERING INFORMATION https://www.doczj.com/doc/e314719663.html, 查询1203P60供应商
2.基于单片机控制的开关电源的可选设计方案 由单片机控制的开关电源, 从对电源输出的控制来说, 可以有三种控制方式, 因此, 可供选择的设计方案有三种: ( 1) 单片机输出一个电压( 经D/AC 芯片或PWM方式) , 用作开关电源的基准电压。这种方案仅仅是用单片机代替了原来开关电源的基准电压, 可以用按键设定电源的输出电压值, 单片机并没有加入电源的反馈环, 电源电路并没有什么改动。这种方式最简单。 ( 2) 单片机和开关电源专用PWM芯片相结合。此方案利用单片机扩展A/D 转换器, 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, 调整D/A 转换器的输出, 控制PWM芯片, 间接控制电源的工作。这种方式单片机已加入到电源的反馈环中, 代替原来的比较放大环节, 单片机的程序要采用比较复杂的PID 算法。 ( 3) 单片机直接控制型。即单片机扩展A/DC, 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, 输出PWM波, 直接控制电源的工作。这种方式单片机介入电源工作最多。 3.最优设计方案分析 三种方案比较第一种方案: 单片机输出一个电压( 经D/AC芯片或PWM方式) , 用作开关电源的基准电压。这种方案中, 仅仅是用单片机代替了原来开关电源的基准电压, 没有什么实际性的意义。第二种方案: 由单片机调整D/AC 的输出, 控制PWM芯片, 间接控制电源的工作。这种方案中单片机可以只是完成一些弹性的模拟给定, 后面则由开关电源专用PWM芯片完成一些工作。在这种方案中,对单片机的要求不是很高, 51 系列单片机已可胜任; 从成本上考虑,51 系列单片机和许多PWM控制芯片的价格低廉; 另外, 此方案充分解决了由单片机直接控制型
常用开关电源芯片大 全
常用开关电源芯片大全 第1章DC-DC电源转换器/基准电压源 1.1 DC-DC电源转换器 1.低噪声电荷泵DC-DC电源转换器AAT3113/AAT3114 2.低功耗开关型DC-DC电源转换器ADP3000 3.高效3A开关稳压器AP1501 4.高效率无电感DC-DC电源转换器FAN5660 5.小功率极性反转电源转换器ICL7660 6.高效率DC-DC电源转换控制器IRU3037 7.高性能降压式DC-DC电源转换器ISL6420 8.单片降压式开关稳压器L4960 9.大功率开关稳压器L4970A 10.1.5A降压式开关稳压器L4971 11.2A高效率单片开关稳压器L4978 12.1A高效率升压/降压式DC-DC电源转换器L5970 13.1.5A降压式DC-DC电源转换器LM1572 14.高效率1A降压单片开关稳压器LM1575/LM2575/LM2575HV 15.3A降压单片开关稳压器LM2576/LM2576HV 16.可调升压开关稳压器LM2577 17.3A降压开关稳压器LM2596 18.高效率5A开关稳压器LM2678 19.升压式DC-DC电源转换器LM2703/LM2704 20.电流模式升压式电源转换器LM2733 21.低噪声升压式电源转换器LM2750 22.小型75V降压式稳压器LM5007 23.低功耗升/降压式DC-DC电源转换器LT1073 24.升压式DC-DC电源转换器LT1615 25.隔离式开关稳压器LT1725 26.低功耗升压电荷泵LT1751
27.大电流高频降压式DC-DC电源转换器LT1765 28.大电流升压转换器LT1935 29.高效升压式电荷泵LT1937 30.高压输入降压式电源转换器LT1956 31.1.5A升压式电源转换器LT1961 32.高压升/降压式电源转换器LT3433 33.单片3A升压式DC-DC电源转换器LT3436 34.通用升压式DC-DC电源转换器LT3460 35.高效率低功耗升压式电源转换器LT3464 36.1.1A升压式DC-DC电源转换器LT3467 37.大电流高效率升压式DC-DC电源转换器LT3782 38.微型低功耗电源转换器LTC1754 39.1.5A单片同步降压式稳压器LTC1875 40.低噪声高效率降压式电荷泵LTC1911 41.低噪声电荷泵LTC3200/LTC3200-5 42.无电感的降压式DC-DC电源转换器LTC3251 43.双输出/低噪声/降压式电荷泵LTC3252 44.同步整流/升压式DC-DC电源转换器LTC3401 45.低功耗同步整流升压式DC-DC电源转换器LTC3402 46.同步整流降压式DC-DC电源转换器LTC3405 47.双路同步降压式DC-DC电源转换器LTC3407 48.高效率同步降压式DC-DC电源转换器LTC3416 49.微型2A升压式DC-DC电源转换器LTC3426 50.2A两相电流升压式DC-DC电源转换器LTC3428 51.单电感升/降压式DC-DC电源转换器LTC3440 52.大电流升/降压式DC-DC电源转换器LTC3442 53.1.4A同步升压式DC-DC电源转换器LTC3458 54.直流同步降压式DC-DC电源转换器LTC3703 55.双输出降压式同步DC-DC电源转换控制器LTC3736 56.降压式同步DC-DC电源转换控制器LTC3770
摘要 本设计由STC89S52单片机系统，PWM脉宽调制信号控制芯片TL494，开关电源Buck串联降压电路, A/D模块, D/A模块, 键盘输入和LCD显示输出模块，制作了一个输出电压为 5V-15V可调DC/DC模块构成的供电系统。电源模块由TL494控制Buck电流构成，通过电压反馈控制将输出电压稳压到所需要的电压。STC89C52单片机控制器采样输出电压，通过给电源模块一个调节信号，改变各电源模块的内部输出电压，从而实现输出稳定可调的电压。 关键词：STC89C52单片机; TL494; PWM脉宽调制信号; Buck电路
Abstract The design microcontroller system by STC89S52, PWM pulse width modulation signal control chip TL494 switching power supply Buck series buck circuit modules of the A / D, D / A module, keyboard input and LCD displays the output modules to produce an output voltage of 5V-15V adjustable power supply system of the DC / DC module. The power module is controlled by the TL494 Buck current is constituted by the voltage feedback control of the
开关电源常见故障及维修方法： 1.保险烧或炸 主要检查300V上的大滤波电容、整流桥各二极管及开关管等部位，抗干扰电路出问题也会导致保险烧、发黑。需要注意的是：因开关管击穿导致保险烧一般会把电流检测电阻和电源控制芯片烧坏。负温度系数热敏电阻也很容易和保险一起被烧坏。 2.无输出，保险管正常 这种现象说明开关电源未工作或进入了保护状态。首先要测量电源控制芯片的启动脚是否有启动电压，若无启动电压或者启动电压太低，则要检查启动电阻和启动脚外接的元件是否漏电，此时如电源控制芯片正常，则经上述检查可以迅速查到故障。若有启动电压，则测量控制芯片的输出端在开机瞬间是否有高、低电平的跳变，若无跳变，说明控制芯片坏、外围振荡电路元件或保护电路有问题，可先代换控制芯片，再检查外围元件;若有跳变，一般为开关管不良或损坏。 3.有输出电压，但输出电压过高 这种故障一般来自于稳压取样和稳压控制电路。在直流输出、取样电阻、误差取样放大器如TL431、光耦、电源控制芯片等电路共同构成一个闭合的控制环路，任何一处出问题就会导致输出电压升高。 4.输出电压过低 除稳压控制电路会引起输出电压低，还有下面一些原因也会引起输出电压低： a.开关电源负载有短路故障（特别是DC/DC变换器短路或性能不良等），此时，应该 断开开关电源电路的所有负载，以区分是开关电源电路还是负载电路有故障。若断 开负载电路电压输出正常，说明是负载过重;或仍不正常说明开关电源电路有故障。 b.输出电压端整流二极管、滤波电容失效等，可以通过代换法进行判断。 c.开关管的性能下降，必然导致开关管不能正常导通，使电源的内阻增加，带负载能 力下降。 d.开关变压器不良，不但造成输出电压下降，还会造成开关管激励不足从而屡损开关 管 e.300V滤波电容不良，造成电源带负载能力差，一接负载输出电压便会下降。
高效率开关电源设计实例 1 0 W同步整流Buck变换器 以下设计实例中，包含了各种技巧来提高开关电源的总体效率。有源钳位和元损吸收电路 的设计主要依靠经验来完成的，所以不在这里介绍。 采用新技术时必须小心，因为很多是有专利的，可能需要直接付专利费给专利持有人，或在购买每一片控制IC芯片时，支付附加费用。在将这些电源引入生产前，请注意这个问题。 10W同步整流Buck变换器 应用 此设计实例是PW履计实例1的再设计，它包括了如何设计同步整流器（板载的10W降压 Buck变换器）。 在设计同步整流开关电源时，必须仔细选择控制IC。为了效率最高和体积最小，一般同步 控制器在系统性能上各有千秋，使得控制器只是在供应商提到的应用场合中性能较好。很多运行性能的微妙之处不能确定，除非认真读过数据手册。例如，每当作者试图设计一个同步整流变换器，并试图使用现成买来的IC芯片时，3/4设计会被丢弃。这是因为买来的芯片功能或工作模式往往无法改变。更不用说，当发现现成方案不能满足需求时，是令人沮丧的（见图20的电路图）。 设计指标 输入电压范围：DC+10- +14V 输出电压：DC+5.0V
额定输出电流：2.0A 过电流限制：3.0A 输出纹波电压：+30mV (峰峰值) 输出调整：土1% 最大工作温度：+40 C “黑箱”预估值 输出功率：+5.0V *2A=10.0W最大) 输入功率：Pout/估计效率=10.0W^0.90=11.1W 功率开关损耗(11.1W-10W) * 0 . 5=0.5W 续流二极管损耗：(1I.IW-10W) *0.5=0.5W 输入平均电流 低输入电压时11.1W / 10V=1.1IA 高输入电压时：11.1W/ 14V=0. 8A 估计峰值电流：1 . 4lout(rated)=1 . 4X 2. 0A=2. 8A 设计工作频率为300kHz。
DCDC电源设计方案 1、DC/DC电源电路简介 DC/DC电源电路又称为DC/DC转换电路，其主要功能就是进行输入输出电压转换。一般我们把输入电源电压在72V以内的电压变换过程称为DC/DC转换。常见的电源主要分为车载与通讯系列和通用工业与消费系列，前者的使用的电压一般为48V、36V、24V等，后者使用的电源电压一般在24V以下。不同应用领域规律不同，如PC中常用的是12V、5V、3.3V，模拟电路电源常用5V 15V，数字电路常用3.3V等。结合到本公司产品，这里主要总结24V以下的DC/DC电源电路常用的设计方案。 2、DC/DC转换电路分类 DC/DC转换电路主要分为以下三大类： （1）稳压管稳压电路。 （2）线性(模拟）稳压电路。 （3）开关型稳压电路 3、稳压管稳压电路设计方案 稳压管稳压电路电路结构简单，但是带负载能力差，输出功率小，一般只为芯片提供基准电压，不做电源使用。比较常用的是并联型稳压电路，其电路简图如图(1)所示， 选择稳压管时一般可按下述式子估算： (1) Uz=V out; (2)Izmax=(1.5-3)I Lmax (3)Vin=(2-3)V out 这种电路结构简单，可以抑制输入电压的扰动，但由于受到稳压管最大工作电流限制，同时输出电压又不能任意调节，因此该电路适应于输出电压不需调节，负载电流小，要求不高的场合，该电路常用作对供电电压要求不高的芯片供电。 有些芯片对供电电压要求比较高，例如AD DA芯片的基准电压等，这时候可以采用常用的一些电压基准芯片如MC1403 ,REF02,TL431等。这里主要介绍TL431、REF02的应用方案。 3.1 TL431常用电路设计方案 TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准电压源。它的输出
--------------------------------------------------------------------------- 常用开关电源芯片大全 第1章DC-DC电源转换器/基准电压源 1.1 DC-DC电源转换器 1.低噪声电荷泵DC-DC电源转换器AAT3113/AAT3114 2.低功耗开关型DC-DC电源转换器ADP3000 3.高效3A开关稳压器AP1501 4.高效率无电感DC-DC电源转换器FAN5660 5.小功率极性反转电源转换器ICL7660 6.高效率DC-DC电源转换控制器IRU3037 7.高性能降压式DC-DC电源转换器ISL6420 8.单片降压式开关稳压器L4960 9.大功率开关稳压器L4970A 10.1.5A降压式开关稳压器L4971 11.2A高效率单片开关稳压器L4978 12.1A高效率升压/降压式DC-DC电源转换器L5970 13.1.5A降压式DC-DC电源转换器LM1572 14.高效率1A降压单片开关稳压器LM1575/LM2575/LM2575HV 15.3A降压单片开关稳压器LM2576/LM2576HV 16.可调升压开关稳压器LM2577 17.3A降压开关稳压器LM2596 18.高效率5A开关稳压器LM2678 19.升压式DC-DC电源转换器LM2703/LM2704 20.电流模式升压式电源转换器LM2733 21.低噪声升压式电源转换器LM2750 22.小型75V降压式稳压器LM5007 23.低功耗升/降压式DC-DC电源转换器LT1073 24.升压式DC-DC电源转换器LT1615 25.隔离式开关稳压器LT1725
恒压/恒流输出式单片开关电源可简称为恒压/恒流源。其特点是具有两个控制环路,一个是电压控制环,另一个为电流控制环。当输出电流较小时,电压控制环起作用,具有稳压特性,它相当于恒压源;当输出电流接近或达到额定值时,通过电流控制环使IO维持恒定,它又变成恒流源。这种电源特别适用于电池充电器和特种电机驱动器。下面介绍一种低成本恒压/恒流输出式开关电源,其电流控制环是由晶体管构成的,电路简单, 成本低,易于制作。 1.恒压/恒流输出式开关电源的工作原理 7.5V、1A恒压/恒流输出式开关电源的电路如图1所示。它采用一片TOP200Y型开关电源(IC1),配PC817A型线性光耦合器(IC2)。85V～256V交流输入电压u经过EMI滤波器L2、C6)、整流桥(BR)和输入滤波电容(C1),得到大约为82V～375V的直流高压UI,再通过初级绕组接TOP200Y的漏极。由VDZ1和VD1构 成的漏极箝位保护电路,将高频变压器漏感形成的尖峰电压限定在安全范围之内。VDZ1采用BZY97 C200型瞬态电压抑制器,其箝位电压UB=200V。VD1选用UF4005型超快恢复二极管。次级电压经过VD2、C2整流滤波后,再通过L1、C3滤波,获得＋7.5V输出。VD2采用3A/70V的肖特基二极管。反馈绕组的输出电压经过VD3、C4整流滤波后,得到反馈电压UFB=26V,给光敏三极管提供偏压。C5为旁路电容,兼作频率补偿电容并决定自动重启频率。R2为反馈绕组的假负载,空载时能限制反馈电压UFB不致升高。 该电源有两个控制环路。电压控制环是由1N5234B型6 2V稳压管(VDZ2)和光耦合器PC817A(IC2)构 成的。其作用是当输出电流较小时令开关电源工作在恒压输出模式,此时VDZ2上有电流通过,输出电压由VDZ2的稳压值(UZ2)和光耦中led的正向压降(UF)所确定。电流控制环则由晶体管VT1和VT2、电流检测电阻R3、光耦IC2、电阻R4～R7、电容C8构成。其中,R3专用于检测输出电流值。VT1采用2N4401型NPN 硅管,国产代用型号为3DK4C;VT2则选2N4403型PNP硅管,可用国产3DK9C代换。R6、R5分别用于设定VT1、VT2的集电极电流值IC1、IC2。R5还决定电流控制环的直流增益。C8为频率补偿电容,防止环路产生自激振荡。在刚通电或自动重新启动时,瞬态峰值电压可使VT1导通,利用R7对其发射结电流进行限制;R4的作用是将VT1的导通电流经VT2旁路掉,使之不通过R1。电流控制环的启动过程如下：随着IO的增大,当IO 接近于1A时,UR3↑→VT1导通→UR6↑→VT2导通,由VT2的集电极给光耦提供电流,迫使UO↓。由UO降低,VDZ2不能被反向击穿,其上也不再有电流通过,因此电压控制环开路,开关电源就自动转入恒流模式。C7为安全电容,能滤除由初、次级耦合电容产生的共模干扰。 该电源既可工作在7.5V稳压输出状态,又能在1A的受控电流下工作。当环境温度范围是0℃～50℃时, 恒流输出的准确度约为±8％。 该电源的输出电压－输出电流(U0－I0)特性如图2所示。由图可见,它具有以下显著特点：
FSGM0765RWDTUFSL106HR 、FSL106MR 、FSL116LR 、 开关电源常用芯片 FSCQ1265RTYDTU 、 FSCQ1565RTYDTUFSDL321 FSDH321 、FSDL0165RN 、FSDM0265RNB 、FSDH0265RN 、 FSDM0365RNB 、 FSDL0365RN 、 FSDM0465REWDTU FSDM0565REWDTU 、FSDM07652REWDTU FSDM311A 、FSEZ1016AMY 、 FSEZ1317NY 、 Fairchild 仙童（飞兆）系列开关电源驱动芯片 FAN100MY 、 FAN102MY 、FAN103MY 、 FAN6208 、 FAN6300AMY 、 FAN6754AMRMY 、FAN6862TY 、 FAN6921MRMY 、FAN6961SZ 、FAN7346MX 、FAN7384MX 、 FAN7319MX 、FAN7527BMX 、FAN7527BN 、FAN7554N 、 FAN7554DFAN7621 、FAN7621SSJ 、FAN7621B 、FAN7631 、 FAN7930CMX ；FAN6204MYFL103 、FL6300A 即 FAN6300 、 FL6961 、FL7701 、FL7730 、FL7732 、FL7930B 、 FLS0116 、FLS3217 、FLS3247 、FLS1600XS 、 FLS1800XS 、 FLS2100XSFSFR1600 、 FSFR1600XSL 、 FSFR1700 、FSFR1700XS 、FSFR1700XSL 、FSFR1800 、 FSFR1800XS 、 FSFR1800XSL 、FSFR2100XSL 、 FSFR2100FSCQ0565RTYDTU 、FSCQ0765RTYDTU 、FSDM311 、