Hefei University课程设计报告课题名称：降压型开关稳压电源作者姓名: 刘尚阳 1405012027张颖 1405012028闫悦悦 1405012029许特松 1405012043荚丹丹 1405012030 班级: 电子二班指导教师：倪敏生完成时间： 2017年5月24日摘要本设计是开关稳压电源，系统由稳压电源、DC-DC变换器、采用LM7812，LM7805稳压芯片，为芯片供电，DC-DC变换器采用TL494产生PWM波，控制开关周期为恒定值，通过调节脉冲宽度来改变占空比，在经过由IR2109构成的驱动电路驱动后级电路，此时引入电压反馈检测电压幅值并反馈给前级保证输出电压稳定，当输入电压超过20V时，控制IR2109片选端，切断电路。
关键字：稳压；DC-DC变换；目录1引言 (3)2方案设计与选择 (3)2.1总体设计 (3)2.2各模块方案设计与论证 (3)2.2.1驱动模块方案设计与选择 (3)2.2.2稳压电源方案设计与选择 (4)3硬件设计与实现 (4)3.1设计思路 (4)3.2各个模块硬件设计与实现 (5)3.2.1辅助电源模块 (5)3.2.2 DC-DC模块 (5)4理论分析与参数计算 (5)4.1 DC/DC变换方法 (5)4.2 稳压控制方法 (6)4.3 输入过压电路设计 (6)4.4buck电路参数的计算 (7)4.4.1电感值的计算 (7)4.4.2电容的计算 (7)4.4.3输出电压的计算 (8)5测试仪器与方法 (8)5.1输出电压测试 (8)5.2效率测量 (8)参考文献 (9)1引言电源在电路中起着十分重要的作用，电源为用电器提供能量，没有电源整个电路便没有工作的能力。
同样不同的电路需要不同规格的电源，因其对电压（电流）的要求不同，我们所需的电源也不同。
电源的重要性不容忽视。
目前市场上有两种稳压电源，一种是线性稳压电源，一种是开关稳压电源；而直流开关电源是各种电源中应用范围最广和市场最大的一种。
它是一种比较新型的电源，具有效率高，重量轻，可升、降压，输出功率大等优点。
2方案设计与选择2.1总体设计降压型直流开关稳压电源系统方案图如图1所示。
系统采用进行DC-DC变换的设计思路，输入直流20V经过LM7812，LM7805降压模块实现降压，DC-DC变换部分采用TL494生成PWM波，通过控制调节脉冲宽度来改变开关周期，从而控制占空比，再经过IR2109驱动电路，驱动MOS的开关。
图1 开关稳压电源系统框图2.2各模块方案设计与论证2.2.1驱动模块方案设计与选择方案一：TL494生成PWM波，通过控制调节脉冲宽度来改变开关周期，从而控制占空比，再经过IR2109驱动电路，驱动MOS的开关。
方案二：电源IC直接驱动MOSFET是我们最常用的驱动方式，同时也是最简单的驱动方式。
如果C1、C2的值比较大，MOS管导通的需要的能量就比较大，如果电源IC没有比较大的驱动峰值电流，那么管子导通的速度就比较慢。
IC驱动能力、MOS寄生电容大小、MOS管开关速度等因素，都影响驱动电阻阻值的选择，所以Rg并不能无限减小。
方案二的驱动能力不足，而方案一的驱动能力强，因此选用方案一。
2.2.2稳压电源方案设计与选择方案一：从滤波电路输出后，使用模块LM2596降压模块。
LM2596内含固定频率振荡器（150KHZ）和基准稳压器（1.23v），并具有完善的保护电路、电流限制、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。
提供的有：3.3V、5V、12V及可调（-ADJ）等多个电压档次产品，所需外部组件中仅四个不可调，六个可调。
此外，该芯片还提供了工作状态的外部控制引脚。
但是产品价格比较贵。
方案二：从滤波电路输出后，直接进入线性稳压电路。
线性稳压电路输出值可调，输出为+9V～+12V直流电压。
这种方案优点在于：电路简单，容易调试，但效率上难以保证，因为线性稳压电路的输入端一般为15V左右的电压，而其输出端只有9V～12V，两端压降太大，输出电流较小，功率损耗大，不利电路总效率但是价格相比较便宜。
基于本次课程设计，线性稳压芯片便宜，因此我们选用方案二。
3硬件设计与实现3.1设计思路硬件搭建系统图如图2所示，输入直流20V，经过稳压器转换为+12V和+5V 为后级电路供电，BUCK电路采用双管设计，使电路的效率更高。
硬件搭建系统图如图2。
图2 硬件搭建系统图3.2各个模块硬件设计与实现3.2.1辅助电源模块辅助电源为开关电源的辅助部分，我们采用降压是LM7812，LM7805系列作为后级电路的电源。
对输入的直流先进行20V----12V的降压，在进行12V----5V的降压。
每一级后都有滤波电容，并加上散热片。
3.2.2 DC-DC模块DC-DC变换器为开关电源核心部分，脉宽调制电路即PWM模块则是DC/DC变换器中最重要的部分。
此模块的工作状况直接影响开关电源的工作状态和性能指标。
本次设计选用器件为TL494，其原理如下：TL494的5脚和6脚分别于定时电阻R和定时电容C4相连接，他们共同决定TL494内部震荡器产生锯齿波，确V2定电路的工作频率。
同时TL494的1脚和2脚可输入采样电压和DA输出的电压，通过内部比较器进行数字运算，通过反馈回来的电压与设定的电压进行比较，进而调节产生的PWM波，其中开关电源的工作频率由TL494的定时电容C4和定时电阻RV2确定。
4理论分析与参数计算4.1 DC/DC变换方法直流电压转换器基本原理为将直流电源经稳压后加入自激荡器，利用震荡晶体管作为连续开关，控制直流电源的接通和断开，由此产生的高频电压经过变频变压、整流、滤波，获得所需要的直流电压。
与此同时，输入电压的另一路取样、基准、放大电路、回控震荡器，使输出电压稳定。
再同步Buck电路工作方式中，使用一个MOS管正如我们这次使用的IRF3205来替换Buck电路中的续流二极管。
如下图3所示。
Q1位主开关管，Q2则起续流作用。
Q1导通时，Q2断开，电流通过电感L至负载，并将电能储存在L和C1中（电流方向图中绿线所示）；Q1断开时，Q2导通起续流作用，储存在L和C1中（电流方向图中红线所示）的电能转换为电流继续向负载输出。
图3 DC-DC模块电路4.2 稳压控制方法开关电源的稳压控制方法，首先以基准电压为中心，将基准电压周围一定范围的电压从小到大划分为N个电压区间，判断开关电源的输出反馈所在的电压区间，比较反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数与前一时刻电压值所在的区间数的大小，以及得到改变的区间数，则根据改变的区间数控制振荡器的分频数增加；若反馈电压当前时刻电压值所在的区间数小于前一时刻电压值所在的区间数，根据改变的区间数控制振荡器的分频数减少，依据振荡器的输出频率控制开关的导通。
4.3 输入过压电路设计输入过压电路是通过将输入电压与基准电压比较。
当输入过压时，比较器输出低电平，然后去控制IR2109的CS端，使其不工作。
后级BUCK电路于是就无输出。
正常电压供电时，比较器输出高电平，是IR2109正常工作。
如下图4所示：图4 过压保护电路4.4buck 电路参数的计算4.4.1电感值的计算根据题目要求，Uo=15V,而输入到直流母线上的电压为18V 。
我们假定选择的开关频率为F=250KHZ 。
① 开关的周期T=1/F=1/250KHZ=4us 。
② 占空比D=Uo/UI=15V/18V ≈0.83。
③ 一个周期内处在18V 电压的时间Ton=DT=0.83*4us=3.33us 。
④ 在Ton 时间内，纹波电流di=10%*Io=0.1*2A=0.2A 。
纹波电流控制在±5%以内。
⑤ 在Ton 时间内，储能电感L 两端压降VL=18V-15V=3V 。
⑥ 根据电感计算公式L=V*dt/di 可以得到：在Ton 时间内，L=VL*Ton/di=3V*3.33us/0.2A=50uh 。
⑦ 在实际应用中，往往取理论值的1.5倍，所以估算电感： L=50uh*1.5=75uh 。
选材的时候应选择电感值至少大于75uh 的电感。
4.4.2电容的计算从降压型开关稳压电源的工作原理分析可见，输出滤波电容C 的选择直接关系着开关稳压电源输出电压中纹波电压分量△Uo 的大小。
在设计降压型开关稳 压电源时，输出滤波电容C 的容量主要根据对稳压电源输出纹波电压△Uo 的要求来定。
根据电路分析可以推导出C 的计算公式（推导过程略）：OO O U f I C ∆∆=8对于储能电感L 和输出滤波电容C 的选择，必须在满足电感选择原则的基础上，再选择电容，（如果电感值小于临界值，电感不足以吸收开关的能量，会引起工作状态急剧恶化。
因此，储能电感L 除了起储能和滤波的作用外，还有限制功率开关最大电流的作用。
）4.4.3输出电压的计算由于反馈电压是从R1和R2分压得到的。
即REF O V U R R R =+*)2(21 于是可得REF O V R R U *)1(21+=5测试仪器与方法5.1输出电压测试5.2效率测量测试方法：调整Uo 为10V ，Io 为0.5A ，测U IN 和I IN 的值。
变换效率：I U I U P P IN IN O O IN O ==η 6结论本次课程设计采用先降压再稳压的总体方案，其中DC-DC模块有PWM波+驱动电路、稳压电路构成；经过测量各项指标均达成。
通过此次课程设计，加深了我们对理论与实践联系的理解，促进了我们运用知识解决具体问题的综合应用能力，对开关稳压电源的应用，理解上升到了更深的一个层次。
参考文献[1] 康华光.电子技术基础（模拟部分）——高等教育出版社[M],2006.1[2] 康华光.电子技术基础（数字部分）——高等教育出版社[M],2006.1[3] 刘凤君.开关电源设计与应用——北京：电子工业出版社,2014.6[4]【美】Sanjaya Maniktala.精通开关电源设计（第二版）——人民邮电出版社,2015.1。
