小功率开关电源课程设计报告

小功率开关电源课程设计报告
小功率开关电源课程设计报告

《电力电子技术》

课程设计报告

题目:小功率开关电源的设计

华中科技大学

目录

第1章课程设计目的 (4)

第2章课程设计题目描述与要求 (4)

1题目描述 (4)

2 设计要求 (5)

第3章开关电源的基本工作原理与电路结构 (5)

1 开关电源的概述 (5)

1.1开关电源的工作原理以及组成 (5)

1.2开关电源的特点 (7)

2 开关器件 (8)

2.1 开关器件的特征 (8)

2.2 MOSFET (8)

2.3 电力二极管 (9)

3 PWM开关电源的基本原理 (9)

第4章具体设计 (10)

1 主电路设计 (10)

1.1输入电路 (10)

1.2 整流滤波电路 (11)

2 控制电路设计 (12)

2.1 UC3842的特点 (12)

2.2 UC3842的引脚排列及内部框图 (13)

2.3 基于UC3842的控制电路 (14)

3 总体电路设计 (14)

3.1 总体电路框图 (14)

3.2 整体电路设计说明 (15)

3.3 总体电路设计图 (16)

第5章印质电路板的焊接及调试 (17)

第6章课程设计总结 (18)

参考文献 (19)

第1章课程设计目的

电源和驱动是电力电子技术的两大主要应用领域。课程设计的主要任务是设计和实现一个直流电动机的脉宽调速(直流PWM)驱动电源及控制用小功率开关电源。其目的是通过对实际电力电子装置的设计、制作和调试,深化和拓展课程所学知识,提高工程实践能力。

本次课程设计的安排旨在提升学生的动手能力,加强大家对专业理论知识的理解和实际运用,通过团队成员之间的密切配合,加强团员的合作协调能力。通过本次课程的历练,加强大家的自学能力,为大家做毕业设计做很好的铺垫。

第2章课程设计题目描述与要求

1题目描述

开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源。

2 设计要求

根据电压等级要求,设计主电路及控制电路,实现电路及设备的保护,选定所需的电气元件,并对系统进行制作、焊接并调试。最后提交设计说明书和一份完整的开关电源原理图。

针对这个需求,本设计要求利用PWM控制芯片UC3842,设计一个小功率开关电源,具体指标如下:

输入交流电压变动范围:AC 65~265V;

输入频率:50/60Hz;

输出电压:稳定的DC 36V;

输出电流:≤2A;

控制电路形式为它激式,采用UC3842为PWM控制电路。电源开关频率的选择决定了变换器的特性。开关频率越高,变压器、电感器的体积越小,电路的动态响应也越好。但随着频率的提高,诸如开关损耗、门极驱动损耗、输出整流管的损耗会越来越突出,而且频率越高,对磁性材料的选择和参数设计的要求会越苛刻。另外高频下线路的寄生参数对线路的影响程度难以预料,整个电路的稳定性、运行特性以及系统的调试会比较困难。在本电源中,选定工作频率为43kHz[9]。

第3章开关电源的基本工作原理与电路结构

1 开关电源的概述

1.1开关电源的工作原理以及组成

开关电源主要是进行交流/直流、直流/直流、直流/交流功率转换的装置,通过对主变换回路以及控制回路的控制完成一系列的变换。主变换回路将输入的交流电转换后传递给了负载,所以它决定了开关电源电路的结构形式、转换要求以及负载能力等一系列的技术指标;而控制回路是按照输入,输出技术指标的要求来进行检测,控制主变换回路的工作状态。

本设计开关电源控制集成电路主要包括电源电路、滤波整流电路、升压斩波电路以及UC3842控制芯片构成的控制电路。由于此为小功率开关电源,故电路设计不包括各

种反馈电路以及各种保护功能电路。

在开关点的变换过程中,用高频变压器隔离称为离线式开关变换器,常用AC/DC 变换器就是离线式开关变换器。开关电源的工作原理框图如图2.1所示。

图2.1 开关电源电路框图

开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件,通过周期性通断开关,控制开关元件的占空比调整输出电压,开关电源的工作原理可以用图2.2进行说明。图中输入的直流不稳定电压Ui 经开关S 加至输出端,S 为受控开关,是一个受开关脉冲控制的开关调整管,若使开关S 按要求改变导通或断开时间,就能把输入的直流电压Ui 变成矩形脉冲电压。这个脉冲电压经滤波电路进行平滑滤波后就可得到稳定的直流输出电压Uo 。

(a)

(b)

图2.2 开关电源的工作原理

上图中,a 图为电路图,b 图为波形图。

为方便分析开关电源电路,定义脉冲占空比如下:

R L

U 1=开关稳压电源

T

T D O N

公式(2.1) 上式中,T 表示开关S 的开关重复周期;T on 表示开关S 在一个开关周期中的导通时间。

开关电源直流输出电压Uo 与输入电压Ui 之间有如下关系:

Uo = Ui 公式(2.2) 由式(2.1)和式(2.2)可以看出,若开关周期T 一定,改变开关S 的导通时间Ton ,即可改变脉冲占空比D ,从而达到调节输出电压的目的。T 不变,只改变Ton 来实现占空比调节的稳压方式叫做脉冲宽度调制(PWM)。由于PWM 式的开关频率固定,输出滤波电路比较容易设计,易实现最优化,因此PWM 式开关电源用得较多。若保持Ton 不变,利用改变开关频率f=1/T 实现脉冲占空比调节,从而实现输出直流电压Uo 稳压的方法,称做脉冲频率调制(PFM)。由于该方式的开关频率不固定,因此输出滤波电路的设计不易实现最优化。既改变Ton ,又改变T ,实现脉冲占空比调节的稳压方式称做脉冲调频调宽方式。在各种开关电源中,以上三种脉冲占空比调节的稳压方式均有应用。

1.2 开关电源的特点

开关电源具有如下特点:

(1) 开关器件节能(效率一般可达85%以上)。开关电源的功率开关调整管工作在开关状态,所以调整管的功耗比较小,但是效率较高,一般在80%~90%,高的甚至可达90%以上;

(2) 体积小、重量轻。由于开关电源省掉了笨重的电源变压器,节省了大量的漆包线和硅钢片,从而使其重量大大减轻,只有同容量线性电源的1/5,体积也在很大程度上缩小了;

(3) 稳压范围宽。开关电源的交流输入电压在90~270 V 内变化时,输出电压的变化在±2%以下。合理设计开关电源电路,还可使稳压范围更宽并保证开关电源的高效率; (4)安全可靠,具有各种保护功能。在开关电源中,由于可以方便地设置各种形式的保护电路,因此当电源负载出现故障时,能自动切断电源,保障其功能可靠;

(5) 功耗小。由于开关电源的工作频率高,一般在20KHz 以上,因此滤波元件的数值可以大大减小,从而减小功耗;特别是由于功率开关管工作在开关状态下,因此损耗小,不需要采用大面积散热器,电源温升低,周围元件不致因长期工作在高温环境而损 坏。

因此采用开关电源可以提高整机的可靠性和稳定性。

2开关器件

2.1 开关器件的特征

同处理信息的电子器件相比,开关电源的电子器件具有以下特征:

(1) 能处理电功率的大小,即承受电压和电流的能力是开关器件最重要的参数,其处理电功率的能力小至毫瓦级,大至兆瓦级,大多远大于处理信息的电子器件。

(2) 开关器件一般都工作在开关状态,导通时(通态)阻抗很小,接近于短路,管压降接近于零,电流由外电路决定;阻断时阻抗很大,接近于断路,电流几乎为零,管子两端电压由外电路决定。

(3) 开关器件的动态特性也是很重要的方面,有些时候甚至上升为第一位的重要问题。作电路分析时,为简单起见往往用理想开关来代替实际开关。

(4) 电路中的开关器件往往需要由信息电子电路来控制。在主电路和控制电路之间,需要一定的中间电路对控制电路的信号进行放大,这就是开关器件的驱动电路。(5) 为保证不致于因损耗散发的热量导致开关器件温度过高而损坏,不仅在开关器件封装上讲究散热设计,在其工作时一般都要安装散热器。导通时,器件上有一定的通态压降;形成通态损耗阻断时,开关器件上有微小的断态漏电流流过;形成断态损耗时,在开关器件开通或关断的转换过程中产生开通损耗和关断损耗,总称开关损耗。对某些器件来讲,驱动电路向其注入的功率也是造成开关器件发热的原因之一。

2.2 MOSFET

开关电源中的功率开关器件是影响电源可靠性的关键器件。

在开关电源中,用作开大的安全工作区、良好的散热稳定性和非常快的开关速度。MOSFET在大功率开关电源中用作开关,比双极性功率晶体管具有明显的优势。所有类型的有源功率因数矫正器都是为驱动功率MOSFET而设计的。

MOSFET功率管的特点

1)MOSFET是电压控制型器件因此在驱动大电流时无需推动级,电路较简单

2)输入阻抗高,可达108Ω以上;

3)工作频率范围宽,开关速度快(开关时间为几十纳秒到几百秒)、开关损耗小;

4)有较优良的线性区,并且MOSFET 的输入电容比双极型的输入电容小得多,所以它的交流输入阻抗极高;噪声也小,

5)功率MOSFET 可以多个并联使用,增加输出电流而无需均流电阻。

2.3 电力二极管

可分为普通二极管,快恢复二极管,肖特基二极管三种。

(1) 普通二极管(General Purpose Diode)

普通二极管又称为整流二极管(Rectifier Diode),多用于开关频率不高(1kHz以下)的整流电路中。其反向恢复时间较长,一般在5s以上,这在开关频率不高时并不重要。其正向电流定额值和反向电压定额值可以达到很高,分别可达数千安和数千伏以上。

(2) 快恢复二极管(FRD)

快恢复二极管是恢复过程很短,特别是反向恢复过程很短的二极管,简称为快速二极管。快速二极管在工艺上多采用了掺金措施,有的采用PN结型结构,有的采用改进的PiN结构。采用外延型PiN结构的快恢复外延二极管(Fast Recovery Epitaxial Diodes,FRED),其反向恢复时间更短(可低于50 ns),正向压降也很低(0.9 V左右),但其反向耐压多在400 V以下。快速二极管从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级,前者反向恢复时间为数百纳秒或更长,后者则在100 ns以下,有的甚至达到20~30 ns。

(3) 肖特基二极管

以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒二极管(SBD),简称为肖特基二极管。肖特基二极管的优点很多,主要是:反向恢复时间很短(10~40 ns),正向恢复过程中不会有明显的电压过冲;在反向耐压较低的情况下其正向压降也很小,明显低于快恢复二极管;其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还要小,效率高。肖特基二极管的不足之处是:当反向耐压提高时,其正向压降也会高得不能满足要求,因此多用于200 V以下;反向漏电流较大且对温度敏感,因此反向稳态损耗不能忽略,而且必须更严格地限制其工作温度。

3 PWM开关电源的基本原理

在线性电源中,让功率晶体管工作在线性模式,与线性电源不同的是,PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断状态。在这两种状态中-安乘积总是很小的:在导通时,电压低,电流大;关断时,电压高,电流小。功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗。

与线性电源相比,PWM开关电源更为有效的工作过程是通过“斩波”——即把输入

的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节。一旦输入电压被斩成交流方波,其幅值就可以通过变压器来升高或降

低。通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压组数。最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。

控制器的主要目的是保持输出电压稳定,其工作过程与线性形式的控制器很类似。也就是说控制器的功能块、电压参考和误差放大器,可以设计成与线形调节器相同。

第4章具体设计

1 主电路设计

1.1输入电路

线性滤波电路、浪涌电流抑制电路、整流电路。

作用:把输入电网交流电源转化为符合要求的开关电源直流输入电源。

①线性滤波电路

抑制谐波和噪声。

②浪涌滤波电路

抑制来自电网的浪涌电流。

③整流电路:

把交流变为直流。

有电容输入型、扼流圈输入型两种,开关电源多数为前者。

如图4

该滤波器有两个输入端,两个输出端和一个接地端,制作使用时外壳使用金属屏蔽并接地,电路包括共模电感L、滤波电容器C1~C4。L对串模干扰不起作用,但当出现共模干扰时,由于两个线圈的磁通方向相同,经过偶合后总电感量迅速增大,因此共模信号呈现很大的感抗,使之不易通过。C3、C4跨接在输出端,经电容分压后接地,能有效的抑制共模干扰。

1.2 整流滤波电路

从电源噪省滤波器经过噪声滤波输出后的电压从整流滤波器(图5)输入,经过D1~D4进行桥式全波整流送往R1和C5组成的r型滤波电路进行滤波,得到+300V的非稳压的直流输出。采用桥式全波不可控整流,可省去笨重的输入变压器,使设计重量可大大减轻,输出也得到近似平滑的良好直流电压,转换效率相对较高。

3)输出变换电路——Boost升压电路

注意:不能开路—必须有一定负载(因为容易烧坏开关管—涉及控制问题)

通过变化电路使输出电压为稳定的直流电压。

考虑此成本问题,本次课程设计须将全控器件IGBT换成相应的全控器件MOSFET

2 控制电路设计

主要由UC3842新型集成开关电源芯片进行开关电源控制电路的设计,市电输入采用无工频变压器设计,开关管的触发调整信号采用高频40KHZ的PWM(脉宽调制信号),达到额定输出为36V,2A的高精度稳压输出,电源轻便,简洁明快。

2.1 UC3842的性能特点:

1)它属于电流型单端PWM调制器,具有管脚数量少、外围电路简单、安装调试简便、性能优良、价格低廉等优点。能通过高频变压器与电网隔离,适于构成无工频变压器的20~50W小功率开关电源。

2)最高开关频率为500kHZ,频率稳定度达0.2%。电源效率高,输出电流大,能直接驱动双极型功率晶体管或VMOS管、DMOS管、TMOS管。

3)内部有高稳定度的基准电压源,典型值为5.0V,允许有±0.1V的偏差。温度系数为0.2mV/℃。

4)稳压性能好。电压调整率可达0.01%/V,能同第二代线性集成稳压器(例如LM317)相媲美。启动电流小于1mA,正常工作电流为15mA。

5)除具有输入端过压保护与输出端过流保护之外,还设有欠压锁定电路,使工作稳定、可靠。

6)最高输入电压IM V =30V ,输出最大峰值电流PM I =1A ,平均电流为0.2A ,本身最大功耗DM P =1W ,最大输出功率OM P =50W 。

2.2 UC3842的引脚排列及内部框图

1脚为内部误差放大器输出端,外接阻容元件可改善误差放大器的增益和频率特性; 2脚为误差放大器的取样电压输入端,此脚电压与误差放大器同相端的2.5V 基准电压进行比较,产生误差电压,而控制脉冲宽度;

3脚为PWM 比较器的另一输入端,当检测电压超过lV 时停止脉冲输出使电源处于间歇工作状态;

4脚为定时电容CT 端,内部振荡器工作频率由外接的阻容时间常数决定,f=1.8/(RT ×CT);

5脚为接地端;

6脚为推挽输出端,内部为图腾柱式,上升、下降时间仅为50ns 驱动能力为±lA ; 7脚为启动/工作电压输入端脚是直流电源供电端,具有欠压、过压锁定功能,芯片功耗为15mW ;

8脚为内部5V 基准电压输出端,有50mA 的负载能力。

2.3 基于UC3842的控制电路

3 总体电路设计 3.1总体电路框图

3.2 整体电路设计说明

本设计利用UC3842组成的PWM脉冲控制驱动电路,输出+5V和+12V两个直流电源。电路分为三个模块,整流滤波电路,为UC3842提供启动电压;UC3842组成的PWM 脉冲控制电路,驱动MOSFET管为变压器线圈提供脉冲;一个输出斩波电路,使输出电压为稳定的36V。

如总电路图所示:输入220V(变动范围在85V——265V左右)交流电,经过C1、L、C2进行低通滤波后的交流电压经D1、D2、D3、D4桥式整流以及电解电容C1、C2滤波后变成3l0V的脉冲直流电压,此电压经通过电阻R18分压给UC3842提供启动电压,当电压达到16V时达到芯片的启动电压,UC3842开始工作并提供驱动脉冲,UC3842的启动电压大于16 V,启动电流仅1 mA即可进入工作状态。当电路启动运行后,UC3842的启动电压由R7分压,再经二极管整流后,得到的直流电压提供,此时第一模块的启动电路不再提供启动电压。

电压接入UC3842的7(vcc)管脚,UC3842启动工作,由6端(output)输出推动开关管工作,输出信号为高低电压脉冲。如果由于某种原因,输出端短路而产生过流,开关管的漏极电流将大幅度上升,R6两端的电压上升,其中R19和C8组成滤波电路防止脉冲尖峰使电路误操作,UC3842的脚3上的电压也上升。当该脚的电压超过正常值0.3V达到1V(即电流超过1.5A)时,UC3842的PWM比较器输出高电平,使PWM锁存器复位,关闭输出。这时,UC3842的脚6无输出,MOS管S1截止,从而保护了电路。当输出电压出现正误差,取样电压>2.5 V,TL431的稳压值降低,光耦控制端电流增大,UC3842的反馈端(VFB)电压值增大,输出端的脉冲信号占空比降低,开关管的导通时间减少,输出电压降低;反之,如果输出电压出现负误差,UC3842的输出脉冲占空比增大,输出电压增高,达到稳压目的。

3.3 总体电路设计图

7

第5章印质电路板的焊接及调试

在我们将总体电路图以及各类器件选择完毕,并进行参数计算后,便开始在印质电路班板上开始焊接。待到焊接完毕后,再进行电路的调试。调试的地方主要有:

1)经过隔离变压器后到整流电路前的波形及电压大小;

2)整流电路过后电容端的波形以及电压大小;

3)斩波电路前以及输出端的电压波形与大小。

这三处调试中的参考值为:

1)整流前波形为正弦波,大小在18V左右;

2)整流后在电容器前一处即二极管串联端为V(18V&0.9)左右,且是仅有上半周的正弦波;

3)整流后在电容器两端为21V(18V&1.2)左右,是接近一条直线的直流电的;

4)斩波输出电压为36V大小,为稳定的直流电。

调试中,需要注意的有:

1)各个引脚的焊接不能出现焊接问题,走线布局合理,无线路上的差错;

2)各个元器件的连接正确,如MOSFET的G、D、S这三级连接时应注意接法,不能接反;

3)测试电压波形与大小时,如测的是A处,则需将A处后的断开,以免造成失误;

4)电压的给定应适中,给定值如出现较大偏差,可能会造成元器件的损坏,以免人身安全受到影响。

总体来说,首先元器件以及参数确定,然后布局合理,焊接正确,最后的调试应该是不会出现较大的偏差。调试过程中还应注意自己的安全。

第6章课程设计总结

本设计借助以PWM集成电路UC3842为核心设计了一种高频率单端反激式开关电源,其硬件设计主要包括滤波电路、整流电路、控制电路、功率转换电路、输出斩波电路的设计。并且在硬件设计过程中涉及到相关参数的计算。在设计过程中,我及同组伙伴翻阅了大量有关开关电源以及UC3842控制芯片的资料,在借鉴了他们的成熟经验基础上,通过精心设计,以UC3842(是一种性能优良的电流控制型脉宽调制器)为控制电路主部分,在此基础上设计了一个输出电压为稳定的36V直流电。

分析可知,假如由于某种原因使输出电压升高时,UC3842就会改变驱动信号的脉冲宽度,亦即占空比D,使斩波后的平均值电压下降,从而达到稳压目的,反之亦然。UC3842可以直接驱动MOS管、IGBT等,适合于制作80W等的小功率开关电源。由于器件设计巧妙,由主电源电压直接启动,构成电路所需元件少,非常符合电路设计中“简洁至上”的原则。

我们在进行器件购买时发现,目前市场上出售的开关电源中采用双极性晶体管制成100kHz、用MOS-FET制成的500kHz电源,虽已实用化,但其频率有待进一步提高。而要提高开关频率,就要减少开关损耗,而要减少开关损耗,就需要有高速开关元器件。然而,开关速度提高后,会受电路中分布电感和电容或二极管中存储电荷的影响而产生浪涌或噪声。这样,不仅会影响周围电子设备,还会大大降低电源本身的可靠性。其中,为防止随开关启-闭所发生的电压浪涌,我们采用电容的串并联连接,以使开关上的电压或通过开关的电流呈正弦波,这样既可减少开关损耗,同时也可控制浪涌的发生。

本次设计基本上反映了开关电源的功能以及用途,在资料查找上,我们亦学到了不少知识,掌握了更多有关元器件的相关应用以及参数计算方法。而我们设计的开关电源,基本上达到老师规定的性能指标,有一定的精确度;但由于时间有限,还是有很多问题没有考虑周全,也有一些为理解的问题和难点,但在老师的帮助下,不少疑点已经得到解决。

在最后的焊接、调试上,我们也遇到不少问题,比如整流电路上有电压显示,但是波形却没有正确显示;

参考文献

[1] 黄俊《电力电子技术》北京:机械工业出版社,2010。

[2] 赵同贺《开关电源设计技术与应用实例》北京:人民邮电出版社,2009。

[3] 候振义《直流开关电源技术及应用》北京:电子工业出版社,2010。

[4] 沙占友《新型单片开关的设计与应用》北京:电子工业出版社,2009。

[5] 王水平《单片开关电源集成电路应用设计实例》北京:人民邮电出版社,2009。课程设计成绩评定表

基于THX208小功率开关电源设计

天津理工大学 课程设计报告 题目:基于THX208小功率开关电源设计 专业: 班级: 姓名: 学号: 指导教师: 2017年 1月

目录 一、设计要求 (2) 二、设计目的 (2) 三、设计的具体实现 (2) 1. 系统概述 (2) 2. 单元电路设计 (3) 四、结论与展望 (22) 五、心得体会及建议 (23) 六、参考文献 (24) 七、附录 (24) 1、作品照片 (25) 2、原理图 (26) 3、源程序清单 (27) 4、答辩PPT缩印稿 (30)

基于THX208小功率开关电源设计 --电路设计 一﹑设计要求 熟读详细使用手册,搭建电路实现5V/3W的开关电源,根据控制芯片原理,设计合理的辅助电路,通过计算和仿真分析,得到系统优化参数。掌握开关电源设计的核心技术,并对过程做了详细阐述。 1.根据需要选择开关电源的拓扑结构 2.基于THX208设计开关电源的控制核心部分 3.输出电压可调范围: +5V 4.输出5V 0.5A, CC/CV 二、设计目的 (1)利用所学开关电源的理论知识进行硬件整体设计,锻炼学生理论联系实际、提高我们的综合应用能力。 (2)我们这次的课程设计是以THX208为基础,设计并开发小功率开关电源。 (3)掌握各个接口芯片(如THX208等)的功能特性及接口方法,并能用其实现一个简单的应用系统。 三、设计的具体实现 1.系统概述 ①开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关开通和关断的就、时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源是一般又脉冲宽度调制(PWM)控制IC 和MOSFET构成。 开关电源主要是进行交流/直流、直流/直流、直流/交流功率转换的装置,通过对主变换回路以及控制回路的控制完成一系列的变换。主变换回路将输入的交流电转换后传递给了负载,所以它决定了开关电源电路的结构形式、转换要求以及负载能力等一系列的技术指标;而控制回路是按照输入,输出技术指标的要求来进行检测,控制主变换回路的工作状态。本设计开关电源控制集成电路主要包括电源电路、滤波整流电路、监测电路以及THX208控制芯片构成的控制电路。 方案一:单端正激式开关电源原理 单端正激式开关电源原理简述:电路原理框图如上所示。这种电路在形式上与单端反激式电路相似,但工作原理不太相同。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,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 方案二:单端反激式开关电源原理 反激式变换器开关电源工作原理比较简单,输出电压控制范围比较大,因此,在一般电器设备中应用广泛。所谓反激式变换器开关电源,是指当变换器的初级线圈被直流电压激励时,变换器的次级线圈没有向负载提供功率输出,而仅在变

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开关电源课程设计报告

现代电源技术课程实践报告 院系:物理与电气工程学院 班级:电气自动化一班 姓名: 李向伟 学号: 111101007 指导老师:苗风东

一、设计要求 (1)输入电压:AC220±10%V (2)输出电压: 12V (3)输出功率:12W (4)开关频率: 80kHz 二、反激稳压电源的工作原理

图2-1 反激稳压电源的电路图 三、 反激电路主电路设计 (1)(1)Np Vdc Ton Vo Tr Nsm -=+ (3-1) 1. 反激变压器主电路工作原理 反激式变换器以其电路结构简单,成本低廉而深受广大开发工程师的喜爱,它特别适合小功率电源以及各种电源适配器.但是反激式变换器的设计难点是变压器的设计,因为输入电压范围宽,特别是在低输入电压,满负载条件下变压器会工作在连续电流模式(CCM),而在高输入电压,轻负载条件下变压器又会工作在不连续电流模式(DCM);另外关于CCM 模式反激变压器设计的论述文章极少,在大多数开关电源技术书籍的论述中, 反激变压器的设计均按完全能量传递方式(DCM

模式)或临界模式来计算,但这样的设计并未真实反映反激变压器的实际工作情况,变压器的工作状态可能不是最佳.因此结合本人的实际调试经验和心得,讲述一下不完全能量传递方式(CCM) 反激变压器的设计. 1)工作过程: S 开通后,VD 处于断态,W1绕组的电流线性增长,电感储能增加; S 关断后,W1绕组的电流被切断,变压器中的磁场能量通过W2绕组和VD 向输出端释放。 反激电路的工作模式: 反激电路的理想化波形 S u S i S i V D t o t o ff t t t t U i O O O O 反激电路原理图

一个 200W 开关电源的功率级设计总结

一个 200W 开关电源的功率级设计总结 1. 导言 新的功率在200W-500W 的交流电源设计,越来越需要功率因素校正(PFC),以在减少电源线上的能源浪费,并增加最多来自电源插座的功率。这篇文章描述了一个用於液晶电视的200W 电源的设计与构造,所以提到了很多注意事项,以达到高效率,待机功率低於1W,外形小巧尤其是高度为25mm ,无风扇的简单冷却,低成本。这些特徵对於将要应用的场合是不可或缺的。 2. 电路描述和设计 设计指标如下∶ ·交流输入电压∶85-265VRMS ·功率因素∶> 0.95 ·总输出功率∶200W ·三个直流输出∶5V/0.3A 12V/5A 24V/6A 电源分为两个单元。第一电源集成一个功率因素校正电路,内置在 FAN4800 PFC/PWM(脉宽调制)二合一控制器周围,产生一个 24V/6A 和12V/5A 的输出。这个器件包含一个平均电流模式PFC 控制器和一个能够在电压和电流模式下工作的PWM控制器。在描述的这项应用中,PWM工作在电流模式,控制一个双管正激变换器。这种变换器能产生一个稳压的24V 输出。12V输出则由一个采用MC34063A PWM控制器的Buck 变换器产生。这个附加模块改善了12V输出校正,减少交叉调节问题,这对於多重输出正激变换器总是一个问题,当负载大范围变化时。附加变换器成本不是很高,如果与一个双管输出变换器的更复杂、更大的耦合电感相比。

第二电源是一个基於飞兆半导体功率开关(FPS)的Flyback 变换器,它给FAN4800提供电源和5V 输出。这个电源工作在待机模式下,它的无负载功耗低於500mW。因此,即使对於省电模式下小负载情况,也有可能满足1W待机功耗的限制。 为了简洁,设计计算和电路图将在每个模组中单独给出。最终完成的示意图和布局,可在附录中查到。 3. 功率因素校正 本节回顾了功率因素校正电路的电源选择。用来设立乘法器的工作点和差动放大器的增益和频率补偿的低功率部件的设计在[1]中给出。图1为电路示意图 图1∶PFC级示意图,元件编号和FAN4800应用说明[1]相对应 3.1 整流器 由於主电源用来提供一个200W的输出功率,即总输入功率。假设PFC的

高频开关电源的设计与实现资料

电力电子技术课程设计报告 题目高频开关稳压电源 专业电气工程及其自动化 班级 学号 学生姓名 指导教师 2016年春季学期 起止时间:2016年6月25日至2016年6月27日

设计任务书11 高频开关稳压电源设计√ 一、设计任务 根据电源参数要求设计一个高频直流开关稳压电源。 二、设计条件与指标 1.电源:电压额定值220±10%,频率:50Hz; 2. 输出:稳压电源功率Po=1000W,电压Uo=50V; 开关频率:100KHz 3.电源输出保持时间td=10ms(电压从280V下降到250V); 三、设计要求 1.分析题目要求,提出2~3种电路结构,比较并确定主电路 结构和控制方案; 2.设计主电路原理图、触发电路的原理框图,并设置必要的 保护电路; 3.参数计算,选择主电路及保护电路元件参数; 4.利用PSPICE、PSIM或MATLAB等进行电路仿真优化; 5.撰写课程设计报告。 四、参考文献 1.王兆安,《电力电子技术》,机械工业出版社; 2.林渭勋等,《电力电子设备设计和应用手册》; 3.张占松、蔡宣三,《开关电源的原理与设计》,电子工业 出版社。

目录 一、总体设计 (1) 1.主电路的选型(方案设计) (1) 2.控制电路设计 (4) 3.总体实现框架 (4) 二、主要参数及电路设计 (5) 1.主电路参数设计 (5) 2.控制电路参数设计 (7) 3.保护电路的设计以及参数整定 (8) 4.过压和欠压保护 (8) 三、仿真验证(设计测试方案、存在的问题及解决方法) (9) 1、主电路测试 (9) 2、驱动电路测试 (10) 3、保护电路测试 (10) 四、小结 (11) 参考文献 (11)

开关电源课程设计

电气与电子信息工程学院 《电力电子装置设计与制作课程设计报告》 课设名称:开关直流升压电源(BOOST)设计 专业名称:电气工程及其自动化 班级: 学号: 姓名: 指导教师: 课设时间: 课设地点: 电气与电子信息工程学院

《电力电子装置设计与制作》课程设计任务 书 学生姓名:专业班级: 指导教师:工作部门: 一、课程设计题目: 开关直流升压电源(BOOST)设计 二、课程设计内容 根据题目选择合适的输入输出电压进行电路设计,在Protel或OrCAD软件上进行原理图绘制;满足设计要求后,再进行硬件制作和调试。如实验结果不满足要求,则修改设计,直到满足要求为止。 题目:开关直流升压电源(BOOST)设计 主要技术指标: 1)输入交流电压220V(可省略此环节)。 2)输入直流电压在11-12V之间。 3)输出直流电压17V,输出电压纹波小于2%。 4)输出电流1A。 5)采用脉宽调制PWM电路控制。 目录

摘要 (5) 第一章方案选择和方案论证 (7) 1.系统方案设计 (7) 2.方案论证 (7) 第二章主电路计算和器件选择 (8) 1.设计要求 (8) 2.选择开关管的频率 (8) 3.占空比计算 (8) 4.电感的计算(按D=35.29%) (8) 5.电容的计算 (8) 6.电感峰值电流的计算(按D=35.29%) (8) 7.开关管的选择 (8) 8.开关损耗的计算(按D=35.29%) (9) 9.二极管的选择 (9) 10.电阻的计算 (9) 第三章系统功能及原理 (10) 1.系统功能 (10) 2. boost电路工作原理 (10) 第四章各模块的功能和原理 (13) 1. TL494工作原理 (13) 2. 开关频率的计算 (13) 第五章 MATLAB仿真 (15) 1.仿真原理图 (15) 2.仿真结果 (15) 3.仿真结果分析 (16) 第六章实验结果以及分析 (17) 1.实验结果 (17) 2.结果分析 (17) 第七章硬件电路 (18) 1.焊接电路主电路图 (18) 2.焊接电路控制电路图 (18)

开关电源试题(有答案)

开关整流器的基本原理 一、填空 1、功率变换器的作用是()。 将高压直流电压转换为频率大于20KHZ的高频脉冲电压 2、整流滤波器电路的作用是()。 将高频的脉冲电压转换为稳定的直流输出电压 3、开关电源控制器的作用是将输出()取样,来控制功率开关器件的驱动脉冲的(),从而调整()以使输出电压可调且稳定。 直流电压、宽度、开通时间。 4、开关整流器的特点有()、()、()、()、()、()及()。 重量轻、体积小、功率因数同、可闻噪声低、效率高、冲击电流小、模块式结构。 5、采用高频技术,去掉了(),与相控整流器相比较,在输出同等功率的情况下,开关整流器的体积只是相控整流器的(),重量已接近()。 工频变压器、1/10、1/10。 6、相控整流器的功率随可控硅()的变化而变化,一般在全导通时,可接近()以上,而小负载时,仅为左右,经过校正的开关电源功率因数一般在(),以上,并且基本不受()变化的影响。 导通角、、。 7、在相控整流设备件,工频变压器及滤波电感工作时产生的可闻噪声较大,一般大于(),而开关电源在无风扇的情况下,可闻噪声仅为()左右。 60db、45db。

8、开关电源采用的功率器件一般(比较)较小,带功率因数补偿的开关电源其整流器效率可达()以上,较好的可做到()以上。 88%、91%。 9、目前开关整流器的分类主要有两种,一类是采用()设计的整流器,一般称之为(),二是采用()设计的整流器,主要指()开关整流器。 硬开关技术、SMR、软开关技术、谐振型 10、谐振型技术主要是使各开关器件实现()或()导通或截止,从而减少开关损耗,提高开关频率。 零电压、零电流。 11、按有源开关的过零开关方式分类,将谐振型开关技术分为()—ZCS、()—ZVS两大类。 12、单端正激变换电路广泛应用于()变换电路中,被认为是目前可靠性较高,制造不复杂的主要电路之一。 13、单端反激变换电路一般用在()输出的场合。 14、全桥式功率变换电路主要应用于()变换电路中。 15、半桥式功率变换电路得到了较广泛的应用,特别是在()和()的场合,其应用越来越普遍。 16、开关电源模块的寿命是由模块内部工作()所决定,温升高低主要是由模块的()高低所决定,现在市场上大量使用的开关电源技术,主要采用的是()技术。 17、功率密度就是功率的(),比值越大说明单位体积的功率越大。 18、计算功率有两种方法,一种是(),另一种是模块允许的,在交流和直流变化的全电压范围内所能提供的()。

小功率直流开关电源的设计

小功率直流开关电源的设计 1.电路结构选择 图1.组成框图 输入电路 输入电路包括线性滤波电路、浪涌电流控制电路和整流电路。起作用是把输入电网的交流电转化为符合要求的开关电源直流输入电源。 变换电路 变换电路含开关电路、输出隔离电路等,是电源变换的主通道,完成对带有功率的电源波形进行斩波调制和输出。这一级的开关功率管是其核心器件。 控制电路 控制电路的作用是向驱动电路提供调制后的矩形脉冲,达到调节输出电压的目的。 开关稳压电源与传统的线性稳压电源相比具有体积小、重量轻、效率高等优点,已成为稳压电源的主流产品。为使电源结构简单、紧凑,工作可靠、减少成本,小功率开关稳压电源常采用单端反激型或单端正激型电路。与单端反激型相比,单端正激型开关电流小、输出纹波小、更容易适应高频化。用电流型PWM 控制芯片UC3843构成的单端正激型开关稳压电源的主电路如图2所示。

图2主电路的结构 实用的单端正激型开关稳压电源必须加磁通复位电路,以泄放励磁电路的能量。如图2所示,开关管Q导通时D1导通,副边线圈N2向负载供电,D4截止,自馈电线圈Nf电流为零;Q关断时D1截止,D4导通,Nf经电容C1滤波后向UC3843供电,同时原边线圈N1上产生的感应电动势使D3导通,并加在RC上。由于变压器中的磁场能量可通过Nf泄放,而不像一般的RCD磁通复位电路消耗在电阻上,这可减少发热,提高效率。 2.电源技术规格 输入电压:AC110/220V; 输入电压变动范围:90V~240V; 输入频率:50/60Hz; 输出电压:12V; 输出电流:2.5A; 工作频率的选择:UC3843的典型工作频率为20kHz~500kHz。开关频率的选择决定了变换器的许多特性。开关频率越高,变压器、电感器体积越小,电路的动态响应也越好。但随着频率的提高,诸如开关损耗,门极驱动损耗,输出整流管的损耗会越来越突出,而且频率越高,对磁性材料的选择和参数设计要求会越苛刻,另外,高频下线路的寄生参数对线路的影响程度难以预料,整个电路的稳定性,运行特性以及系统的调试会比较困难。本电路中,选Rt=1.8kΩ,Ct=10nF。由 UC3843A定时电阻,电容与振荡器频率的关系曲线图,可得开关频率为f=85kHz,周期T=11.8μs; 占空比:设计无工频变压器的单端正激型开关电源时,一般占空比D最大不超过0.5,这里选择Dmax=0.5。则Tonmax=T·Dmax=5.9μs。 3.电源设计 3.1变压器和输出电感的设计

高频开关电源的设计55400

目录 1绪论 (1) 1.1高频开关电源概述 (1) 1.2意义及其发展趋势 (2) 2高频开关电源的工作原理 (3) 2.1 高频开关电源的基本原理 (3) 2.2 高频开关变换器 (5) 2.2.1 单端反激型开关电源变换器 (5) 2.2.2 多端式变换器 (6) 2.3 控制电路 (8) 3高频开关电源主电路的设计 (9) 3.1 PWM开关变换器的设计 (9) 3.2 变换器工作原理 (10) 3.3 变换器中的开关元件及其驱动电路 (11) 3.3.1 开关器件 (11) 3.3.2 MOSFET的驱动 (11) 3.4高频变压器的设计 (13) 3.4.1 概述 (13) 3.4.2 变压器的设计步骤 (13) 3.4.3 变压器电磁干扰的抑制 (15) 3.5 整流滤波电路 (15) 3.5.1 整流电路 (15) 3.5.2 滤波电路 (16) 4 总结 (19) 参考文献 (20)

1 绪论 1.1高频开关电源概述 八十年代,国高频开关电源只在个人计算机、电视机等若干设备上得到应用。由于开关电源在重量、体积、用铜用铁及能耗等方面都比线性电源和相控电源有显著减少,而且对整机多相指标有良好影响,因此它的应用得到了推广。近年来许多领域,例如电力系统、邮电通信、军事装备、交通设施、仪器仪表、工业设备、家用电器等都越来越多应用开关电源,取得了显著效益。究其原因,是新的电子元器件、新电磁材料、新变换技术、新控制理论及新的软件(简称五新)不断地出现并应用到开关电源的缘故。五新使开关电源更上一层搂,达到了频率高、效率高、功率密度高、功率因数高、可靠性高(简称五高)。有了五高,开关电源就有更强的竞争实力,应用也更为扩大,反过来又遇到更多问题和更实际的要求。这些问题和要求可归纳为以下五个方面: (l)能否全面贯彻电磁兼容各项标准? (2)能否大规模稳定生产或快捷单件特殊生产? (3)能否组建大容量电源? (4)电气额定值能否更高(如功率因数)或更低(如输出电压)? (5)能否使外形更加小型化、外形适应使用场所要求? 这五个问题是开关电源能否在更广泛领域应用的关键,是五个挑战。(简称五挑战)把挑战看成开关电源发展的动力和机遇,一向是电源科技工作者的态度。以功率因数为例,AC-DC开关电源或其他电子仪器输入端产生功率因数下降问题,用什么办法来解决?毫无疑问,利用开关电源本身的工作原理来解决开关电源应用中产生的问题是最积极的态度。实践中,用DC-DC开关电源和有源功率因数校正的开关电源,(成本比单机增加20%):成功解决了这个问题。现在,又进一步发展成单级有功率因数校正的开关电源,(成本只增加5%);在三相升压式单开关整流器中减少谐波方法,有人采用注入六次谐波调脉宽控制,抑制住输入电流的五次谐波,解决了电流谐波畸变率小于100k的要求。

模电课程设计—开关电源

《模拟电子线路》 课程设计报告 题目:基于TL3842的升压电路设计班级:12电信本2 学号:1111111111 姓名:XXX 同组成员:姚X阳、严X涛 指导教师:X琼、X文X 2014年6月25日

目录 1 课程设计目的 (1) 2 题目描述和要求 (1) 3 电路设计 (1) 3.1 系统设计思路 (1) 3.2 Boost电路结构分析 (3) 3.3 推导与计算 (5) 4 LTspice仿真 (6) 5 电路焊接与调试 (8) 5.1 元件清单 (8) 5.2 电路焊接 (9) 5.3 电路测试 (9) 6 总结 (12) 7 指导教师意见 (13) 参考文献 (13)

基于TL3842的升压电路 1 课程设计目的 模拟电子线路课程设计是对自身的模拟电子线路知识的一个检验,基础知识扎实与否很大程度决定了设计出来的产品效果,若出现问题可运用所学过的知识进行判断修改,具体目的如下。 (1)加强对模拟电路知识的运用。 (2)学习Proteus、LTspice等仿真软件的使用。 (3)会运用LTspice工具对所做出的理论设计进行模拟仿真测试,进一步完善理论设计。 (4)通过查阅元件手册和文献资料,熟悉常用电子器件的类型和特性,并掌握合理选用元器件的原则,找到最合适电路的元器件。 (5)熟悉电子仪器的正确使用方法,能够分析实验中出现的正常或不正常现象(或数据)独立解决调试中所发生的意外问题。 (6)学会撰写课程设计报告。 2 题目描述和要求 开关电源是一种效率高、功耗小、稳定性可靠性高的电源,相比线性稳压电源有点明显,因此与时俱进,我们小组决定做开关电源,具体描述如下。(1)课程设计题目:利用TL3842制作一个BOOST DC-DC变换器,即升压式开关电源。 (2)课程设计要求:输入直流电压Vmin=18V,Vmax=30V。输入稳定的36V直流电压,并且纹波电压V<10mV。 3 电路设计 3.1 系统设计思路 在实际应用中经常会涉及到升压电路的设计,对于较大的功率输出,如70W 以上的DC/DC升压电路,由于专用升压芯片内部开关管的限制,难于做到大功率升压变换,而且芯片的价格昂贵,在实际应用时受到很大限制。考虑到Boost升压结构外接开关管选择余地很大,选择合适的控制芯片,便可设计出大功率输出的

新版开关电源课程设计样本

青 岛 科 技 大 学 本 科 课 程 设 计 题 目 _______________________________ 指导教师__________________________ 辅导教师__________________________ 学生姓名__________________________ 学生学号__________________________ ______________________________学院 ____________________________专业________________班 ______年 ___月 ___日 开关电源电路设计 张伟 张伟 瞿润平 自动化与电子智能电网信息工程 142 7 10

目录 任务书 (2) 一、开关电源主电路的设计及参数计算 (4) 1.主电路的选型 (4) 2.变压器设计计算 (8) 3.开关器件的选择 (10) 4.整流二极管的选择 (11) 二、开关电源控制电路的设计 (12) 1.控制电路的组成 (12) 2.控制模式的选择 (13) 3. PWM集成控制器的选择 (13) 4. 控制电路的整体设计 (15) 三、附录············································ 四、参考文献········································

开关电源技术课程设计 摘要 当前开关电源的使用对象涵盖了包括空间技术、计算机、通信、仪器仪表、汽车电子、照明电器及家用电器等领域, 几乎能够说是只要有电子产品的地方就有开关电源的用武之地。本文以主电路元器件、变压器的计算和选型, 以及控制电路设计。 等介绍开关电源电路。 关键字: 主电路的选型、变压器设计计算、开关器件及整流二极管、滤波电容的计算 一、课程设计的目的 经过开关电源技术的课程设计达到以下几个目的: 1、培养学生文献检索的能力, 特别是如何利用Internet检索 需要的文献资料。 2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。 3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。 4、培养学生运用仿真工具的能力和方法。 二、课程设计的要求 1. 题目

基于TOPSwitch-GX系列TOP247Y芯片的低功率开关电源设计

基于TOPSwitch-GX系列TOP247Y芯片的低功率开关电源设计发布: 2011-9-7 | 作者: —— | 来源:jiasonghu| 查看: 454次| 用户关注:本文介绍了一种基于TOP247Y的多路开关稳压电源,其结构简单、成本低廉、制作调试方便,基本上能达到所要求的条件。TOPSwitch-GX系列芯片工作原理图1给出了TOP247Y芯片内部结构图,共有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和漏极D。利用线路检测端(L)可实现4种功能:过压(OV)保护;欠压(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 本文介绍了一种基于TOP247Y的多路开关稳压电源,其结构简单、成本低廉、制作调试方便,基本上能达到所要求的条件。 TOPSwitch-GX系列芯片工作原理 图1给出了TOP247Y芯片内部结构图,共有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和漏极D。利用线路检测端(L)可实现4种功能:过压(OV)保护;欠压(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,可从外部设定芯片的极限电流。在每个开关周期内都要检测功率MOSFET漏源极导通电阻Ros(on)上的漏极峰值电流ID(PK),当ID(PK)>ILIMIT时,过电流比较器就输出高电平,依次经过触发器、主控门和驱动级,将MOSFET关断,起到过电流保护作用。 电源启动时,连接在漏极和源极之间的内部高压电流源向控制极充电,在RE两端产生压降,经RC滤波后,输入到PWM比较器的同相端,与振荡器产生的锯齿波电压相比较,产生脉宽调制信号并驱动MOSFET管,因而可通过控制极外接的电容充电过程来实现电路的软启动。当控制极电压Uc达到5.8V时,内部高压电流源关闭,此时由反馈控制电流向Uc供电。在正常工作阶段,由外界电路构成电压负反馈控制环,调节输出级MOSFET的

开关电源课程设计

目录 前言 (1) 第一章开关电源技术课程设计任务书 (2) 第二章主电路原理设计 (7) 第三章开关变压器设计 (9) 第四章主要元器件的选型 (16) 第五章电路仿真及结果 (23) 总结 参考文献 附表一 附表二

前言 电源装置是电力电子技术应用的一个重要领域,其中高频开关式直流稳压电源由于具有效率高、体积小和重量轻等突出优点,获得了广泛的应用。开关电源的控制电路可以分为电压控制型和电流控制型,前者是一个单闭环电压控制系统,系统响应慢,很难达到较高的线形调整率精度,后者,较电压控制型有不可比拟的优点。 UC3842是由Unitrode公司开发的新型控制器件,是国内应用比较广泛的一种电流控制型脉宽调制器。所谓电流型脉宽调制器是按反馈电流来调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈电流的信号与误差放大器输出信号进行比较,从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环、电流环双环系统,因此,无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高,是比较理想的新型的控制器闭。

第一章开关电源技术课程设计任务书 一、课程设计的目的 通过开关电源技术的课程设计达到以下几个目的: 1、培养学生文献检索的能力,特别是如何利用Internet检索需要的文 献资料。 2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。 3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。 4、培养学生运用仿真工具的能力和方法。 5、提高学生课程设计报告撰写水平。 二、课程设计的要求 一、题目 题目:反激型开关电源电路设计 注意事项: ①学生也可以选择规定题目方向外的其它开关电源电路设计。 ②通过图书馆和Internet广泛检索和阅读自己要设计的题目方向的文献资料,确定适应自己的课程设计方案。首先要明确自己课程设计的设计内容。 设计装置(或电路)的主要技术数据

小功率开关电源的设计_综述

网络教育学院《电源技术》课程设计 题目:小功率开关电源的设计 学习中心:东港奥鹏 层次:高中起点专科 专业:电气工程及其自动化 年级:09 年春季 学号: 学生: 辅导教师:刘鹏 完成日期:2011年2月25日

1.电路结构选择 图1.组成框图 输入电路 输入电路包括线性滤波电路、浪涌电流控制电路和整流电路。起作用是把输入电网的交流电转化为符合要求的开关电源直流输入电源。 变换电路 变换电路含开关电路、输出隔离电路等,是电源变换的主通道,完成对带有功率的电源波形进行斩波调制和输出。这一级的开关功率管是其核心器件。 控制电路 控制电路的作用是向驱动电路提供调制后的矩形脉冲,达到调节输出电压的目的。 开关稳压电源与传统的线性稳压电源相比具有体积小、重量轻、效率高等优点,已成为稳压电源的主流产品。为使电源结构简单、紧凑,工作可靠、减少成本,小功率开关稳压电源常采用单端反激型或单端正激型电路。与单端反激型相比,单端正激型开关电流小、输出纹波小、更容易适应高频化。用电流型PWM 控制芯片UC3843构成的单端正激型开关稳压电源的主电路如图2所示。 图2主电路的结构

实用的单端正激型开关稳压电源必须加磁通复位电路,以泄放励磁电路的能量。如图2所示,开关管Q导通时D1导通,副边线圈N2向负载供电,D4截止,自馈电线圈Nf电流为零;Q关断时D1截止,D4导通,Nf经电容C1滤波后向UC3843供电,同时原边线圈N1上产生的感应电动势使D3导通,并加在RC上。由于变压器中的磁场能量可通过Nf泄放,而不像一般的RCD磁通复位电路消耗在电阻上,这可减少发热,提高效率。 2.电源技术规格 输入电压:AC110/220V; 输入电压变动范围:90V~240V; 输入频率:50/60Hz; 输出电压:12V; 输出电流:2.5A; 工作频率的选择:UC3843的典型工作频率为20kHz~500kHz。开关频率的选择决定了变换器的许多特性。开关频率越高,变压器、电感器体积越小,电路的动态响应也越好。但随着频率的提高,诸如开关损耗,门极驱动损耗,输出整流管的损耗会越来越突出,而且频率越高,对磁性材料的选择和参数设计要求会越苛刻,另外,高频下线路的寄生参数对线路的影响程度难以预料,整个电路的稳定性,运行特性以及系统的调试会比较困难。本电路中,选Rt=1.8kΩ,Ct=10nF。由 UC3843A定时电阻,电容与振荡器频率的关系曲线图,可得开关频率为f=85kHz,周期T=11.8μs; 占空比:设计无工频变压器的单端正激型开关电源时,一般占空比D最大不超过0.5,这里选择Dmax=0.5。则Tonmax=T·Dmax=5.9μs。 3.电源设计 3.1变压器和输出电感的设计 根据电源规格、输出功率、开关频率,选择PQ26/25磁芯,磁芯截面积 Se=1.13cm2,磁路有效长度le=6.4cm,磁芯材料为MXO2000,饱和磁通密度 Bs=0.4T。取变压器最大工作磁感应强度Bmax=Bs/3=0.133T,则电感系数AL值为: AL=(0.4πμrSe/le)10-6=4.44(μH/N2) 变压器原边线圈匝数为: N1=UImin×Tonmax/Bmax×Se式中UImin为最小直流输入电压。考虑到交流输

(完整版)高频开关电源设计毕业设计

目录 引言......................................................... 1本文概述 ................................................. 1.1选题背景............................................................................................................................ 1.2本课题主要特点和设计目标 ........................................................................................... 1.3课题设计思路.................................................................................................................... 2SABER软件................................................ 2.1SABER简介 ..................................................................................................................... 2.2SABER仿真流程 ............................................................................................................. 2.3本章小结............................................................................................................................ 3三相桥式全控整流器的设计.................................. 3.1工作原理............................................................................................................................ 3.1.1 三相桥式全控整流电路的特点 ..................................................................................... 3.2保护电路............................................................................................................................ 3.2.1 过电压产生的原因.......................................................................................................... 3.2.2 过压保护 (1) 3.2.3 过电流产生的原因 (1) 3.2.4 过流保护 (1) 3.3SABER仿真 (1) 3.3.1 设计规范 (1) 3.3.2 建立模型 (1)

课程设计_可调直流稳压电源

电子科学与技术专业课程设计 目录 一、设计目的作用 (1) 二、设计要求 (1) 2.1 直流稳压电源的种类及选用 (1) 2.2 稳压电源的技术指标及对稳压电源的要求 (2) 2.3 串联型直流稳压电源的设计要求 (2) 三、设计的具体实现 (2) 3.1 系统概述 (2) 3.2 单元电路设计与分析 (4) 3.2.1 降压电路 (5) 3.2.2 整流电路 (5) 3.2.3 滤波电路 (7) 3.2.4 稳压电路 (9) 3.3 元件电路参数计算 (10) 3.4 改进方案 (11) 3.5 电路主要测试数据 (12) 四、总结 (12) 五、附录 (12)

六、参考文献 (14)

设计要求 2.1 直流稳压电源的种类及选用 直流稳定电源按习惯可分为化学电源、线性稳定电源和开关型稳定电源,它们又分别具有各种不同类型: (1)化学电源:平常所用的干电池、铅酸蓄电池、镍镉、镍氢、锂离子电池均属于这一类,各有其优缺点。随着科学技术的发展,又产生了智能化电池;在充电电池材料方面,美国研制员发现锰的一种碘化物,用它可以制造出便宜、小巧、放电时间,多次充电后仍保持性能良好的环保型充电电池。 (2)线性稳压电源:线性稳定电源有一个共同的特点就是它的功率器件调整管工作在线性区,靠调整管之间的电压降来稳定输出。由于调整管静态损耗大,需要安装一个很大的散热器给它散热,而且由于变压器工作在工频(50Hz)上,所以重量较大。该类电源优点是稳定性高,纹波小,可靠性高,易做成多路,输出连续可调的成品;缺点是体积大、较笨重、效率相对较低。 (3)开关型直流稳压电源:电路型式主要有单端反激式,单端正激式、半桥式、推挽式和全桥式。它和线性电源的根本区别在于它变压器不工作在工频而是工作在几十千赫兹到几兆赫兹,功能管不是工作在饱和及截止区即开关状态,开关电源因此而得名。开关电源的优点是体积小,重量轻,稳定可靠;缺点相 对于线性电源来说纹波较大(一般≤1% V ) (P P o-,好的可做到十几mV P P- 或更小)。 它的功率可自几瓦-几千瓦均有产品。 2.2 稳压电源的技术指标及对稳压电源的要求 (1)稳定性好 当输入电压Usr(整流、滤波的输出电压)在规定范围内变动时,输出电压Usc的变化应该很小一般要求。由输入电压变化而引起输出电压变化的程度,称为稳定度指标,常用稳压系数S来表示:S的大小,反映一个稳压电源克服输入电压变化的能力。在同样的输入电压变化条件下,S越小,输出电压的变化越小, 电源的稳定度越高。通常S约为10-2~10-4。 (2)输出电阻小 负载变化时(从空载到满载),输出电压Usc,应基本保持不变。稳压电源这方面的性能可用输出电阻表征。输出电阻(又叫等效内阻)用rn表示,它等于输出电压变化量和负载电流变化量之比。rn反映负载变动时,输出电压维持恒定的能力,rn越小,则Ifz 变化时输出电压的变化也越小。性能优良的稳压

反激型开关电源电路课程设计报告

第一章设计的基本要求 题目:反激型开关电源电路设计 (1)注意事项: ①学生也可以选择规定题目方向外的其它开关电源电路设计。 ②通过图书馆和Internet广泛检索和阅读自己要设计的题目方向的文献资料,确定适应自己的课程设计方案。首先要明确自己课程设计的设计内容。 (2)主要技术数据 1、交流输入电压AC220V,波动±50%; 2、直流输出电压5V和12V; 3、输出电流1.5A和200mA; 4、输出纹波电压≤0.2V; 5、输入电压在±50%范围之间变化时,输出电压误差≤0.03V (3)设计内容: 1、开关电源主电路的设计和参数选择 2、IGBT电流、电压额定的选择 3、开关电源驱动电路的设计 4、开关变压器设计 5、画出完整的主电路原理图和控制电路原理图 6、电路仿真分析和仿真结果

第二章主电路的原理 2.1 总体方案的确定 输入—EMI滤波—整流(也就一般的AC/DC类似全桥整流模块)—DC/DC模块(全桥式DC—AC—高频变压器—高频滤波器—DC)—输出。系统可以划分为变压器部分、整流滤波部分和DC-DC 变换部分,以及负载部分,其中整流滤波和DC—DC变换器构成开关稳压电源。整流电路是直流稳压电路电源的组成部分。整流电路输出波形中含有较多的纹波成分,所以通常在整流电路后接滤波电路以滤去整流输出电压的纹波。直流/直流转换电路,是整个开关稳压电源的核心部分。开关稳压电源的基本原理框图如图2.1所示。 图2.1 开关稳压电源基本原理框图

2.2 反激型电路原理 反激型电路存在电流连续和电流断续两种工作模式,值得注意的是,反激型电路工作于电流连续模式时,其变压器磁芯的利用率会显著下降,因此实际使用中,通常避免该电路工作于电流连续模式。其电路原理图如图2.2所示。 图2.2 反激型电路原理图 工作过程:当S 导通时,电源电流流过变压器原边,1i 增加,其变化为11//W U dt di s =, 而副边由于二极管VD 的作用,2i 为0,变压器磁心磁感应强度增加,变压器储能;当S 关断时,原边电流迅速降为0,副边电流2i 在反激作 用下迅速增大到最大值,然后开始线性减小,其变化为22//W U dt di o =, 此时原边由于开关管的关断,电流为0,变压器磁心磁感应强度减小,变压器放能。

小功率开关电源课程设计报告

《电力电子技术》 课程设计报告 小功率开关电源的设计目:题华中科技大学

录目 第1章课程设计目的 (4) 第2章课程设计题目描述与要求 (4) 1 题目描述 (4) 2 设计要求 (5) 第3章开关电源的基本工作原理与电路结构 (5) 1 开关电源的概述 (5) 1.1开关电源的工作原理以及组成 (5) 1.2开关电源的特点 (7) 2 开关器件 (8) 2.1 开关器件的特征 (8) 2.2 MOSFET (8) 2.3 电力二极管 (9) 3 PWM开关电源的基本原

理 (9) 第4章具体设计 (10) 1 主电路设计 (10) 1.1输入电路 (10) 1.2 整流滤波电路 (11) 2 控制电路设计 (12) 2.1 UC3842的特点……………………………………………………………… 12 2.2 UC3842的引脚排列及内部框图 (13) 2.3 基于UC3842的控制电路 (14) 3 总体电路设计 (14) 3.1 总体电路框图 (14) 15 …………………………………………………………整体电路设计说明 3.2 3.3 总体电路设计图……………………………………………………………… 16 第5章印质电路板的焊接及调试 (17) 第6章课程设计总 结 (18) 参考文献 (19)

章课程设计目的第1 电源和驱动是电力电子技术的两大主要应用领域。课程设计的主要任务是设计和实现一个直流电动机的脉宽调速(直流PWM)驱动电源及控制用小功率开关电源。其目的是通过对实际电力电子装置的设计、制作和调试,深化和拓展课程所学知识,提高工程实践能力。 本次课程设计的安排旨在提升学生的动手能力,加强大家对专业理论知识的理解和实际运用,通过团队成员之间的密切配合,加强团员的合作协调能力。通过本次课程的历练,加强大家的自学能力,为大家做毕业设计做很好的铺垫。 第2章课程设计题目描述与要求 1题目描述 开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源。 2 设计要求 根据电压等级要求,设计主电路及控制电路,实现电路及设备的保护,选定所需的电气元件,并对系统进行制作、焊接并调试。最后提交设计说明书和一份完整的开关电源原理图。 针对这个需求,本设计要求利用PWM控制芯片UC3842,设计一个小功率开关电源,具体指标如下: 输入交流电压变动范围:AC 65~265V; 输入频率:50/60Hz;

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