智能型开关电源

1、辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 模拟电子技术基础模拟电子技术基础课程设计（论文）课程设计（论文）题目：题目：智能型开关电源智能型开关电源院（系）：院（系）： 专业班级：专业班级： 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： （签字）起止时间：起止时间： 2014.6.30-2014.7.112014.6.30-2014.7.11 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文）课程设计（论文）报告的内容及其文本格式课程设计（论文）报告的内容及其文本格式1、课程设计（论文）报告要求用 A4 纸排版，单面

2、打印，并装订成册，内容包括：封面（包括题目、院系、专业班级、学生学号、学生姓名、指导教师姓名、起止时间等）设计(论文)任务及评语中文摘要 （黑体小二，居中，不少于 200 字）目录正文（设计计算说明书、研究报告、研究论文等）参考文献2、课程设计（论文）正文参考字数：2000 字周数。3、封面格式4、设计（论文）任务及评语格式5、目录格式标题“目录”（小二号、黑体、居中）章标题（小四号字、黑体、居左）节标题（小四号字、宋体）页码（小四号字、宋体、居右）6、正文格式页边距：上 2.5cm，下 2.5cm，左 3cm，右 2.5cm，页眉 1.5cm，页脚 1.75cm，左侧装订；字体：一级标题，小

3、二号字、黑体、居中；二级，黑体小三、居左；三级标题，黑体四号；正文文字，小四号字、宋体；行距：20 磅行距；页码：底部居中，五号、黑体；7、参考文献格式标题：“参考文献”，小二，黑体，居中。示例：（五号宋体）期刊类：序号作者 1,作者 2,作者 n.文章名.期刊名（版本）.出版年,卷次（期次）:页次.图书类：序号作者 1,作者 2,作者 n.书名.版本.出版地:出版社，出版年:页次.本科生课程设计（论文）课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语院（系）：电子与信息工程学院 教研室： 电子信息工程学 号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目智能型开关电源智能型开关电源课程设计（论文）任

4、务设计参数：设计参数：（1）设计并制作一台智能型开关电源。（2）输出直流电压，最大输出电流。 VVVo200AILM3（3）具有断电保护功能。（4）具有故障显示功能。设计要求：设计要求：1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。4 .组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采

5、用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。进度计划第 1 天：集中学习；第 2 天：收集资料；第 3 天：方案论证；第 4 天：选择器件进行单元电路设计；第 5 天：单元电路设计及仿真；第 6 天：整体电路设计并仿真；第 7 天：电路焊接制板；第 8 天：焊接调试；第 9 天：完善设计；第10 天：答辩。指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日本科生课程设计（论文）注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算本科生课程设计（论文）摘 要开关稳压电源将来自市电整流滤波不稳定的直流电压变换成交变的电压，然后又将交变电压转换成稳定的直

6、流电压输出，因此，开关电源又称为 DC/DC 变换器。开关电源种类繁多，本设计采用串联型开关稳压电路。由于线性电源的调整管工作在放大状态，它的集电极损耗相当大，效率一般较低，有时还需要配置庞大的散热装置。为了克服该缺点，本课题设计了开关换电源，先整流滤波，控制电路控制开关管的开与关，将产生的高频矩形波整流滤波，从而产生所需直流。调整管工作在开关状态由于管子的饱和导通时压降和截止时管子的电流都很小，管耗主要发生在开与关状态中，因此，效率可提高到 85%以上。由于庞大的散热装置，所以体积和重量都大大降低。它的主要缺点是输出电压中含有较大纹波，对电子设备的干扰较大，而且电路较复杂，对元器件的要求较高

7、。但由于工艺已经成熟，而且优点突出，已经成为宇航、计算机、通信、家用电器和功率较大电子设备中电源的主流，应用日趋广泛。关键词：开关管；电源；开关；DC/DC 变换本科生课程设计（论文）目 录第 1 章 绪论 .11.1 智能型开关电源概况.11.2 本文研究内容 .2第 2 章 智能型开关电源电路设计 .32.1 智能型开关电源总体设计方案 .32.2 具体电路设计 .42.2.1 基准电压电路设计 .42.2.2 比较放大器电路设计.52.2.3 整体电路设计.62.3 元器件型号选择 .72.4 MULTISIM10.0 仿真、数据分析.8第 3 章 课程设计总结 .9参考文献 .10元器

8、件清单 .11本科生课程设计（论文）0第 1 章 绪论1.1 智能型开关电源概况开关电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、开关电源抗干扰和模块化。由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化，因此国外各在开关电源制造商都致力同步开发新型高智能化的元器件，特别是改善二次整流器件的损耗，并在功率铁氧体（-）材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密MnZn度（Bs）开关电源下获得高的磁性能，而电容器的小型化也是一项关键技术。SMT 技术的应用使得开关电源取得了长足的进展，在电路板两面布置元器件，以确保开关电源的轻、小薄。开关电源的高频化就必然对传统的 PWM 开关技术进行创新，实现 ZVS、

9、ZCS 的软开关技术已成为开关电源的主流技术，并大幅提高了开关电源的工作效率。对联高可靠性指标，美国的开关电源生产商通过降低运行电流，降低结温等措施以减少器件的应力，使得产品的可靠性大大提高。开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制 IC 和 MOSFET 构成。开关电源和线性电源相比，两者的成本都随着输出功率的增加而增长，但两者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使的开关电源技术也不断的创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，从而为开关电源提供了广阔的发展空间。开关电源是利用现代电力电子技术，采用功率半导体器

10、件作为开关，通过控制开关晶体管开通和关断的时间比率（占空比） ，调整输出电压，维持输出稳定的一种电源。早在 20 世纪 80 年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机电源换代，进入 90 年代开关电源已广泛应用在各种电子、电器设备，程控交换机、通讯、电力检测设备电源和控制设备电源之中。开关电源高频化使其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源更进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。本科生课程设计（论文）1本文研究内容根据任务书内容进行描述1 .分析设计要求

11、，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。设计参数：1. 设计并制作一台智能型开关电源。2. 输出直流电压。VVVo2003. 最大输出电流。AILM34. 具有断电保护功能。5. 具有故障显示功能本科

12、生课程设计（论文）2第 2 章 智能型开关电源电路设计2.1 智能型开关电源总体设计方案(一)方案论证方案一：采用串联反馈式稳压电路，得到所需的参数，但由于调整管工作在放大状态损耗较大的电能。方案二：利用意法半导体的 L296 配合简单的外围器件就可以实现简单的开关电源设计，但它的电压达不到设计要求。方案三：利用串联型开关稳压电路，与串联式反馈电路相比，主要增加了二极管和 LC 组成的高平整流滤波电路以及产生固定频率的三角波电压发生器和比较器，该电路较简单且电压调节范围符合设计要求结论：综上选择方案三(二).总体设计方案框图本方案由降压、整流滤波、控制电路、高频整流滤波几大部分组成。先整流滤波

13、，控制电路控制开关管的开与关，将产生的高频矩形波整流滤波，从而产生所需直流。图图 2.12.1 总体设计方案框图总体设计方案框图检测整流 滤波LN降压DC/DC变换高频整流滤波辅助电源控制电路本科生课程设计（论文）3GNDT122050HzViC322pFC110mFC210mF40VV1D21N5406D31N5406D41N5406D51N5406623GND142.2 具体电路设计2.2.1 基准电压电路设计如图 2.2 所示，图中 T1 电源电压器，它的作用是将交流电网电压 Vi 变成整流电路要求的交流电压，四只整流二极管 D2,D3,D4,D5 连接成电桥的形式，将交流电变成脉动的直

14、流电。在电桥的输出端并上滤波电容，它的主要作用时虑去整流输出电压中的纹波。图图 2.22.2 降压部分电路图降压部分电路图如图 2.3 基准电压电路图，图中 D1 为稳压二极管（又称齐纳二极管）是一种特殊的二极管，它工作反向击穿状态，R1 为限流电阻，VREF 即为所需的电压。D11N4733AR151kV140 V 2GNDVREF1GND图图 2.32.3 基准电压电路图基准电压电路图本科生课程设计（论文）42.2.2 比较放大器电路设计如图 2.4 比较放大电电路图，D1 为运放同相端提供基准电压，运放的反相端电压由输出端的采样电阻提供，由=*()可知 VA 的电压由控fVVaAVREF

15、fVVfV制。D11N4733AR151kV140 V 2U1OP07AH3247681R220kKey=A30%VCC12VVEE-12VVEEV30 V 1734VCC50VA图图 2.42.4 比较放大电电路图比较放大电电路图如图 2.5 比较电路电路图，比较器是一种用来比较输入信号和参考信号的器件当输入信号 VA 大于参考信号 VT 时，VB=Vo=-VCC；当输入信号 VA 小于参考信号 VT 时，VB=Vo=+VCC本科生课程设计（论文）5V13 V XFG1GNDGNDXSC1ABCDGT132U1COMPARATOR_VIRTUAL图图 2.52.5 比较电路电路图比较电路电路

16、图2.2.3 整体电路设计本设计首先经过变压器降压，整流二极管整流电容滤波变成直流电压送到IRF840 的漏极，控制电路控制 IRF840 的栅极开与关，从而控制输出电压的大小，从源级输出的高频交流电压经 LC 高频整流滤波变成直流电，通过采样电阻，将输出电压送到控制端，从而可以调节输出电压的幅值。本科生课程设计（论文）6GNDT122050HzViC110mFC210mF40VV1D21N5406D31N5406D41N5406D51N540623R1100kU1OP07AH3247681VCC12VVEE-12VVAVEEV2220 Vrms 50 Hz 0 54R315kR510kR61

17、0kR71kR810kU3LM741AH/8833247651R910kC4100nFR10100kD602BZ2.2D702BZ2.2VCC12VVCC12VVEE-12VVEE-12V025VEEVCCVEEVCC24161901817130C3100uFL1300uHR1210kKey=A50%R115k0D810BQ0150D11N4463U4OP07AH3247681VCCR212kR45k12U2COMPARATOR_VIRTUAL0217081Q1IRF84020R131k622GND14XSC1ABExt Trig+_+_90图图 2.62.6 整体电路电路图整体电路电路图2.

18、3 元器件型号选择2.3.1 变压器的选择T1: 变压器原边电感量/副边电感量56.5/1，经降压后输出幅值为 40V 的正玄波电压；2.3.2 整流二极管的选择输出电流=3A，输出电压最大为20VCMI在桥式整流电路中，四只二极管是两两轮流导通的流过每个二极管电流：= DI1*2=1.5A；CMI二极管在截止时管子所承受的最大电压：=40VRMV选用1N5406（=3A，=1000V）FIBRV2.3.3 滤波电容器的选择=6.7LRLLVI本科生课程设计（论文）7取=0.04 s。取得滤波电容C=5.97mF2LR CT电容器承受最大电压=28CMV2*20选用10mF/50V的电解电容器

19、2.3.4 开关管的选择输出电压最大为20 V，输出电流最大为3A，因此，可选用IRF840(=500V, DSSV=8A)DI比较器的选择：由于OP07的精度比较高，速度也很快且属于通用集成运放放，因此选择他输出端电感线圈和电容器的选择2.4 multisim10.0 仿真、数据分析T1: 变压器原边电感量/副边电感量56.5/1。本科生课程设计（论文）8图图 2.72.7 降压部分仿真电路图降压部分仿真电路图经降压后输出幅值为40V的正弦波电压，符合要求。输入电压40V，限流电阻100k，齐纳二极管型号1N4463。本科生课程设计（论文）9图图 2.82.8 基准电压电路仿真图基准电压电路

20、仿真图稳压值为8.0V，符合要求。运放采用OP07AH，同相端输入电压为Vref，反相端电压为采样电压。本科生课程设计（论文）10图图 2.92.9 比较放大电路仿真电路比较放大电路仿真电路输出电压为3V，符合要求。采用基础比较器，同相端电压为比较器输出电压，反相端电压为三角波电压。本科生课程设计（论文）11图图 2.102.10 比较电路仿真电路图比较电路仿真电路图输出电压为矩形波，符合要求。此电路采用LM741和OP07先产生正弦波，然后在积分形成三角波。图图 2.112.11 三角波电压放生器仿真电路图三角波电压放生器仿真电路图产生三角波电路，符合要求。本科生课程设计（论文）12第 3 章 课程设计总结利用串联型开关稳压电路，在串联式反馈电路基础上主要增加了二极管和LC 成的高平整流滤波电路以及产生固定频率的三角波电压发生器和比较器。本设计采用 IRF840 为核心，配合控制以及整流电路实现了本设