开关电源设计

1、开关直流稳压电源设计摘要 直流稳压电源应用广泛，几乎所有电器，电力或者电子设备都毫不例 外的需要稳定的直流电压（电流）供电，它是电子电路工作的“能源”和 “动力”。不同的电路对电源的要求是不同的。在很多电子设备和电路中 需要一种当电网电压波动或负载发生变化时，输出电压仍能基本保持不点 的电源。电子设备中的电源一般由交流电网提供， 如何将交流电压 （电流） 变为直流电压（电流）供电？又如何使直流电压（电流）稳定？这是电子 技术的一个基本问题。解决这个问题的方案很多，归纳起来大致可分为线 性电子稳压电源和开关稳压电源两类，他们又各自可以用集成电路或分立 元件构成。开关稳压电源具有效率高， 输出功率

2、大， 输入电压变化范围宽， 节约能耗等优点。一、引言1.1 基本要求稳压电源。1. 基本要求 输出电压UO可调范围：12V15V ; 最大输出电流 IOmax ： 2A； U2从15V变到21V时，电压调整率 SU<2% （IO=2A ）; IO从0变到2A时，负载调整率 Sl<5%（ U2=18V ）; 输出噪声纹波电压峰 -峰值 UOPP<1V（U2=18V,UO=36V,IO=2A）； DC-DC 变换器的效率 >70% （U2=18V,UO=36V,IO=2A）; 具有过流保护功能，动作电流 10 (th ) =2.5 ±0.2A ;1.2发挥部分(1

3、) 排除短路故障后，自动恢复为正常状态；(2) 过热保护；二、方案设计与论证幵关式直流稳压电源的控制方式可分为调宽式和调频式两种。实际应 用中，调宽式应用较多，在目前幵发和使用的幵关电源集成电路中，绝大 多数为脉宽调制(PWM )型。幵关电源的工作原理就是通过改变幵关器 件的幵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 调制是指幵关周期恒定，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，因此本次设计采用PWM调制方式实现电路设计要求。主要框架如图1所示。由变压器降压得到交流电

4、压，再经过整流滤波电路，将交流电变成直流电，然后再经过DC-DC变换，由PWM的驱动电路去控制幵关管的导通和截止，从而产生一个稳定的电压 源。图1三、系统硬件电路设计3 . 1系统整体框图幵关电源由隔离变压器，整流滤波和DC-DC变换电路组成。设计的关键是DC-DC变换电路，它包含了幵干电源中的幵关器件，储能器件，脉冲变压器，滤波器，输出整流等所有功率器件和控制模块。而控制模块的设计又是DC-DC的核心，一般DC-DC控制模块使用专用的 PWM调制芯 片，本设计使用UC3842。芯片内部集成了误差比较器，振荡器， PWM 调制器等。在此情况下使用集成芯片加上少量的外围电路即可构成PWM控制电路

5、，稳定性能较好，控制简单。图23.2交流信号源所采用的交流信号源为19.6v、49kHz。采用此参数是为了使后面电路得到一个合适的电压与电流。3.3整流模块如图3所示。当输入电压U处于正半周期时，二极管D1，D3导通， D2，D4截止。当输入电压 U处于负半周期时，D2，D4导通，D1，D3 截止。其中相关参数：(1) 整流电压平均值 U2丄in td( t) 0.9U,n 0(2) 整流电流平均值(3) 流过每个二极管电流平均值(4) 每个二极管承受的最高反向电压URM - 2U,(5)变压器二次电流有效值IIm2sin t d t1.1110U2D2D33.4滤波模块从整流模块出来的半波电

6、流经过滤波模块得到一个较为平整的直流 电流。如图4所示。其原理为电压的变化使的电容器一直处于一个充放电 的过程中，将电路中急剧变化的电流起到一个缓冲作用，从而得到一个平 稳电流输出。电容越大效果越好，出于成本、空间和作用效果综合考虑， 我们采用1000uF的电容。半波电流直流电流图43.5整流滤波综合由题目可知，幵关稳压电源的前级电路主要由整流滤波电路构成。根据需要，降压后得到19.6V的交流电，然后整流滤波得到稳定直流送往后级 如图5所示整流滤波仿真波形3.6矩形波发生模块矩形波发生模块如图6所示UC38423.6换能模块输入电流通过场效应管使改变其电流的占空比从而使矩形电流变为 直流信号，

7、其中二极管作用为防止电流倒流，电容是为了进一步滤波使输 出电流更为平整。如图7所示。图73.7调压模块使上级的电流通过三个电阻，其中一个为电位计，通过调整电位计来对分得的电压进行调整，从而得到调压的功能。如图8所示。U2图83.7重要元器件的参数计算如图9所示。注：(当电源电压50HZ , 220V时，U2=18v经桥式整流滤波后，可 得直流电压为 U1=U2*1.3=23.4v，题目要求输出电压 U0=30v36v)根据题目测试条件取 U0=36v最大占空比 D= (U0- U1 ) / U0-=35%充电电感 L1>=2(U0- US)D(1-D)/I0*fs=105uf流过电感 L

8、1 的电流值 IL=30%IL(平均)=30%*I0/(1-D)=0.923A流过电感L1的峰值电流 L1=1.15*I0/(1-D)=3.54ACL=U0*U0*DT/U0I0=12.86MF图9四、总结电子设备离不幵电源，电源是电子设备的重要组成部分，电源的质量 直接影响幵关电子设备工作的可靠性。本次我们设计直流串联稳压电源， 通过稳压电源的设计，再进行硬件的验证，对分析结果进行验证。通过仿 真测试可以看出，通过此次设计使得我们的专业知识都有了显著地提高， 也对电源更加的了解。最后感谢老师的们的细心指导。五、附件 附件一、主体电路设计图附件二、仿真测试数据以与整流滤波后整体波的形态1.矩形波发生器仿真TIC3