开关稳压电源设计说明书

1、开关稳压电源设计说明书学生姓名：学号：专业班级：物电学院电子2班报告提交日期：2014年5月20日湖南理工学院物电学院目录一、设计任务及要求 .21、设计任务 .22、设计要求 .2二、基本原理与分析 .2. > 亠 >-9* 、rr 、I二、方案设计 .51、开关器件的选择 .52、参数的设定 .5四、电路设计 .51、电路整体设计.52、电路工作原理 .5五、总结 .7六、参考文献 .7一、设计任务及要求1、设计任务设计一手机开关型电池充电器，满足：(1) 开关电源型充电；(2) 输入电压220V，输出直流电压自定；(3) 恒流恒压；(4) 最大输出电流为：|max = 1.0

2、 A;2、设计要求(1) 合理选择开关器件；(2) 完成全电路理论设计、绘制电路图；(3) 撰写设计报告。二、基本原理与分析随着电子技术和集成电路的飞速发展，开关稳压电源的类型越来越多，分类方 法也各不相同，如果按照开关管与负载的连接方式分类，开关电源可以分为串联型、 并联型和变压器耦合(并联)型3种类型。下面分别对这三种类型的开关电源做一些 简单的介绍。(1) 串联型。图1所示的开关电源是串联型开关电源，其特点是开关调整管VT与负载Rl串联。因此，开关管和续流二极管的耐压要求较低。且滤波电容在开关管导通和截 止时均有电流，故滤波性能好，输出电压 U0的纹波系数小，要求储能电感铁心截 面积也较

3、小。其缺点是：输出直流电压与电网电压之间没有隔离变压器，即所谓“热地盘”，不够安全；若开关管内部短路，贝U全部输入直流电压直接加到负载上，会 引起负载过压或过流，损坏元件。因此，输出端一般需加稳压管加以保护。根据稳压条件可得：(Ui-U。)/L=UoT2/L即Uo=U1T1/ (T1+T2) = (T1/T) Ui，(T =T1/T由上式可见，可以通过控制开关管激励脉冲的占空比c来调整开关电源的输出电压Udo图1串联型开关电源基本电路（2）并联型。并联型开关稳压电源基本电路如图 2所示，其工作波形与串联电路基本相同， 因开关管VT与负载Rl并联而称为并联型。此外，二极管VD通常称为脉冲整流管，

4、 C为滤波电容。当开关管基极输入开关控制脉冲时， 开关管周期性地导通与截止。当开关管饱 和导通时，输入电压Ui加在储能电感L两端，此时电感中的电流线性上升，二极 管VD反偏二截止，电感L储存能量，此时负载RL所需的电流由前一段时间电容 上所充的电压供给。当开关管截止时，VD导通，通过电感上的电流线性下降，感应电压为左负右正，输入电压 Ui和电感L上的感应电压同极性串联，电源 Ui和电 感L所释放的能量同时给负载RL提供电流，并向电容C充电。同样，达到动态平 衡时，电感L在开关管饱和时增加的电流量（能量）与开关管截止时减少的电流量（能量）相等。即电感上能量保持一个恒量，故有（Ui/L）Ti=（

5、Uo-Ui）T2/L所以有Uo= Ui/ （1-（T）其中 c =Ti/（ T1+T2）可见，并联型开关稳压电源同样可通过控制c来稳定或调整输出电压，同时还 可以看出，由于c <1，这种并联型开关电源属于升压型电源，开关管所承受的最大 反向电压Ube max=。而图1所示的串联型开关电源属于降压型电源，开关管所承受 的最大反向电压Ube max = U。Ui/YYYL|LVDUoC H RL图2并联型开关电源基本电路（3）脉冲变压器耦合（并联）型。变压器耦合（并联）型开关电源（自激式）基本电路如图3所示。开关器件可以是双极型晶体管，也可以是场效应管， T为开关（脉冲）变压器，VD为脉冲整

6、流 二极管，C为滤波电容。这里脉冲变压器的初级绕组起储能电感作用，脉冲变压器 通过电感耦合传输能量，可使输入端与稳压输出端之间互相隔离，实现机壳不带电，同时还可以便利地得到多种直流电压，给制作和维修带来方便。如果将脉冲变压器视为初、次级匝数比为 n:1的理想变压器，把次级参数等效 至初级，可画成图2所示并联型的电路形式，只是用 nUo代替图2中的Uo。对图3 电路，可得Uo=Uic /n（1- （T ）=UiN2Ti/NiT2由于n>1,变压器型开关电源一般均为降压输出。 开关电源中开关管所承受的最 大脉冲电压UCe max=U+nL0。变压器耦合（并联）型开关电源的优点是：1）通过附加

7、一个次级绕组间接取样 的办法或采用光耦合器实现电源隔离，使主电源电路与交流电网隔离，即所谓“冷 地盘”电路；2）若开关管内部短路，不会引起负载的过压或过流；3）容许辅助电源负载与主电源负载无关。即不接主电源负载，辅助电源仍可从主电源中得到。其 缺点是：1）对开关管和续流二级管的耐压要求高；2）输出电压纹波系数较高；3） 要求储能电感量较大。脉冲直流电压VD稳定直流电压启动电路CCTC取电脉冲调 整电路4 > 开关 *器件士 比较放大器基准 电路光耦隔离图3变压器耦合型开关电源基本电路三、方案设计根据本次设计的要求，本设计的方案如下:1、开关器件的选择因为脉冲变压器耦合型开关电源具有如下优

8、点：1）通过附加一个次级绕组间接 取样的办法或采用光耦合器实现电源隔离，使主电源电路与交流电网隔离，即所谓 “冷地盘”电路，实现机壳不带电，给制作和维修带来方便；2）若开关管内部短路， 不会引起负载的过压或过流；3）容许辅助电源负载与主电源负载无关。即不接主电源负载，辅助电源仍可从主电源中得到。所以本次设计使用的开关电源是变压器耦 合（并联）型开关电源。2、参数的设定（1）输入电压220V，输出直流电压为5.5V ;（2）最大输出电流为：l max = 1.0 A ；四、电路设计1、电路整体设计本设计电路图如图4所示。该电源具有恒流/恒压输出的特性，空载时的功耗低 于100mw,能给手机中的镍

9、氢（NiMH ）电池或镍镉（NiCd ）电池、锂离子（Li-Ion ） 电池进行恒流充电。其主要技术指标为：交流输入电压u=220V,输出电压U0=5.5V， 最大输出电流Iom=1.0A，输出功率P0=5.5W。2、电路工作原理交流电压u经过VD1VD4，进行桥式整流和C1, C2滤波后，产生直流高压。 FR为熔融电阻器，可代替保险丝管。由 C1，L1，C2构成n型滤波器，用于减小交 流纹波。R1为阻尼电阻，能抑制由L1引起的高频自激振荡。C7为安全电容。漏极 钳位保护电路由R2, C4和VD6组成。输出整流滤波电路由VD5, C5, L2和C6组成。 输出电流的途径如下：正半周时从次级电压

10、U2的正端-VD5 L2一负载Rl返回端 RTN R6R4 U2的负端。VDz采用1N5230B型4.7V稳压管。R?为LED的限流 电阻，R8是VDZ的限流电阻。由于LED的正向电流|FV1mA，使UR7v0.1V,因此 R7上的压降可以忽略不计这样 U0值就等于Uz与UF之和。R4是过流检测电阻。实 现恒流的电路特点是用晶体管 VT的发射结压降UBE，去检测输出电流I0返回时在 R4上形成的压降UR4.常态下VT截止而不起作用，10为恒定值。当发生过流故障 时，I0增大，使得UR4=I0R4>Ube,VT立即导通，并取代控制环路直接驱动光耦合 器，维持I0不变。F6上形成的压降可使控

11、制环路在 U0约等于0V的状态下仍能正常 工作。R3为基极限流电阻。R4用来设定输出电流的极限值I olimit，取R4=0.7 Q时，I olimit =Jbe/的额定功率应满足下述条件：P=2I olimit *R4=1.4W,实选1.4W电阻。VD采用FR201型3A/200V的快恢复二极管，要求其反向恢复时间trr<150ns,平均整流电流ID=3I olimit ;为了提高电源效率，有条件者可选用肖特基二极管，VD为1A/600V五、总结在本次课程设计过程中，感觉自己确实学到了一些知识。 特别是在电路的设计方面、 增加了不少的知识。冈寸开始拿到这个设计题目时，我确实有点心虚，生

12、怕自己做不好，完成不了任务了。 因为平时接触的少，并且也没有开关电源方面实践的经验，所以于我来说，开关电源确 实是一个比较陌生的概念，有的都是一知半解的，所以难免会有一些担心和不自信什么 的。不过，在看到别的同学都在热火朝天的做，积极地讨论解决问题时，我也撇下一切 的担心，全心投入到电路的分析设计当中了。在遇到问题时，我会和同学积极讨论，解 决不了时，我便会到一些资料书上、或者网上查找答案。在这之中，我不仅增加了自信， 增加了解决问题的能力，而且，我们还坚信了一个道理，就是凡事只要自己想去做、认 真去做，并且坚持下去，就一定能够将事情做好。所以，我一点一点认真地做设计报告， 最后终于成功地完成了。本次课程设计虽然做得系统不是很复杂、做得时间也不是很长，但我却真正学到了 一些东西。以前我总觉得，一些课程学起来很枯燥，而且感觉离现实很远，所以我在学 习那些知识时往往心不在焉，敷衍了事。但是当我在做设计的过程中要用到那些知识时， 我突然感到有些后悔，后悔自己没有早些掌握，以致遇到一些问题时感到特别的茫然。 不过，在一心渴望早些解决问题的想法的激励下，我潜心学习以前漏掉的知识，迅速掌 握其中的方法，并应