开关稳压设计与制作

1、初始条件:元件：TL494芯片、整流桥、电感、电阻、电容、二极管、三极管假设干。仪器：万用表、示波器、交流毫伏表、函数信号发生器、学生电源要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：1周。2、技术要求：要求设计制作一个12V开关稳压电源完成对12V开关稳压电源的设计、仿真、 装配与调试。确定设计方案以及电路原理图。开关电源是一种高效率、高可靠性、小型化、轻型化的稳压电源，是电子设备的主流 电源。开关电源的基本作用就是将交流电网的电能转换为适合各个配件使用的低压直流电 做供给使用。另外开关电源的开展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都

2、具有重 要的意义。输入电压为AC220v, 50Hz的交流电，经过变压器，再由整流桥整流后滤波变为 直流电，然后通过功率开关管的导通与截止将直流电压变成连续的脉冲，再经输出滤波后 变为直流电。开关管的导通与截止由PWM （脉冲宽度调制）控制电路发出的驱动信号控制。 PWM驱动电路在提供开关管驱动信号的同时，还要实现输出电压稳定的调节、对电源负载 提供保护。为此设有检测放大电路、过电流保护及过电压保护等环节。通过自动调节开关 管导通时间的比例（占空比）来实现。我的此课程设计报告主要包括了课程的设计、原理、电路仿真、实物制作和性能测试 等局部。利用现学知识设计并制作了 12V开关稳压电源。开关稳压

3、电源具有功耗小，效率高，稳压范围宽，质量轻，体积小，可靠性高等多项优点，故广泛应用。图4-1推动变压器电路原理图变压器原理图;图4-2推动变压器电路实物图1.5半桥功率电路设计原理本电源开关管采用半桥功率变换电路，功率管采用开关管MJE13007或2SC2825,具有较高的耐 压Uceo,较低的导通电阻，较大的导通电流。基极的电路网络使开关管能快速关断，防止开关管同时导通。 VD5、VD6o采用快恢复二极管FR157。由于工作时功率管有较大的电流和较大的功耗，所以需要加上散 热片，常采用外壳进行散热。要注意的是,由于功率管散热局部金属片与集电极相连，具有高电压，所以管 子和散热片中间必须加上绝

4、缘片。为进一步降低热阻，在安装时需要加上导热硅脂。电路图半桥功率电路原理图;ST4181VD8 IN4181R6 15Q/0.半桥功率电路实物图:CIOR394.-UF50V 15OKO.5W不I-25WR：3.9Cll 4.7UF/515Q0.254 IRIOR-I 15OKO.5W W I I I-二 UHK gaAZ (00 =amiaUNMZ/COOTEC2Q/025WRllR93.90.25W图5-1半桥功率电路原理图图5-2半桥功率电路原理图参数R4, R8 150KR6, R10 150R39, R40 150KR7, Rll 2R2R5, R9 3K9VD7, VD8 1N41

5、48VD5, VD6 FR157C10,Cll 4u7/50VVI,V2 MJE13007半桥全波整流电路设计原理本电源开关变压器输出的是交流脉冲电压，输出必须通过整流、滤波过程。整流局部6）半桥全波整 流电路采用半桥全波整流电路MUR2020MUR2020通常为TO220封装，内部有两个肖特基二极管，共阴极连接，中间为公共极。与普通整 流二极管相比拟，肖特基二极管结电容小，可以工作在高频开关状态，同时具有较低的正向导通电压，能承 受较高的导通电流。开关电源中常采用肖特基二极管作为整流元件。由于工作时肖特基二极管有较大的电流，功耗较大，导致发热,所以需要加上散热片，常采用外壳进行 散热。要注意

6、的是,由于肖特基二极管散热局部金属片与公共极相连，而散热片一般接地，所以管子和散热 片中间必须加上绝缘片。为进一步降低热阻，在安装时需要加上导热硅脂。电路图半桥全波整流电路原理图;图6-1半桥全波整流电路原理图半桥全波整流电路实物图;图6-2半桥全波整流电路实物图参数 VD18 MUR2020TL494 电路设计原理本电源是一个典型的他激式电源，采用TL494专用集成电路工作,TL494兼容芯片内部功能。 由TL494组成的他激式电路1、2脚分别为内部误差比拟放大器的同相输入端和反相输入端。1脚输入来自R29、R30、R31、 VR1的取样电压;2脚加2.5V基在电压（由R23、R24对5V基

7、准电压分压产生）。3脚为反应输出，一路 经C16、R22负反应到2脚，另一路经C30、R38负反应到15脚. 4脚为死区电平控制端。由R25、R21 对5V基准电压分压后给4脚提供死区控制电平.5脚接振荡电容C14,6脚接振荡电阻R20. 9、10脚接 地后，由8、11脚输出，分另IJ控制VT3、VT4推挽激励管工作。12脚为芯片的供电脚,此供电电压由VD9、 VD10、C9整流滤波产生。13脚为功能控制端，现接5V基准电压。14脚输出5V基准电压。15、16脚 分别为内部控制比拟放大器的反相输入端和同相输入端。16脚接地,15脚经R36接过流取样器件J1、 J2（康铜丝）。为保证电路可靠性,

8、TL494外围电路（电阻、电容）要求具有较高的精度和稳定性。如C14、 C15、C27、C16、C30等电容，常采用涤纶电容。电路图TL494电路原理图;C3C0DOw75UJJMuuvIIC2222J/100Vri8+VbCl81.22UF/50VK5、匕2855.6KAJJ54C16103J/100V4N1 TL494+IN1+IN2-INI-IN2FBREF-OUTDT-CON OUT-CON一德WC1)TRTDGN图7-1TL494电路原理图TL494电路实物图;图7-2TL494电路实物图TL494 电路设计原理开关电源相对普通线性电源来说，频率高，输出采用电感和电容滤波方式，电感采

9、用磁环电感, 多个电容并联，增加电容量，降低电解电容的感抗效应，使输出纹波尽量减小。电路图输出电路原理图;图8-1输出电路原理图输出电路实物图;图8-2输出电路原理图2 .测试结果及分析2.1测试过程(1)通电前在输入段串入60W白炽灯，如果亮一下即灭说明正常，如果常亮说明电路有短路现象存 在，应关电找原因。(2)测试变压器T1的8、9脚之间及1、3、6、7脚对地交流电压波形。(3)测试T2的1、3、9、10脚对地交流电压波形。(4)测试TL494的8、11脚输出交流电压波形。(5)测试整流输出C5、C6两端直流电压:测试开关电源输出的12V电压:测试TL494芯片各引脚电压。(6) 一边调节

10、VRi,一边测试输出直流电压，输出电压应发生改变。原理图实物图测试结果稳压系数St =1：a, = o)x1 00%UiIUi输出电阻Ho = 0幺s“ 二。)Mo0纹波抑制比Sr = 201g-dBUop.稳压系数Sts=(AUJU)/Ul/U2xl00% 计算有 St=(0.033/l2.0179)/ (22/220) *100%= 2.4%.负载调整特性SrSF=AU./U,/NII |lue, xIO%该指标反映了负载变化对输出电压稳定性的影响Si= (0.033/12.0179)/ (5-3) *100%= 0.14%.输出电阻RoRo=-U/ Ro=-0.033/(5-3)* 10

11、0%=-0.165开关稳压电源设计与制作L设计原理及参数1J输入电路的设计设计原理交流 220V 输入开关稳压电源输入电路主要有保护元件，滤波元件组成。保护电路采用熔断器FU1防止电路中电流过大，压敏电阻RV1,吸收交流浪涌电压的冲击，当交流电源有浪涌电压，超过RV1参数时,RV1导通，防止后级电路因为高电而损 坏。滤波电路采用共模滤波器，滤除电网电压的高频电压的高频干扰。C2,C3,C28构成Y行滤波电容，吸收相对于地的交流浪涌冲击，C4是滤波电容，吸收共模的浪涌冲击电路图电路原理如图:其含义与Sr相似。Ro越小，负载变化对U。变化的影响越小，表示带负载能力越强。.纹波抑制比SRSr=201

12、gUip/UopdB该指标反映稳压电路输入电压UI中含有100Hz交流分量峰值或纹波电压的有效值经 稳压后的减小程度。一般输出电压峰值UIP为几毫伏至几百毫伏。SR越大，耘UOP越小。Sr=201g(220/12.0179)=25.25 MV.输出电压的温度系数StSt=U/Uo/Txl00%测量数据如下Ui=220VIo1.5A3A5AUo11.897V11.486V11.094VPo18.115W35.167W50.627WRo8.1353.7512.145Io=3AUi198 V220V242VUo11.317V11.485V11.605VPo23.432KW23.452KW23.984

13、KWRo5.3375.8245.1123 .元器件清单表格5.1元件清单22-序号元件代号，.11MMM11MMM11111MMMM1M1MM1MMi至称材料及规格TWeo-0RI R2 R4 R8 R3Q R40- - .金属膜电阻15OK/O5WT:LJ4R6R10碳膜电阻15 Q/0.25W-/ -10 4L、R5 R9RI7R19碳膜电Ml 3.9K/0.25WHz. 3681M卜3_R7R111金属股电阻2 2C/0.5W.、卜4_5R18R16|tR20破膜电阻1.5K/0.25W砥膜 电Hl 22K/0 2SW.184- LL-6R21 R31 R38碳胰电阻10K/0.25W

14、i -92 *1276.、R30 R37-4碳膜电阻2.2K/0.25W巨 184卜8R23R24 R26R28碳胰电阻5.6K/0.25W巨- 368LR22碳膜电阻47K/0.25W1 -92一 一,oR25 R35碳膜电阻100K/0.25W184人n R2W碳膜电阻1.2K/0.25W18412 R80碳膜电阻5.6Q/0.25W此版不用、13R29碳膜电阻390Q/0.25W9214 R3碳膜电阻100C/2W9215 TR34碳膜电阻270C/2W9216R32R33碳膜电阻10Q/0.5W218417R12碳膜电阻1.5K/0.5W19218R13碳膜电阻680K/0.5W192

15、19 - -g热敏电阻5D-1119220VR可调电位器1K1卧式9221Cl C4安规电容104J/275VAe！2184C2C3瓷片电容222M/250VAC218423c?聚丙烯电容105K/250VAC9224IC2OC21宛片电容2184J.25 卜1 cs瓷片电容102/1KV261 C2 ZNK2瓷片电容I03/1KV21841 27:C19涤沦电容333J/1OOV-112S -C14深沦电容102J/100V129 卜Cis C27深沦电容222J/1OOV1230j 一Cl6 c30深沦电容ioIj/ioov|2.31CIOCIICI3-:*固电溶 47UF/50VH3BH

16、32cn7期电溶IUF/SOV1L 33cvW* 471JRS0V1 _-rXmu19： 一434C IK电“电.1-A一35C22 C23 C24 C25 CMI0001JF/I6V1536CS C6电好电容22OIH /?（K）VI37D7DC-极 In 1007)ig4T38DSDt一:04 4Rig71U39IWDIO3 -11横管 1H1071-2.40便俄震 yzGiodn/bmi咽一1-一IM41D13D14詹IN47S2一L图1-1输入电路原理图电路实物图：图2-2输入电路实物图参数FU1熔断器RT1热敏电阻L1共模滤波器C2,C3,C4,C28 滤波电容整流与滤波的设计设计原

17、理220v交流 A输入220v交流 A输入整流电路滤波电路整流与滤波模块主要由整流电路、滤波电路、两局部实现。整流电路：采用扁形封装整流桥VD1,由于二极管单向导通的特性，当二极管呈桥式 相连时，无论输入电压呈正半周期或负半周期，都有电流同方向地流过负载。从而实现 整流作用。滤波电路：采用电容滤波电路，利用电容充放电原理到达滤波作用。在脉动直流波 形上升阶段，电容充电，由于充电时间常数很小，所以充电速度快；在波形的下降阶段，电容放电，由于时间常数很大，放电较慢。滤波电路米用2个470 uF/250V电解电 容。此电路与后级的半桥开关方式相配合，使电容耐压要求降低一半，提高了可靠性， 降低了本钱

18、。通过开关转换，在110V交流电源地区，采用类似倍压整流方式，使电源在 不同电压区域有一定的兼容性。要注意的是，在220V交流电源地区，电压开关不可弄 错，否那么会损坏电路。波形如图：当凡=8时：（7。=虫。2 当凡为有限值时：0.94 U/ y/2U2通常取q= 1.2% RC越大U。越大 为获得良好滤波效果，一般取： ”之（3 5）772（T为输入交流电压的周期）当凡=8时：（7。=虫。2 当凡为有限值时：0.94 U/ y/2U2通常取q= 1.2% RC越大U。越大 为获得良好滤波效果，一般取： ”之（3 5）772（T为输入交流电压的周期）图1-2-2滤波原理波形电路图整流电路原理图:滤波电路原理图:VD1D15SB60图2-1整流电路原理图图2-2滤波电路原理图整流电路实物图:图2-3整流电路实物图滤波电路原理图:图2-4滤波电路实物图参数 D15SB60扁形封装整流桥 C6, C5 470 u F/250V 滤波电容 R1,R2 220K/1W主变压器220v 交流 输入设计原理变压低电器变一压压本电源采用一个主开关变压器，变压器具有多个绕组，8、9是初级绕组。1、2、11、12、13、14、 3、4是次级绕组，用于输出。由于功率变换级采用半桥方式，所以输出级也采用半桥全