电源设计-电子设计

1、电源(dinyun)设计 2015年5月10日共七十八页 基础题类 通讯类 仪器(yq)类 电力电子类 控制类电源(dinyun)类电子设计竞赛题目类型共七十八页1.电子(dinz)基础知识共七十八页电子器件(din z q jin)（1）按可控性分类 1）不控型器件 大功率二极管 2）半控型器件 SCR 3）全控型器件 MOSFET、IGBT（2）按驱动信号类型分类 1）电流(dinli)驱动型 SCR 2）电压驱动型 MOSFET、IGBT1.电子基础知识共七十八页1. 电子(dinz)基础知识共七十八页1. 电子(dinz)基础知识共七十八页DC-DC1. 电子(dinz)基础知识共七十

2、八页计算机电源(dinyun)1.电子(dinz)基础知识共七十八页计算机电源(dinyun)1. 电子(dinz)基础知识共七十八页1. 电子(dinz)基础知识共七十八页1. 电子(dinz)基础知识共七十八页2.电源(dinyun)基础知识电源(dinyun)电压源电流源共七十八页电压(diny)源特性a.理想(lxing)电压源特性输出电压恒定，输出电流由外电路负载决定，输出功率可以无穷大。但不允许短路，违背了基尔霍夫电压定律（KVL)。2.电源基础知识共七十八页b.实际电压(diny)源特性输出电压在一定输出电流范围内恒定，输出电流由外电路负载决定，输出功率由输出电压和输出电流乘积(

3、chngj)决定。不允许短路，否则会烧坏！但是一般电压源均有限流和短路保护电路。2.电源基础知识共七十八页2）.电流(dinli)源a.理想(lxing)电流源特性输出电流恒定，输出电压由外电路负载决定，输出功率可以无穷大。但不允许开路，违背了基尔霍夫电流定律（KCL)。2.电源基础知识共七十八页b.实际(shj)电流源特性输出电流在一定输出电压范围内恒定，输出电压由外电路负载决定，输出功率由输出电压和输出电流乘积决定。不允许开路(kil)，否则会烧坏！但是一般电流源均有限压和开路(kil)保护电路。2.电源基础知识共七十八页3）.线性电源(dinyun)优点：无任何EMI辐射，输出(shch

4、)电压纹波小，成本低。缺点：体积大，重量大，效率低。.线性电源基本原理2.电源基础知识共七十八页.电源(dinyun)性能指标参数a) 稳压(wn y)系数 定义为负载一定时，稳压电路输出电压相对变化量与其输入电压相对变化量之比 Sr表明电网电压波动的影响，其值愈小，电网电压变化时输出电压的变化愈小。2.电源基础知识共七十八页c) 电流调整(tiozhng)率（负载调整(tiozhng)率）b) 电压(diny)调整率 在额定负载且输入电压产生最大变化的条件下，输出电压产生的变化量Uo，称为电压调整率。 在输入电压一定且负载电流产生最大变化的条件下，输出电压产生的变化量Uo，称为电流调整率，也

5、称为负载调整率。d) 电源效率2.电源基础知识共七十八页.稳压(wn y)电路及其工作原理T 为调整(tiozhng)管DZ 为稳压管A 为线性放大器串联稳压电路2.电源基础知识共七十八页2.电源(dinyun)基础知识共七十八页2.电源(dinyun)基础知识共七十八页 T 为大功率调整管，工作于线性放大状态，输入电压和输出电压相差越大功耗越大，效率很低。调整管极限参数的确定必须考虑输入电压由于电网波动而产生的变化(binhu)，以及输出电压的调节和负载电流的变化(binhu)所产生的影响。.线性电压(diny)调节器LM317调压器IADJ很小可以忽略不记。2.电源基础知识共七十八页 线性

6、稳压(wn y)输出模块(LM78XX)和负电压输出模块(LM79XX)。 要求输入电压和输出电压之间由电压差，且输出电流(dinli)需要的电压差越大，其典型值为1-3V，最大可达35V。2.电源基础知识共七十八页4）.开关电源优点(yudin)：效率高、体积小、重量轻缺点(qudin)：EMI、成本高ACDCACDC2.电源基础知识共七十八页（1）.开关电源电路(dinl)分析方法 各功率开关管（三极管或二极管）换流(hun li)时刻作为各开关模态的转换时刻。 假设条件充分合理。 a. 开关管均为理想开关，导通压降为零，关断电阻为无穷大。 b. 大电容等效为恒压源，大电感等效为恒流源。

7、。2.电源基础知识共七十八页（2）.开关电源基本电路(dinl)拓扑a.降压(jin y)型BUCK变换器Q、D为理想开关管C充分大，输出电压基本不变。假设条件：2.电源基础知识共七十八页开关(kigun)模态12.电源(dinyun)基础知识共七十八页开关(kigun)模态2根据(gnj)伏秒积平衡原理，可推得D=Ton/T 占空比2.电源基础知识共七十八页电压(diny)控制型BUCK变换器电压控制(kngzh)PWM波形2.电源基础知识共七十八页电流(dinli)控制型BUCK变换器电流控制(kngzh)PWM波形2.电源基础知识共七十八页b.升压(shn y)型BOOST变换器Q、D为

8、理想(lxing)开关管C充分大，输出电压基本不变。假设条件：2.电源基础知识共七十八页开关(kigun)模态1开关(kigun)模态2根据伏秒积平衡原理，可推得2.电源基础知识共七十八页c.推挽(tu wn)型DC/DC变换器推挽(tu wn)型DC/DC变换器 2.电源基础知识共七十八页模态1 模态2 模态3 2.电源(dinyun)基础知识共七十八页驱动(q dn)脉冲2.电源(dinyun)基础知识共七十八页d.半桥型DC/DC变换器半桥型DC/DC变换器 2.电源(dinyun)基础知识共七十八页模态1 模态2 模态3 2.电源(dinyun)基础知识共七十八页驱动(q dn)脉冲2

9、.电源(dinyun)基础知识共七十八页e.全桥型DC/DC变换器全桥型DC/DC变换器 2.电源(dinyun)基础知识共七十八页模态1 模态2 模态3 2.电源(dinyun)基础知识共七十八页驱动(q dn)脉冲2.电源(dinyun)基础知识共七十八页e.反激式DC/DC变换器反激式DC/DC变换器 2.电源(dinyun)基础知识共七十八页模态1 模态2 驱动(q dn)脉冲 2.电源(dinyun)基础知识共七十八页（3）.开关电源控制(kngzh)芯片 电压(diny)控制芯片SG35252.电源基础知识共七十八页2.电源(dinyun)基础知识共七十八页 电流(dinli)控制

10、芯片UC3842/32.电源(dinyun)基础知识共七十八页设计： 在设计一个电源之前，应当预先知道你的电源工作的系统。详细了解此系统对电源的要求(yoqi)和限制。对系统透彻地了解，可大大降低成本和减少设计时间。 实际操作时，你可以从变换器要求的规范列一个表，并逐条考虑。共七十八页1升压还是降压：输出电压总是高于还是低于输入电压？如果不是，你就不能采用Buck或Buck/Boost.2占空度：输出电压与输入电压比大于5吗？如果是，你可能需要一个变压器，计算占空度保证它不要太大和太小。3需要多少组输出电压？如果大于1，除非增加后续(hux)调节器，一般需要一个变压器。如果输出组别太多，建议最

11、好采用几个变换器。共七十八页4是否需要隔离？多少电压？隔离需要变压器。5EMI要求是什么？如果(rgu)要求严格，建议不要采用像Buck类输入电流断续的拓扑，而选择电流连续工作模式。6成本是极其重要吗？小功率高压可以选择BJT。如果输入电压高于500V，可考虑选择IGBT。反之，采用MOSFET。共七十八页7是否要求电源空载？如果要求，选择断续(dun x)模式，除非采用问题8。也可加假负载。8能采用同步整流？这可使得变换器电流连续，而与负载无关。9输出电流是否很大？如果是，应采用电压型，而不是电流型。共七十八页软件设计共七十八页共七十八页高频变压器设计(shj)程序：1.磁芯材料 2.磁芯结

12、构3.磁芯参数 4.线圈参数5.组装结构 6.温升校核 共七十八页变压器的设计原则及方法设计变压器主要有很两种方法：面积积AP法 AP：磁芯截面积Ae与线圈有效窗口面积Aw的乘积。 PT-变压器的计算功率 Ae-磁芯有效截面积Aw-磁芯窗口面积 Ko-磁芯窗口利用系数，典型值为0.4Kf-波形系数，方波为4，正弦波为4.44Bw-磁芯的工作(gngzu)磁感强度 Fs-开关工作频率Kj-电流密度系数，取395A/cm2 X-磁芯结构系数，查表。共七十八页程控线性稳压电源1224V交流(jioli)整流(zhngli)滤波LM317负载电压取样电流取样带ADC的MCUPWM调节ADJ共七十八页问

13、题1、电压取样(qyng)怎么做？2、电流取样怎么做？3、如何实现过流保护？共七十八页共七十八页共七十八页程控开关(kigun)稳压电源开关电源模块并联(bnglin)供电系统数控恒流源设计总结报告写作共七十八页一、任务 设计并制作(zhzu)数控直流电流源。输入交流200240V，50Hz；输出直流电压10V。其原理示意图如下所示。键盘控制器电流源负载显示器电源2005年数控直流电流源二、要求1、基本要求（1）输出电流范围：200mA2000mA；（2）可设置(shzh)并显示输出电流给定值，要求输出电流与给定值偏差的绝对值给定值的1+10 mA；3.历年竞赛题目分析共七十八页2、发挥部分（

14、1）输出电流范围为20mA2000mA，步进1mA；（2）设计、制作测量并显示(xinsh)输出电流的装置 (可同时或交替显示电流的给定值和实测值)，测量误差的绝对值测量值的0.1+3个字；（3）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流变化的绝对值输出电流值的0.1+1 mA；（4）纹波电流0.2mA；（5）其他。（3）具有“+”、“-”步进调整功能，步进10mA；（4）改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，要求输出电流(dinli)变化的绝对值输出电流值的1+10 mA；（5）纹波电流2mA；（6）自制电源。3.历年竞赛题目分析共七十八页3.历年竞赛题目(tm)分析共七十八

15、页3.历年(lnin)竞赛题目分析共七十八页运放工作(gngzu)于线性放大状态3.历年(lnin)竞赛题目分析共七十八页3.历年竞赛(jngsi)题目分析一、任务(rn wu)设计并制作如图1所示的开关稳压电源。图1电源框图2007开关稳压电源共七十八页3.历年(lnin)竞赛题目分析二、要求在电阻负载条件下，使电源满足下述要求：1基本要求输出电压UO可调范围：30V36V；最大输出电流IOmax：2A；U2从15V变到21V时，电压调整率SU2%（IO=2A）；IO从0变到2A时，负载调整率SI5%（U2=18V）；输出噪声纹波电压峰-峰值UOPP1V（U2=18V,UO=36V,IO=2

16、A）；DC-DC变换器的效率 70%（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；具有过流保护功能(gngnng)，动作电流IO（th）=2.50.2A；共七十八页3.历年(lnin)竞赛题目分析2发挥部分进一步提高电压(diny)调整率，使SU0.2%（IO=2A）；进一步提高负载调整率，使SI0.5%（U2=18V）；进一步提高效率，使 85%（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；排除过流故障后，电源能自动恢复为正常状态；能对输出电压进行键盘设定和步进调整，步进值1V，同时具有输出电压、电流的测量和数字显示功能。其他。共七十八页3.历年竞赛(jngsi)题目分析共七十八页3.历年(ln

17、in)竞赛题目分析共七十八页2011开关电源模块(m kui)并联供电系统 一、任务 设计并制作一个由两个额定输出功率均为 16W 的 8V DC/DC 模块构成的并联(bnglin)供电系统（见图 1）。3.历年竞赛题目分析共七十八页二、要求 1.基本要求（1）调整负载电阻至额定输出功率工作状态，供电系统的直流输出电压UO=8.00.4V。（2）额定输出功率工作状态下，供电系统的效率不低于 60%。（3）调整负载电阻，保持输出电压UO=8.00.4V，使两个(lin )模块输出电流之和 IO=1.0A 且按I1:I2=1:1模式自动分配电流，每个模块的输出电流的相对误差绝对值不大于 5%。（

18、4）调整负载电阻，保持输出电压UO=8.00.4V，使两个模块输出电流之和 IO=1.5A 且按I1:I2= 1:2模式自动分配电流，每个模块输出电流的相对误差绝对值不大于 5%。3.历年(lnin)竞赛题目分析共七十八页2.发挥部分（1）调整负载电阻，保持输出电压 UO=8.00.4V，使负载电流 IO在 1.53.5A之间变化(binhu)时，两个模块的输出电流可在（0.52.0）范围内按指定的比例自动分配，每个模块的输出电流相对误差的绝对值不大于 2%。（2）调整负载电阻，保持输出电压UO=8.00.4V，使两个模块输出电流之和 IO=4.0A 且按I1:I2=1:1 模式自动分配电流，每个模块的输出电流的相对误差的绝对值不大于 2%。（3）额定输出功率工作状态下，进一步提高供电系统效率。（4）具有负载短路保护及自动恢复功能，保护阈值电流为4.5A（调试时允许有0.2A 的偏差）。（5）其他。3.历年(lnin)竞赛题目分析共七十八页/view/7a323c86d4d8d15abe234e32.html3.历年(lnin)竞赛题目分析共七十八页3.历年竞赛(jngsi)题目分析共七十八页/v_show/id_XNTYwOTA1OTg4.html高频(o pn)变压器制作共七十八页共七十八页内容摘要电源设计。DC-DC。c)