开关稳压电源的设计

开关稳压电源PAGEPAGE13电子设计竞赛论文开关稳压电源的设计组员：指导老师：

摘要：本系统以Boost升压斩波电路为主电路，采用TL494作为开关稳压电源的核心控制芯片，并加入反接保护、输入过压欠压保护、输出过流保护、输出电压反馈、输出电压显示等辅助系统，实现输出电压30～36V可调，最大输出电流2A的功能。关键词：BoostTL494开关电源msp430f149单片机

目 录TOC\o"1-2"\h\z\u1绪 论 22系统方案设计 22.1DC-DC主回路拓扑 32.2控制方法及实现方案 32.3系统总体框图 32.4提高效率的方法及实现方案 43电路设计与参数确定 43.1Boost升压子系统的设计 43.2重要元器件参数的选择 53.3输入欠压过压保护 53.4TL494控制电路的设计 64测试与分析 74.1测试环境及仪器 74.2测试结果 74.3测试结果与要求比较分析 85结论 9参考文献 9附 录 91绪 论开关稳压电源简称开关电源（SwitchingPowerSupply），通过控制开关管的导通比来维持输出电压的稳定，体积小、重量轻（体积和重量只有线性电源的20～30%）、效率高（一般为60～70%，而线性电源只有30～40%）、自身抗干扰性强、输出电压范围宽、模块化。功耗低、纹波小、噪音低、易扩容等特点，使得开关电源具有高的稳定性和性价比，在仪器、仪表、工业自动化等领域得到广泛应用。2系统方案设计2.1DC-DC主回路拓扑 方案一：隔离型的开关电源中高频变换器的基本形式有五种：单端正激式、单端反激式、半桥式、全桥式和推挽式。其中单端正激式和单端反激式结构简单、易于实现，半桥式、全桥式和推挽式电路结构较复杂对驱动电路要求较高、输出功率较大。方案二：非隔离型DC-DC变换器没有开关变压器，采用Boost降压变换器可以实现将直流电压升高，简图如图2-1所示。图2-1Boost升压斩波电路拓扑结构图2-1Boost升压斩波电路拓扑结构 第二种方案的电路简洁易于实现，而且性价比也比第一种方案好，故选非隔离型BoostDC-DC变换器作为主电路。2.2控制方法及实现方案 方案一：用PWM准用芯片产生PWM控制信号。此防范较易实现，而且工作稳定，不易实现输出电压键盘设定和步进调整。 方案二：用单片机产生PWM控制信号。单片机根据取样电路的反馈对PWM信号做出调整以实现稳压输出。但这种方案很不稳定，实现难以。 综合考虑我们选择方案一。2.3系统总体框图 系统总体框图如图2-1所示。负载DC输出滤波DCBoost升压电路DC整流滤波负载DC输出滤波DCBoost升压电路DC整流滤波ACAC隔离变压器反馈电路过压欠压保护TL494反馈电路过压欠压保护TL494控制芯片保护电路保护电路电压采用电压采用430单片机图2-2系统总体框图LCD显示430单片机图2-2系统总体框图LCD显示2.4提高效率的方法及实现方案 Boost升压斩波电路中开关管的选取：电力晶体管（GTR）耐压高、工作频率较低、开关损耗大；电力场效应管（PowerMOSFET）开关损耗小、工作频率较高。从工作频率和降低损耗的角度考虑，选择电力场效应管作为开关管。 选择合适的开关工作频率：为降低开关损耗，应尽量降低工作频率；为避免产生噪声，工作频率不应在音频内。综合考虑后，我们把开关频率设定为20kHz。 Boost升压电路中二极管的选取：开关电源对于二极管的开关速度要求较高，可从快速恢复二极管和肖特基二极管中加以选择。与快速恢复二极管相比，肖特基二极管具有正向压降很小、恢复时间更短的优点，但反向耐压较低，多用于低压场合。考虑到降低损耗和低压应用的实际，选择肖特基二极管。3电路设计与参数确定3.1Boost升压子系统的设计 这里我们在常见的Boost升压结构的基础之上外加反接保护、过压欠压保护构成，达到使系统更加安全可靠地目的，输出滤波部分加多级电容使输出文波更小， 反接保护功能由二极管和保险丝实现，电路如图3-1。图3-1输入反接保护模块原理图 Boost升压的DC-DC拓扑结构如图3-2所示。图3-2Boost升压模块原理图3.2重要元器件参数的选择 开关管的选择：选择导通电阻小的IRF540作为开关管，其导通电阻仅为77mΩ（VGS=10V,ID=17A）。IRF540击穿电压VDSS为55V，漏极电流最大值为28A（VGS=10V， 肖特基二极管的选择：选择ESAD85M-009型肖特基二极管，其导通压降小，通过1A电流时仅为0.35V，并且恢复时间短。实际使用时为降低导通压降将两个肖特基二极管并联。 电感参数的计算： （3-1）其中，m是脉动电流与平均电流之比取为0.25，开关频率f=25kHz,输出电压为36V时，LB=527.48μH，取530μH。 电感线径的计算：最大电流IL为2.5A，电流密度J取4A/mm2，线径为d,则由得d=0.892mm,工作频率为25kHz,需考虑趋肤效应，制作中采取多线并绕方式，既不过流使用，又避免了趋肤效应导致漆包线有效面积的减小。 电容的参数计算： （3-2）其中，ΔUO为负载电压变化量，取20mV,f=25kHz,UO=36V时,CB=1465μF,取为2021μF，实际电路中用多只电容并联实现，减小电容的串联等效电阻（ESR），起到减小输出电压纹波的作用，更好地实现稳压。3.3输入欠压过压保护 输入的15V～21V交流电经整流滤波后电压为18V～27V，当输入18<VIN<27时V>V,V<V,2脚出高电平，1脚输出低电平，通过与非门后为低，电路正常工作；当输入VIN<18V或VIN>27V时，与非门输出高电平，继电器断开，是电路达到保护作用。如图3-3所示。图3-3输入欠压过压模块原理图3.4TL494控制电路的设计 TL494是一种固定频率脉宽调制电路，它包含了开关电源控制所需的全部功能，泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源。TL494有SO-16和PDIP-16两种封装形式，以适应不同场合的要求。这里我们选择单端工作方式，由于TL494内部集成多个运放，所以本系统将过流保护和电压反馈都集成在TL494里面，充分利用他的功能实现整个电路的过流恢复和输出电压稳定的功能。 我们把1脚和2脚的运放用作电压反馈的输入端口，当输入电压增加时，1脚的采样电压增大，运放的正向输入端电压高于反向输入端，经过内部运放，或非门后使占空比减小，输出电压减小，从而使输出稳定。 将15脚和16脚的运放用作过流保护的输入端口，输出电流增加时（大于2A），运放的正向输入电压高于反向输入电压，最终使占空比减小，减小了输出电压，从而电流减小，达到过流恢复的功能。连接图如3-4所示。图3-4TL494模块原理图 TL494还有一个比较独特的功能，他可以实现输出电压由低到高慢慢建立，实现软启动，上电时，C1充电需要一定时间，死区电压由高逐渐变低，Q1管的导通时间逐渐增大，输出电压逐渐升高。3.5输出电压显示 我们使用MSP430单片机内自带的12位ADC,将输出电压采样显示,充分利用片内资源,节约硬件的使用,使本系统更加完善。4测试与分析4.1测试环境及仪器 在室温下进行测量，所用仪器如下：表4-1测量工具编号名称型号1数字万用表DT95082数字存储示波器UTD20214.2测试结果 电压调整率测试 测试方法：在I=1A时，通过调整变压器改变U，测量U,表4-1所示。表4-1测量结果U/V19.618.016.015.0U/V29.029.128.728.4 由以上测试结果可以计算出，系统的电压调整率达到1.15%，满足题目要求。 负载调整率测试 测试方法：在U=19.2V时，改变负载大小，测量U的值，表4-2所示表4-2测量结果I/A0.110.300.410.500.650.730.850.931.27U/V30.330.330.130.029.629.629.329.228.9 由以上测试结果可以计算出，系统的负载调整率达到1.82%，满足题目要求。 效率测试 测试方法:U=19.2V,U=30.0V时，测试输入电压电流，输出电压电流得到，表4-3所示。表4-3测量结果输入电压U/V输入电流I/A输出电压U/V输出电流I/A效率/%22.70.2730.50.1679.6222.20.3630.40.2179.8822.00.4730.20.2778.8621.40.5128.60.3489.1020.10.9628.50.4972.37 去掉最高与最低测量值，计算得效率平均值为79.40%。输出噪声文波测试 测试方法：将电源的输出端连接到60MHZ模拟示波器（AC耦合，扫描速度20ms/div），在U=18V、U=32V、I=1A时观察波形图像，并记录文波电压峰-峰值等于100mV，符合题目设计要求。4.3测试结果与要求比较分析 测试数据与设计指标的比较,如表4-4所示。表4-4结果比较测试项目基本要求发挥要求电路测试结果输出电压可调范围30V-36V实现最大输出电流2A未测试电压调整率≤2％≤0.2%实现（1.15%）负载调整率≤5％≤0.5%实现（1.82%）输出噪声电压峰峰值≤1VPP实现DC-DC变换器效率≥70%≥85%实现（79.40%）过流保护动作电流2.5±0.2A故障排除后自动恢复实现 产生偏差的原因：对效率等进行理论分析和计算时，采用的是器件参数的典型值，但实际器件的参数具有明显的离散性，电路性能很可能因此无法达到理论分析值。 电路的制作工艺并非理想的，会增加电路中的损耗。 改进方法:使用性能更好的器件，如换用导通电阻更小的电力MOS管，采用低阻电；使用软开关技术，进一步减小电力MOS管的开关损耗；采用同步式开关电源的方案，用电力MOS管代替肖特基二极管以减小损耗；优化软件控制算法，进一步减小电压调整率和负载调整率。5结论开关电源在我们的生活中都有用到，而我们学的还是他的很浅的一部分，我们的基础知识有限，对它的参数，算法有很多不懂的地方。所以好多问题都要问学长，我们当然也得到了他们的帮助，可我们的基础知识还是要努力学习，虽然还从在好多问题，但我相信，在我们共同的努力下，我们一定会做得更好，希望得到老师，同学们的大力支持。我们是初学者，虽然现在时间紧，但我们还是在努力着。希望给老师一个满意的答复，可还是基础知识的欠缺，最终导致好多问题的出现。通过这次的作品制作，我们深深感到基础知识对我们的重要性，还有的就是坚持与毅力是我们必须有的，相信在以后的学习中我们会走得更好！参考文献[1]康光华.模拟电子技术基础.高等教育出版社[M].2021.1[2]阎石.数字电子技术基础.高等教育出版社[M].2021.1[3]张肖子等.电子设计指南.高等教育出版社[M].2021.1[4]周志敏等.开关电源实用技术.人民邮电出版社[M].2021.8[5]张华林等.电子设计竞赛实训教程.北京航空航天大学出版社[M].2021.7附 录电路原理图

社会实践报告系别：班级：学号：姓名：作为祖国未来的事业的继承人，我们这些大学生应该及早树立自己的历史责任感，提高自己的社会适应能力。假期的社会实践就是很好的锻炼自己的机会。当下，挣钱早已不是打工的唯一目的，更多的人将其视为参加社会实践、提高自身能力的机会。许多学校也积极鼓励大学生多接触社会、了解社会，一方面可以把学到的理论知识应用到实践中去，提高各方面的能力；另一方面可以积累工作经验对日后的就业大有裨益。进行社会实践，最理想的就是找到与本专业对口单位进行实习，从而提高自己的实战水平，同时可以将课本知识在实践中得到运用，从而更好的指导自己今后的学习。但是作为一名尚未毕业的大学生，由于本身具备的专业知识还十分的有限，所以我选择了打散工作为第一次社会实践的方式。目的在于熟悉社会。就职业本身而言，并无高低贵贱之分，存在即为合理。通过短短几天的打工经历可以让长期处于校园的我们对社会有一种更直观的认识。实践过程：自从走进了大学，就业问题就似乎总是围绕在我们的身边，成了说不完的话题。在现今社会，招聘会上的大字报都总写着“有经验者优先”，可还在校园里面的我们这班学子社会经验又会拥有多少呢？为了拓展自身的知识面，扩大与社会的接触面，增加个人在社会竞争中的经验，锻炼和提高自己的能力，以便在以后毕业后能真正真正走入社会，能够适应国内外的经济形势的变化，并且能够在生活和工作中很好地处理各方面的问题，我开始了我这个假期的社会实践-走进天源休闲餐厅。实践，就是把我们在学校所学的理论知识，运用到客观实际中去，使自己所学的理论知识有用武之地。只学不实践，那么所学的就等于零。理论应该与实践相结合。另一方面，实践可为以后找工作打基础。通过这段时间的实习，学到一些在学校里学不到的东西。因为环境的不同，接触的人与事不同，从中所学的东西自然就不一样了。要学会从实践中学习，从学习中实践。而且在中国的经济飞速发展，又加入了世贸，国内外经济日趋变化，每天都不断有新的东西涌现，在拥有了越来越多的机会的同时，也有了更多的挑战，前天才刚学到的知识可能在今天就已经被淘汰掉了，中国的经济越和外面接轨，对于人才的要求就会越来越高，我们不只要学好学校里所学到的知识，还要不断从生活中，实践中学其他知识，不断地从各方面武装自已，才能在竞争中突出自已，表现自已。在餐厅里,别人一眼就能把我人出是一名正在读书的学生,我问他们为什么,他们总说从我的脸上就能看出来,也许没有经历过社会的人都有我这种不知名遭遇吧!我并没有因为我在他们面前没有经验而退后,我相信我也能做的像他们一样好.我的工作是在那做传菜生,每天9点钟-下午2点再从下午的4点-晚上8:30分上班,虽然时间长了点但,热情而年轻的我并没有丝毫的感到过累,我觉得这是一种激励,明白了人生,感悟了生活,接触了社会,了解了未来.在餐厅里虽然我是以传菜为主,但我不时还要做一些工作以外的事情，有时要做一些清洁的工作，在学校里也许有老师分配说今天做些什么，明天做些什么，但在这里，不一定有人会告诉你这些，你必须自觉地去做，而且要尽自已的努力做到最好，一件工作的效率就会得到别人不同的评价。在学校，只有学习的氛围，毕竟学校是学习的场所，每一个学生都在为取得更高的成绩而努力。而这里是工作的场所，每个人都会为了获得更多的报酬而努力，无论是学习还是工作，都存在着竞争，在竞争中就要不断学习别人先进的地方，也要不断学习别人怎样做人，以提高自已的能力！记得老师曾经说过大学是一个小社会，但我总觉得校园里总少不了那份纯真，那份真诚，尽管是大学高校，学生还终归保持着学生的身份。而走进企业，接触各种各样的客户、同事、上司等等，关系复杂，但我得去面对我从未面对过的一切。记得在我校举行的招聘会上所反映出来的其中一个问题是，学生的实际操作能力与在校理论学习有一定的差距。在这次实践中，这一点我感受很深。在学校，理论的学习很多，而且是多方面的，几乎是面面俱到；而在实际工作中，可能会遇到书本上没学到的，又可能是书本上的知识一点都用不上的情况。或许工作中运用到的只是很简单的问题，只要套公式似的就能完成一项任务。有时候我会埋怨，实际操作这么简单，但为什么书本上的知识让人学得这么吃力呢？这是社会与学校脱轨了吗？也许老师是正确的，虽然大学生生活不像踏入社会，但是总算是社会的一个部分，这是不可否认的事实。但是有时也要感谢老师孜孜不倦地教导，有些问题有了有课堂上地认真消化，有平时作业作补充，我比一部人具有更高的起点，有了更多的知识层面去应付各种工作上的问题，作为一名大学生，应该懂得与社会上各方面的人交往，处理社会上所发生的各方面的事情，这就意味着大学生要注意到社会实践，社会实践必不可少。毕竟，很快我就不再是一名大学生，而是社会中的一分子，要与社会交流，为社会做贡献。只懂得纸上谈兵是远远不及的，以后的人生旅途是漫长的，为了锻炼自己成为一名合格的、对社会有用的人才.很多在学校读书的人都说宁愿出去工作，不愿在校读书；而已在社会的人都宁愿回校读书。我们上学，学习先进的科学知识，为的都是将来走进社会，献出自己的一份力量，我们应该在今天努力掌握专业知识，明天才能更好地为社会服务。实践心得：虽然这次的实践只有短短的几天，而且从事的是比较简单的服务工作，但是通过与各种各样的人接触，还是让我学会了很多道理。首先是明白了守时的重要性。工作和上学是两种完全不同的概念，上学是不迟到很多时候是因为惧怕老师的责怪，而当你走上了工作岗位，这里更多的是由于自己内心的一种责任。这种责任是我学会客服自己的惰性，准时走上自己的岗位。这对我以后的学习生活也是一种鞭策，时刻牢记自己的责任，并努力加强自己的时间观念。其次让我真实的体会到了合作的重要性。虽然我工作的只是小小的一家餐厅，但是从点单到制作到递送到结帐这一环环的工作都是有分工的，只有这样才能使整家店的工作效率都大大的提高。以前虽然在书上看见过