开关电源设计报告.docx
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开关电源设计报告
前言
随着电子技术的高速进展,电子系统的应用领域愈来愈普遍,电子设备的种类也愈来愈多,电子设备与人们的工作、生活的关系日趋紧密。
最近几年来,随着功率电子器件（如IGBT、MOSFET）、PWM技术和电源理论进展,新一代的电源开始慢慢取代传统的电源电路。
开关电源中的功率调整管工作在开关状态，具有功耗小、效率高、稳压范围宽、温升低、体积小等突出优势，在通信设备、数控装置、仪器仪表、视频音响、家用电器等电子电路中取得普遍应用。
开关电源是利用现代电力电子技术，操纵开关晶体管开通和关断的时刻比率，维持稳固输出电压的一种电源。
随着电力电子技术的进展和创新，使得开关电源技术在不断地创新，这一本钱反转点日趋向低输出电力端移动，这为开关电源提供了普遍的进展空间。
开关稳压电源，其系统硬件由三个环节组成，即整流滤波环节、直流-直流升压变换（DC-DC）环节、和测控与键盘显示环节。
摘要
开关电源是以功率半导体器件为开关元件，该电源为一非隔离型DC/DC变换器，核心器件是ST公司生产的开关电源芯片L4978。
L4978开关电源为减压型，输出电压小于输入电压。
开关电源高频化是其进展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更普遍的应用领域，专门是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。
另外开关电源的进展与应用在节约能源、节约资源及爱惜环境方面都具有重要的意义。
开关电源具有节能（效率一样可达85%以上）；体积小，重量轻；具有各类爱惜功能；改变输出电流、电压容易，稳固，可控等特点。
关键词
L4978开关电源DC/DC变换器
图中DC/DC变换器是开关电源电路的核心部份，其作用是将固定输入的直流电压U1变换成可变的直流电压，也称为直斩波器。
开关电源采纳功率半导体作为开关器件，通过周期性操纵开关通断，调剂环路操纵信号的占空比来调整输出电压。
经常使用操纵方式有脉宽经常使用操纵方式有脉宽调制（PWM）、脉频调制（PFM）PWM与PFM混合式,其中最经常使用的是PWM。
单片开关式DC/DC电源变换器L4978内含误差放大比较器、脉宽调制器、驱动器等电路,适宜组成高效、小体积的仪器仪表的开关电源。
2.1L4978芯片介绍
L4978是意－法半导体生产的单片开关式稳压器，它采纳8脚双列直插式DIP-8封装，外形与常见的运放4558相同，它的最大输出电流可达2A，最大输出功率100W，输入电压范围8-55V，输出电压调剂范围，内部集成了基准电压源、锯齿波信号及时钟信号振荡器、误差放大器、脉宽调制器、功率输出级和各类爱惜电路，在芯片内部集成了一只N沟道DMOS功率开关管，其开关速度极快，可在高频下工作。
L4978的引脚排列图如下图
2.2L4978芯片特性
单片开关式集成DC/DC电源变压器L4978是一种新型高效节能稳压电源，它内部集成了3.3V准基电压源、锯齿波信号及时钟信号振荡器、误差放大器、脉冲调制器、功率输出级和各类爱惜电路。
L4978芯片输入电压的许诺范围宽，消耗低。
此芯片内还集成了高速DMOS
功率开关管、专门驱动开关管和软启动、禁用等功能，提高了电源的效率和系统平安性。
2.3L4978工作原理
芯片4脚输出电压UO,经外接取样电阻R3、R4分压后（见图3）,反馈至8脚的误差放大器反相端,与加在同相端的3.3V基准电压相较较,取得误差电压Ur,由Ur的幅度操纵PWM比较器输出的脉冲宽度UPWM,最后由功率放大器和降压电路,输出稳固直流电压。
3.L4978开关电源电路
图3L4978开关电源原理图
电路原理如下：
C1为输入滤波电容，C2为高频滤波电容，R一、C3是振荡电阻与振荡电容，C4为软启动电容，R2和C5组成误差放大器的频率补偿网络，C6是自举电容，VD为续流二极管，采纳SB560的肖特基二极管。
电感L为储能元件，可选用直径为22mm的高频磁环，用外径为10mm的高强度漆包线沿磁环的圆周方向均匀绕40T左右。
电路工作时，功率脉冲调制信号从IC的14脚输出，在信号的正半周时，向负载供电，同时将电能贮存在L和C7中，现在VD截止。
在功率脉冲调制信号的负半周，VD导通，贮存在L中的电能就通过VD所组成的电路继续向负载供电，维持输出电压不变。
芯片4脚输出电压U0，经外接取样电阻R3、R4分压后，反馈至8脚的误差放大器反相端，与加在同端的3.3V基准电压相较较，取得误差电压Ut，由Ut的幅度操纵PWM比较器输出的脉冲宽度UPWM,最后由功率放大器和降压电路输出稳固直流电压。
电阻R1和电容C3决定了系统的工作频率，L4978最高许诺频率为500Hz。
电阻R3和R4组成电压反馈回路，分压比决定输出电压的高低。
R4的阻值为4.7K,调整R3的阻值，可改变输出电压。
输出电压与R3阻值关系见下表
V0/V
R3/K
R4/K
0
12
12
15
16
18
20
24
30
步骤①分析任务，预备资料。
包括原理图分析，元器件资料预备，明确设计要求，例如散热要求、机械防护要求、电磁兼容性要求、电路板尺寸要求、特殊加工要求等；
②成立项目文件夹，明确保留途径；
③预备元器件。
在ProtelDXP提供的元器件库内查找，若是没有，那么自己制作；
④制作原理图。
依照项目规模划分单元，确认是不是需要制作层次原理图及其层次划分；
⑤制作印制电路板；
⑥生成有关报表、辉煌文件、钻孔文件等。
元器件序号
参数值
元器件封装
R1
20K
R2、R3
R4
C1、C7
220uF/63V
C2
C3
C4、C6
100nF
C5
22nF
JP1
Vin
JP2
Vout
D1
SB560
L1
126mH
U1
L4978
DIP-8
R3和R4：
取样电阻，电路输出电压U0由R3和R4的分压比决定。
C6：
滤波电容，用来滤除交流成份。
使输出的直流更滑腻。
R1和C3：
决定开关频率，其计算公式为:
L1：
电感，用来存储能量,储能电感L与所设计的UI、UO、f及纹波电流值IL,有关其计算公式为:
元器件布局时，电流主回路（C一、U一、D一、L一、C7）及操纵回路（R一、R二、R3、R4、C3、C4、C五、U1）主次应分明，且知足；布线，电流流向简练流畅；操纵回路要求从输出端单点接地；R二、C3振荡回路及R二、C5补偿回路尽可能靠近U1（L4978）相应引脚。
5.2布线导线要求
由于这是一个开关电源电路，最高频率可达500kHz，为幸免电磁干扰，L4978集成电路及其周围辅助元器件，要求单点接地；依照原理图将相应的元件摆放在L4978相应的位置，如此能够减少导线的长度，从而减少电路的损耗；地线的宽度为30mil适宜，输入输出线宽为23mil适宜，其他的线宽为20mil；同时采纳实心铜敷铜，如此不仅美观，而且增加的电路的抗干扰的能力。
电路输出电压U0ut由取样电阻R3和R4的分压比决定，设输出电压为U0ut，取样反馈电压为UFB，那么有关系式：
，那么有v。
由式子可知，调剂R4或R3就能够够改变输出电压。
通过量次的调整和测试的数据得出（如表1），咱们选择输入电压为30V时，该电源的输出电压大小要紧取决于8脚的电压和R3、R4的阻值有关，而且现选定R4为47K，R3为100K，通过
（1）的计算能够得出输出电压为10.3V，实际测量电压为10.4V，由于电路和测量仪器存在必然的误差；而且通过量组数据的测量和计算，符合误差的范围。
表1，测量数据记录表（R4=47K）
R3（K）
10
20
22
47
100
Uout（V）
4
依照基于L4978的开关电源电路的设计和元器件的选用,电路实现了小体积、多功能、高效率、低功耗、调剂方便、应用灵活等特点。
实验测试说明:
该电路输入电压可在8~55V转变,输出电流可达3A,最大输出功率80W,输出纹波34mV,电源效率可达92%。
这种电路不仅用于仪器仪表及测试系统的电源,还可作为3.3V供电的笔记本电脑的开关电源利用。
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