开关电源设计论文.docx

开关电源设计论文.docx

《开关电源设计论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《开关电源设计论文.docx（14页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

开关电源设计论文

电子技术课程设计

设计课题：

开关电源

电子工程系

电子1班

目录

一．设计目的

二．设计要求

三．方案总体概要设计

四．分模块设计与分析

五．电路的安装与调试

六．总结

七．元器件清单

八．参考文献和辅助工具

一.设计目的

目前电子类的产品已经深入到人们生活的各项领域当中，每个产品都离不开电源。

就目前电源发展这一块也是形式多样化。

但也存在功率省耗大，转换效率不高，体积大不便于携带等导致性价比不高。

基于这些我们设计一个AC-DC的直流稳压可调的开关电源，它的性能优越，电压可调，体积小、重量轻、性价比高等他将更加普遍使用于生活当中。

希望通过本次课程设计了解ncp1050的功能及用法，进一步将数模电知识加以运用，进而不断提高自己的专业知识。

二.设计要求

基本要求：

1、输入电压：

单相交流额定电压有效值220V±20%

2、频率：

频率范围45-65Hz

3、电流：

在满载运行时,输入220V,小于8A。

在264V时,冲击电流不大于18A

4、输出电压U。

可调范围：

30～36V。

5、最大输出电流IOMAX：

2A。

6、输出噪声纹波电压峰—峰值Uopp≤1V

7、DC—DC变换器的效率q≥70％

发挥部分：

1、进一步提高效率，使q≥85％

2、排除过流故障后，电源能自动恢复为正常

状态。

三.方案总体概要设计：

方案一

步骤如下：

方案一框图

说明：

选择了Boost升压变换器实现DC-DC变换，控制系统选用单片机ADuC812和脉宽调制控制器SG3525通过双闭环回路共同控制DC-DC变换电路，实现输出电压稳定、可调；SG3525产生高频脉冲控制DC-DC变换，ADuC812实现显示、A/D和D/A转换、过流保护、处理电压反馈信号。

该方案的优点：

1.电路结构简单，转换效率高稳压性能优，并且转换效率高;

2.控制系统软件编程工作量较小，难度不大；

3.用脉宽调制型控制器实现PWM控制，产生频率为100KHZ的脉冲较容易，并且完全由硬件产生高频脉冲，实时性好；

该方案的缺点：

1.件电器设计难度较大；

⒉电路板布线工作量较大。

3.控制软件编程工作量大、难度大；

4.所有控制都由单片机实现,对单片机的硬件资源要求很高；

方案二

步骤如下：

方案二框图

隔离变压=>整流滤波=>高频变换=>控制电路=>调整输出

说明：

本电路主要采用3块集成芯片实现对电路的控制，分别是IC1（NCP1050）、IC2（光耦合器SFH615）、IC3（可调式精密电压调节器TL431）。

该方案的优点：

1.电路结构简单，转换效率高稳压性能优，并且转换效率高;

2.性能优越，电压可调，体积小、重量轻、性价比高，可普遍使用于生活当中；

3.NCP1050,TL431等芯片器件功能强大，设计起来比较简单。

该方案的缺点：

1.输出较难调节;

2.电路图难以实现仿真;

结合老师提供的器件及对两种方案的对比，发现方案2容易实现,最终我们小组决定采用第2种方案实行本次电子课程设计。

四．各单元模块设计和分析

NCP1050内部结构图

NCP1050的构成

1、门控振荡器；2、启动与调节电路；

3、欠压闭锁电路；4、输人控制电路；

5、脉宽调制器；6、功率开关管及过流检测电阻；

7、故障逻辑和定时器电路；8、开启触发器与关断触发器；

9、过热保护电路；

NCP1050系列电源的性能特点

（1）芯片内部包含上电启动调节电路、门控振荡器、脉宽调制器、驱动门、功率开关管、故障逻辑与故障触发器、开启触发器、关断触发器、前沿闭锁电路。

采用100V、115V或230V交流固定输人电压时,该系列的输出功率为6~40W,配85~265V宽范围交流输人电压时,可提供3~20W的功率。

占空比调节范围是0~77%。

（2）内部有一个完整的门控振荡器,不需要外接阻容元件即可产生矩形波信号和时钟信号。

（3）利用芯片内部的动态自供电源来提供电源电压二并对其进行调整,能省去反馈绕组,简化高频变压器的设计。

（4）它采用独特的双沿口开、关触发模式来完成脉宽调制功能,可实现控制环路的快速响应。

（5）具有完善的保护功能,包括带滞后特性的输人欠压、保护、过流保护亦称过载保护、输出短路保护、过热保护、控制环路的开环保护功能。

电压调节器TL431内部结构

10w精密开关电源

作精密开关电源使用时,满载时的电率为0.38%（u=85-265v,Io=1.91负载整率为0.57%（u=230v,Io=0.19-1.91A）。

最大输出功率为10w。

该电源总共使用了三片集成电路:

IC1（NCP1050）、IC2（光耦合器sfh615a-4）、IC3（可调式精密电压调节器tl431）。

85-265v交流电经过电磁干扰滤波器（c1，l1）整流滤波器（V1-V4,C2）产生直流高压、再经过一次绕组接NCP1050B的漏极。

由R1、C3和v5构成的钳位保护电路,可吸收高频变压器漏感产生的尖峰电压,防止尖峰电压叠加在输人电压（U1）和感应电压（Uor）上,使Ud超过700V而导致MOSFET雪崩击穿。

R2,C4用来抑制由振铃电压形成的辐射噪声。

C5为供电电容,它有三种功能:

第一,利用动态自供电源来代替反馈绕组,为IC1提供电源电压,因此高频变压器不需要辅助绕组;第二,为门控振荡器频率扫描提供定时时间第三,对输出故障过载、短路或开环故障做出响应。

输出整流管V5采用IN5822型3A/40V快恢复二极管。

为提高电源效率,亦可用型肖特基二极管来代替。

输出滤波器由C7,C8,C9,L2,C11,C12构成。

分别将C7-C9，C11-C12作并联使用,可减小分布电感。

L2采用5uH的磁珠。

R5，R6为输出端的取样电阻。

取样电压UQ与TL431内部的2.5V基准电压进行比较,以决定TL431的阴极电压UK。

当U0上升导致UQ上升导致uk下降时,光藕合器中LED比的工作电流If增大,使NCP1050B的输出占空比减小,最终使U0保持不变。

为频率补偿电容,防止TL431产生自激振荡。

C6是安全电容。

五.电路的安装与调试

总的设计原理图

完成了理论设计的基础之后，进行对自己设计不大肯定的电路，由于软件protues没有ncp1050的元件，不好进行仿真测试，修正。

所以直接开始电路的安装和调试。

在拿到了工具的和器材之后，首先对各元器件进行测试，检查是否芯片存在问题。

在确认没有问题之后，就可以按照布线方案来进行布线了。

布线方案

首先我们小组在protel上设计好原理图，如上图。

先利用protel的自动布线功能，把个连线都布好，然后个别修要修改的元件进行了调整和跳线的修改，因为我们平时没怎么实验和设计过的电路，ncp1050，tl431等元件开始没有见到元器件，不晓得到底是几引脚，都是按照下载的资料设计的封装，电容也是的按照一般的电容的引脚的大小设计的封装。

与同学的交流讨论之后，完成了布线的过程。

布线图如下：

、

六．总结

1.设计过程中遇到的问题及其解决方法。

1）由于上期学习Protel软件时，很多要点都没有理解透彻，通过这次画原理图，加深了对所学知识的理解与应用。

比如，在设置地线与电源线宽时应多加注意。

2）在制板过程中，对PCB的腐蚀应当小心，注意安全问题。

在调试过程中应耐心，仔细，一步一步调试，否则很难找出错误。

3）在PCB板布线过程中，应注意线与线之间的距离，否则做出实物板后，有些线会连到一起。

同时应注意元器件的封装。

2．设计体会

1，在此次的开关电源的设计过程中，更进一步熟悉了protel软件的使用，增强了自己的动手能力。

2，通过此次电源开关的设计，了解了电子专业PCB板的制做流程。

3，对以前所学数模电知识有了更深的撑握。

。

七．元器件清单

单片开关电源集成电路

NCP1050

个

1

0

15

光耦合器

SFH615A

个

1

0

15

电压调节器

TL431

个

1

0

15

晶体管

2N3904

个

1

0

15

整流二极管

1N4006

个

4

0

60

快恢复二极管

MUR160

个

1

0

15

快恢复二极管

IN5822

个

1

0

15

电阻器

RTX-0.125W-91k

个

1

0

15

电阻器

RTX-0.125W-2.2k

个

1

0

15

电阻器

RTX-0.125W-47

个

1

0

15

电阻器

RTX-0.125W-1k

个

1

0

15

电阻器

RTX-0.125W-2k

个

1

0

15

电阻器

RTX-0.125W-2.2k

个

1

0

15

电阻器

RTX-1W-0.5

个

1

0

15

电阻器

RTX-1W-1.2

个

1

0

15

电阻器

RTX-0.125W-22

个

1

0

15

电阻器

RTX-0.125W-220

个

1

0

15

电容器

CL-0.1UF/600V

个

1

0

15

电容器

CD11-33UF/400V

个

1

0

15

电容器

CC-220PF/400V

个

1

0

15

电容器

CC-22PF/400V

个

1

0

15

电容器

CD11-10UF/100V

个

1

0

15

电容器

CC-100PF/100V

个

1

0

15

电容器

CD11-330UF/25V

个

3

0

50

电容器

CL-0.22UF/50V

1

0

15

电容器

CD11-220UF/25V

2

0

30

电容器

CL-1UF/50V

个

1

0

15

电容器

CD11-1.0UF/50V

个

1

0

15

电感器

10mH

个

1

0

15

电感器

5uH磁珠

个

1

0

15

高频变压器

高频变压器

1

0

15

八.参考文献和辅助软件工具

1．叶斌《电力电子应用技术》；北京大学出版社，2006；

2．Ncp1050的资料；

3．Tl431的内部结构资料；

4．制作电路板软件protel；

5.钱振宇《开关电源的电磁兼容性设计与测试》北京电子工业出版社，2005；

电子技术课程设计成绩评定

1、

成绩类型

分数

备注

1、电路板设计、制作分10%

2、安装、调试分

40%

3、调试结果分：

20%

4、论文报告分

30%

5、总分

评语：

指导老师：