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2.1电路原理图3

2.2集成电路介绍3

2.3EMI滤波电路5

2.4整流滤波及续流电路5

2.5SD4870工作电路5

2.6输出反馈电路6

2.7整流滤波电路6

3开关电源装配6

3.1变压器的绕制要点6

3.2变压器绕制参数7

3.3变压器的测验7

3.4元件的安装8

4开关电源调试8

4.1上电测试8

4.2加负载能力测试8

4.3测量工作点8

实训总结11

谢辞12

参考文献13

引言

本次实训是理论联系实际的重要实践教学环节，是对学生进行的一次综合性专业设计训练。

本次实训设计主要注重的是电子电路的理解、安装、调试、等综合于一体的一门实训课程，用意在于培养学生正确的调试方法以及动手能力，理论联系实际的工作作风，严肃认真、实事求是的科学态度,培养学生综合运用所学知识与生产实践经验，分析和解决工程技术问题的能力。

作为一名大学生不仅需要扎实的理论知识，还需要过硬的动手能力，所以认真做好本次课程实训内容，对提高我们的动手能力有很大的帮助做到。

1

开关电源的工作原理

1.1开关电源的介绍

开关电源是一种功率转换装置，它可以前后级起到电压、电流及功率的匹配作用，还具有隔离、稳压、过压和过流保护等作用。

开关电源一般工作频率比市电变压器要高，工作在千赫兹频率上。

开关电源优点：

与传统的线性稳压电源比较，具有效率高、体积小、铜铁消耗量小、稳压精度高、工作温度低及调整范围宽等优点。

开关电源控制方式分为调宽式、调频式和混合式三种，在实际的应用中，调宽式和混合式使用得较多，在目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数也为脉宽调制型。

本次实训采用反激式脉宽调制式开关电源。

1.2开关电源的组成部分

开关电源主要由输入整流滤波、高频变换、输出整流滤波及控制电路组成。

基本框图如下：

图1.1

整流滤波电路：

主要作用是将输入的市电进行整流滤波。

高频变换器：

也叫高频变压器，它工作频率上千赫兹，主要是将初级的电能耦合到次级，实现电压、电流的匹配后级。

主要是输出前将高频电信号进行整流滤波；

控制电路：

是通过后级的反馈，将后级电流或电压进行反馈到前级，调整前级输出，使后级输出得到控制。

除此之外电路中还会加入一些辅助电路，如：

EMI滤波电路、电流检测电路、电压检测电路、温度检测电路等等。

2开关电源电路分析

2.1电路原理图

本次实训采用反激式脉宽调制式开关电源。

电路如下图所示，

图2.1

反激式脉宽调制式开关电源的基本工作原理：

是先对初级线圈对高频变压器存能，当存能完毕后再利用次级线圈进行释放能的工作方式。

本电路主要回路控制由IC-SD4870A电流模式PWM控制器、IC4-PC817光电耦合器、和IC3-TL341精密可调基准电源电路组成。

基本控制原理是通过TL431采样输出电压值，再经过PC817隔离反馈到SD4870A进行控制脉宽的输出。

2.2集成电路介绍

1）电流模式PWM控制器—SD4870A

SD4870是电流模式PWM控制芯片。

用于高性能、低待机功耗的离线反激变换器的控制。

在空载或轻载时，芯片工作在轻载模式，减小开关损耗，提高效率。

芯片的低启动电流，使得启动电路可以采用阻值大的启动电阻，来减小待机电流。

自带各种保护功能，包括每周期的过流保护、过载保护、输入电压的过压及欠压保护等。

抖频工作技术以及带软开关控制的图腾柱式驱动输出可以达到极佳的EMI性能。

如图2.2所示，VDD电源电压25V；

反馈电压FB0.3~6V；

采样端电压SENSE0.3~6V；

RI端电压RI0.3~6V

OSC的振荡频率由外部RI和GND之间的外接电阻值决定，两者之间的关系如下公式如下：

2-1

图2.2

如上图，集成电路内部结构。

欠压和过压保护作用，当VDD电压低于10V或超过25V时，集成电路将停止对外输出脉冲工作。

过流保护作用，当通过SENSE外部采样电流电阻获得电压值，当电压值超过0.8V时，集成电路减小输出脉宽，限制电流不过大。

2）光电耦合器—PC817

光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。

它由发光源和受光器两部分组成。

把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。

发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。

主要用前后级之间进行位号隔离传输。

3）精密可调基准电源电路—TL341

CW431CS是一块精密可调基准电源电路良好的稳压特性及灵活的稳压值设定使该电路在许多应用场合可替代稳压二极管其特点如下：

A）输出电压可调VK=2.5V~36V推荐。

B）参考电压源误差1.0%。

C）动态输出阻抗低典型值为0.22。

D）阴极电流能力为1.0mA~100mA推荐

E）全温度范围内温度特性平坦典型值为50ppm/

F）噪声输出电压低

2.3EMI滤波电路

标准的EMI滤波器通常由串联电抗器和并联电容器组成的低通滤波电路，其作用是允许设备正常工作时的频率信号进入设备，而对高频的干扰信号有较大的阻碍作用。

如图所示下图：

图2.3

2.4整流滤波及续流电路

电路中的D1、D2、D3、D4、EC1组成整流滤波电路，当市电为220V时，EC1的电压约为310V。

如下图2.4。

续流电路由D5、R3、C5组成，当脉冲驱动下的高频变压器断电瞬间会产生反冲高压叠加在回路上，在该续流电路下有效地降低叠加高压，可以防止高压击穿驱动管。

图2.4

2.5SD4870工作电路

1）SD4870A启动电路

SD4870A启动电路由图2.4的R1、R2和图2.5中的EC2组成。

电路上电后，先对电路EC2进行充电，当VCC电压上到达约10V后才SD4870A正常启动，所以电路刚上电时需要一段时间才能启动。

当VCC电压高于25V电路将进入过压保护状态而停止工作。

2）SD4870A辅助工作电路图2.5

由于启动电路所提供的电流有限，当正常启动后，如果没有及时给VCC提供电流，电压低于10V后电路装会停止工作，直到下一次充电达10V时才能工作，正常工作需要辅助工作电路。

辅助工作电路由高频变压器中一组线圈和图2.4中D6、R8组成，当电路正常启动后，经过辅助电路提供电流来维持电路的正常工作。

3）其他电路

脉冲频率选择主要由R10决定，f=6500k/100k=65k，可知电路的上限频率为65KHz。

电流测试主要由图2.5中的R7-0.68欧得到，得到的采样电压与内部0.8V基准进行比较可知，电路的初级的最大工作电流为1.17A

后级电路电压采样反馈由FB引脚输入，主要用于脉宽输出的控制。

2.6输出反馈电路

反馈电路主要由PC817和TL431组成，如图2.6所示

，后级电压经过R13、R14和VR1分压到后接到TL341电压参考脚，当采电压高于2.5V时，TL431的阴极向阳极导通，从出驱动PC817内部二极发光，将信号反馈给前级控制。

从图2.6的R13、R14和VR1可知，输出可调电压范围为4.5～5.8V。

图2.6

2.7

整流滤波电路

电路主要由DD1组整流电路，DD1采用肖特基二极管。

滤波电路由EC3、EC4、EC5和L1组成。

如图2.7所示。

图2.7

3开关电源装配

3.1变压器的绕制要点

高频变压器由磁芯和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈，高频变压器是作为开关电源最主要的组成部分，电能转换的核心部件。

反激式高频变压器一般是由单个功率管驱动。

高频变压器各个绕组线圈的匝数比例则决定了输出电压的多少。

高频变压器的线圈的绕制的有以下注意事项：

1）所有绕线要求平整不重叠为原则疏绕完全均匀疏开，密绕排线均匀紧密

2）横跨线必需贴胶带隔离套管长度必须足够，一端伸入绕线管的安全胶带以内，但不得靠近针脚。

3）最外层胶带切割在磁芯组合面,切割处必须被磁芯覆盖。

4）胶带边缘与绕线槽平齐,胶带不歪斜,不反摺不破损。

跨越线底下须贴胶带,保持跨越线与底下线圈绝缘。

5）套管未端与针脚之距离愈短愈好，但切记绝对不可将套管缠在针脚上会造成空焊现象。

6）焊接时要保证低温漆包线头完全上锡，线头不能超出针脚插孔深度。

7）高频变压器组合磁芯组合面平整，无歪斜。

3.2变压器绕制参数

磁芯骨架：

EE28。

一次侧线圈60匝，二次线圈4匝，IC供电10，具体分配从最底层开始：

N1:

P5————3Ф0.4mm*1股35圈，三层绝缘纸

N1:

P7————9Ф0.4mm*3股4圈，二层绝缘纸

P8————10Ф0.4mm*3股4圈，三层绝缘纸

P4————5Ф0.4mm*1股25圈，二层绝缘纸

P1————2Ф0.4mm*1股10圈，三层绝缘纸

如图3.2所示。

注：

1、先从最底层绕，即N1——5，且层与层之图3.2

前需要加上绝缘纸；

2、P5——3表示从5脚进，3脚出；

3、P7——9表示从7脚进9脚出，3根并绕；

4、绕线方向全部朝同一方向，拿磁芯时必须轻拿轻放，否则容易弄坏。

此变压器在这电路上时，在电压为86VAC时，能供给28W的有效功率，（5V/5.6A）

3.3变压器的测验

1）合上磁芯测电感量和检验同名端顺序是否绕错。

①电感表测3——4PIN，电感值约9mH。

②电感表测3——1PIN，同时短路4——2PIN，增加约0.5mH,其值约为12mH。

③电感表测3——7PIN，短路4——9PIN，电感值约为10.5mH。

④电感表测3——8PIN，短路4——10PIN，电感值约为10.5mH。

2）磁芯加气隙

在磁芯的两个侧面柱各垫一层绝纸，合上磁芯，测量脚3到脚4的电感量。

电感值为1mH～9ｕH为常，若电感值较大，加厚绝纸。

3.4元件的安装

安装元件要注意以下几点：

1）对照电路图的元件参数，先装矮的元件，如跳线、电阻等，安装完一个元件就剪掉一个元件的引脚，再依次焊接高的元件。

2）焊接时保证每个元件引脚能上锡，如有不上锡的，拿出来加工脚。

3）焊接时间不能过长，防止焊盘脱落。

4）仔细检查每个焊点，保证焊接点没有漂锡珠、虚焊和短路点出

5）对照电路图，再次检查元件是否焊对位置。

4开关电源调试

4.1上电测试

开关电源正常工作是在市电下，由于输入为市电电压较高，如果没有防护设施进行隔离测试容易造成触电，所以在上电测试前，为了安全起见对市电进行隔离。

可以采用隔离变压器进行市电隔离。

由于元件会存在缺陷，在安装电路板时，能保证无虚焊、错焊和短路，但不能保证每个元件能正常工作，防止电路不能正常工作而造成元件爆炸而引起事故，测试时应采用调压测试，在首次测试时，尽能找一本书或盖子盖住电路板，避免电路元件爆炸飞贱伤人。

首次测试能常输出5V电压后。

检查电路板没有元件过热等问题才能进行后续的调试。

4.2加负载能力测试

开关电源首次通电测试无故障后可以进行加载测试，测试时先对电压进行校对。

由于该开关电源具有过压、过流保护，可以用大功率电阻加分别先后加1W、5W、25W、30W负载进行测试，测量开关电源输出是否能正常输出稳压5V，再反复调整输入电压进行测试，记录带载能力。

如果开关电源能正常输出电压，就说明电路基本能实现功能，可以进行后续测试。

如果电路不能正常工作，记录下最大的输出功率，重新分析电路，查找问题所在。

4.3测量工作点

测量工作点是通过观测电路中的某一点的电压、电流及波形，判断电路的工作状态，根基测量结果分析电路性能，对电路的参数调整天作为一个根据，通过电路原理图的分析，电路的具体测量点如图2.1中，A、B、C、D点的电压及E和F点的波形，测量及分析如下：

1）A点

A点是输入电压经整流后的电压，当输入为220V，无负载时，电压约为310V，纹波约为100mVpp，随着电路的输出功率的增大，该点的电压略有减小，当输出为25W时，电压约为295V。

纹波达到2Vpp，随着输入电压的降低，纹波幅度也会增大，当输入为65V，输入为25W时，最大纹波达4Vpp。

开关电源的空载启动电压约为25V，输出为25W时，启动电压为65V。

输入有为220V是开关电源最大可输出为约7A，即是最大输出功率约35W。

2）B点

B点为SD4870A的供电端，当B点电压低于10V时，电压低于了SD4870A的启动电压，电路会停止工作；

当B点电压高于25V时，SD4870A进入过压保护状态，而停止工作。

B点一般工作于约10V～25V间。

由于电路的驱动脉冲工作于通断状态，对整个电路的供电造成影响，随着输出的功率的增大，B点的电源纹也增大，当输入为220V，输出为25W时，B点纹波达到150mVpp。

3）C点

C点是5V稳压输入出端，默认电路输入约为4.98V，可通过VR1进行调整。

该点输入电压比较稳定，在可启动工作电压范围内，随着输出的功率增大，输出电压的波动也增大，但最大波动为0.03V，最小纹波约50mVpp，最大纹波约40mVpp。

4）D点

D点的是后级采样电压点，该点电压来自输出端，由于TL431参考输入端程高阻状态，所以对该点的电压无影响，实测为2.49V，输出功率大小变化对该点基本无影响，因为电路本身会通过反馈该点采样电压去修正该点的电压值。

纹波约为3mVpp。

5）E点

E点是次级线圈输出端，该点输出无直流分量的交流信号，其输出波形会随着输出功率的变化而变化。

当P=2.5W时，Ve+=+5.1V，Ve-=-8.0V，T=62us，波形图4.3.1所示。

当P=5W时，Ve+=+5.3V，Ve-=-8.5V，T=32us，波形图4.3.2所示。

当P=25W时，Ve+=+5.5V，Ve-=-9.0V，T=15us，波形图4.3.3所示。

图4.3.1图4.3.2图4.3.3

由波形可知，当开关电源输出的功率增大，控制输出的脉宽也增大，频率跟随着增大。

可以说明该开关电源按制电路也有脉频控制作用。

6）F点

F点为驱动管输出点电压，该点的电压由电源电压和线圈反激的电压叠加组成，所以电压比较高，这时于驱动管的耐压就有一点的要求。

具体测量如下：

当P=2.5W时，Vf=430V，T=62us，波形图4.3.4所示。

当P=5W时，Vf=420V，T=32us，波形图4.3.5所示。

当P=25W时，Vf=410V，T=15us，波形图4.3.6所示。

图4.3.4图4.3.5图4.3.6

与E点的波形基本一样，只幅度不一样。

F点最低电压点约为100V，最高电压约430V。

在SD4870A的控制下，脉频约为15KHz～65KHz。

F点电压关系着开关电源的效率，降低F的最低电压可以降低功率管上的损耗，同时也可以达到提高电路转换效率的作用。

实训总结

在这次电源技术实训过程中，要读懂电路有一定困难，理论知识就显得很重要，理论知识量决定对开关电源电路原理的理解程度。

经过了查找资料，基本的了解了各元件的基本功能，理解了各部分电路的工作原理。

由于自己对电路的理解较深，严格的要求自己的工作，细心的对待每一个细节，可以一次性焊接完毕电路板且没有出现焊接问题。

在绕制变压器也是一次性绕制成功，电感量能达到要求。

调试都是一次性通电测试完毕，自己对电路组装及其他的测试的理解，在装配和测试中不会出现一些严重问题，比如元件装错；

烙铁温度不够，焊接点有虚焊；

焊接也不出现短路；

变压器绕线时，出现方向错误，线圈匝数多少没定数，电感量达不到要求；

加磁芯气隙过大，或过小，还有一些同学都不知道具体参数，自己也不懂自己在做什么，做事不够认真，过于随便。

最后测试时问题百出，好一点的上电路板一次测试通过。

差一点的电路板，加转载能工作，加重载没有达到要求。

差的电路板就是在上电时直接烧保险，再做差一点的板直接有元件爆炸。

学习知识是需要足够的耐心、细心去研究问题，解决问题。

同时还必须严格要求，每一个工作，要有实事求是地分析问题的态度，会理解理论与实际是有一些差别的。

认清问题是前提，分析问题才是关键，只有认真地去分析问题才能更好的解决问题，分析问题时必须具备细心，耐心，恒心和毅力，同时还必须做到科学地具体地实事求是地分析问题。

在调试电路时，考虑器件的电气性，尽量减少器件间的干扰。

调试的过程中要有平和的心态，遇见问题是非常正常的，要做的就是多做比较和分析，逐步的排除可能的原因，要坚信“凡事都是有办法解决的”和“问题出现一定有它的原因”，这样最后一定能调试成功。

通过此次的实训，我新重加深了对理论知识理解，跨越了传统方式下的教与学的体制束缚，通过查资料和搜集有关的文献，培养了自学能力和动手能力。

并且由原先的被动的接受知识转换为主动的寻求知识，这可以说是学习方法上的一个很大的突破。

在以往的传统的学习模式下，我们可能会记住很多的书本知识，但是通过实训课程设计，学会了如何将学到的知识转化为自己的东西，学会了怎么更好的处理知识和实践相结合的问题。

谢辞

从实训的开始，通过请教老师和同学以及查找资料使我较快的使我很快地完成了开关电源电路的调试。

在本次实训中，我遇到了很多难理解的电路，然而这些难理解的问题让我不断的学习，在困难中进步，通过查阅相关书籍，也通过网络搜索，使我更加顺利地完成了本次实训，在此感谢我的同学们！

同时我要感谢学校给我们提供实训的机会，感谢指导教师对我的教导，你们对我的关爱让我深深感受到了生活的美好，谢谢你们一直以来给予我的理解、鼓励和支持，你们是我不断取得进步的永恒动力。

参考文献

[1]王卫东.模拟电子电路基础，西安电子科技大学出版社，2003.

[2]何希才.稳压电源电路的设计与应用，中国电力出版社，2007.

[3]杨拴科.模拟电子技术基础，高等教育出版社.

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测试（第三版）.华中科技大学出版社，2006.

[5]（英）MaryBrown.开关电源设计指南，机械工业出版社，2004.

[6]赵同贺.新型开关电源典型电路设计与应用，机械工业出版社，2010.

[7]韩广兴.开关电源电路识图，电子工业出版社，2007.

[8]周志敏.单片开关电源，电子工业出版社.