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1、实验二 单片开关式集成稳压器电路设计与调试一、实验目的开关电源被誉为高效节能电源，由于内部器件工作在高频开关状态，所以它本身消耗的能量很低，电源效率可达85%，甚至90%以上，比普通线性集成电源（即串联调整式稳压电源）提高了将近一倍。开关式集成稳压器代表了稳压电源的发展方向。最初它只是用在通信卫星和宇宙飞船中，而现在愈来愈多的电子计算机、电子仪器设备、彩色电视机都普遍采用开关电源，开关电源的迅速推广，必将产生巨大的经济效益。开关电源大多采用脉宽调制（PWM）方式，通过改变脉冲宽度来调节输出脉冲的占空比D，维持输出电压UO不变。随着功率集成技术的发展，目前已能把功率开关管也集成在脉宽调制器的芯片
2、中，封装成单片开关式集成稳压器，使外围电路大为简化。单片开关式集成稳压器的问世，更为开关电源的推广和普及创造了良好的条件。单片开关式集成稳压器的典型产品有ST公司生产的L4960（2.5A）。 本实验目的： 1. 通过实验，了解开关电源“高效、节能”的显著特点。 2. 掌握单片开关式集成稳压器L4960的电路设计。 3. 掌握L4960的调节原理及方法。二、预习内容1. 元器件明细表名 称型 号数 量单片开关式集成稳压器L49601片快恢复电流二极管ESAC85M（8A，90V）1只储能电感L150H1只R1RJ-0.25W-15k1只R2RJ-0.25W-4.3k1只R3RJ-0.25W-2
3、.2k1只实芯电位器RPWS20-15k1只C13300F/50V电解电容1只C22200pF聚丙稀电容1只C30.033F聚丙稀电容1只C42.2F电解电容1只C5 ， C6220F电解电容2只连接线自 制4根铝散热板自 制1块2. L4960的工作原理L4960采用7引线的S-7（即TO-220）封装，使用时需加散热器，输入电压范围UI=946V，输出电压范围UO=5.140V，最大输出电流IOM=2.5A，最大输出功率POM=100W，占空比调节范围D=0100%，电源效率可达90%以上。L4960内部框图见课本，主要包括：5.1V基准电压源和误差放大器；锯齿波振荡器；PWM比较器和功率
4、输出级；软启动电路；输出限流保护电路；芯片过热保护电路。C1是输入端滤波电容，R1、C3误构成差放大器的频率补偿网络，R2、C2是锯齿波振荡器的定时电阻和定时电容。振荡频率f0 =1/R2C2。现取R24.3k，C2=2200pF，则f0100kHz。C4是软起动电容，以保证输出电压缓慢的建立，对芯片起到保护作用。L是储能电感，C5是储能电容兼滤波电容，VD1是续流二极管。取样电阻R3、R4组成分压器，改变两电阻的比值即可调节输出电压UO，有关系式UO=L4960的基本工作过程是：输出电压UO经过R3、R4取样，送到误差放大器的反相输入端，与加在同相输入端的5.1V基准电压进行比较，得到误差电
5、压Ur，再用Ur的幅度去控制PWM比较器输出的脉冲宽度，最后经过功率放大和输出电路，使UO保持不变。 3L4960的应用电路L4960的应用电路见图2。R4采用15k实芯电位器，R3取2.2k。利用公式不难求出，当R40时，UO5.1V；当R415k时，UO=。输出电压调整范围为5.140V。由于本实验板的UI取自直流稳压电源，限定为30V，故输出电压的实际调整范围约为5.128V（空载时可达29V）。实际电路将C5与C6并联后作为滤波电容，以减小等效电感。设计电路时应将信号地线与功率地线分开布置，最后在输出端汇合。4使用注意事项（1）L4960本身最大功耗为7W，使用时必须设计合适的铝散热板
6、。（2）尽管L4960内部有较完善的保护电路，仍须防止输出端短路。特别是带负载后，短路时间一旦超过规定时间，就会造成稳压器的永久性损坏！图2（3）为防止损坏芯片和滑线变阻器，做实验时，输入电压不得超过30V，输出电流（即负载电流）不得超过1A。例如，在极端情况下，取UO30V，IO1A，则负载电阻RL30。使用滑线变阻器作负载时，要求RL30！三、实验仪器1. HY1711-2型直流稳压电源 1台2. SS7802型双踪示波器 1台3. VC890D型数字万用表 1块4. RXH-A14型滑线变阻器 1台5.小螺丝刀 1把四、实验内容1. 给直流稳压电源通电，将电源电压（即L4960的输入电压
7、UI）调整到30V。2. 接通实验板输入电压UI的电源。注意！先按正确极性连线，后打开稳压电源。3. 用示波器观察L4960第5脚的波形，画出波形图，并根据测出的周期，算出振荡频率fo值。4. 空载实验（不接负载） 切断电源，将R4调整到0位置（用小螺丝刀将RP逆时针转到头）。打开电源，利用数字万用表的20V DC挡测UO值。 将R4调整到最大阻值（用小螺丝刀将RP顺时针转到头）。用数字万用表的200V DC挡测UO值。记下UO空载调整范围。5. 带负载后的实验（R4仍保持在最大阻值）： 关闭电源，接上滑线变阻器作为假负载RL。 将RL调整到200位置（可用数字万用表的2k挡检测电阻值）。打开
8、电源，利用数字万用表的200V DC挡测UO值。 将RL分别调至100，50，30位置，重复步骤的内容。注意：调RL之前必须先关掉电源，并且RL不得低于30，更不得短路！为保证RL值准确，每次调整时要用数字万用表的200挡检测RL电阻值，符合实验要求后才允许通电实验。6. 在负载RL30的情况下，维持UI30V不变，用螺丝刀调整RP，同时用数字万用表的200V DC挡测UO值，观察UO能否连续变化。同时用示波器观察L4960第7脚波形，了解占空比的变化规律：DUO，DUO。7. 关机，清理实验台和实验室。五 实验报告要求1. 整理数据表1 振荡频率foR2/kC2/pFfo/kHz理论计算值实
9、测值表2 输出电压UO的调整范围空载（RL）RL 302. 通过本实验你对开关电源是“高效节能电源”的说法有何认识？举例说明。提示：当D100时可近似认为IOII（II是开关电源的输入直流电流）。则电源效率，可分别计算一下UI30V时，在空载和RL30这两种情况下的值，并与线性电源相比较，从中即可得出结论。3.使用L4960时有哪些注意事项？（不作解释）。表3 开关电源输出功率PO*RL/UI =30/V纹波电压/UP-PIO/APO/W2001005030* UI保持30V。，IO不用实际测量，计算出即可。4. 已知L4960的TjM为150，PDM7W，设TA40，L4960采用S-7封装，RA7/W，拟采用2mm厚铝板，试设计铝散热板之表面积应取多大？5. 通过本实验你有何收获和体会？