论文资料——开关电源.doc

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1、目录1 前言.12总体方案设计.22.1 方案一.22.2 方案二.32.3 方案选择 .43单元模块设计.53.1 单元模块功能介绍 .53.1.1 辅助电源部分设计 .53.1.2 主要电源部分设计 .63.1.3 保护电路部分设计 .73.1.4 继电器驱动部分设计 .73.1.5 输出电压比较部分设计 .83.1.6 编码译码部分设计 .93.2 电路设计及参数计算 .103.3 特殊器件介绍： .113.4 各单元模块连接 .164系统调试及结果分析.175设计总结.17【参考文献】.186 系统原理图.1921 前言可以说，有电器的地方就有电源。所有的电子设备都离不开可靠的电源为其

2、供电。现代电子设备中的电路使用了大量的半导体器件，这些半导体需要几伏到几十伏的直流供电，以便得到正常工作所必需的能源。这些直流电源有的属于化学电源，如采用干电池和蓄电池，但这些不能持久性的供电。大多数电子设备的直流供电方法都是将交流电源经过变压、整流、滤波、稳压等变换为所需的直流 电压。完成这种变换任务的电源成为直流稳压电源。现代电子设备中使用的直流稳压电源有两大类：线性稳压电源和开关性稳压电源。所谓线性稳压电源就是其调整管工作在线性放大区，这种稳压电源的最主要的缺点是变换效率低，一般只有 35%60%左右。开关稳压电源的开关管工作在开关状态，其主要的优越性就是变换效率高，可高达 70%95%

3、。目前，计算机、通信设备、雷达、电视及家用电器等现代电子设备中的稳压电源已基本采用了开关稳压电源，因此，下面将介绍开关稳压电源的设计。 32总体方案设计2.1 方案一该方案是通过变压器变压，再经过整流电路、滤波电路进而将交流电变为直流电，在通过稳压器的稳压得到较稳定的电压，由于稳压器当输入电压固定时只能在它的电压差范围内调节输出电压， 、所以要在调出电压差的范围时自动调档，这是通过两个比较器将输出电压和基准电压进行比较，再通过计数器的计数功能控制继电器控制器的输入情况来判断输出电压的大小在哪个范围，然后进行自动调档。最后将稳压器的输出电压流经保护电路，最后输出。如图2.1。变压器整流滤波稳压保

4、护电路两个比较 器交流电220V/50HZ计数器继电器 控制器图 2.142.2 方案二该方案也是通过变压器变压，再经过整流电路、滤波电路进而将交流电变为直流电，在通过稳压器的稳压得到较稳定的电压，主要是自动换档这一单元有所改变，该方案的这一单元的原理是：将稳压器输出的电压通过六个比较器和基准电压进行比较，将得出的结果通过编码器、译码器得出有效的二进制码，接着通过继电器控制器控制继电器自动调节档位。最后将稳压器的输出电压流经保护电路输出，如图 2.2。交流电220V/50HZ变压器整流滤波继电器 控制器稳压保护电路六个比较器编码器译码器图 2.252.3 方案选择方案一的优点在于所用的器件较少

5、,但由于用计数器给继电器控制器有一个缺点:当电源一开始就往下调,要是不置数的话,往下就不能计数,但如果置数的话,在方案上有点困难;方案二虽然元器件多点但它能完整的完成自动调档功能,并且思路简单明了,容易让人理解并不会出什么错误,元器件又好解决.所以我选用第二中方案。3单元模块设计3.1 单元模块功能介绍3.1.1 辅助电源部分设计该部分的功能是提供主要电源部分所使用的芯片的驱动电压和用来作为基准电压。1 2J23D2 1N4007D4 1N4007D3 1N4007D5 1N4007C11in12out3IC3 7805C13C15R11 FUSEViVo图 3.1.1 辅助电源+5V该电源提

6、供稳定的直流电源+5V，它的主要功能是提供给比较器、译码器和编码器的驱动电压+5V。如图 3.1.1。61 2J2 3D21N 4007D41N 4007D3 1N 4007D5 1N 4007C11C13C15R11FU SEin12out3IC? 7812ViVo图 3.1.2 辅助电源+12V该电源提供稳定的直流电源+12V，它的主要功能是提供给 2803 驱动电压+12V 和提供比较器的基准电压。如图 3.1.2。该电源主要通过整流、滤波和稳压三部分构成，起部分功能如下：桥式整流电路：在 U2 的正半周，a 点的电位高于 b 点的电位，D1、D3 导通，D2、D4 截止，电流自 a 端

7、经 D1，RL 和 D3 回到电源的 b 端；在 U2 的负半周，b 点的电位高于a 点的电位，D2、D3 导通，D1、D3 截止，电流自 b 端经 D2、RL 和 D4 回到电源的 a 端。与半波整流电路相比，在 U2、RL 相同条件下，输出的只电流、电压都提高一倍；电流脉动程度减小；变压器在正、负半周都有对称的电流流过，既得到充分利用，又不存在单磁化的问题，但需要 4 个整流二极管，线路稍复杂。与全波整流相比，虽然多用了 2 个整流二极管，但反向耐压低了一倍，变压器次级少了一圈，综合成本低于全波整流电路。电容滤波电路电容滤波电路的特点：（1）电流的有效值和平均值的关系与波形有关，在平均值相

8、同的情况下，波形越尖，有效值越大。在纯电阻负载时，变压器副边的有效值 I2=1.11IL，而有电容滤波时 I2=（1.52）IL。（2）负载平均电压 VL 升高，纹波（交流成分）减小，且 RLC 越大，电容放电速率越慢，则负载电压中的纹波成分越小，负载平均电压越高。为了得到平滑的负载电压，一般取 RL*C（3-5）T/2（式中 T 为电源交流电压的周期） 。7（3）负载直流电压随负载电流增加而减小。VL 随 IL 的变化关系称为输出特性或外特性，如图所示。电容滤波电路简单，负载直流电压 VL 较高，纹波也较小，它的缺点是输出特性较差，适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。3.1.2 主要电源

9、部分设计C13300uFC2 104IN3ADJ1OU T2IC1LM 317R2 5kC510uFR1240C422uFC30.11 2J1D11N 4007D21N 4007D3 1N 4007D4 1N 4007F1FU SEVoVi图 3.1.3 可调电源部分该部分通过三端可调集成稳压器实行对电压的调节，当调节电位器 R2 时，电压就会随着电阻的阻值变化而变化。3.1.3 保护电路部分设计R? R1R? R1T? BD 139T? BF25V iV o8图 3.1.4 保护电路如图 3.1.3，该保护电路采用场效应管的功能，其工作原理如下：当电源输出短路时，场效应管 VT2 的栅源极变

10、成等电位而导通，其漏源极就会分去调整管 VT1 的基极电流达到减小调整管导通过电流的作用，R2 为场效应管栅极的保护电阻。选用场效应管时应使其导通电压降（漏源极间的电压）小于调整管发射结导通电压降。3.1.4 继电器驱动部分设计JDQ? JDQ-T71JDQ? JDQ-T71JDQ? JDQ-T71JDQ? JDQ-T71JDQ?JDQ-T711 2 3 4 5 6 7J?CO N7IN11 IN22 IN33 IN44 IN55 IN66 IN77 IN88 COM9DIODE10OUT811OUT712OUT613OUT514OUT415OUT316OUT217OUT118IC? UL N

11、2803AB图 3.1.4 继电器驱动该部分的设计主要利用继电器的特殊功能：当继电器两端有电压时，继电器则导通，反之继电器就断开。继电器用 2803 芯片驱动，如图 3.1.4 所示，可知 A，B 两端接到整流部分，2803 输入端接译码部分。当译码信号传给 28039时，它即将判断那端输出高电平，接到这端的继电器导通，即与变压器的一档位接通，起到换挡作用。 3.1.5 输出电压比较部分设计R? R1R? R1R? R1R? R1R? R1VCC 32184U?A145832184U?A145832184U?A1458 32184U?A145832184U?A1458GN DR? R1R? R

12、1542312U?ACA 139图 3.1.6 电压比较该部分的原理主要是利用对输出电压与基准电压进行比较从而判断输出电压在哪个范围，由此得出比较信号，将它传给编码器编码。如图 3.1.5 可知，六个比较器的输出端接编码器，输入端接的基准电压。此基准电压是通过+12V 的辅助电源供给的。比较器的原理是：当输入电压比基准电压高时输出高电平，而当输入电压比基准电压低时则输出低电平。3.1.6 编码译码部分设计1001011121231341526374EI5EO15A9B7C6GS14U?74LS148GNDGNDA10B13C12D11Q03Q114Q22Q315Q41Q56Q67Q74Q89Q

13、95U?4028图 3.1.7 编码译码如图 3.1.6 所示，编码器的输入端接比较器的输出端，在此编码器通过对输入信号的编码并传给译码器，通过译吗器的译码将输出信号传给 2803 控制继电器。3.2 电路参数计算3.2.1 辅助电源参数计算1.因为 Vi-Vo=2.5V，所以+5V 稳压电源 Vi 应大于 2.5V+5V=7.5V，+12 稳压电源Vi 应大于 2.5V+12V=14.5V。2.因为 Vi=(1.11.2)Vj,所以 Vj=Vi/(1.11.2).那么+5V 稳压电源 Vj6.25V, +12 稳压电源 Vj12.08V。3.考虑到电解电容并不是非常大，稳压输出的稳定，+5V

14、 稳压电源交流电压应大于 6.6V，+12 稳压电源交流电压应大于 12.6V。4.因为二极管有正向压降，+5V 稳压电源交流电压应大于 6.6+0.72=8V，+12稳压电源交流电压应大于 12.6+0.72=14V。5.考虑到交流电源电压的波动，在市网电压为 200V 时也能正常工作，则有11200/220+Vj，所以+5V 稳压电源交流电压应大于 8.8V，+12 稳压电源交流电压应大于 14.8V。6.交流变压器副边应选取的电压为：+5V 稳压电源交流电压为 9V，+12V 稳压电源交流电压为 15V。3.2.2 主要电源参数计算1.Vi-Vo2.53V 且 Vi-Vo40V。2.Vo

15、=Vre(1+R2/R1)+IadjR2,其中 Vre=1.25,Iadi=100uA 非常小可以忽略，所以 Vo=1.25(1+R2/R1)。3.R2 的取植范围为 120240 欧姆之间。4.1.25VVo37V,电流小于 1.5A，保护电流为 2.2A，最大耗散功率为 20W。3.2.3 元器件的选择1.假设负载电流为 500mA，电源电压的频率为 50HZ，则 T=0.02S，电容C【（35）T/2】/RL,耐压植应大于 1.42Vj,即1.42Vj250/220。 （250/220 为市网电源电压过高时的情况）当输出电压为 5V 时 C30005000uF，耐压植应大于 14.5V。

16、当输出电压为 12V 时 C12502083uF,耐压植应大于 24.1V。2.二极管应承受的最大反向电压均为 V2 的最大植，即 Vrm=1.414V当输出电压为 5V 时，二极管承受的电压为 1.4149=12.726V当输出电压为 12V 时，二极管承受的电压为 1.41415=21.21V。3.3 特殊器件介绍：LM317 器件介绍12+ -AA1YFT1BD139R1R2准准准准1 .2 V准准准I准准准1它的内部电路有比较器、偏置电路（图中未画出） 、恒流源和带隙基准电压Vref 等，它的公共端改接到输出端，器件本身无接地端。所以消耗的电流都从输出端流出，内部的基准电压（约 1.2

17、V）接至比较放大器的同向端和调整端之间。若接上外部的调整电阻 R1、R2 后，输出电压为V0=Vref+(Vref/R1+Iadj)R2=Vref(1+R2/R1)+IadjR2LM317 的 Vref=1.2V,Iadj=50uA,由于调整端电流 IadjI1,，故可以忽略，上式又可简化为VO=Vref(1+R2/R1)ULN2803 器件介绍IN11 IN22 IN33 IN44 IN55 IN66 IN77 IN88 CO M9DIOD E10OU T811OU T712OU T613OU T514OU T415OU T316OU T217OU T118IC?UL N280313I1I2

18、I3I4I5I6I7I8O1O2O3O4O5O6O7O810000000011111110100000010111111001000001101111100010000111011110000100011110111000001001111101100000010111111010000000111111110当输入段 IN1 为高电平，其余为低电平时，输出端 OUT1 为低电平，其余威高电平，以此类推，输入端为高电平时，对应的输出端为低电平，以此就可以控制变压器的档位。14CD4208 编码器 原理图编15编码器010 111 212 313 41 52 63 74EI5EO15A9 B7

19、C6GS14U?74LS148该编码器有 8 个信号输入端，3 个二进制码输出端。此外，电路还设置了输入使能端 EI，输出使能端 EO 和优先编码工作状态标志 GS。当 EI=0 是编码器工作；而当 EI=1 时，则不论 8 个输入端为何状态，2 个输出端均74148 优先编码器为高电平，且优先标志端和输出使能端均为高电平，编码器处于非工作状态。这种情况被称为输入低电平有效，输出高电平有效的情况。当 EI 为 0，且至少有一个输入端有编码要求时，优先编码工作状态标志 GS 为 0，表明编码器处于工作状态，否则为 1。由功能表可知，在 8 个输入端均无低电平输入信号和只要输入 0 端有低电平输入

20、时，A2A1A0 均为 111，出现了输入条件不同而输出代码相同的情况，这可由 GS 状态加以区别，当 GS=1 时，表示 8 个输入端均无低电平输入，此时 A2A1A0=111 为非编码输出；GS=0 时，A2A1A0=111 表示响16应输入 0 端为低电平时的输出代码。功能表3.4 各单元模块连接输入 输出EI01234567A2A1A0GSEOHHHHHHLHHHHHHHHHHHHLLLLLLLHLLHLLHLHLLHHLHLLHLLHHHLHHLHLLHHHHHLLLHLLHHHHHHLHLHLLHHHHHHHHLLHLLHHHHHHHHHHLH17辅助电源 部分主要电源 部分继电器

21、驱 动部分保护电路 部分电压比较 部分编码译码部 分主要电源部分提供可调稳定电压，通过自动控制部分控制主要电源部分的电压档位，再通过保护电路部分保护电路的可靠性，当电路过流时可以起到保护作用。其中辅助电源部分则是提供自动控制部分和保护电路部分所用到的芯片的驱动电压。4系统功能可以输出稳定的直流电压；精度高且在调节范围内连续可调；当输出两接线短路时由于保护功能而不烧坏电源；在调节过程中自动换档。185设计总结本设计的目的是利用市电通过一定的技术产生直流稳压电，并利用它为电子器件提供必要的电压、电流。该电源能提供一定的稳定的电压，并且在它的量程范围内连续可调，同时具有保护作用，当电源输出段短路是，

22、电源自动断开以至不会烧坏电压。通过这次设计，我从中获得了很多有用的东西。比如说，在以前上课时没听懂的知识，现在通过自己的进一不了解，再结合自己以前所学的知识，对它有了新的认识。在此同时，我还学到了新的知识，在了解这一方面知识的同时，我好查阅了相关的图书和了解了网上最新的技术，为此，对我以后设计的进行打下了深厚的基础，我相信在以后的毕业设计中可以很轻松的操作。我这次设计的直流稳压电源还有两个不足之处：在输出端还可以添加一个数模转换模块，它可以实现将输出的电压通过显示管直接将电压显示出来，这样可以显得更直观化，用户用得更方便、更实用；在保护模块还有个缺点是：当过流而截止电压后不能自动地还原，所以可

23、以在这个模块上再添加一个智能检测系统，使截止电压后能自动的恢复，以便继续使用。【参考文献参考文献】1 . 康华光.电子技术基础（模拟部分）.高等教育出版社，2003.032 . 康华光.电子技术基础（数字部分）.高等教育出版社，2003.033 . 何希才.新型稳压电源及其应用.国防工业出版社，2002.14. 段九州.电源电路实用设计手册.辽宁科学技术出版社，2002.8196 系统原理图JDQ? JDQ-T71JDQ? JDQ-T71JDQ? JDQ-T71JDQ? JDQ-T71D?JDQ?JDQ-T711 2 3 4 5 6 7J?CON7C1 3300uFC2 104 IN3ADJ1

24、OUT2IC1 LM 317R2 5kC5 10uFR1 240C4 22uFC3 0.1R3 3.6KD5D1 1N4007D2 1N4007D3 1N4007D4 1N4007F1 FUSER? R1R? R1R? R1R? R1R? R1VCC 32184U?A145832184U?A145832184U?A1458 32184U?A145832184U?A1458R? R1IN11 IN22 IN33 IN44 IN55 IN66 IN77 IN88 COM9DIODE10OUT811OUT712OUT613OUT514OUT415OUT316OUT217OUT118IC? ULN28

25、0301011121231341526374EI5EO15A9B7C6GS14U?74LS148GNDR? R1542312U?ACA139GNDcd4028VCCA10B13C12D11Q03Q114Q22Q315Q41Q56Q67Q74Q89Q95U?4028R?R1R? R1R?R1T? BF25T?BD139201 2J23D2 1N4007D4 1N4007D3 1N4007D5 1N4007C11in12out3IC3 7805C13C15R11 FUSEViVo1 2J2 3D21N 4007D41N 4007D3 1N 4007D5 1N 4007C11C13C15R11FU SEin12out3IC? 7812ViVo