开关稳压电源设计说明书

开关稳压电源设计说明书

开关稳压电源设计说明书

学生姓名：

学号：

专业班级：物电学院电子2班报告提交日期：2014年5月20日

湖南理工学院物电学院

目录

一、设计任务及要求 (2)

1、设计任务 (2)

2、设计要求 (2)

二、基本原理与分析 (2)

三、方案设计 (5)

1、开关器件的选择 (5)

2、参数的设定 (5)

四、电路设计 (5)

1、电路整体设计 (5)

2、电路工作原理 (5)

五、总结 (7)

六、参考文献 (7)

一、设计任务及要求

1、设计任务

设计一手机开关型电池充电器，满足：

（1）开关电源型充电；

（2）输入电压220V，输出直流电压自定；

（3）恒流恒压；

（4）最大输出电流为:I max＝1.0 A;

2、设计要求

（1）合理选择开关器件；

（2）完成全电路理论设计、绘制电路图；

（3）撰写设计报告。

二、基本原理与分析

随着电子技术和集成电路的飞速发展，开关稳压电源的类型越来越多，分类方法也各不相同，如果按照开关管与负载的连接方式分类，开关电源可以分为串联型、并联型和变压器耦合（并联）型3种类型。下面分别对这三种类型的开关电源做一些简单的介绍。

（1）串联型。

图1所示的开关电源是串联型开关电源，其特点是开关调整管VT与负载R L串联。

因此，开关管和续流二极管的耐压要求较低。且滤波电容在开关管导通和截止时均有电流，故滤波性能好，输出电压U0的纹波系数小，要求储能电感铁心截面积也较小。

其缺点是：输出直流电压与电网电压之间没有隔离变压器，即所谓“热地盘”，不够安全；若开关管内部短路，则全部输入直流电压直接加到负载上，会引起负载过压或过流，损坏元件。因此，输出端一般需加稳压管加以保护。

根据稳压条件可得：（U i-U0）T1/L=U0T2/L

即

U0=U1T1/（T1+T2）=（T1/T）U i，σ=T1/T

由上式可见，可以通过控制开关管激励脉冲的占空比σ来调整开关电源的输出电压U0。

VT

VD

C

RL

L

图1 串联型开关电源基本电路

（2） 并联型。

并联型开关稳压电源基本电路如图2所示，其工作波形与串联电路基本相同，因开关管VT 与负载R L 并联而称为并联型。此外，二极管VD 通常称为脉冲整流管，C 为滤波电容。

当开关管基极输入开关控制脉冲时，开关管周期性地导通与截止。当开关管饱和导通时，输入电压Ui 加在储能电感L 两端，此时电感中的电流线性上升，二极管VD 反偏二截止，电感L 储存能量，此时负载RL 所需的电流由前一段时间电容上所充的电压供给。当开关管截止时，VD 导通，通过电感上的电流线性下降，感应电压为左负右正，输入电压Ui 和电感L 上的感应电压同极性串联，电源Ui 和电感L 所释放的能量同时给负载RL 提供电流，并向电容C 充电。同样，达到动态平衡时，电感L 在开关管饱和时增加的电流量（能量）与开关管截止时减少的电流量（能量）相等。即电感上能量保持一个恒量，故有

（U i /L ）T 1=（U 0-U i ）T 2/L

所以有 U 0= U i /（1-σ） 其中σ=T 1/(T 1+T 2)

可见，并联型开关稳压电源同样可通过控制σ来稳定或调整输出电压，同时还可以看出，由于σ<1，这种并联型开关电源属于升压型电源，开关管所承受的最大反向电压U ce max =U 0。而图1所示的串联型开关电源属于降压型电源，开关管所承受的最大反向电压U ce max =U i 。

U i

U 0

I D

σ控制

+

-

+

-

VT

VD

C

RL

L

图2 并联型开关电源基本电路

（3）脉冲变压器耦合（并联）型。

变压器耦合（并联）型开关电源（自激式）基本电路如图3所示。开关器件可以是双极型晶体管，也可以是场效应管，T 为开关（脉冲）变压器，VD 为脉冲整流二极管，C 为滤波电容。这里脉冲变压器的初级绕组起储能电感作用，脉冲变压器通过电感耦合传输能量，可使输入端与稳压输出端之间互相隔离，实现机壳不带电，同时还可以便利地得到多种直流电压，给制作和维修带来方便。

如果将脉冲变压器视为初、次级匝数比为n:1的理想变压器，把次级参数等效至初级，可画成图2所示并联型的电路形式，只是用n U 0

代替图2中的U 0

。对图3电

路，可得

U 0=U i σ/n(1-σ)=U i N 2T 1/N 1T 2

由于n>1,变压器型开关电源一般均为降压输出。开关电源中开关管所承受的最大脉冲电压U ce max =U i +nU 0。

变压器耦合（并联）型开关电源的优点是：1）通过附加一个次级绕组间接取样的办法或采用光耦合器实现电源隔离，使主电源电路与交流电网隔离，即所谓“冷地盘”电路；2）若开关管内部短路，不会引起负载的过压或过流；3）容许辅助电源负载与主电源负载无关。即不接主电源负载，辅助电源仍可从主电源中得到。其缺点是：1）对开关管和续流二级管的耐压要求高；2）输出电压纹波系数较高；3）要求储能电感量较大。

U

+

+

-

-

U i

U 0

+

I L

T

VD

C

图3 变压器耦合型开关电源基本电路

三、方案设计

根据本次设计的要求，本设计的方案如下： 1、开关器件的选择

样的办法或采用光耦合器实现电源隔离，使主电源电路与交流电网隔离，即所谓“冷地盘”电路，实现机壳不带电，给制作和维修带来方便；2）若开关管内部短路，不会引起负载的过压或过流；3）容许辅助电源负载与主电源负载无关。即不接主电源负载，辅助电源仍可从主电源中得到。所以本次设计使用的开关电源是变压器耦合（并联）型开关电源。 2、参数的设定

（1）输入电压220V ，输出直流电压为5.5V ； （2）最大输出电流为:I max ＝1.0 A ；

四、电路设计

1、电路整体设计

本设计电路图如图4所示。该电源具有恒流/恒压输出的特性，空载时的功耗低于100m w ，能给手机中的镍氢（NiMH ）电池或镍镉（NiCd ）电池、锂离子（Li-I on ）电池进行恒流充电。其主要技术指标为：交流输入电压u=220V,输出电压U 0=5.5V ，最大输出电流I om =1.0A ，输出功率P 0=5.5W 。

2、电路工作原理

交流电压u 经过VD 1~VD 4，进行桥式整流和C 1，C 2滤波后，产生直流高压。FR 为熔融电阻器，可代替保险丝管。由C 1，L 1，C 2构成∏型滤波器，用于减小交流纹波。R 1为阻尼电阻，能抑制由L1引起的高频自激振荡。C7为安全电容。漏极钳位保护电

启动 电路

开关器件

脉冲调整电路

比较放大器

取样电路

基准电路

光耦隔离

脉冲直

稳定直