开关电源设计报告模板二方案框图
开关直流降压电源(BUCK)设计
开关直流降压电源(BUCK)设计摘要随着电子技术的高速发展,电子系统的应用领域越来越广泛,电子设备的种类也越来越多,电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。
近年来,随着功率电子器件(如IGBT、MOSFET)、PWM技术以及电源理论发展,新一代的电源开始逐步取代传统的电源电路。
该电路具有体积小,控制方便灵活,输出特性好、纹波小、负载调整率高等特点。
开关电源中的功率调整管工作在开关状态,具有功耗小、效率高、稳压范围宽、温升低、体积小等突出优点,在通信设备、数控装置、仪器仪表、视频音响、家用电器等电子电路中得到广泛应用。
开关电源的高频变换电路形式很多, 常用的变换电路有推挽、全桥、半桥、单端正激和单端反激等形式。
本论文采用双端驱动集成电路——TL494输的PWM脉冲控制器设计开关电源,利用MOSFET 管作为开关管,可以提高电源变压器的工作效率,有利于抑制脉冲干扰,同时还可以减小电源变压器的体积。
关键词:直流,降压电源,TL494,MOSFET1目录摘要 (1)Abstract........................................................... ........ 错误!未定义书签。
1.方案论证与比较 (4)1.1 总方案的设计与论证 ...................................... 错误!未定义书签。
1.2 控制芯片的选择 (4)1.3 隔离电路的选择 .............................................. 错误!未定义书签。
2. BUCK电路工作原理 ......................................... 错误!未定义书签。
3. 控制电路的设计及电路参数的计算 ................ 错误!未定义书签。
3.1 TL494控制芯片................................................ 错误!未定义书签。
开关电源设计报告
1开关电源主电路设计1.1主电路拓扑结构选择由于本设计的要求为输入电压176-264 V 交流电,输出为24V 直流电,因此中间需要将输入侧的交流电转换为直流电,考虑采用两级电路。
前级电路可以选用含电容滤波的单相不可控整流电路对电能进行转换,后级由隔离型全桥Buck 电路构成。
总体要求是先将AC176-264V 整流滤波,然后再经过BUCK 电路稳压到24V 。
考虑到变换器最大负输出功率为1000W ,因此需采用功率级较高的Buck 电路类型,且必须保证工作在CCM 工作状态下,因此综合考虑,本文采用全桥隔离型Buck 变换器。
其主电路拓扑结构如下图所示:图1-1 主电路拓扑结构1.2开关电源电路稳态分析下面将对全桥隔离型BUCK 变换器进行稳态分析,主要是推导前级输出电压g V 与后级输出电压V 之间的关系,为主电路参数的设计提供参考。
将前级输出电压g V 代替前级电路,作为后级电路的输入,且后级BUCK 变换器工作在CCM 模式,BUCK 电路中的变压器可以用等效电路代替。
由于全桥隔离型BUCK 变换器中变压器二次侧存在两个引出端,使得后级BUCK 电路的工作频率等同于前级二倍的工作频率,如图1-1所示。
在S T 2的工作时间内,总共可分为四种开关阶段,其具体分析过程如下:1) 当S DT t <<0时,此时1Q 、4Q 和5D 导通,其等效电路图如图1-2所示。
i ()t Rv i ‘图1-2 在S DT t <<0时等效电路gnv v =s (1-1) vnv v g -L =(1-2)R v i i /-C =(1-3)2) 当S S T t DT <<时,此时1Q ~4Q 全部关断,6D 和5D 导通,其等效电路图如图1-3所示。
此时前级输出g V 为0,假设磁化电流为0,则流过6D 和5D 电流相等,均为L i 21。
i ()t Ri ‘图1-3 在S S T t DT <<时等效电路0=s v (1-4) v v -L = (1-5)R v i i /-C =(1-6)3) 当S S T D t T )(+1<<时,此时2Q 、3Q 和6D 导通,其等效电路图如图1-2所示。
开关电源制作设计(电路原理图+PCB)
一、工作原理我们先熟悉一款开关电源的工作原理,该电源可输出5V电压,如图1所示。
1. 抗干扰电路在电网输入端首先设置一个NTC5D-9负温度系数热敏电阻,作用是保护后面的整流桥,刚开机时热敏电阻处于冷态,阻值比较大,可以限制输入电流,正常工作时,电阻比较小。
这样对开机时的浪涌电流起到有效的缓冲作用。
电容CY1、CY2、CY3、CY4用以滤除从工频电网上进入开关稳压电源和从开关稳压电源进入工频电网的不对称杂散信号,电容CX1、CX2用以滤除从工频电网上进入开关稳压电源和从开关稳压电源进入工频电网的对称杂散信号,用电感L1抑制从工频电网上进入开关稳压电源和从开关稳压电源进入工频电网的频率相同、相位相反的杂散干扰电流信号。
采用高频特性好的瓷片电容和铁芯电感,实现开关稳压电源电路中的高频辐射不污染工频电网和工频电网上的杂散电磁波不会窜入开关稳压电源电路中而干扰和影响其工作,对高频分量或工频的谐波分量具有急剧阻止通过功能,而对于几百赫兹以下的低频分量近似一条短路线。
图1 开关电源的工作原理图2. 整流滤波电路在电路中D1、D2、D3、D4组成全桥整流电路,把输入的交流电压进行全波整流,然后用C1进行滤波,最后变成直流输出供电电压,为后级的功率变换器供电,整流滤波后的电压约为300V。
3. UC3842供电与振荡300V的脉动直流电压,此电压经R12降压后给C4充电,供电UC3842的7脚,当C4的电压达到UC3842的启动电压门槛值时,UC3842开始工作并提供驱动脉冲,由6脚输出推动开关管工作。
一旦开关管工作,反馈绕组的能量经过D6整流,C4滤波,又供电到UC3842的7脚,这时可以不需要R12的启动了。
C9、R11接UC3842的定时端,和内部电路构成振荡电路,振荡的工作频率计算为:f=1.8/(Rt*Ct)代入数据可计算工作频率:f=68.18K4. 稳压电路该电路主要由精密稳压源T L 4 3 1 和线性光耦P C 8 1 7 组成,假设输出电压↑→经过R 1 6 、R 1 9 、R20、RES3的取样电压↑→TL431的1脚电压↑,当该脚电压大于TL431的基准电压2.5V时,TL431的2、3脚导通,→通过光电耦合到UC3842的2脚,于是UC3842的6脚驱动脉冲的占空比↓→开关变压器T1绕组上的能量↓→输出电压↓,达到稳压作用;反之,假设输出电压下降,则稳压过程与上相反。
开关电源课程设计报告
电力电子课程设计报告题目:开关电源课程设计专业:电气自动化班级:电气1012姓名学号:日期: 2011 年11月 16日一、设计要求(1)输入电压:AC220±10%V(2)输出电压: 12V(3)输出功率:12W(4)开关频率: 80kHz二、反激稳压电源的工作原理图2-1 反激稳压电源的电路图三、反激电路主电路设计(1)(1)NpVdc Ton Vo TrNsm-=+(3-1)1.反激变压器主电路工作原理反激式变换器以其电路结构简单,成本低廉而深受广大开发工程师的喜爱,它特别适合小功率电源以及各种电源适配器.但是反激式变换器的设计难点是变压器的设计,因为输入电压范围宽,特别是在低输入电压,满负载条件下变压器会工作在连续电流模式(CCM),而在高输入电压,轻负载条件下变压器又会工作在不连续电流模式(DCM);另外关于CCM模式反激变压器设计的论述文章极少,在大多数开关电源技术书籍的论述中, 反激变压器的设计均按完全能量传递方式(DCM模式)或临界模式来计算,但这样的设计并未真实反映反激变压器的实际工作情况,变压器的工作状态可能不是最佳.因此结合本人的实际调试经验和心得,讲述一下不完全能量传递方式(CCM) 反激变压器的设计.1)工作过程:S 开通后,VD 处于断态,W1绕组的电流线性增长,电感储能增加;S 关断后,W1绕组的电流被切断,变压器中的磁场能量通过W2绕组和VD 向输出端释放。
反激电路的工作模式:反激电路的理想化波形S i S i t o t oft t t tU i OO O O 反激电路原理图电流连续模式:当S 开通时,W2绕组中的电流尚未下降到零。
输出电压关系: 电流断续模式:S 开通前,W2绕组中的电流已经下降到零。
输出电压高于式(8-3)的计算值,并随负载减小而升高,在负载为零的极限情况下,….因此反激电路不应工作于负载开路状态。
B R B SB HO图 8-18 磁心复位过2. 设计原则和设计步骤变压器设计步骤:1)计算原边绕组流过的峰值电流。
开关电源的结构框图
开关电源剖析Anatomy of Switching Power Supplies第一页绪论PC上使用的电源供应器基于名为“开关模式(Switching Mode)”的结构,因而也被称为SMPS(开关电源)即Switching Mode Power Supplies(DC-DC 变换器是对SMPS的另一种称呼)。
在这个教程里我们会解释开关电源如何工作,并带你一探PC电源的内部结构以及工作方式。
我们之前已经推出了一部电源教程,讨论了电源的尺寸规格、如何计算电源的标称功率指标并解释了基本的电源规格。
在这部教程里我们讲得深一点,进一步解释电源“黑盒子”里面有什么、电源由哪些主要元件组成、如何识别它们以及它们有什么功能。
稳压电源有两种基本类型:线性电源和开关电源。
线性电源的工作原理是,从市电取得127V或220V交流电压,通过变压器将其转换为低压交流电(例如12V)。
接着由一组二极管进行全桥整流,将低压交流电转换为脉动直流。
下一步是滤波,由一组电解电容将这个脉动直流波形滤成近似平滑的直流电。
经过电解电容滤波的直流波形仍然有小幅波动(这个波动称作纹波),所以还需要一级电压调节提供稳定的输出,使用齐纳二极管或者集成稳压器电路。
注:各国市电有100V左右(100~127V)和200V左右(220~240V)两种,上面写的127V和220V算两个典型值。
图1:一台标准的线性电源的结构框图图2:线性电源上各处的电压波形虽然线性电源对于一些低功率应用很适合——例如手机充电器、游戏主机电源就是两个能立刻想到的典型应用——但当需要更大功率时,线性电源的体积事实上会变得很大。
注:事实上小功率电源适配器常见的方案是Flyback、RCC等小功率开关电源结构,易做小尺寸和高效率,线性电源也有使用。
功率变压器和滤波电容的容量(同样地,体积)与输入交流电的频率成反比,也就是说,交流电频率越低,这些元件的尺寸就越大。
因为线性电源使用的市电频率是60Hz(或50Hz,在一些国家)——这是个非常低的频率——所以变压器和电容会非常大。
开关电源设计 PPT
0.3 0m m
副边线径:
DS
4S
I 0 RMS
2
2 0.798m m
1、4 输入整流桥计算
由于输入整流桥流过的最大峰值电流为0、667A, 故 选择2A/600V以上整流桥。
1、5输入滤波电容计算
输入滤波电容一般取输出功率的1-2倍,故取 33uF/400V
1、6、输出滤波电容计算
D min
3、1 单片机选择
考虑到BUCK电路开关频率需20Khz以上,选用总线频率 高、并自身带PWM发生器的单片机较合适。具体选FRE ESCALE公司的MC9S08SH8。
选其内置振荡器工作方式,BUS频率调至最高20M HZ,PWM选9位,此时PWM频率可达50KHZ
单片机I/O分配:
A/D通道2路 PWM输出1路 “+”、“-”按键2路 LED或LCD显示11根 共用16根I/O
已知条件:
输入电压 AC:85—265V 输出功率PO=15W
输出电压:7、5V
额定输出电流:2A
输出纹波电压:≤ 100mV
1、2 电路结构选择
考虑到输出功率较小,主电路可选择单端反激式,为此选择
API(Advanced Power Integration) 公司的集成控制芯片
TOP202。
TOP202主要参数:
5、推换式开关电源
当滤波电感L的电流连续时,输出电压为: 当负载开路,则输出电压极限值为:
二、PWM控制芯片介绍
目前AC/DC常用的控制芯片有电压式和电流式两种。 1、电压式 典型芯片有:TL494
2、电流型PWM控制器
例一、AC/DC 单路输出15W开关电源设计
1、1 设计要求
200W开关电源设计PFC双管正激
学位论文200W开关电源设计——基于双管正激变换器摘要开关电源是一种由占空比控制的开关电路构成的电能变换装置,用于交流-直流或直流—直流电能变换,通常称其为开关电源。
其功率从零点几瓦到数十千瓦,广泛用于生活、生产、科研、军事等各个领域。
开关电源的核心为电力电子开关电路,根据负载对电源提出的输出稳压或稳流特性的要求,利用反馈控制电路,采用占空比控制方法,对开关电路进行控制。
本设计的交流输入电压范围是85V~265V,输出电压24V,输出功率200W。
该设计能够同时实现输入欠压保护、输出过压保护、功率因数校正等功能。
本设计主要采用单片开关电源芯片L6562D,NCP1015和NCP1217,线性光耦合器PC817A及可调式精密并联稳压器TL431等专用芯片以及其它的分立元件相配合,使设计出的开关电源具有稳压输出功能。
主要用到的开关电源电路拓扑有BUCK电路,BOOST电路和正激电路。
关键词:开关电源,功率因数校正,电路拓扑ABSTRACTThe switching power supply is a power conversion device for AC-DC or DC-DC conversion,which is consist of switching circuits controled by duty cycle.Its power varies from a few tenths of watts to tens of kilos watts,and it is widely used in life,production,scientific research, military and other fields.The core of the switching power supply is power electronic circuit.According to the request of steay output voltage or flow characteristics of power from the load,it can use feedback control circuit with duty cycle control method to control the switching circuit. The AC input voltage of this design ranges from 85V to 265V and the output voltage is 24V,the output power 200W.The design can simultaneously realize functions of input under-voltage protection, output overvoltage protection and power factor correction. The design mainly adopts dedicated chips ,such as single switching power supply chip L6562D, the NCP1015 and NCP1217A, a linear optocoupler PC817 and adustable precision shunt regulator control TL431 ,which is matched with other discrete components to make the switching power supply with voltage regulator output function. The main switching power supply circuit topology are Buck Circuit, the Boost Circuit and a Forward Circuit.Key words:the switching power supply,power factor correction,circuit topology目录第1章开关电源简介 (1)1.1 开关电源的发展简史 (1)1.2 开关电源的发展趋势和前景展望 (1)1.3 本文的主要工作 (2)1.3.1 基本要求 (3)1.3.2 发挥部分 (3)第2章开关电源的分类和基本工作原理 (4)2.1 开关电源的分类 (4)2.2 开关电源的基本工作原理 (4)2.3 PFC原理 (5)2.4 双管正激式变换器工作原理 (6)第3章交流输入部分电路的设计与实现 (8)3.1 原理图设计 (8)3.2 元件参数与选择 (8)3.2.1 压敏电阻 (8)3.2.2 安规电容 (8)3.2.3 泄放电路 (9)3.2.4 共模扼流圈 (9)3.2.5 整流桥和滤波电容 (9)第4章基于L6562D的连续型APFC电路设计与实现 (10)4.1 L6562D功能特点及其工作方式 (10)4.2 设计要求 (10)4.3 工作原理 (10)4.3.1 概述 (10)4.3.2 FOT峰值电流模式分析 (11)4.3.3 FOT峰值电流模式的输入电流畸变 (12)4.3.4 输入电流尖峰畸变的补偿电路 (12)4.4 原理图设计 (14)4.5 参数设计 (14)4.5.1 升压电感的设计 (14)4.5.2 确定电流取样电阻 (17)第5章基于NCP1217A双管正激变换器电路的设计与实现 (19)5.1 NCP1217A功能特点 (19)5.2 设计要求 (19)5.3 原理图设计 (19)5.4 参数设计 (21)5.4.1 变压器和输出电感的设计 (21)5.4.2 确定次级侧的整流二极管 (22)5.4.3 确定输出电容器 (23)5.4.4 脉冲驱动电路的设计 (23)5.4.5 稳压反馈电路设计 (24)第6章基于NCP1015的辅助电源设计与实现 (25)6.1 NCP1015功能特点 (25)6.2 设计要求 (25)6.3 原理图设计 (25)6.4 工作原理 (25)第7章测试报告 (26)7.1 概述 (26)7.1.1 输出电压精度 (26)7.1.2 线性调整率 (26)7.1.3 负载调整率 (27)7.1.4 工作效率 (28)7.1.5 PF值 (30)7.1.6 纹波 (31)7.2 毕设完成指数 (33)7.2.1 基本要求 (33)7.2.2 发挥部分 (33)第8章调试总结 (34)8.1.1 基于NCP1654的PFC调试 (34)8.1.2 基于NCP1217A的双管正激调试 (34)8.1.3 基于L6562D的APFC电路的调试 (34)8.1.4 联调 (35)8.1.5 心得体会 (35)参考文献 (37)附录A 原理图 (38)A.1 APFC设计部分 (38)A.2 双管正激部分 (39)A.3 交流输入部分 (40)A.4 NCP1217A设计部分 (40)A.5 辅助电源设计部分 (40)附录B 器件清单 (41)B.1 交流输入部分参数 (41)B.2 辅助电源设计部分参数 (41)B.3 NCP1217A设计部分参数 (41)B.4 APFC设计部分参数 (42)B.5 双管正激设计部分参数 (42)附录C APFC电路PCB (44)附录D 双管正激电路PCB (45)第1章开关电源简介1.1 开关电源的发展简史开关电源是相对线性电源说的。
并联开关电源供电系统设计
并联开关电源供电系统设计【摘要】针对电源并联供电的要求,采用主从控制法自动分配两路电源的输出电流,通过选用精密电阻采样控制,实现了分配电流的高精度输出。
DC-DC 模块采用非隔离式BUCK拓扑结构,具有拓扑简洁、使用元器件少、效率高等优点,应用高集成度脉宽调制(PWM)芯片MP1593作为DC-DC模块的主控芯片,极大程度地降低了损耗,达到了小型化、高效率的目标。
【关键词】并联供电;主从控制;均流1 总体方案设计并联供电系统主要由DC-DC变换器、并联电流分配模块、电流采样放大模块以及总控制器等构成。
系统框图如图1所示。
图1 系统框图1.1 DC-DC变换器的设计方案一:正激式BUCK拓扑正激式变换器具有拓扑简洁、输入输出电气隔离、电压降范围宽、使用元器件少等优点。
如图2所示,PWM控制器通过控制加载到正激式变压器一次侧绕组上的PWM波的占空比实现稳压输出。
但是,正激变换器必须附加复位电路来实现功率开关截止期间变压器铁心磁复位,以避免变压器饱和,效率很大程度上依赖于脉冲变压器的转换效率。
图2 单端正激式变换器结构图方案二:非隔离式BUCK拓扑非隔离式DC-DC变换器使用元器件少,且损耗只包括开关导通损耗和续流二极管的损耗。
如图3所示,开关管导通时,对电感进行充电;开关管断开时,通过续流二极管向负载供电。
电路通过控制开关器件的占空比来控制输出电压。
图3 非隔离式DC/DC器结构图方案二,电路结构简单,工作稳定可靠,控制灵活方便,损耗较小,效率较高,在负载调整率、电源效率方面较方案一均有改善。
因此,选择方案二实现DC-DC变换。
1.2 均流控制方法方案一:最大电流均流法(自主均流法)采用负载共享控制器实现均流控制。
在DC-DC模块正常工作时,将两路控制器的均流母线连接,自动选出电流最大的一路,并将此路电源作为主电源。
均流母线上的电压由主电源的输出电流决定,控制器从电源的接收到母线上的信号后,会控制该路DC-DC模块调整输出电压。
开关电源各组成部分电路设计方案详细分析
一、开关电源的电路组成开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器<EMI)、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。
辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。
开关电源的电路组成方框图如下:二、输入电路的原理及常见电路1、AC 输入整流滤波电路原理:①防雷电路:当有雷击,产生高压经电网导入电源时,由MOV1、MOV2、MOV3:F1、F2、F3、FDG1组成的电路进行保护。
当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时,其阻值降低,使高压能量消耗在压敏电阻上,若电流过大,F1、F2、F3 会烧毁保护后级电路。
②输入滤波电路:C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制,防止对电源干扰,同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。
当电源开启瞬间,要对C5充电,由于瞬间电流大,加RT1<热敏电阻)就能有效的防止浪涌电流。
因瞬时能量全消耗在RT1电阻上,一定时间后温度升高后RT1阻值减小<RT1是负温系数元件),这时它消耗的能量非常小,后级电路可正常工作。
③整流滤波电路:交流电压经BRG1整流后,经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。
若C5容量变小,输出的交流纹波将增大。
2、DC 输入滤波电路原理:①输入滤波电路:C1、L1、C2组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制,防止对电源干扰,同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。
C3、C4为安规电容,L2、L3为差模电感。
② R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路。
在起机的瞬间,由于C6的存在Q2不导通,电流经RT1构成回路。
当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。
如果C8漏电或后级电路短路现象,在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大,Q1导通使Q2没有栅极电压不导通,RT1将会在很短的时间烧毁,以保护后级电路。
超详细的反激式开关电源电路图讲解【范本模板】
反激式开关电源电路图讲解一,先分类开关电源的拓扑结构按照功率大小的分类如下:10W以内常用RCC(自激振荡)拓扑方式10W-100W以内常用反激式拓扑(75W以上电源有PF值要求)100W-300W 正激、双管反激、准谐振300W-500W 准谐振、双管正激、半桥等500W—2000W 双管正激、半桥、全桥2000W以上全桥二,重点在开关电源市场中,400W以下的电源大约占了市场的70-80%,而其中反激式电源又占大部分,几乎常见的消费类产品全是反激式电源.优点:成本低,外围元件少,低耗能,适用于宽电压范围输入,可多组输出。
缺点:输出纹波比较大。
(输出加低内阻滤波电容或加LC噪声滤波器可以改善)今天以最常用的反激开关电源的设计流程及元器件的选择方法为例。
给大家讲解如何读懂反激开关电源电路图!三,画框图一般来说,总的来分按变压器初测部分和次侧部分来说明。
开关电源的电路包括以下几个主要组成部分,如图1图1,反激开关电源框图四,原理图图2是反激式开关电源的原理图,就是在图1框图的基础上,对各个部分进行详细的设计,当然,这些设计都是按照一定步骤进行的.下面会根据这个原理图进行各个部分的设计说明。
图2 典型反激开关电源原理图五,保险管图3 保险管先认识一下电源的安规元件—保险管如图3.作用:安全防护。
在电源出现异常时,为了保护核心器件不受到损坏.技术参数:额定电压 ,额定电流 ,熔断时间 .分类:快断、慢断、常规计算公式:其中:Po:输出功率η效率:(设计的评估值)Vinmin :最小的输入电压2:为经验值,在实际应用中,保险管的取值范围是理论值的1。
5~3倍。
0。
98: PF值六,NTC和MOVNTC 热敏电阻的位置如图4.图4 NTC热敏电阻图4中的RT为NTC,电阻值随温度升高而降低,抑制开机时产生的浪涌电压形成的浪涌电流.图4中RV为MOV压敏电阻,压敏电阻是一种限压型保护器件,过电压保护、防雷、抑制浪涌电流、吸收尖峰脉冲、限幅、高压灭弧、消噪、保护半导体元器件等七,XY电容图5 X和Y电容如图X电容,Y电容。
开关电源电路设计与实现
开关电源电路设计与实现目录1 绪论 (3)1.1 课题研究的背景 (3)1.2 研究的目的及意义 (5)1.2.1课题研究的目的 (5)1.2.2课题研究的意义 (5)1.3 高频开关电源的发展情况 (5)1.3.1开关电源的发展情况 (5)1.3.2高频开关电源的主要新技术标志 (6)1.4 隔离式高频开关电源简介 (8)2 高频开关电源的总体设计 (9)2.1 主电路的选择 (9)2.2 控制电路的选择 (10)2.2.1单片机控制电路分析 (10)2.2.2芯片控制电路分析 (10)2.3 电流工作模式的方案选择 (11)2.3.1电流连续模式分析 (11)2.3.2电流断续模式分析 (11)2.4 综合结构电路图 (12)3 开关电源输入电路设计 (13)3.1 电压倍压整流技术 (13)3.1.1 交流输入整流滤波电路原理 (13)3.1.2倍压整流技术 (14)3.2 输入保护器件保护 (15)3.2.1浪涌电流的抑制 (15)3.2.2热敏电阻技术分析 (16)4 开关电源主电路设计 (17)4.1 单端反激式变换器电路的工作原理 (17)4.2 开关晶体管的设计 (19)4.3 变压器绕组的设计 (21)4.4 输入整流器的选择 (23)整流器的额定电压应该为最高输入电压的效值的3倍以上,其原因是电网中存在瞬态过电压,通常输入电压220*(1±20%)V或是85——265V应该选择600V 以上电压的整流器和二极管, (24)5 开关电源控制电路设计 (24)5.1 芯片简介 (24)5.1.1芯片原理 (24)5.1.2 UC3842 内部工作原理简介 (24)5.2 工作描述 (26)5.3 UC3842常用的电压反馈电路 (29)6 结论 (32)6.1 成果与结论 (32)6.1.1开关变换器的设计 (32)6.1.2 PWM集成控制器的设计 (33)6.1.3电压电流反馈闭环电路的设计 (33)6.2 进一步工作设想 (33)1 绪论1.1 课题研究的背景随着大规模和超大规模集成电路的快速发展,特别是微处理器和半导体存储器的开发利用,孕育了电子系统的新一代产品。
开关电源设计ppt课件
同样,初级电感值也不能太大,否那么不能满足输出功率的要
求。
第6章 开关电源设计
4.电源次级电路的设计 次级电路设计主要是选择整流管和滤波电容。整流管的选择应 根据输出电流和电压进行,其最大值为
IRLC 2Io 25 10 A
URLC ≥
U imax n
(6-15) (6-16)
n
Ui max Uo
变压器次级电流为矩形波,其有效值为
I2Io D2.50.70 1 7 .7A 7
(6-6)
导线电流密度取4 A/mm2,所需绕组导线截面积为
1.77/4≈ 0.44 mm2。同样可选择初级绕组导线,初级电流有效
值为
I1
N2 N1
Io
D0.35A
(6-7)
第6章 开关电源设计
导线截面积为 0.35/4=0.0875 mm2,选用截面积为 0.1 mm2 的导线。取 输出电感的电流变化量 ΔIL=0.2Io=0.5 A,则输出电感为
UF
Ui max
N2 N1
68
V
整流二极管和续流二极管的最大电流为
(6-10) (6-11) (6-12)
IVD1 IVD2 1.1Io 2.75 A
(6-13)
第6章 开关电源设计
5.反响电路的设计 电流反响电路采用电流互感器,经过检测开关管上的 电流作为采样电流,原理如图6-2所示。电流互感器的输出 分为电流瞬时值反响和电流平均值反响两路,R2上的电压 反映电流瞬时值。开关管上的电流变化会使UR2变化,UR2 接入UC3842的维护输入端3脚,当UR2=1 V时,UC3842芯 片的输出脉冲将关断。经过调理R1、R2的分压比可改动开 关管的限流值,实现电流瞬时值的逐周期比较,属于限流 式维护。输出脉冲关断,实现对电流平均值的维护,属于 截流式维护。两种过流维护互为补充,使电源更为平安可 靠。采用电流互感器采样,使控制电路与主电路隔离,同 时与电阻采样相比降低了功耗,有利于提高整个电源的效 率。
毕业设计 基于IGBT的大功率开关电源设计
1 前言电源是各类电子设备的重要组成部分,没有一部高质量的电源,难以保证电子设备的正常工作,由于高频开关电源在重量、体积和效率等方面是线性电源无可比拟,因此在许多领域中得到广泛应用。
线性电源和开关电源各有自己的特点,线性电源的特点是稳定性好、可靠性高、输出电压精度高、输出纹波电压小。
它的不足之处是要求采用工频变压器和滤波器,它们的重量和体积都很大,并且调整管的功耗较大,使得电源的效率大大降低。
相对于线性电源来说,开关电源具有效率高,可靠性和稳定性较好,体积小,重量轻的优点,它对供电电网电压的波动不敏感,在电网电压波动较大的情况下,仍能维持较稳定的输出,因此,开关电源更能满足现代电子设备的要求。
近些年来,由于新型功率器件和开关集成稳压器的出现,以及电力电子变换技术的进步,使开关电源又有了长足发展。
绝缘栅双极型晶体管IGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件,其输入极为MOSFET,输出极为PNP晶体管,因此,可以把其看作是MOS输入的达林顿管。
它融和了这两种器件的优点,既具有MOSFET器件驱动简单和快速的优点,又具有双极型器件容量大的优点,因而在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用。
本系统采用门极可关断功率全控式电力电子器件IGBT,改变其负载两端的直流平均电压的调制方法采用脉冲调宽的方式,即主开关通断的周期保持不变,而每次通电时间可变。
由于IGBT工作在高频与高电压、大电流的条件下,使得它容易损坏,另外,电源作为系统的前级,因为受电网波动、雷击等原因的影响使得它所承受的应力更大,故IGBT 的可靠性直接关系到电源的可靠性。
因而对IGBT的保护设计是电源设计时需要重点考虑的一个环节。
本次设计采用富士公司的EXB841驱动芯片,利用其单电源,模块化,过流检测,保护软关断等优点,通过单片机控制实现大功率开关电源电路的设计。
2.1 方案论述2.1.1方案一图2.1 开关电源电路框图交流电压经过EMI滤波及整流滤波后,得到直流电压加到半桥变换器上,用TLP250去驱动功率IGBT管。
基于TNY280的单片开关电源设计
摘要随着开关电源在计算机、通信、航空航天、仪器仪表及家用电器等方面的广泛应用, 人们对其需求量日益增长, 并且对电源的效率、体积、重量及可靠性等方面提出了更高的要求。
开关电源以其效率高、体积小、重量轻等优势在很多方面逐步取代了效率低、又笨又重的线性电源。
开关电源由于其体积小,宽电压输入、效率高,在用电设备中应用非常广泛。
本课题采用TNY280单片集成芯片来设计开关电源,设计功率为12W,一路输出电源模块,同时兼有后备电源功能,保证在正常供电时能提供一个稳定的直流稳压电源同时能在一些特殊场合当外加电源断电时采用后备电源继续为其供电。
关键词:开关电源,单片集成电源芯片,后备电源ABSTRACTWith the switching power supply in the computer, communications, aerospace, instruments and appliances such as extensive use of the growing demand of its people, and the efficiency of the power, volume, weight and reliability have been proposed for requirements. Switching power supply with its high efficiency, small size and light weight advantages of gradually replaced in many ways inefficient, heavy, clunky, linear power supply. Switching power supply because of its small size, wide voltage input, high efficiency, in the application of a wide range of electrical equipment. This topic used to design TNY280 monolithic chip switching power supply, design power is 12W, the way the output power supply modules, backup power function with both to ensure that when the normal power supply to provide a stable DC power supply while in special occasions when the external power supply when power supply with backup power to its.Key words:Switching Power Supply,Monolithic Power Chip,Backup power目录1.绪论 01.1选题背景及其意义 (1)2.TNY280的概述 (2)2.1 TNY280功能介绍 (2)2.2 TNY280的工作原理 (5)3 基于TNY280的开关电源设计 (10)3.1 芯片型号的选择(TNY280) (10)3.2 设计软件PI-Expert (11)3.3 后备电源充电电路图及工作原理 (17)4.主要元器件的选择 (19)4.1.整流二极管DB107 (19)4.2光电耦合器PC817 (20)4.3 TL431 (22)5.PCB板的设计及硬件(电路)调试 (25)5.1电路板设计要求和注意事项 (26)5.2调试 (29)5.3 索尼18650电池 (29)6.结论 (31)7.参考文献 (32)8.致谢 (33)基于TNY280的开关电源设计 11.绪论众所周知,在现代开关电源诞生之前,线性电源占据着主导地位。
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方案框图及叙述:
DC-DC
1、buck
降压型直流变换电路是开关变换中最基本的拓扑结构之一。
输入电压在开关管Q1动作下调制成高频方波,经低通滤波器输出稳定的直流电压,且V o=Vin*D。
其优点是结构简单,所需元件较少,损耗低,效率高。
但由于输入输出之间没有电气隔离,输出电压受限于占空比,因此限制了其应用。
2、boost
升压型直流变换电路是从低压输入得到高压输出的开关调整器。
其基本工作原理是,Q1导通时,电感L1储能,输出电容提供负载能量,Q1关断期间,电感和输入电压一起给负载供电,并且给输出电容充电。
其优点是结构简单,使用器件较少,效率较高,但输出电流纹波较大,升压范围受到占空比的限制。
3、正激变换
正激变换是单开关管的变换电路。
在开关管Q1导通时,利用变压器将能量从一次侧传递到二次侧,开关管关断期间,输出滤波电感和滤波电容给负载供
电。
由于一、二侧之间用变压器传输能量,因此可以升压,可以降压,具备电气隔离,能很方便的输出多个绕组。
但由于变压器的磁芯仅工作在磁滞回线的第一象限,因此需要施加去磁回路。
而且一般的正激变换电路的占空比不能大于0.5,否则有可能不能完全去磁,使变压器磁芯饱和。
4、反激变换
反激变换是一种隔离的小功率变换拓扑。
在开关管开通时,变压器原边存储能量,当开关管关断时,线圈中的磁场能量会在副边产生上正下负的感应电动势,将磁场能量转移到负载。
其优点是结构简单,无需磁复位电路,相比其他的拓扑少了一个滤波电感,因此体积小,成本低。
缺点是磁芯磁场直流成分大,需加入气隙防止磁芯饱和,造成较严重的电磁辐射。
而且输出电流纹波较大。
5、推挽变换
推挽变换器由两个开关管和一个带中心抽头的变压器组成,两个开关的驱动脉冲相位相反,开关管交替导通,特别适合低压输入,升压输出的场合。
其优点是驱动简单,容易实现。
但其开关管的电压应力是2倍的输入电压,变压器的绕制也比较麻烦。
6、半桥变换
半桥变换是一种应用较广的拓扑结构,其开关管的电压应力仅为直流输入电压,而不是像推挽拓扑承受2倍电源电压。
因此其适用于输入电压较高的场合。
而且半桥的变压器初级线圈只需一个绕组,方便绕制。
但半桥的电压利用率不高,不适合低压场合,并且驱动比较麻烦。
7、全桥变换
全桥变换同时具有推挽拓扑电压利用率高和半桥变换电压应力不高的优点,经常用于工作电压高,输出功率大的场合。
其开关管Q1、Q4分为一组,Q2、Q3分为一组,工作时总是一组接通,一组关断。
其适应性广,效率高。
但由于有四个开关管交替工作,其开关损耗不可忽略,并且对驱动的一致性要求很高,使得驱动的制作比较复杂。
控制
1、单片机控制
系统的PWM用单片机产生,用单片机控制整个系统的运行。
这种方案的优点的是可以省去大量的硬件电路设计,使电路结构简化。
但对软件的编程要求高,难度大,并且单片机的可靠性影响系统的性能。
2、硬件电路和单片机共同控制
系统的闭环控制部分由硬件电路实现,而单片机进行辅助控制。
其优点是可以充分发挥硬件电路的优势,而又可以用单片机数字调节,使系统具有更大的灵活性。
其不足是硬件电路的设计较复杂。
整流
1、整流二极管整流
输出级采用不可控整流方式,并且依据不同的拓扑结构可以采用不同的形式。
这种方法简单易行,可靠性好,但由于整流二极管本身的压降和反向恢复问题,使得其在低压输出的系统中损耗很大,影响了效率的提高。
2、同步整流
同步整流是指用低Ron的MOS管取代整流二极管,由于需要控制脉冲控制其通断,因此又称可控整流。
其优点是损耗低,功率密度更大。
但由于需要与电路结构的时序同步,因此其控制较复杂,还需做驱动整形电路。
DC-AC
总体方案
1、单级变换结构。
使用单级变换将输入直流电压直接转换成交流电,由于输入电压有限,必须用工频变压器升压。
此方案结构简单,使用器件少,可靠性好,效率高。
但由于需要工频变压器升压,其绕制麻烦,体积笨重。
2、多级变换结构。
采用两级级联结构完成系统的设计,前级采用推挽升压变换,后级采用桥式逆变电路将直流电压变换成交流电。
由于前后两级相对独立,使得后级的逆变环节灵活性很大。
而其高频化的应用也有利于减小体积,达到更高的功率密度。
因多级变换是每个子系统的级联,因此其整体的效率不如单级变换结构。
逆变主体电路
1、半桥型逆变拓扑
半桥逆变电路是结构最简单的逆变电路。
其中D1、D2是续流二极管,C1、C2是分压电容,要求其值相等并且足够大。
半桥逆变的优点是结构简单,使用开关器件少。
但其输出交流电的幅值只有直流电源电压的一半,因此半桥电路常用于小功率的逆变场合。
2、全桥型逆变拓扑
全桥型逆变电路可以看做两个半桥电路的组合,是逆变电路中应用最多的结构。
全桥逆变电路开关器件电压应力不高,输出功率大,控制方式灵活,在较低的开关频率下可以得到较好的谐波抑制。
但使用器件多,驱动较复杂。
控制方案
1、SPWM硬件电路加单片机辅助控制。
采用全硬件电路实现SPWM的产生和控制,或者采用专用的SPWM控制芯片,而单片机根据变频要求输出频率变化的标准参考正弦波供给硬件电路调制,最终输出频率变化的正弦波。
此方法实时性能好,系统响应快,缺点是电路复杂,难于实现。
3、采用单片机控制。
使用性能良好的单片机产生基波频率可以调节的SPWM波,经隔离驱动全桥电路,滤波后输出变频正弦波。
如此则逆变环节可大大简化,系统运行灵活性高,控制方便。
但缺点是单片机实时性能欠佳,并且在强开关干扰下一旦进入不稳定运行,则系统易出现控制故障,影响系统性能。
电压反馈方式
1、采用输出电压平均值反馈
逆变输出交流电压经整流转化为平均值,与输出给定比较后,产生误差信号改变SPWM。
平均值反馈控制方式简单易行,对输出可连续调节并可以保持较
好的稳态误差。
但其动态响应慢,负载适应性不佳。
2、采用输出电压瞬时值反馈
瞬时值反馈采样的是输出电压的同步峰值。
将输出采样电压过零比较后可以得到采样的同步触发信号,单片机根据触发信号延时后采样峰值。
瞬时值控制可以在运行过程中实时的调控输出电压,提高逆变的供电质量。
瞬时值采样的缺点是输出电压存在一定的稳态误差。
SPWM调制方式
1、单极性调制
单极性调制的特点是调制信号和SPWM波形具有相同的正负极性。
由于其载波的对称性,输出电压中没有偶次谐波,因此高频分量易于滤除。
但其中却含有少量的低频谐波分量。
因为其输出电压中包含零电平,因此单极性SPWM只能应用于全桥逆变电路。
2、双极性调制
双极性调制的主电路比较简单,可以用于半桥或全桥电路。
并且双极性的驱动设计也比单极性的容易处理。
但是其输出信号的谐波含量随着调制比的减小而大幅度增加,因此不适合用于调制比变化范围较大的场合。
单片机选择
1、MSP430 16位单片机
MSP430单片机是德州仪器公司推出的16位超低功耗,具有精简指令集的混合信号处理器。
其主频为8MHz,内设资源丰富,功耗极低。
但运算能力不高,不能有效的处理快速变化的信号。
2、STM32 是基于ARM Cortex-M3内核的高性能,低功耗的32位处理器。
其工作频率为72MHz,内置高速存储器,具有丰富的增强型I/O端口。
STM32工作可靠,编程灵活,软件编程可以实现复杂控制算法和逻辑控制,实用性强。
提高效率的方法与实现论证
在开关电源中,影响效率的因素主要有整流管损耗,变压器损耗和开关管损耗。
本系统中的输出电压较高,为了达到较好的效率,减少整流的功率消耗,副边整流使用肖特基二极管,其正向压降低,反向恢复时间小,有利于减少输出整流损耗。
变压器损耗主要是铜损和铁损,铜损主要考虑导线的载流密度和温升,铁损主要是变压器磁芯的涡流损耗。
因此合理的选用载流导线和磁通变化可以提高变压器的效率。
同时,采用一定的绕法可以减小漏感,提高变压器的利用率。
开关管的损耗主要有开关损耗和导通损耗。
导通损耗与开关管的平均电流和导通内阻有关,推挽拓扑的原边峰值电流较低,比较适合升压。
同时采用低导通内阻的开关管可以减小开关导通损耗。
开关管的开关损耗与开关频率成正比,在硬开关的使用条件下,可以降低开关频率,减少开关损耗。
恒功率控制框图
输入电压经功率变换电路变频整流(开关管高频斩波,再经二次整流)后输出;采样电路检测输出端电压、电流信号,输入到单片机后,通过做乘法运算,合成为功率信号电平,该信号通过脉宽控制电路、驱动电路去控制、调节功率变换电路中的占空比,使得由于某种原因造成输出功率增大时,占空比变小:
反之输出功率降低时,占空比增大,这样形成一个闭环负反馈,调节输出占空比,进而调节输出的平均值,达到稳定输出功率的目的。
恒流控制。