开关电源实习报告
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1.3稳压
本电源稳压环节采用LM2576开关降压（Buck）型集成稳压芯片。其内部集成了52KHz的振荡器，功率管，PWM调制器和反馈环路。LM2576输出最大电流可以保证3A，输入最大电压40V。D4是一个肖特基二极管，型号为MBR20200。它是作为Buck电路的续流二极管使用的。电感L2是一个用铁粉磁环绕制的100uH的大功率电感，它是Buck电路的储能电感。L2和C13共同组成了一个LC滤波器。R12，R10是一个电阻串联分压网络。LM2576的4脚在分压网络分压点采集电压反馈给其内部误差放大器，控制PWM调制器改变PWM波的脉宽，从而控制功率管使输出电压稳定。调节R12的阻值可以实现电压从1.5V--21V线性可调。
图1. 开关型稳压电源原理图
1.4 电源测试指标
1.4.1测试工具和仪器
1
40MHz带宽示波器一台
2
3位半数字万用表3块
3
200Ω，100W负载1个
1.4.2各部分电压测试
序号
位置
电压/V
1
变压器输入交流电压
223
2
变压器输出交流电压
19.6
3
滤波器输出直流电压
25.3
4
稳压器输出直流电压
1.5--21V
第十届TI杯电子设计竞赛培训
实
习
报
告
2012年7月8日
1.开关稳压电源
1.1工频变压器
工频变压器作为本电源降低电压的核心。它把有效值为220V的交流市电降低为20V的交流电压。为后级稳压环节输入一个低的直流电压做了准备。
1.2整流滤波
本电源整流采用4安的集成整流桥堆。前级滤波采用三个电容进行。如图1示，分别为C12，C14，C15。C14是一个1000uF的铝电解电容，它可以很好地滤除低频脉动成分，使整流输出波形变得很平滑。电容的高频小信号模型为电感、电容、电阻的串联。铝电解电容，由于其内部结构决定了它的高频等效电感比较大。再加之铝电解电容的容值比较大，这就导致它的自身谐振频率比较低。这样它可以很好地滤除低频杂波成分，但是对于高频杂波成分，它的滤除效果不是很好。这就需要给他并联一个0.1uF的瓷片电容C15，这样滤波器的带宽就会大大提高，可以滤除掉更多的杂波成分。C12是作为LM2576的输入滤波的，以保证输入LM2576的交流杂波成分更小。
18%
1.333
4
20.0
16.5
9Байду номын сангаас9
61.2%
4.4
平均负载调整率：26.7%
平均内阻：1.55Ω
1.4.4纹波电压测试
测试条件：电源满载，即输出电流3A。
序号
输出直流电压/V
纹波电压/mV
1
5V
150
2
10V
170
3
15V
600
4
20V
1250
1.4.5效率测试
本次测试的效率是从变压器输出到稳压输出的效率。
序号
输入电压/V
输入电流/A
输出电压/V
输出电流/V
效率
1
19.2
0.37
4.7
1.04
68.8%
2
18.4
0.68
9.8
1.03
80.7%
3
17.7
1.04
14.7
1.04
78.2%
4
17.5
1.21
18.0
0.99
84.2%
2.RC文氏电桥振荡电路
图2. RC文氏电桥振荡电路原理图
图3. RC文氏电桥振荡Pspice仿真输出波形
3.实验总结
通过本次实验，我们对开关稳压电源和文氏电桥有了更深入的认识。本次电源是用开关型集成稳压芯片做的。开关电源高效，功率密度大等诸多优点使它成为电源发展的必然趋势。通过制作这个开关电源让我们也更好地理解了开关电源的工作原理，也认识到开关电源噪声大的缺点。RC文氏电桥电路，我们是用Pspice做了严格仿真的，仿真波形完美无缺。但是实际输出波形还是有频偏，并且失真较严重。这也让我们认识到仿真软件的理想和制作的现实是有很大差距的。本次制作活动很好地锻炼了我们的动手实践能力和常规仪器使用能力。遇到问题时，查找资料，分析问题，解决问题的能力。对于刚学完《模拟电子技术》的我们来说，这次实验对我们有很重大的意义。让我们对《模拟电子技术》有了更深入的理解，光有理论是不够的，我们更需要实践来验证理论，从而更好的掌握理论。同时我认为我们的制作是一个团队的协作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。
2.1测试指标
（1）振荡频率（f0=10.64kHz）
序号
频率/kHz
频偏/kHz
输出电压/V(有效值)
反馈系数Fv
1
9.615
0.385
0.77
0.337
2
9.724
0.276
2.0V
0.337
3
9.673
0.327
4.0V
0.337
4
9.553
0.447
6.6V
0.337
（2）波形失真:失真较小。
1.4.3负载调整率
负载调整率指的是输出电流在额定范围变化时输出电压的变化率。（单位/V）
序号
轻载输出电压V1（200Ω）
半载输出电压V2（电流1.5A）
满载输出电压V3（电流3A）
负载调整率/%
内阻/Ω
1
5.0
4.5
4.1
20%
0.267
2
10.0
9.6
9.3
7.3%
0.2
3
15.0
14.4
12.4
本电源稳压环节采用LM2576开关降压（Buck）型集成稳压芯片。其内部集成了52KHz的振荡器，功率管，PWM调制器和反馈环路。LM2576输出最大电流可以保证3A，输入最大电压40V。D4是一个肖特基二极管，型号为MBR20200。它是作为Buck电路的续流二极管使用的。电感L2是一个用铁粉磁环绕制的100uH的大功率电感，它是Buck电路的储能电感。L2和C13共同组成了一个LC滤波器。R12，R10是一个电阻串联分压网络。LM2576的4脚在分压网络分压点采集电压反馈给其内部误差放大器，控制PWM调制器改变PWM波的脉宽，从而控制功率管使输出电压稳定。调节R12的阻值可以实现电压从1.5V--21V线性可调。
图1. 开关型稳压电源原理图
1.4 电源测试指标
1.4.1测试工具和仪器
1
40MHz带宽示波器一台
2
3位半数字万用表3块
3
200Ω，100W负载1个
1.4.2各部分电压测试
序号
位置
电压/V
1
变压器输入交流电压
223
2
变压器输出交流电压
19.6
3
滤波器输出直流电压
25.3
4
稳压器输出直流电压
1.5--21V
第十届TI杯电子设计竞赛培训
实
习
报
告
2012年7月8日
1.开关稳压电源
1.1工频变压器
工频变压器作为本电源降低电压的核心。它把有效值为220V的交流市电降低为20V的交流电压。为后级稳压环节输入一个低的直流电压做了准备。
1.2整流滤波
本电源整流采用4安的集成整流桥堆。前级滤波采用三个电容进行。如图1示，分别为C12，C14，C15。C14是一个1000uF的铝电解电容，它可以很好地滤除低频脉动成分，使整流输出波形变得很平滑。电容的高频小信号模型为电感、电容、电阻的串联。铝电解电容，由于其内部结构决定了它的高频等效电感比较大。再加之铝电解电容的容值比较大，这就导致它的自身谐振频率比较低。这样它可以很好地滤除低频杂波成分，但是对于高频杂波成分，它的滤除效果不是很好。这就需要给他并联一个0.1uF的瓷片电容C15，这样滤波器的带宽就会大大提高，可以滤除掉更多的杂波成分。C12是作为LM2576的输入滤波的，以保证输入LM2576的交流杂波成分更小。
18%
1.333
4
20.0
16.5
9Байду номын сангаас9
61.2%
4.4
平均负载调整率：26.7%
平均内阻：1.55Ω
1.4.4纹波电压测试
测试条件：电源满载，即输出电流3A。
序号
输出直流电压/V
纹波电压/mV
1
5V
150
2
10V
170
3
15V
600
4
20V
1250
1.4.5效率测试
本次测试的效率是从变压器输出到稳压输出的效率。
序号
输入电压/V
输入电流/A
输出电压/V
输出电流/V
效率
1
19.2
0.37
4.7
1.04
68.8%
2
18.4
0.68
9.8
1.03
80.7%
3
17.7
1.04
14.7
1.04
78.2%
4
17.5
1.21
18.0
0.99
84.2%
2.RC文氏电桥振荡电路
图2. RC文氏电桥振荡电路原理图
图3. RC文氏电桥振荡Pspice仿真输出波形
3.实验总结
通过本次实验，我们对开关稳压电源和文氏电桥有了更深入的认识。本次电源是用开关型集成稳压芯片做的。开关电源高效，功率密度大等诸多优点使它成为电源发展的必然趋势。通过制作这个开关电源让我们也更好地理解了开关电源的工作原理，也认识到开关电源噪声大的缺点。RC文氏电桥电路，我们是用Pspice做了严格仿真的，仿真波形完美无缺。但是实际输出波形还是有频偏，并且失真较严重。这也让我们认识到仿真软件的理想和制作的现实是有很大差距的。本次制作活动很好地锻炼了我们的动手实践能力和常规仪器使用能力。遇到问题时，查找资料，分析问题，解决问题的能力。对于刚学完《模拟电子技术》的我们来说，这次实验对我们有很重大的意义。让我们对《模拟电子技术》有了更深入的理解，光有理论是不够的，我们更需要实践来验证理论，从而更好的掌握理论。同时我认为我们的制作是一个团队的协作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。
2.1测试指标
（1）振荡频率（f0=10.64kHz）
序号
频率/kHz
频偏/kHz
输出电压/V(有效值)
反馈系数Fv
1
9.615
0.385
0.77
0.337
2
9.724
0.276
2.0V
0.337
3
9.673
0.327
4.0V
0.337
4
9.553
0.447
6.6V
0.337
（2）波形失真:失真较小。
1.4.3负载调整率
负载调整率指的是输出电流在额定范围变化时输出电压的变化率。（单位/V）
序号
轻载输出电压V1（200Ω）
半载输出电压V2（电流1.5A）
满载输出电压V3（电流3A）
负载调整率/%
内阻/Ω
1
5.0
4.5
4.1
20%
0.267
2
10.0
9.6
9.3
7.3%
0.2
3
15.0
14.4
12.4