单片机开关电源电路教材

课程设计题目单片开关电源电路设计与制作姓名学号系（院）班级指导教师职称2015年06月20日目录1前言---------------------------------------------------------------------------------------------------32工作原理---------------------------------------------------------------------------------------------4 1开关电源介绍----------------------------------------------------------------------------------4 2电源原理----------------------------------------------------------------------------------------53反激式变换器--------------------------------------------------------------------------------------6 1反激式变换器工作原理----------------------------------------------------------------------6 2反激式变换器工作模式----------------------------------------------------------------------7 3单相二极管整流桥--------------------------------------------------8 4缓冲电路----------------------------------------------------------------------------------------8 4 TOPSwitch-GX芯片----------------------------------------------------91 TOPSwitch-GX性能--------------------------------------------------92 TOPSwitch-GX内部结构--------------------------------------------103 TOPSwitch-GX引脚功能---------------------------------------------125 反激式变换器的高频变压器设计----------------------------------------131 绕组符合安全规程--------------------------------------------------------------------------132 低漏感的绕制方法--------------------------------------------------------------------------143 变压器紧密耦合的绕制方法--------------------------------------------------------------164 确定磁心尺寸--------------------------------------------------------------------------------175 反激式变压器设计--------------------------------------------------------------------------196 单端反激式开关电源—主电路设计----------------------------------------------------------211单端反激式开关电源主电路介绍---------------------------------------------------------212 单端反激式开关电源驱动电路介绍------------------------------------------------------227 设计结果及分析----------------------------------------------------------------------------------221设计结果分析----------------------------------------------------------------------------------248 结论-------------------------------------------------------------------------------------------------25前言本课题主要掌握反激式PWM高频开关电源的工作原理。

电源在一个典型系统中担当着非常重要的角色。

从某种程度上，可以看成是系统的心脏。

电源给系统的电路提供持续的、稳定的能量，使系统免受外部的侵扰，并防止系统对其做出伤害。

所以，本课题主要是用TOPSwitch-GX系列是单片开关电源中的TOP244Y设计反激式开关电源从而到平稳的直流输出，实现设计一个稳定的电源输出。

开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。

另外开关电源的发展与应用在节约能源，节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。

TOPSwitch-GX系列是单片开关电源第四代产品，最大输出功率从75W扩展到290W，将开关频率提高到132KHz，这有助于减小高频变压器及整个开关电源的体积。

当开关电源的负载很轻时，能自动将开关频率从132KHz降低到30KHz，可降低开关损耗，进一步提高电源效率。

本设计要求电源的输入为电网电压（市电），经滤波后进入单相二极管整流桥，再经大电容滤波得到直流高压，通过PWM控制，在反激变换器的变压器二次侧得到高频矩形波电压，再经滤波得到平稳的直流输出。

而本人主要研究主电路的制作和绕制高频变压器，高频变压器采用EE25型磁心，配10引脚的骨架，用直径为0.38mm 的漆包线绕制。

最后以反激电路的框架进行主电路的设计。

工作原理开关电源简介电源是各种电子设备必不可少的组成部分,它的性能好坏直接影响到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。

目前常用的直流稳压电源分为线性电源和开关电源两大类。

线性稳压电源亦称串联调整式稳压电源,其稳压性能好,输出纹波电压很小,但它必须使用笨重的工频变压器与电网进行隔离,并且调整管的功率损耗较大,致使电源的体积和重量大、效率低。

开关电源被誉为高效节能电源,它是利用现代电力电子技术,通过控制开关通断的时间比率来维持输出电压稳定的一种电源,具有体积小、重量轻、功率小、效率高、纹波小、噪声低、易扩容、智能化程度高等优良特性,广泛应用在诸如计算机、电视机、摄像机等电子设备上。

它代表着稳压电源的发展方向,现已成为稳压电源的主流产品。

目前,开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备中。

而随着近些年来科学技术的不断发展,开关电源技术在实际需要的推动下快速的发展,具体的发展趋势可以总结为以下几个方面:（1）高频化开关频率的提高有利于开关电源的体积减小,重量减轻,动态响应得到改善。

早期开关电源的频率仅为几千赫兹,随着电力电子器件及磁性材料性能的不断改进,开关频率渐渐地提高。

在这个过程中,IGBT的出现,使得开关电源的容量不断增大,在许多中等容量范围内,迅速取代了晶闸管相控电源。

并且,IGBT的开关速度很高,通态压降低。

但是,随着开关频率的提高,电源的电磁干扰问题也变得突出起来。

如何在提高开关频率的情况下,最大限度的减少电磁干扰对电源的影响,是一个摆在科研工作者面前的急需解决的问题。

（2）非隔离DC/DC技术近年来,非隔离DC/DC 技术发展迅速。

它们基本上可以分成两大类。

一类在内部含有功率开关元件,称DC/DC 转换器。

另一类不含功率开关,需要外接功率MOSFET ,称DC/DC 控制器。

按照电路功能划分,有降压的STEP-DOWN、升压的BOOST ,还有能升降压的BUCK-BOOST 或SEPIC等,以及正压转成负压的INVERTOR 等。

其中品种最多,发展最快的还是降压的STEP-DOWN。

根据输出电流的大小,分为单相、两相及多相。

控制方式上以PWM 为主,少部分为PFM。

目前一套电子设备或电子系统由于负载不同,会要求电源系统提供多个电压挡级。

如台式PC机就要求有+12V、+5V、+ 3.3V、- 12 V四种电压以及待机的+ 5 V 电压,主机板上则需要2.5 V、1.8 V、1.5 V甚至 1 V 等。

一套AC/DC 中不可能给出这样多的电压输出,而大多数低压供电电流都很大,因此开发了很多非隔离的DC/DC。

（3）数字化高频开关电源的另一发展趋势是数字化。

过去在传统功率电子技术中, 控制部分是按模拟信号来设计和工作的。

随着数字处理技术的发展成熟, 其优点明显便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰,提高抗干扰能力、便于软件包的调试和遥感遥测遥调, 也便于自诊断、容错等技术的植入等。

这类电源大体上包括两个部分,即硬件和软件。

硬件部分包括PWM 的逻辑部分、时钟、放大器环路的模数转换、数模转换以及数字处理、驱动、同步整流的检测和处理等。

而在软件方面可以通过DSP或热待机状态;有效调整系统工作点,使系统处于最佳效率工作点。

比如艾默生网络能源公司的通信电源休眠节能技术,就是使电源系统根据系统的负载情况和系统当前模块的工作情况,通过合理的逻辑判断和控制,在保证系统冗余安全的条件下,有选择的打开或休眠部分模块,使系统工作在最佳效率点,节能效率显著。

通过采用以上节能方案优化通信电源系统设计,可将目前业界在网应用的通信电源的实际工作效率低载时提高7～8 个百分点,高载时提高3～4 个百分点,从而使基站内通信电源达到直接节能与间接节能的目的。

电源原理工作原理是:市电进入电源首先经整流和滤波转为高压直流电,然后通过开关电路和高频开关变压器转为高频率低压脉冲,再经过整流和滤波电路,最终输出低电压的直流电源。

同时在输出部分有一个电路反馈给控制电路,通过控制PWM 占空比以达到输出电压稳定。