开关电源设计_课程设计论文.doc

电子技术课程设计设计课题： 开关电源 电气工程及自动化电气 班目录一设计目的二设计要求三方案总体概要设计四分模块设计与分析五电路的安装与调试六总结七元器件清单八参考文献和辅助工具 一. 设计目的目前电子类的产品已经深入到人们生活的各项领域当中，每个产品都离不开电源。就目前电源发展这一块也是形式多样化。但也存在功率省耗大，转换效率不高，体积大不便于携带等导致性价比不高。基于这些我们设计一个ac-dc的直流稳压可调的开关电源，它的性能优越，电压可调，体积小、重量轻、性价比高等他将更加普遍使用于生活当中。希望通过本次课程设计了解ncp1050的功能及用法，进一步将数模电知识加以运用，进而不断提高自己的专业知识。二.设计要求基本要求：1、输入电压：单相交流额定电压有效值220v20%2、频率：频率范围 45-65hz3、电流：在满载运行时,输入220v,小于 8a。在264v时,冲击电流不大于18a4、输出电压u。可调范围：3036v。5、最大输出电流iomax：2a。 6、输出噪声纹波电压峰峰值uopp1 v7、dcdc变换器的效率q70发挥部分：1、进一步提高效率，使q 852、排除过流故障后，电源能自动恢复为正常 状态。三.方案总体概要设计： 方案一 步骤如下：显示部份控制系统dc-dc变换器整流滤波隔离变压 方案一框图说明：选择了boost升压变换器实现dc-dc变换，控制系统选用单片机aduc812和脉宽调制控制器sg3525通过双闭环回路共同控制dc-dc变换电路，实现输出电压稳定、可调；sg3525产生高频脉冲控制dc-dc变换，aduc812实现显示、a/d和d/a转换、过流保护、处理电压反馈信号。该方案的优点： 1.电路结构简单，转换效率高稳压性能优，并且转换效率高; 2.控制系统软件编程工作量较小，难度不大； 3.用脉宽调制型控制器实现pwm控制，产生频率为100khz的脉冲较容易，并且完全由硬件产生高频脉冲，实时性好； 该方案的缺点： 1.件电器设计难度较大；电路板布线工作量较大。3.控制软件编程工作量大、难度大；4.所有控制都由单片机实现,对单片机的硬件资源要求很高；方案二 步骤如下：调整输出控制电路高频变换整流滤波隔离变压 方案二框图 隔离变压=整流滤波=高频变换=控制电路=调整输出 说明：本电路主要采用3块集成芯片实现对电路的控制，分别是ic1（ncp1050）、ic2（光耦合器sfh615)、ic3（可调式精密电压调节器tl431）。该方案的优点： 1. 电路结构简单，转换效率高稳压性能优，并且转换效率高; 2. 性能优越，电压可调，体积小、重量轻、性价比高，可普遍使用于生活当中； 3. ncp1050,tl431等芯片器件功能强大，设计起来比较简单。该方案的缺点： 1. 输出较难调节; 2. 电路图难以实现仿真;结合老师提供的器件及对两种方案的对比，发现方案2容易实现,最终我们小组决定采用第2种方案实行本次电子课程设计。四各单元模块设计和分析ncp1050内部结构图ncp1050的构成 1、门控振荡器； 2、启动与调节电路；3、欠压闭锁电路； 4、输人控制电路；5、脉宽调制器； 6、功率开关管及过流检测电阻；7、故障逻辑和定时器电路；8、开启触发器与关断触发器；9、过热保护电路；ncp1050系列电源的性能特点（1）芯片内部包含上电启动调节电路、门控振荡器、脉宽调制器、驱动门、功率开关管、故障逻辑与故障触发器、开启触发器、关断触发器、前沿闭锁电路。采用100v、115v或230v交流固定输人电压时, 该系列的输出功率为640w, 配85265v宽范围交流输人电压时, 可提供320w的功率。占空比调节范围是077%。（2）内部有一个完整的门控振荡器, 不需要外接阻容元件即可产生矩形波信号和时钟信号。（3）利用芯片内部的动态自供电源来提供电源电压二并对其进行调整, 能省去反馈绕组, 简化高频变压器的设计。（4）它采用独特的双沿口开、关触发模式来完成脉宽调制功能, 可实现控制环路的快速响应。（5）具有完善的保护功能, 包括带滞后特性的输人欠压、保护、过流保护亦称过载保护、输出短路保护、过热保护、控制环路的开环保护功能。电压调节器tl431内部结构10w精密开关电源 作精密开关电源使用时, 满载时的电率为0.38%(u=85-265v,io=1.91负载整率为0.57%(u=230v,io=0.19-1.91a) 。最大输出功率为10w。该电源总共使用了三片集成电路:ic1(ncp1050)、ic2(光耦合器sfh615a-4)、ic3(可调式精密电压调节器tl431)。85-265v交流电经过电磁干扰滤波器（c1，l1)整流滤波器(v1-v4,c2)产生直流高压、再经过一次绕组接ncp1050b的漏极。由r1 、c3和v5构成的钳位保护电路, 可吸收高频变压器漏感产生的尖峰电压, 防止尖峰电压叠加在输人电压（u1）和感应电压（uor）上, 使ud超过700v而导致mosfet 雪崩击穿。r2,c4用来抑制由振铃电压形成的辐射噪声。c5为供电电容, 它有三种功能:第一, 利用动态自供电源来代替反馈绕组, 为ic1 提供电源电压, 因此高频变压器不需要辅助绕组;第二, 为门控振荡器频率扫描提供定时时间第三, 对输出故障过载、短路或开环故障做出响应。输出整流管v5采用in5822型3a/40v快恢复二极管。为提高电源效率, 亦可用型肖特基二极管来代替。输出滤波器由c7,c8,c9,l2,c11,c12 构成。分别将c7-c9，c11-c12作并联使用, 可减小分布电感。l2采用5uh的磁珠。r5，r6为输出端的取样电阻。取样电压uq与tl431内部的2.5v基准电压进行比较, 以决定tl431的阴极电压uk。当u0上升 导致uq上升 导致uk下降时, 光藕合器中led比的工作电流if增大, 使ncp1050b的输出占空比减小, 最终使u0保持不变。, 为频率补偿电容, 防止tl431产生自激振荡。c6是安全电容。五.电路的安装与调试总的设计原理图完成了理论设计的基础之后，进行对自己设计不大肯定的电路，由于软件protues没有ncp1050的元件，不好进行仿真测试，修正。所以直接开始电路的安装和调试。在拿到了工具的和器材之后，首先对各元器件进行测试，检查是否芯片存在问题。在确认没有问题之后，就可以按照布线方案来进行布线了。布线方案首先我们小组在protel上设计好原理图，如上图。先利用protel的自动布线功能，把个连线都布好，然后个别修要修改的元件进行了调整和跳线的修改，因为我们平时没怎么实验和设计过的电路，ncp1050，tl431等元件开始没有见到元器件，不晓得到底是几引脚，都是按照下载的资料设计的封装，电容也是的按照一般的电容的引脚的大小设计的封装。与同学的交流讨论之后，完成了布线的过程。布线图如下：、六总结1. 设计过程中遇到的问题及其解决方法。1) 由于上期学习protel软件时，很多要点都没有理解透彻，通过这次画原理图，加深了对所学知识的理解与应用。比如，在设置地线与电源线宽时应多加注意。2) 在制板过程中，对pcb的腐蚀应当小心，注意安全问题。在调试过程中应耐心，仔细，一步一步调试，否则很难找出错误。3) 在pcb板布线过程中，应注意线与线之间的距离，否则做出实物板后，有些线会连到一起。同时应注意元器件的封装。 2设计体会 1，在此次的开关电源的设计过程中，更进一步熟悉了protel软件的使用，增强了自己的动手能力。 2，通过此次电源开关的设计，了解了电子专业pcb板的制做流程。 3，对以前所学数模电知识有了更深的撑握。 。七元器件清单单片开关电源集成电路ncp1050个1015光耦合器sfh615a个1015电压调节器tl431个1015晶体管2n3904个1015整流二极管1n4006个4060快恢复二极管mur160个1015快恢复二极管in5822个1015电阻器rtx-0.125w-91k个1015电阻器rtx-0.125w-2.2k个1015电阻器rtx-0.125w-47个1015电阻器rtx-0.125w-1k个1015电阻器rtx-0.125w-2k个1015电阻器rtx-0.125w-2.2k个1015电阻器rtx-1w-0.5个1015电阻器rtx-1w-1.2个1015电阻器rtx-0.125w-22个1015电阻器rtx-0.125w-220个1015电容器cl-0.1uf/600v个1015电容器cd11-33uf/400v个1015电容器cc-220pf/400v个1015电容器cc-22pf/400v个1015电容器