开关稳压电源的设计与实现.doc

开关稳压电源的设计与实现摘要：通过比较开关稳压电源控制芯片uc3842和tl494，方案选定tl494芯片，使用pwm进行斩波，和稳压控制，采用推挽输出方式，添加变压器升压回路，快恢复二极管，电解电容，整波。数字显示部分采用philips p89lpc935的主控芯片ad采样，输出电压采用p89lpc935的d/a口输出模拟量和滑动变阻器共同控制；电流测量采用基本没有温度漂移的康锰铜电阻丝作为精密取样电阻，利用p89lpc935的a/d输入口进行电流检测和监控。 关键字：tl494 开关稳压电源 mcu-p89lpc935一 方案论证1根据题目要求，本系统主要是控制核心的选择，所以只进行控制核心的选择论证。方案一：以电流驱动型脉宽调制控制集成电路uc3842为核心元件uc3842是一种电流型脉宽调制电源芯片，价格低廉，广泛应用于电子信息设备的电源电路设计，常用作隔离回扫式开关电源的控制电路。由uc3842设计的dcdc升压电路属于电流型控制，电路中直接用误差信号控制电感峰值电流，然后间接地控制pwm脉冲宽度。电流型控制电路中需要对电感电流的斜坡进行补偿，因为，平均电感电流大小是决定输出大小的因素，在占空比不同的情况下，峰值电感电流的变化不能与平均电感电流变化相对应，特别是占空比50%的不稳定性,存在难以校正的峰值电流与平均电流的误差,即使占空比50%,也可能发生高频次谐波振荡,因而需要斜波补偿,使峰值电感电流与电感电流变化相一致,但是,同步不失真的斜波补偿技术实现上有一定的难度。方案二：以电压驱动型脉宽调制控制集成电路tl494为核心元件tl494是美国德克萨斯州仪器公司生产的一种性能优良的电压驱动型脉宽调制器件，可作为单端式、推挽式、全桥式、半桥式开关电源控制器，被广泛应用于开关电源中，是开关电源的核心控制器件。tl494的输出三极管可接成共发射极及射极跟随2种方式，因而可以选择双端推挽输出或单端输出方式。在推挽输出方式时，他的两路驱动脉冲相差180；而在单端方式时，其两路驱动脉冲为同步同相。tl494的3脚为脉宽调制补偿端，4脚为死区电平控制端，5脚和6脚为内部锯齿波振荡器的外界振荡电阻和振荡电容连接端。当在tl494的12脚和7脚接上直流辅助电源，并在他的6脚和5脚分别接上振荡电阻r和振荡电容c后，就可在他的5脚上得到一个振荡频率为：f=1.1/rc的锯齿波振荡电压v；直流输入供电范围在74ov之间。该器件既可调频又可调脉宽，且其可调性强，工作区间大，可用他搭建不同的驱动电路。由他构成的半桥变换开关电源，体积小、重量轻，可应用于其他各个领域。鉴于上面考虑,我们采用方案二。主回路拓扑：2电路控制方法： 该开关电源由主电路、控制电路、驱动电路、保护电路组成 。将220v交流电经隔离变压器形成18v的交流电，再经桥式整流电路整流、滤波后，形成平稳的直流电。将去除杂波干扰后的信号送给tl494的误差放大器i的in+同相输入端。通过对输出电压采样，接入tl494的误差放大器i的in-反向输入端。反馈信号和设定信号通过tl494的误差放大器i进行比较放大，进而控制脉冲宽度，这个脉冲宽度变化的输出又经过集成运算放大器进行放大处理，输出一个变化范围为30-36的直流电压。同时设有过流保护电路。3.效率的提高方法：当各路输出的负载情况发生变化时，电源内部的变压器、磁感线圈等也会发生相应的变化，从而导致转换效率发生变化。同时变压器的谐振频率，tl494的频率也与电源的转化效率密切相关，一般选择和tl494工作频率，相匹配的变压线圈。经过试验测量，尽量使tl494的频率变压器的频率相等或接近，并减小变压器的内阻，从而减小功耗，同时使用开关速度快，管压较小，极间电容较小的开关管，这样才有利于提高电源的转化效率。二电路设计与参数设计21 变压器初次级线圈匝数的确定由于变压器采用初次级匝数比1：2根据dc-dc输入输出确定最大占空：当输入为交流为15到21v，输出dc为21为30v,再经过dc-dc变换，根据输入dc最小量,输出值36=30.1%当输出最大负载时至少应满足电路工作在ccm模式下，即必须满足式(9)，同时考虑在 10额定负载以上电流连续的情况，实际设计时可以假设电路在额定输出时，电感纹波电流为平均电流的25 30，因增加 i可以减小电感 l，但为不增加输出纹波电压而须增大输出电容c out，取 30为平衡点，即 i =30%*=30%*=1.08a由上面得电感l=57.8uh流过电感 l的峰值电流i(lp)=i(ave)+(deltai/2)=1.5*=4.35al可选用电感量为 58uh100uh且通过 5a以上电流不会饱和的电感器。电感的设计包括磁芯材料、尺寸、型号选择及绕组匝数计算、线径选用等。电路工作时重要的是避免电感饱和、温升过高。磁芯和线径的选择对电感性能和温升影响很大，材质好的磁芯如环形铁粉磁芯，承受峰值电流能力较强，emi低。而选用线径大的导线绕制电感，能有效降低电感的温升。22 开关管s开关管的电流峰值，和输出电压逆变换值，选用k790 mos管，有较小的rds23 输出二极管d和输出电容器 c 升压电路中输出二极管d必须承受和输出电压值相等的反向电压，并传导负载所需的最大电流。二极管的峰值电流 id（max）=ilp=435a，本电路可选用5a100v以上的快恢复二极管，若采用正向压降低的肖特基二极管，整个电路的效率得到提高。 输 出电容 c 的选定取决于对输出纹波电压的要求，纹波电压与电容的等效串联电阻 esr有关 ，电容器的容许纹波电流要大于电路中的纹波 电流。电容 的 ra voa h=40 x 1133= 03 q 另外，为满足输出纹波电压相对值的要求，滤波电容量应满足 c（out）=15uf本电路选用63v，100uf的电解电容。2.4保护电路使用取样电阻取样电流，通过gl339比较器控制tl494的4脚死区控制端开关tl494的工作状态。2.5数字设定及显示电路的设计通过主控制芯片mcu - p89lpc935电压电流取样，a/d转换，在液晶屏上显示。三、测试方法与数据 本实验数据主要是在负载为16左右，通过数字电表测试交流输入电压，电流，直流输出电压，电流值。具体实验测试如下：3.1输出电压u0可调范围：负载大小（单位：欧）电压可调整范围：空载25-401824-343.2最大输出电流iomax 输出电压（v）允许负载最大电流（a）302323122332203332143420835189361763.3 u2从15v变到21v时，电压调整率（io=2a）u2（v）uo电压调整率1532.111632.231733.251833.551933.892033.90213.4 io从0变到21v时，负载调整率si（u2=18）io（a）输出电压uo