基于PWM控制器的升压式开关稳压器设计.ppt

开关电源基础与实验教程,第3章基于PWM控制器的升压电路设计（实例）主讲：周党培zhoudangpei,电子产品电路设计的一般程序,明确功能（用途、整机部件？）确定性能指标（输入输出电压、功率、效率、PF、EMC）选择电路结构（电路选型：升压？降压？控制器IC）画出电路原理图计算各元件参数（电感、变压器、开关管、二极管）设计PCB、制作印刷电路板（自制/打样）焊接安装与调试（电烙铁、拆焊台）指标测试与分析（变频电源、功率计、负载、示波器）电路整改（针对不同的认证标准：CCC、CE、UL）,五邑大学.周党培,2014.9,第2页,目标市场、认证要求,市场需求,产品定型,电路结构,电路原理,电路计算,元件选型,注意事项,理论计算与实际有差异（没有完全理想的元件）；元件的参数不是唯一的（可以有不同的工作点）；元件的极限参数要留有足够余量（安全、可靠）；满足电路功能的前提下，尽量减少元件的数量，降低成本，减小故障几率;满足电路功能的前提下，尽量提高电路的性能指标，例如：效率、功率因数、抗干扰等。,五邑大学.周党培,2014.9,第3页,1、确定指标,五邑大学.周党培,2014.9,第4页,输出电压电流、功率,输入电压范围,输出稳定性指标,能效指标,设计实例,DC/DC变换输出高于输入,2.确定电路结构,五邑大学.周党培,2014.9,第5页,采用Boost变换器结构,3.选择控制IC、画原理图,五邑大学.周党培,2014.9,第6页,PWM控制器TL494,采样反馈,驱动开关,4.主回路元件参数计算,五邑大学.周党培,2014.9,第7页,主回路元件：电感、二极管、开关管、滤波电容,储能电感计算,五邑大学.周党培,2014.9,第8页,可选择标称值为220uH，额定电流3A的功率电感,电感的种类和制作,五邑大学.周党培,2014.9,第9页,用途：（1）平滑电流波形（2）电磁场传感器（3）储能（4）振荡电路,制作：（1）选择磁芯（2）计算线圈匝数和线径,输出滤波电容计算,五邑大学.周党培,2014.9,第10页,铝电解电容的结构和ESR,五邑大学.周党培,2014.9,第11页,电解液的导电性能影响ESR的大小,铝电解电容的ESR范围很大：0.00210欧容量越大，ESR越小,高的ESR将产生大损耗，电容发热严重（爆），引起更大的纹波电压,等效电路,选择电容的方法：1、选择ESR小的聚合物、钽电解电容2、选择高频低阻的铝电解电容3、选择容量更大的普通电解电容,使用铝电解电容时注意安全,五邑大学.周党培,2014.9,第12页,防爆槽,1、高频低阻2、耐压足够高3、远离热源4、防爆槽不对人,使用不当，会爆炸！,功率开关管计算,极限参数漏源间击穿电压额定电流额定功率性能参数导通电阻：VGS=10V时,条件参数最低驱动电压：,五邑大学.周党培,2014.9,第13页,参考,55V,17A,45W,查找适合的元件型号,IRFZ24N,特征：低压、大电流、N沟道,二极管计算,极限参数反向击穿电压额定电流额定功率性能参数反向恢复时间正向压降,五邑大学.周党培,2014.9,第14页,查找适合的元件型号,SR5100,特征：低压、大电流、快恢复,Trr,Vf,普通1N400X、1N540X；快速（超快）FR、HER、UF、SF等系列；开关二极管（1N4148）；肖特基SB、SR、1N58XX等。,正向压降（参考）：普通1V；快速（超快）0.81.1V；肖特基0.30.6V,二极管的反向恢复时间,五邑大学.周党培,2014.9,第15页,P型与N型半导体接触，电荷扩散漂移达到平衡，产生内电场（PN结），阻止电荷继续扩散,正偏时，外电场与内电场反向，内电场削弱，加速电荷扩散（导通）,反偏时，外电场与内电场同向，内电场加强，阻止电荷扩散（截止）,从正偏切换至反偏时，内电场逐渐加强，需要一定的时间才能达到截止状态，期间二极管仍处于导通（反向导通）,此时间即为：反向恢复时间,普通整流二极管1000ns,快恢复二极管（100，1000）ns,超快恢复二极管（10，100）ns,肖特基二极管10ns,返回,TL494外围电路计算,五邑大学.周党培,2014.9,第16页,1EA1+、2EA1-、3comp、4DT、5Ct、6Rt、7Gnd、8Q1C、9Q1E、10Q2E、11Q2C、12Vcc、13OC、14Uref、15EA2-、16EA2+,TL494脚功能,单端输出不需要软启动（死区X）开关频率（50kHz）参考电压2.25V电压反馈回路（EA2）不需要过流保护（EA1X）,元件参数列表（物料清单）,五邑大学.周党培,2014.9,第17页,PCB设计注意事项,电路板设计软件（protel99；DXP2004；altium_designer）主要工作：绘制原理图；设计PCBPCB的设计：电路实验的基本手段（理论到实际）开关电源中PCB设计的注意事项：布局合理，符合空间尺寸的要求，尽可能美观；考虑大电流元件的散热（开关管、二极管）信号采样点要尽可能接近采样对象符合安全间距,五邑大学.周党培,2014.9,第18页,安装调试,正确、熟练使用电烙铁焊接顺序先小后大先矮后高边焊边测上电前检查（电解电容极性、短路）上电检查（额定电压、空载，电解电容开口处不要向着人）冒烟？异味？发烫？异响？,五邑大学.周党培,2014.9,第19页,测试电路连接框图,五邑大学.周党培,2014.9,第20页,测试内容,输出电压的稳定性电压调整率：输出电压变化VS输入电压变化负载调整率：输出电压变化VS负载的变化输出电压纹波能效指标：效率波形测试与分析电感电流波形输出电容电流波形输出电流波形开关管漏极电压波形,五邑大学.周党培,2014.9,第21页,电感电流波形（R11两端电压）,五邑大学.周党培,2014.9,第22页,输入12V输出24V370mA(中等负载）输入电流0.88A最大值1.4A最小值0.32A,原理图,Ch1电压=0处,DCM,输出滤波电容电流波形,五邑大学.周党培,2014.9,第23页,原理图,放电电流约750mA,充电电流最大约250mA,输出电流波形,五邑大学.周党培,2014.9,第24页,原理图,输出电流约400mA,输出电压与漏极电压波形,五邑大学.周党培,2014.9,第25