开关电源设计报告

电子信息工程卓越专业研修 12V-5V开关电源设计 学号：姓名: 目录一：设计任务及要求：3二：总体设计方案：3三：各模块电路分解：5四：电路总图：9五：元件清单：10六：调试数据图11七：实验数据记录：12一：设计任务及要求：1.1、输入电压：12V1.2、输出电压：5V1.3、最大输出电流：1A二：总体设计方案：2.1.1:PWM调制脉宽调制技术是通过对逆变电路开关的通断控制来实现对模拟电路的控制的。脉宽调制技术的输出波形是一系列大小相等的脉冲，用于替代所需要的波形，以正弦波为例，也就是使这一系列脉冲的等值电压为正弦波，并且输出脉冲尽量平滑且具有较少的低次谐波。根据不同的需求，可以对各脉冲的宽度进行相应的调整，以改变输出电压或输出频率等值，进而达到对模拟电路的控制。2.1.2:PFM调制当输出直流电压超过额定值时，反馈控制电路在保证调整管的导通时间不变的情况下，自动的改变调整管的开关频率，从而改变电压的占空比，使输出直流电压稳定在允许范围内，这种方案称为脉冲频率调制整，简称PFM型开关电源，其反馈电路为脉冲频率调整电路。2.2：PFM调制下的两种方案：2.2.1：自激式自激式变压器开关电源，是指当变压器的初级线圈正在被直流脉冲激励时，变压器的次级线圈正好有功率输出。如图是自激式变压器开关电源的简单工作原理图，其中V1为输入电压，S1A是控制开关，T1是开关变压器，L1是储能滤波电感，C1是储能滤波电容，D2续流二极管，D3削反峰二极管，R1负载电阻。图:1-1改变控制开关S1A的占空比D，只能改变输出电压的平均值Uo，而输出电压的幅值不变，因此只能是应用在电压平均值输出方式上。2.2.2：驱动式驱动式开关电源，是指运用振荡电路高低电平实现开关导通与关闭，如图1-2所示，开关S1A用振荡电路产生的脉冲高低电压控制。原理：以12V电压作为输入，通过振荡电路控制开关电路的通断时间，实现电感的充放电时间，改变输出电压的平均值，然后进行LC滤波，对输出电压进行电压和电流反馈控制，使其最后输出5V电压。图：1-22.3方案可行性分析自激式变压器的一个最大的缺点就是在开关关断的瞬间，由于电磁感应，在初次级线圈中会产生一个很大的反电动势，容易击穿开关元件，因此在设计时需要增加一个线圈以吸收反电动势的能量。而驱动式的buck电路，相比之下，结构简单，效率也高，所以选择驱动式进行设计，与此同时，由于555定时器的复位法更加灵敏，效果更好，振荡电路采用复位法。三：各模块电路分解：3.1 功率驱动开关电路 图中电源电压VCC为12V。在电源和地之间接一个10-100uf的旁路电容，可以将电源中的噪音过滤掉，减少信号源对这个电路波形的干扰。图中R2=100，R1=100-300，R3=1-5.1K,Q1为大功率管，用TIP32B，Q2为中功率管，用2N4401型，Q1、Q2实现两放大，大功率管的驱动通常需要较大的电流，通过中功率管Q2放大电流驱动大功率管。3.2 LC滤波电路二极管：选用普通的二极管，在开关电路关断时，电感放电，二极管和电阻R2构成蓄流回路。电感：由于电感是储能元件，电流不会突变，通过电感的充放电实现降压型稳压电源，同时具有滤波作用。电容：和电感形成LC滤波电路，具有抑制纹波作用。电阻：R1为负载电阻。3.3电压采样与过流保护电路原理：电压调整：通过设定一定的基准电压Uref ，将从输出端的采样值分压后的值Uv与Uref相比较，当UVUref的时候，比较器输出高电平，三极管基极输出输入高电平，三极管导通，集电极输出低电平实现反馈控制，使电压下降到5V；同理，如果UV1.0A，则反馈电压大于0.1V,使得Q2导通，反馈机制与电压调整一样。同理，IO0.1A时，比较器输出低电平，使得Q2截止，反馈机制和电压调整一样。这样就实现了过流保护。相关元器件参数设计： U1的基准电压值：由于输出电压UO=5.0V,则基准电压不能超过5V，取基准电压为3V。 过流保护电阻R6：因额定电阻为5，为尽量减少对负载的影响，R6应尽可能的小，取R6=0.1和R7=5串联，将取样电流转化为电压。3.4振荡电路3.4.1 555定时器接成多谐振荡器时：占空比:k=（R3+R2）/( R2+2R3)振荡频率：f=1/0.7（R2+2R3）C13.4.2 由于本开关电源是12V-5V，所以在一个周期内，导通时间的占空比不能小于5/12，为了使设计有一定的余量，我们设计占空比为80%，振荡频率3-20kHZ。综上所述，我们取R2=3.0k，R3=1.0k，C1=10nf。经运算得占空比K=80%，振荡频率f=28.571KHZ。四：电路总图：功率驱动开关电路UO输出4.1框图描述滤波电路UI输入电流采样振荡电路（555定时器振荡电路）电压采样4.1电路原理图五：元件清单：六：调试数据图脉冲仿真