开关电源设计

开关直流稳压电源设计摘要直流稳压电源得到广泛应用，大多数电气设备、电力和电子设备无一例外需要提供稳定的直流电压(电流)，这就是电子电路工作的“能量”和“动力”。 不同电路对电源的要求不同。 很多电子设备和电路需要即使电网的电压变动或负载变化，输出电压也几乎不恒定的电源。 电子设备的电源一般由交流电网供电，如何将交流电压(电流)变为直流电压(电流)，如何使直流电压(电流)稳定？ 这是电子技术的基本问题。 解决这一问题的方案很多，总体分为线性电子稳压电源和开关稳压电源两种，它们分别由集成电路和单独元件构成。 开关稳压电源具有效率高、输出功率大、输入电压变化范围广、能节约功耗等优点。一、引言1.1基本要求稳压电源。1 .基本要求输出电压UO调整范围： 12V15V最大输出电流IOmax:2A； U2从15V变为21V时，电压调整率SU2%(IO=2A )； IO从0变为2A时，负载调整率SI5%(U2=18V )；输出噪声波动电压峰值-峰值UOPP1V(U2=18V、UO=36V、IO=2A ) DC-DC转换器的效率70%(U2=18V、UO=36V、IO=2A )具有过电流保护功能，工作电流IO(th)=2.50.2A；1.2发挥部分(1)消除短路故障后，自动恢复正常状态(2)过热保护2 .方案设计和论证开关式直流稳压电源的控制方式分为调幅方式和调频方式。 在实际应用中，调制方式的应用较多，在目前开发和使用的开关电源集成电路中，大部分是脉宽调制(PWM )型。 开关电源的工作原理通过改变开关设备的导通时间与工作周期之比、即占空比来改变输出电压，通常有脉冲宽度调制(PWM )、脉冲频率调制(PFM )和混合调制这三种方式。 PWM调制是指开关周期恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。 由于周期一定，滤波电路的设计比较简单，本次设计采用PWM调制方式实现电路设计要求。 主要框架如图1所示。 用变压器降压得到交流电压，经过整流滤波电路，把交流电流变成直流后，经过DC-DC变换，用PWM的驱动电路控制开关管的接通和断开，制作稳定的电压源。图1三、系统硬件电路设计3.1系统整体框图开关电源由绝缘变压器、整流滤波器、DC-DC转换电路构成。 设计的关键是DC-DC变换电路，包括干电源开关器件、存储器件、脉冲变压器、滤波器、输出整流等所有功率器件和控制模块。 控制模块的设计是DC-DC的核心，而传统的DC-DC控制模块使用专用的PWM调制芯片，并且该设计使用UC3842。 芯片内部集成有误差比较器、振荡器、PWM调制器等。 此时，可由集成芯片和少量外围电路构成PWM控制电路，稳定性能良好，控制简单。图23.2交流信号源所使用的交流信号源为19.6v、49kHz。 采用该参数是为了在后续电路中得到适当的电压和电流。3.3整流模块如图3所示。 当输入电压u为正半周期时，二极管D1、D3导通，D2、D4截止。 当输入电压u变为负半周期时，D2、D4导通，D1、D3截止。相关参数：(1)整流电压平均值(2)整流电流平均值(3)流过二极管电流的平均值(4)施加在各二极管上的最高逆电压(5)变压器二次电流有效值图33.4过滤器模块从整流模块出来的半波电流通过滤波器模块得到比较平的直流电流。 如图4所示。 其原理是，在电压的变化使电容器始终充放电的过程中，将电路中急剧变化的电流作为缓冲作用，得到稳定的电流输出。 容量越大效果越好，综合考虑成本、空间、作用效果，采用1000uF的容量。图43.5整流滤波器综合很明显，开关稳压器电源的前级电路主要由整流滤波电路构成。 必要时，降压得到19.6V的交流电，整流滤波后将稳定的直流输送到后级。 如图5所示。图5整流滤波器的模拟波形3.6矩形波发生模块矩形波发生模块如图6所示。图63.6更换模块这是为了输入电流通过场效应晶体管改变电流的占空比，使矩形电流成为直流信号，二极管起到防止电流逆流的作用，电容器使输出电流更平滑。 如图7所示。图73.7调压模块使上位的电流通过3个电阻，一个是电位器，通过调整电位器来调整分配的电压，得到调整的功能。 如图8所示。图83.7重要部件的参数计算如图9所示。注：(电源电压为50HZ、220V时，U2=18v施加桥式整流滤波器后，直流电压为U1=U2*1.3=23.4v，主题需要输出电压U0=30v36v )。根据主题测试条件，U0=36v最大占空比D=(U0- U1)/U0-=35%充电电感L1=2(U0- US)D(1-D)/I0*fs=105uf电感器L1中流过的电流值IL=30%IL (平均)=30%*I0/(1-D)=0.923A流过电感器L1峰值电流L1=1.15*I0/(1-D)=3.54ACL=U0*U0*DT/U0I0=12.86MF图9四、总结电子设备不能断电，电源是电子设备的重要组成部分，电源质量直接影响开关电子设备工作的可靠性。 此次我们设计了直流串联稳压电源，通过稳压电源的设计，进行硬件验证，验证分析结果。 根据模拟测试，这次的设计明显提高了我们的专业知识，也了解了电源。 最后感谢老师们的细心指导。五、附件附件1、主体电路设计图附件2、模拟测试数