DC-DC开关电源设计

1、目录第一部分 设计要求- 2 -第二部分 论文正文- 2 -2.1摘要：- 3 -2.2 方案选择：采用反击变换器设计- 3 -2.3 单元模块设计- 4-2.3.1 主回路设计- 4 -2.3.2 控制回路设计- 5 -2.4 电路主要参数的计算及元器件的选择- 6 -2.5 测试方法与数据- 7-2.5.1 纹波噪声-8 -2.5.2 输入电压调整率- 8 -2.5.3 负载调整率- 9 -2.5.4测试仪器- 9 -2.5.5测试数据：- 9 -第三部分 结论分析和总结- 10 -3.1 测试结果分析- 10 -3.2 设计总结- 10 -第四部分 附录- 11-附录一：原理图- 11

2、-附录二：参考文献- 11 -DC-DC开关稳压电源11任务设计并制作如图1所示的开关稳压电源。 图1电源框图12基本要求 在电阻负载条件下，使电源满足下述要求：（1） 输出电压VO：12V；（2） 额定输出电流ION：5A；（3） Vin从DC41V变到DC57V时，电压调整率SU2%（IO=5A）；（4） IO从0变到5A时，负载调整率SI5%（Vin=48V）；（5） 输出噪声纹波电压峰-峰值VOPP1V（Vin=48V,VO=12V,IO=5A）；（6） DC-DC变换器的效率70%（Vin=48V,Vo=12V,IO=5A）；（7） 具有过流保护功能，动作电流IO（th）=60.2A

3、；13发挥部分（1） 进一步提高电压调整率，使SU0.5%（IO=5A）；（2） 进一步提高负载调整率，使SI1%（Vin=48V）；（3） 进一步提高效率，使85%（Vin=48V,UO=12V,IO=5A）；（4） 排除过流故障后，电源能自动恢复为正常状态；（5） 具有输出电压、电流的测量和数字显示功能。 第二部分 论文正文2.1摘要：开关电源因为其具有功耗小、效率高、体积小、重量轻、稳压范围宽等优点日益得到广泛的应用。目前，国内外开关稳压电源的发展的趋势是不断提高输出效率和输出功率。要提高输出的效率，必须提高电源的开关频率。这就对电路中其它器件的频率特性提出了更高的要求。本设计采用单端正

4、激变换器作为主回路，并且采用专用的PWM脉宽调制芯片UC3844作为主控制芯片、应用单片机AT89C52完成电流、电压采样、测量和液晶显示，实现具有输出电压稳定等各项指标优良的高效DC-DC开关稳压电源。关键字：单端正激变换器 PWM控制芯片 单片机2.2 方案选择：采用反击变换器设计反激变换器设计，其主回路电路图如下：其工作原理为：MOSFET导通时为电能储存的阶段，这时变压器可看成一个电感，当MOSFET导通，变压器储存能量，原边绕组的电流Ip将会线性增加，当MOSFET断开时，变压器释放能量，供给负载，此时原边电流降到零，副边整流二极管导通，感生电流将出现在副边。根据电感的伏秒积平衡可以

5、得到：，所以输出电压和输入电压的关系为,通过控制开关管的导通时间（即“占空比”）去控制输出电压，即可得到想要输出的电压。而控制占空比可以通过设计控制回路，用PWM控制芯片UC3843来控制MOSFET的导通和关断时间，进而调节占空比。2.3 单元模块设计2.3.1 主回路设计主回路电路图：如图所示，主回路由变压器进行了电气隔离，符合题目要求，变压器原边是输入部分，输入电压经过电容滤波后到达变压器原边两端，由MODFET控制回路的导通和关断，当MOSFET导通时，变压器接受的能量除磁化电流外都传递到输出端，当其关断时，导向二极管D5反偏而不可能有钳位作用或能量泄放到回路，磁化能量将引起较大反压加

6、在MOSFET集-射极之间，为防止高反压的出现，设置磁复位线圈经过二极管D2，使存储的能量反送回电源Vin中，变压器副边在MOFET导通时产生感生电压，经过二极管和电容整流滤波后给负载供电，同时电感储存能量，当其断开时，电感释放能量。2.3.2 控制回路设计控制回路由PWM脉宽调制芯片UC3844作为主控制芯片，用TL431的内部参考2.5V作为参考电压，经过具有电气隔离特性的PC817光耦传送给UC3844的补偿端1脚，若输出电压增大或减小时，控制芯片会根据其变化来控制驱动波形的占空比，即控制MOSFET的开通或关断时间，进而使输出电压达到稳定。其电路图如下：2.4 电路主要参数的计算及元器

7、件的选择令Vin最小时，Dmax=0.42,Bm=0.2T,f=82KHZ, =85%(1)所需AP值Pin=AP=（）1.143=0.271cm4（2）磁芯选择因为所选磁芯的AP值要使所需AP值的二倍以上，所以考虑选择EE40型磁芯，其参数为：AP=1.3824cm4, Ae=128mm2, Aw=108mm2（3）原边所需匝数Np(4原边匝数比:(5)副边匝数:(6)重新核算:(7)辅助电源匝数: 取13匝(8)计算：温升,（9）计算DP:（10）MOSFET的选取： 选IRF640，18A，200V（11）DIODE二极管： 选MBR 20100, 20A，100V（12）电流采样电阻：

8、 选(13)启动电阻：2.5 测试方法与数据2.5.1 纹波噪声1、测试环境温度：252、示波器探头： 1：13、示波器带宽设为最大：40MHz4、测试地点：正常实验台测试5、输出电压电流： UO=12V、IO=5A6、输入电压： U1=41V-57V2.5.2 输入电压调整率1、环境温度：252、输出：IO=5A3、输入电压：最小、最大2.5.3 负载调整率1、环境温度：252、输入：U1=48V3、输出电流：最小、最大2.5.4测试仪器电路测试中使用的仪器设备及其用途如表3-1所示。电源部分测试使用的仪器设备序号仪器名称及型号数量用途1直流稳压源1 提供直流电压2双踪示波器1 观察电源输出

9、噪声纹波电压峰峰值 3数字万用表1 测量电源输入输出电压、电流4滑动变阻器1负载2.5.5测试数据：负载调整率测试数据负载调整率IO（A）UO（V）SI(%)U2=48V212.O10.083512.00电压调整率测试数据电压调整率U2（V）UO（V）SU(%)IO=5A4512.0005512.00输出噪声纹波电压峰-峰值430mv；DC-DC变换器的效率: 81.70%；过流保护功能：动作电流 6.01A；第三部分 结论分析和总结3.1 测试结果分析表4-1测试内容与结果测试内容基本指标实测结果输出电压12V12.01额定输出电流I0MAX= 5AI0MAX=5A电压调整率SU2%SU=0

10、 %负载调整率SI5%SI= 0.083 %输出噪声纹波电压峰-峰值UOPP= 1000mVUOPP=432mV效率（U1=48V，U0=12V，I0=5A）= 70%= 81.70%过流保护功能有有所有的测试结果如表所示，均达到基本设计要求，甚至有些测试结果远远超过给定的基本设计指标，尤其是效率的提高有效地保证电源的可靠性；所有经过大电流的线路均尽量采用粗导线，开关器件均选用优良器件，器件的各项指标参数均远大于额定值，所以电压调整率和负载调整率均得到提高。3.2 设计总结本次设计，有一些功能，我们没有很好的实现，比如我们感觉我们的输出效率还有提高的空间，还有我们的输出部分还不是很稳定，我们觉

11、得在输出方面我们还可以进一步改进和提升。本次设计中，由于我们的能力以及时间有限，以及硬件方面的问题，我们没有做好效率这一块，我们觉得我们完全可以。通过本次设计大赛，我们学到了很多我们在课堂上学不到的实践能力，我们的动手能力得到了很大的提升，我们在书本所学到的知识得到了很大的实践，让我们书本上的知识有了更加深刻的理解。我们同时还学会了团队合作的精神，非常感谢学校组织的设计大赛，让我们学到了很多很多实践经验，并对我们的自主学习能力起到了很大的作用。第四部分 附录附录一：原理图附录二：参考文献 1 胡学林.可编程控制器应用技术M. 北京：高等教育出版社，2001年第一版2 方承远.工厂电气控制技术M. 北京：机械工业出版社，2004年第二版3 孙增圻.计算机控制理论及应用