开关电源毕业设计论文

1、 本科生毕业设计（论文）题 目：姓 名：学 号：学 院：专 业：年 级：指导教师：2011 年 月 日反激式开关电源设计中文摘要随着电子科技的不断发展，越来越多的电器设备走进了千家万户，要想让这些电器为我们服务，又离不开电源的驱动。而开关电源因其高效率、低体积、低功耗、高可靠性等一系列的优点受到了人们的亲赖。开关电源（电源适配器）实质上就是一个将高压交流电转换成低压直流电的装置。本论文采用了反激式的拓扑结构，所谓反激式即在MOSFET 管关断的时候次级的二极管才导通，这时候储存在变压器的能量才会传递到次级，供输出所用。本次设计以LD7576作为核心芯片，它同时具备了过负载保护、过电压保护、过温

2、保护等功能，在很大程度上简化了电路。在这些的基础上运用脉冲宽度调制（PWM ）的原理来完成设计，脉宽调制是通过固定脉冲周期，改变占空比来控制MOSFET 管导通和断开的比率从而控制输出。使得电路更简单，精度更高，同时也能满足不同的电器对输入电压范围，输出电压大小不同的要求。为了实现电压输出的稳定，同时考虑到各国的市电电压和频率的不同，电路中集合了很多模块，比如EMI 滤波电路、变压电路、输出整流滤波电路、光电耦合反馈回路、尖峰电压吸收回路等。这样不但可以提高电路的精度和效率，同时也使得电路稳定性和安全性得到大幅度的提高。该电路具有宽电压输入，多路稳定输出、纹波和噪声可控制等优点。在完成电路的研

3、究和焊接后进行了PCB 板的测试，通过不断的改进与完善，最终得到的结果基本符合预期，效果比较理想。关键词：反激式，开关电源，脉宽调制，拓扑结构，电源适配器Design of Flyback Switching Power Supply AbstractWith the continuous development of electronic technology, more and more electrical equipment come into the ordinary family. To let them serve us, we can t do without power. B

4、ecause of its high efficiency, low volume, low power, high reliability and a series of advantages, the switching power supply is used often. Switching power supply is essentially a device which transforms the high voltage alternating current into the low voltage direct current. This paper uses a fly

5、back topology, the secondary diode conducts only when the MOSFET is turned off,. then the energy stored in the transformer will be delivered to the secondary for output, so we called it flyback. At the same time we use LD7576 as the core chip, LD7576 combines with the over load protection, over volt

6、age protection, over temperature protection and so on, which simplifies the circuit in a large extent. And it uses pulse width modulation (PWM to complete the design, it controls the rate of turning on and off of the MOSFET by fixes pulse width modulation cycle and changes the duty cycle to control

7、the output. In this way, the circuit will be easier, more accurate, and also meet the range of input voltage and output voltage requirements for different electrical.In order to achieve a stable output voltage, and in consideration of different voltage and frequency in different countries. This circ

8、uit includes lots of modules, such as the EMI filter circuit, the transformer circuit, the output rectifier filter circuit, coupled optoelectronic feedback loop, the peak voltage absorbing circuit and so on. This will not only improve the accuracy and efficiency of the circuit, but also make the cir

9、cuit stability and security be greatly enhanced. The circuit has a wide voltage input, multiple output stability, ripple and noise can be controlled. We tests the PCB after complete the circuit, and through continuous improvement and perfection, the results are consistent with expectations and the e

10、ffect is ideal.Key words：Fly back, Switching Power, PWM, Topology Structure,Adapter目录中文摘要 . . I I ABSTRACT . . III第1章 绪 论 . . 11.1 课题背景及意义 . 11.2 研究现状 . 11.3 研究内容 . 21.4 论文的章节安排 . 2第2章 原理简介 . 32.1开关电源的工作原理 . . 32.2开关电源的工作模式 . . 42.3开关电源的拓扑结构 . . 42.4电路设计的目标与实现框图 . 72.5本章小结 . . 8第3章 电路的选择与论证 . 93.1电路

11、拓扑结构的选择 . . 93.2变压器的选择 . . 103.3本章小结 . . 12第4章 电路的设计与分析 . 134.1输入电路的设计与分析 . . 134.2功率电路的设计与分析 . . 154.3反馈电路的设计与分析 . . 204.4本章小结 . . 22第5章 电路调试 . 23结论 . 27谢辞 . 28参考文献 . . 29附录 . 30附录1 元器件清单 . 30 附录2 电路图 . 32 附录3 实物图 . 33第1章 绪 论1.1 课题背景及意义近年来，随着电子科技的不断发展，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而任何电子设备的应用都离不开可靠的电源。进入90年代

12、，开关电源1相继进入各种电子设备的应用领域，如通讯设备，电子检测设备，控制设备等。开关电源具有效率高、重量轻、体积小等特点。另外，由于功耗小、机内温升低，从而提高了整机的稳定性和可靠性。而且其对电网的适应能力也有较大的提高，一般传统线性稳压电源2允许电网波动范围为220V 10%，而开关电源在电网电压从100V240V范围内变化时，都可获得稳定的输出电压。当今开关电源正在向着集成化，智能化，绿色化的方向发展，功能强大的单片开关电源代表着当今开关电源发展的主流方向，高效率的开关电源已经得到越来越广泛的应用。采用LD7576芯片设计的低功率开关电源极大地简化了设计流程和新产品的开发工作，也为高效、

13、节能、可靠的开关电源的推广与普及创造了良好条件，有着很好的应用前景和广阔的市场。1.2 研究现状强大的市场需求是开关电源发展的重要动力。开关电源技术属于电力电子技术34，它运用功率变换器进行电能转换，经过变换的电能可以满足各种用电需求。由于其高效节能可带来巨大的经济效益，因而引起社会各方面的重视而得到迅速推广。在开关电源4的设计中，效率是一个很重要的指标。我们的设计应该着力于降低开关电源的损耗，提高效率。开关电源的损耗大致由输入整流器损耗，开关损耗，缓冲电路的损耗，导通损耗，变压器和电感的损耗等组成。除了输入整流器的损耗基本上不能降低外，其他的损耗均可以想办法降低。现在比较新的技术是采用零电压

14、/零电流开关同步整流器降低同步整流器的开关损耗和栅极驱动损耗，未来的发展趋势应该会往采用跳周期控制方式降低轻载和待机损耗方面改进。提高效率的方法有很多，比如无源无损缓冲电路，同步整流器，低功耗控制芯片等。目前国内的开关电源效率大多在70%左右，为了响应节能减排的号召，未来开关电源的设计理念应该会在提高效率方面进行拓展。开关电源的使用为国家节省了大量的铜材，钢材以及占地面积。由于变换效率的提高，能耗的降低，降低了周围环境的温度，改善了工作人员的环境。近年来国家已大力投资支持供电工程改造。可见，开关电源在未来有着良好的发展前景。1.3 研究内容本论文针对小功率的电子设备设计了反激式开关电源，设计时

15、考虑到以下几点：其一各国的市电电压不尽相同（美国、日本：110V/60HZ；中国、荷兰、西班牙：220V/50HZ； 英国：230V/50HZ）；其二输出精度；其三稳定性及可靠性；其四安全性；其五高效性；其六各国对电器的安全规范的要求不一样。设计当中采用LD7576芯片，它能够提供频率稳定，占空比可调的脉冲。同时采用光电耦合器来采集输出端的反馈电压，从而达到稳压的功能。本电源具备了传导干扰抑制、尖峰脉冲吸收、高压保护、短路过流保护、绿色节能等优点。该设计是在公司实习期间完成的，在实习期间，自学了原理图和PCB 图的设计，通过学习公司不同的电源类型，在总结各种类型电源的优缺点的基础上设计出自己的

16、电源，并且做出了实物。通过对实物板的调试，得到了一系列的数据，经过与预期的数据进行比较，误差率都在允许的范围内，结果基本符合设计者的初衷。1.4 论文的章节安排第1章：这章对开关电源的研究背景、现状、未来的发展方向进行简单的描述。第2章：开关电源的基本工作原理、开关电源的各种拓扑结构、本次设计的各种参数与设计框图。第3章：本章将对几种拓扑结构进行比较，选择出最优方案，然后选择合适的变压器。第4章：这一章将会对整个电路进行设计与分析。第5章：根据设计的要求对各项主要指标进行调试，使结果符合设计初衷。第2章 原理简介2.1开关电源的工作原理所谓开关电源5就是利用时间比率的不同来控制电压输出的。这里

17、，有一个很重要的名词：占空比（Duty Cycle ），它是这样定义的：在一段连续的波形中脉冲高电平持续的时间与周期的比值。调制根据控制元素的不同可以分为脉冲宽度调制678（PWM ）、脉冲频率调制（PFM ）和混合调制。这三种调制都有各自的优缺点：混合调制的转换效率是最高的，但是它的电路复杂，而且控制也很难实现；脉冲宽度调制的缺点是空载或者轻载的时候效率比较低，但是它的电路简单，控制也容易实现，因此在当前很多开关电源的设计中，这种调制方式应用较广泛。综合考虑，本次设计决定采用脉冲宽度调制的方式来实现，它的基本原理如图2-1所示： 图2-1 脉宽调制波形图2-1中的波形，其直流平均电压U 0的

18、大小取决于脉冲的宽度，脉冲的宽度越宽，那么U 0的值就越大，U 0可以通过式（2-1）计算得到。U 0 =（2-1）式中：U m 矩形脉冲最大值；T 矩形脉冲周期；T 1 矩形脉冲宽度。从式中可以看出：当保持U m 和T 不变的时候，我们只要能够使脉冲宽度随输出电压的增大而变窄就可以减小U 0从而保持输出电压的稳定。2.2开关电源的工作模式开关电源9的工作模式可以分为两种：连续模式（CCM ）和不连续模式（DCM ）。它们的变压器初级电流波形如图2-2、2-3所示： 图2-2 连续模式 图2-3 非连续模式由图可知，在连续模式下，初级电流是从一定幅度开始增大的，上升到峰值再迅速降到零。这表明，

19、在连续模式下，储存在高频变压器中的能量在每个开关周期内并未全部释放掉，所以下一开关周期具有一个初始能量。采用连续模式可减小初级峰值电流I p 和有效值电流I RMS ，降低芯片的功耗，相对效率会高。但连续模式要求增大初级电感量L p ，这会导致高频变压器的体积增大。综上所述，连续模式适用于大输出功率和大尺寸高频变压器的设计当中。非连续模式的开关电流则是从零开始上升到峰值，再降至零的。这意味着储存在高频变压器中的能量必须在每个开关周期内完全释放掉。非连续模式一般适用于小输出功率较和小尺寸高频变压器的设计当中。在设计时，应综合考虑两种模式的优缺点，当输出功率比较高的时候工作在CCM 模式，当输出功

20、率比较低或待机情况下工作在DCM 模式。本设计的开关电源工作在DCM 模式下。2.3开关电源的拓扑结构为适应不同的输出功率，开关电源有各种的拓扑结构：Boost 结构、Buck 结构、反激（Flyback ）结构等。本章节都是基于连续电流模式（CCM ）来讨论的。先来看看Boost 10电路原理图，如图2-4所示： 图2-4 Boost 电路现在来讲讲电路的工作原理：Boost 电路即升压电路，当Q 1导通时，能量从输入电源流入储存于电感L 1中，此时二极管D 1反偏，负载由滤波电容C 1供给能量，将C 1中储存的电能（C 1V 02/2）释放给负载R 1。当Q 1截止时，电感L 1中电流不能

21、突变，此时二极管D 1导通，电感中储存的能量（L 1I 2/2）经二极管D 1，流入电容C 1，并供给负载R 1。根据电感的伏秒平衡，在一个周期内电感的伏秒乘积和为零。如果Q 1导通时间T on 越大，那么Q 1截止时提供给负载的电压就会越大。下面通过具体的计算来加深理解：根据伏秒平衡有式（2-2）、（2-3）： （2-2） （2-3） 式中 T on 是开关导通时间，T off 是开关截止时间；T 是开关管工作周期，D 是占空比，D=Ton /T。通过改变占空比就可以获得所需的电压，并且由于D 总是小于1，所以V 0也一定大于V 1，这样我们就不难理解为什么Boost 电路能实现升压功能。同

22、样先来看看电路图，如图2-5所示： 图2-5 Buck 电路R1V0L1Q1D1R1V0L1Buck 电路即降压电路。当Q 1导通时，C 1开始充电，输出电压V 0加到负载R 1两端，在C 1充电过程中，电感L 1内的电流逐渐增加，储存的磁场能量也逐渐增加。此时续流二极管D 1因截止。当Q 1截止时， L 1中储存的磁场能量便通过续流二极管D 1传递给负载。当负载电压低于电容C 1两端的电压时，C 1便向负载放电。我们也用伏秒平衡来列出式子：(V1-V 0）T on =V0T off （2-4） V 0=V1=V1=V1D （2-5） 由（2-5）式可知，通过改变开关管的占空比可以控制输出平均

23、电压的大小。由于占空比总是小于1，所以V 0总是小于V 1，所以说Buck 电路是降压电路。我们先给出反激11电路的原理图，如图2-6所示： 图2-6 反激电路现在来分析它的工作原理：当Q 导通时，二极管截止，根据电路知识可知此时V L =Vg ，i c =-V/R；当Q 截止时，二极管D 导通，V L =-V/n，i c =i/n-V/R。由伏秒平衡和电容充放电平衡可得：V g T on -=0 （2-6）+=0 （2-7） 由式（2-6）、（2-7）可得：V=（2-8） i= （2-9）2.4电路设计的目标与实现框图在实际的应用当中，为了保证电源能够稳定的工作，往往要具备高压保护、传导干扰

24、抑制、绿色节能等功能，所以本设计具有如下特点：（1）输入电压范围为100-240V ；（2）输入电压的频率范围为47-63HZ ；（3）在待机的时候，电路正常工作并且电路功耗低于1W ；（4）输入和输出具有良好的隔离效果；（5）输出纹波和噪声控制在1%以下；（6）具有过压、过载、过温保护等功能。本设计分为三大部分：（1）输入部分：包括EMI 滤波模块和整流模块；（2）功率部分：包括驱动模块、PWM 模块、高频变压器模块、输出滤波模块以及 一些保护模块；（3）反馈部分：包括电压取样模块和光电耦合模块。实现框图如图2-7所示： 图2-7电路框架2.5本章小结在这一章里面，我们着重介绍了开关电源的工

25、作原理，描述了几种调制方式的优缺点。同时还对几种拓扑结构进行分析，具体要用到哪种架构，要根据自己的实际情况进行选择。最后还讲到此次设计的框图以及设计涉及的几个模块，为下面的设计提供指导和帮助。第3章 电路的选择与论证3.1电路拓扑结构的选择在第2章中，我们对电路的几种常见拓扑结构进行了分析，现在通过比较它们之间的优缺点以及应用场合来选择适合本次设计的拓扑结构。Boost 电路只有一个输出电压，无法做到多个输出，并且输出电压和输入电压之间没有隔离。输出电压一定比输入电压高，即使开关管都是导通的，忽略二极管的导通压降也只能做到两者相等。如果设计只要求一路输出且不用进行隔离，那么Boost 电路将会

26、是比较稳妥的选择。Buck 电路很多缺点都与Boost 相似，即它也没有对输出与输入进行隔离，只有一路输出。同时它只能进行降压变换，给设计带来了限制。虽然Buck 电路可以工作在两种模式下，但是输入电流总是断续的，这意味着在每个周期里，当开关关断的时候输入电流总是为零，这样会使EMI 滤波器要比别的电路拓扑更大。反激式电路在开关导通时，能量储存在变压器原边的电感中，当开关断开时，二极管导通，向输出电容和负载提供能量。反激式电路比Buck 电路和Boost 电路好在变压器的副边可以有多个绕组，从而实现多路输出。各个输出电压均与变压器原边隔离，并且可以通过调节匝数比改变输出电压的大小。它也能工作在

27、两种模式下。对于正激式电路，它需要有一个最小负载，电感必须足够大，才能保证脉动电流的峰值小于最大负载电流，否则电流就不会连续，并引起输出电压上升。因为无穷大的电感是不现实的，所以正激式变压器不能工作在空载状态。正激式变压器不能存储能量，因此不像反激式变换器那样有功率上的限制。正激式变换器可以做到500W 甚至更大，这对MOSFET 的要求比较高。本次我的设计输入电压就是日常用的市电，有两路电压输出，分别是输出电压16V ，最大电流1.2A 和输出电压5.3V ，最大电流2A 。这样看来Boost 和Buck 架构都不能用，因为它们都只有一路输出。对于正激式架构，它虽然没有功率限制，但是对MOS

28、FET 管的要求很严格，回路相对比较复杂，由于它的变压器没有储能的作用，所以次级要加一个电感进行储能，这样会使费用太高，一般用在大功率电路，所以这里也不宜采用。经过分析决定采用反激式架构来设计电路，选择好拓扑结构后，将在下一节对变压器的各种指标进行计算并选择合适的材料。10 3.2变压器的选择我们必须先知道要设计的电路的一些主要指标，通过对它们进行计算然后确定变压器的各种参数。本设计的交流输入电压V in 范围为100-240V ，开关频率f=100KHz，脉冲最大占空比D max =0.45，电源的最低转换效率=80%，输出分别是V O1=5.3V和V O2=16V。从已知的指标我们可以算出

29、变压器12的电感L p ，初级线圈的匝数N p 、次级线圈的匝数N s1、N s2和辅助线圈的匝数N b ，以及它们的线径。下面我们来一一计算：首先来看5.3V 输出，由第2章的分析可知，反激式电路的输出电压和输入电压满足下式： = （3-1）= （3-2） 式子中V F 是二极管的压降，我们取V F =0.5V 。而且此处用输入电压的最小值来计算的原因在于：在保证输入功率基本不变情况下，当输入的电压最小时，它的峰值电流最大，若变压器在这最大电流的作用下仍然正常工作没有饱和，则在电压的波动范围内都不会饱和。同样的PWM 的占空比最大值限制在0.45以下，也是为了避免变压器因为电流过高引起饱和。

30、因为变压器饱和后就失去了电感的特性，相当于短路，那是很危险的，所以设计的时候要很慎重。从式（3-1）、（3-2）可得匝数比N =16。接下来来计算最大输入电流Ip ：I p-avg=0.3293A （3-3） 其中I p-avg 是输入电流平均值，它同时满足式（3-4）（3-4） 由上式可推出式（3-5）I p =1.4635A （3-5）接下来就可以计算电感L p 了：（3-6）11 Lp=348uH （3-7）本次设计选用的磁芯的横截面半径为5mm ，则磁芯截面积A e =3.1452=78.5mm2。最大可允许磁通密度B max =200mT，在实际工作中一般可允许的最大磁通偏移B的范围

31、为0.5-0.7B max ，本次设计取B=0.6Bmax 。根据磁场的知识可知：V in-DC-min =Lp =Np =Np =Np A e （3-8） 由式（3-8）可得：N p =54 （3-9）由式（3-9）以及N =16可得：N s1=4。同理，我们可以计算出N s2=12。由于所使用的芯片的正常工作电压也由变压器提供，所以这里还要计算辅助线圈的匝数，本设计所采用的芯片工作电压在12V 左右，差不多是第一路输出电压的两倍，所以我们取N b =9。至此，我们已经将制作变压器所要知道的一系列参数都计算出来了：变压器的电感L p =348uH；初级匝数N p =54匝，线径为0.15mm

32、 ，两线并绕，次级匝数N s1=4匝，线径为0.25mm ，四线并绕；N s2=12匝，线径为0.35mm ，两线并绕，辅助线圈的匝数N b =9匝，线径为0.15mm ，两线并绕。线径的选择主要是根据电流的大小来定的，实际设计中可以根据电流与线径的曲线图来选取。本节主要介绍如何对构成变压器所需要的材料进行选择。（1）线架（BOOBIN ）：顾名思义，线架在变压器中起到支撑线圈的作用。根据变压器的性质可以分为热塑性和热固性两类，根据变压器的形状又可以分为卧式、立式、抽屉式等。此次设计采用塑料（PET ），它是热塑性的，不易变形，不易碎，并且采用卧式的。（2）铁芯（CORE ）；铁芯对于变压器来

33、说显得尤为重要，它是作为储存能量的载体。它的选择是否得当对变压器各种参数的影响是非常明显的。因为我们的设计属于高频范畴，所以采用的是铁氧体材料，它是一种带有尖晶石结晶状结构的陶瓷体，并且具有高导磁率和阻抗性。铁芯根据形状可以分为EI 型、U 型、C 型等。本次设计采用CC 型，它具有体积小、重量轻、效率高、通用性强等优点。（3）软管（TUBE ）：我们采用铁弗龙（TEFLON ）材料，它具有耐高温、耐强酸、耐高压、抗粘等优点。（4）胶带（TAPE ）：它是用来隔离初次级线圈以及固定铜线的，我们采用聚酸亚胺胶带，它具有稳定性强、耐高温等优点。12（5）铜箔：主要起到屏蔽的作用，同时减小漏感，激磁

34、电流，在绕组通过的电流过大时，还能够替代铜线起到导体的作用。除此之外，还要选择合适的漆包线（WIRE ）和胶（EPOXY ）。3.3本章小结本章花费较大篇幅介绍了我们如何选择电路的拓扑结构以及选择的原因。同时还讲到变压器的材料应该如何选择，以及如何根据要求的指标计算出制作一个完整的变压器所要知道的参数。13第4章 电路的设计与分析4.1输入电路的设计与分析开关电源13141516是把工频交流整流为直流后，再通过开关变为高频交流，最后再整流为稳定直流的一种电源。这样就有工频电源的整流波形畸变产生的噪声以及开关波形产生的噪声。这些噪声进入电子设备会影响设备的正常工作，所以设计的时候要尽量抑制它们。

35、噪声干扰可以分为传导干扰和辐射干扰。下面分别就它们的特性和抑制方法作简单介绍：（1）传导干扰及其抑制方法：从导线传入的干扰称为传导干扰，其干扰能量通过导电体进行传播，开关电源的输入、输出引线都是传导干扰的媒介。开关电源产生的干扰会沿电源线进入电网，污染电网，使同一电网的其它电子设备受到干扰。同时电源的输出线还会把干扰噪声传递给负载，使作为电源负载的电子设备直接受到干扰，当这种干扰幅度达到一定程度时会影响电路的正常工作。对于传导干扰，可以选择接入滤波器进行抑制。它的电路如图4-1所示：图4-1 EMI 滤波电路这是一个低通滤波器，一些高频分量通过后会得到较大的衰减。CN 02是插座，用于引入市电

36、。F 01是保险丝，它的工作原理是：电流流过，造成发热，当温度达到保险丝的熔点以上时自动熔断以达到保护电路的作用。NR 01是负温敏电阻，它的工作原理是阻值随着温度的升高而减小，主要功能也是用来保护电路，开机瞬间一般电流比较大，此时温度低，负温敏电阻阻值大，阻止了大电流对电路的伤害。我们一般都叫C 01为X 电容，它连接在 L14 端和N 端，它和共模电感L 01一起用来滤除低频成分。电容C 02，C 03叫做Y 电容，就是电路上连接L 端和G 端，N 端和G 端的两个电容，由于在电路上看起来很像Y 型而得名。电阻R 01、R 02、R 03称作泄放电阻，对X 电容起泄放作用，可于关机后消耗掉

37、C 01储存的电能，防止带电损耗元件。（2）辐射干扰及其抑制方法：从空间传入的干扰称为辐射干扰。由于开关电源一般工作在低压大电流情况下，因而磁场干扰大于电场干扰。主要由开关变压器的漏感、开关功率管在开关转换时的大电流脉冲、开关二极管反向恢复的硬特性等引起。辐射干扰的抑制主要靠屏蔽，尽量减少干扰源的干扰能量。对开关电源变压器要减少其漏感，并选择开关参数优良的晶体管和二极管。交流电经EMI 滤波后进入全波整流回路。整流回路是开关电源中必不可少的部分，其原理是利用二极管的单向导电性来改变输入电压的方向。它由四个整流二极管组成的桥式整流器与BULK 电容构成。电路如图4-2所示： 图4-2 整流电路它

38、的四个整流二极管中流过的电流由式（4-1）计算：（4-1） 考虑到滤波冲击电流的存在，一般取I F =8I=1.56A，留一定的裕量，取2A 。其耐压由式（4-2）计算：（4-2） 15考虑到市电可能存在的瞬时冲击，选择元件时留了较大的裕度，故选用耐压为400V 。 其中C 06，C 07为滤波电容，它的容值可以通过纹波来计算，也可以根据输出功率来选择容值，即1-3uF/W。4.2功率电路的设计与分析开关电源的PWM 调制一般都是通过集成在一颗芯片上来实现的，而芯片可以有很多种选择，早期的有TOP SWITCH系列、SG 系列、UC 系列，现在用的比较经常的还有LD 系列，本次设计我们采用LD

39、7576171819作为核心芯片。由于它管脚少、外围电路简单、安装调试方便，所以应用较为广泛。下面对它的性能、工作原理还有如何使用做简单的介绍。（1）LD7576的特点：高电压启动电路，电流控制模式，非可听噪声可控制的绿色模式，具有内部斜率补偿，延迟时间可调，具有过温、过压、过载保护等。（2）LD7576的内部结构和引脚描述：常见的LD7576有DIP 和SOP 两类封装，本次设计采用SOP 封装，这样可以减小体积，也给PCB 画图带来方便。它的内部结构如图4-3所示：图4-3 LD7576内部结构 16各引脚的功能描述如下：1）CT ：该引脚是用来设定定时器的频率的。连接电容到地来设置OLP

40、 的延迟时间。2）COMP ：电压反馈引脚。连接光电耦合器，实现对输出电压的反馈。应用时至少要接一个102pF 的高质量的陶瓷电容。3）CS ：电流检测引脚，用来检测MOSFET 的电流。 4）GND ：接地端。5）OUT ：PWM 脉冲输出端，用来驱动功率开关管。 6）VCC ：工作电压在12V 左右。7）NC ：此管脚悬空（起到隔离VCC 与HV 引脚的作用）。8）HV ：此管脚连接电阻到滤波电容用来提供启动所需要的高电压，电阻主要起到限流的作用。当电路正常工作的时候会自动切断，从而节省启动电路上的功率损耗。（3）工作原理：我们对照图4-4来讲讲它的工作原理图4-4 LD7576外围电路1

41、）内部高压启动电路和欠压锁定（UVLO ）原理为了实现节能的要求，LD7576通过高压来启动电路。启动过程中，高压电流源主要给电容C 13充电，此时Vcc 的值小于UVLO 值，芯片并未工作。当Vcc 的电压超过欠压锁定的电压时，LD7576开始正常工作，提供脉冲波，高压电流源被禁止，芯片工作电压由变压器提供。因此，它消除了启动电路的功率损耗，达到了省电的效果。 2）CS 引脚可以设置延时时间 17由于在开关机瞬间会有电流尖峰，而芯片在尖峰的作用下可能会损坏或者停止工作。通过在外围加接一个由C 09和R 10构成的滤波器来设置延迟时间以避免芯片受到损害。3）过负载保护（OLP ）为了保护电路在

42、过载条件下免受损坏，LD7576增加了智能OLP 功能，在过载状态下，COMP 引脚的电压会被拉高，当此电压达到OLP 的阈值时，保持一段时间，输出被禁止。延迟时间与C 10有关，电容容值越高，OLP 延迟时间越长。电容推荐用0.1F（约110ms 的延时）和0.047F（约55ms 的延时）。4）OUT 脚外接电路D 01与R 09组成波形整形回路，改善关断的速度以降低MOS 管关断损耗，降低温度。MOSFET 的栅极接电阻R 08主要是提供一个放电通路，防止MOSFET 管受到冲击电流的损害。直流变换电路的原理如图4-5所示： 图4-5 直流变换电路本设计采用反激式架构，图4-5中的T 0

43、1称为隔离变压器，这类变压器把直流电压变换为高频方波电压，经变压器降压后，再经整流平滑滤波变为直流电压。因此，这类变压器又称为逆变整流型变压器。它具有隔离、变压和储能的功能。当LD7576的Pin5输出PWM 方波脉冲高电平时，开关管Q 01导通，此时在变压器初T01R2318级产生上正下负的电压，由于同名端相反，所以次级的二极管D 04、D 05、D 06和D 07截止。这个阶段我们称之为储能阶段。当方波变成低电平时，开关管截止，这时产生感应电动势，方向与储能阶段的相反，从而使二极管导通，输出端有电压输出。由于变压器会存在漏感，在开关管关断的时候会产生尖峰电压，为了防止产生的电压尖峰对器件造

44、成伤害。这里我们添加一个RCD 吸收回路，它由D 02、C 14、R 12、R 13、R 14和R 15组成。在开关管关断瞬间，开关管的漏极电压会迅速上升，这里的电压主要有变压器次级反射电压，漏感产生的尖峰电压以及输入电压相加而成的。所以增加RCD 回路主要目的就是吸收这个尖峰电压。这里的电容容值的选择要注意不能把反射电压和输入电压给吸收了。电阻R 12、R 13、R 14和R 15的作用是在开关重新打开的时候消耗掉电容上的能量，从而减轻开关管在导通时的承受电流。开关管D 极的波形如图4-6所示：图4-6 开关管D 极电压波形从图中可以看出经过RCD 吸收后尖峰电压几乎不存在了，图中的电压即反

45、射电压与输入电压的和，大约有350V 。经过变压器转换后的是高频方波电压，它的频率与初级方波相同。我们以16V 输出为例，测得的变压器次级输出波形如图4-7所示： 19图4-7 变压器次级输出波形从图4-7中可以看到电压有效值为24.84V ，我门后面的电路就是对它进行半波整流，使之得到稳定的16V 输出。整流滤波的原理如图4-8所示：图4-8 次级整流滤波电路 20由于二极管加反向电压时，两边的空穴和电子是不接触的，没有电流流过，相当于一个电容，此时如果改变电压方向，电压先给电容充电，而这个充电的时间就是所谓的二极管反向恢复时间。由于这个时间的存在，在导通瞬间会引起较大的尖峰电流，从而增加了

46、功耗。所以我们要根据实际情况来选择整流二极管，本次设计选择了快速恢复二极管。在输出整流二极管两端并接一个RC 回路，可用来吸收加反向电压时产生的电压尖峰。加上电阻是为了消耗一部分电压，降低电容的充电电压，保证二极管正向导通时不会因为电压太大而损坏。L 03、C 22和C 23以及L 02、C 19和C 21分别构成输出端的干扰抑制电路，用来滤除由次级大电流产生的纹波电压。LC 滤波电路是一个典型的型低通滤波器。可以对高频成分起到很好的滤除效果。这里我们用了两个电容，可以起到很好的吸收效果。当然合理的布线也会对输出干扰有很大的影响。4.3反馈电路的设计与分析电路图如图4-9所示：图4-9 电压取

47、样与反馈电路该部分主要工作过程是通过光电耦合器IC 02和电位调节器IC 03将输出端的电压反馈到芯片LD7576的COMP 端。在讲解电路之前，我们要先来了解电位调节器AZ431的工作原理。它的内部结构图如图4-10所示：其内部有一个电压比较器，该电压比较器的反相输入端接内部基准电压2.495V±2% 。21比较器的同相输入端接外部控制电压，比较器的输出用于驱动一个NPN 的晶体管，当Vref>2.5V时，AZ431内部比较器会输出高电平使晶体管导通，电流就可以从Cathode 端流向Anode 。当Vref<2.5V时晶体管截止。 图4-10 电压取样与反馈电路由电路

48、的知识可以列出式（4-3）：（4-3）由上式可以得到式（4-4）：（4-4）我们可以通过适当选择电阻的阻值使得Vref=2.5V。当电源正常工作时，输出电压经分压后刚好为2.5V 。当电源的输出端电压超过规格值时，由于Vref>2.5V, 则AZ431内部比较器输出高电平使晶体管导通。IC 02的2脚电位随着降低，使得流过光电耦合器的发光二极管的电流增大。由于光电耦合器的CTR （电流传感系数即流过发光二极管的电流与流过光敏三极管的电流的比值）1，使得从IC 02中的光敏三极管的4脚流过的电流也有所增大，这导致LD7576的COMP 端电压降低，于是输出脉冲占空比变小，使次级输出电压降低

49、，从而达到降压的目的。同理，当输出端电压降低时，AZ431内部比较器输出低电平使晶体管截止，从而使得流过光电耦合器的发光二极管的电流减小，可使LD7576的COMP 端电压升高，于是输出脉冲占空比变大，输出电压上升。为了验证它的正确性，我们测到图4-11与图4-12的PWM 波形：因为输入端电压的变化会影响输出端的电压。所以如果输入端电压降低，那么输出端电压自然也会随之降低。如果此时脉冲宽度变大的话，则验证了上面的假设。D122图4-11 输入为100V 时的PWM 波形图4-12 输入为240V 时的PWM 波形4.4本章小结本章主要对电路的设计过程以及原理进行较为详细的分析，同时也在元器件

50、的选择上做了较为详尽的解释。 23第5章 电路调试本章主要进行一些参数的测试20，用到的仪器主要有： （1）变频器（Chroma Programable AC Source 6530） （2）示波器（Agilent 54622A） （3）电流计（Tektronix TM502A）（4）电子负载（Chroma DC Electronic load 6314） （5）功率计（WT210） 本次设计的电源规格如下： （1）输入电压范围：100-240V AC （2）输入频率范围：47-63HZ （3）输入电流最大值：2A （4）输入冲击电流最大值：100A（5）输出电压范围：5.3V ±5

51、%和16 V ±5%（6）输出电流范围：0.1-2A （对应5.3V 输出端）和0.1-1.2（对应16V 输出端） （7）输出电压纹波：200 mV（对应5.3V 输出端）和500 mV（对应16V 输出端） （9）电源效率： 80% （10）待机功率： 1W 调试的项目如下：（1）输入电流：即在满载条件下输入端的电流。可以测量保险丝F 01或者负温敏电阻NR 01上流过的电流。通过示波器读数和电流计衰减倍数计算出电流值。测量方法是在F 01或NR 01上串联一根导线，电流计可以从导线上产生的磁场感应出电流的大小。测试结果如表5-1所示：表5-1 输入电流值测试项目测试条件 要求值 测试值（A ）输入端的电流100V/60Hz 2A 0.62 220V/50Hz 2A 0.29 240V/50Hz2A0.27由测试结果可知，在输入最小值（100V ）和最大值（240V ），输出接满载的条件下，输入电流均在要求值以内，所以输入电流符合设计标准。（2）输出电压：本设计主