降压性开关稳压电源

1、金肥骞院Hefei University课程设计报告课题名称:作者姓名班级 指导教师: 完成时间:降压型开关稳压电源刘尚阳 1405012027张颖 1405012028闫悦悦 1405012029许特松 1405012043荚丹丹 1405012030电子二班倪敏生2017年5月24日本设计是开关稳压电源，系统由稳压电源、DC-DC变换器、采用LM7812LM7805急压芯片，为芯片供电，DC-DC换器采用TL494产生PWMfc,控制开关 周期为恒定值，通过调节脉冲宽度来改变占空比，在经过由IR2109构成的驱动电路驱动后级电路，此时引入电压反馈检测电压幅值并反馈给前级保证输出电压 稳定，

2、当输入电压超过20V时，控制IR2109片选端，切断电路。关键字：稳压；DC-DC变换；目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 1引言3 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 2方案设计与选择3 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 总体设计3 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 各模块方案设计与论证3驱动模块方案设计与选择 3稳压电源方案设计与选择 4 HYPERLINK l bo

3、okmark14 o Current Document 3硬件设计与实现4 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 设计思路4 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 各个模块硬件设计与实现 5辅助电源模块5DC-DC 模块 5 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 4理论分析与参数计算 5 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document DC/DC变换方法5 HYPERLINK l bookmark24 o Current

4、Document 稳压控制方法6 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 输入过压电路设计 6 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document buck电路参数的计算 7电感值的计算7电容的计算 7输出电压的计算 8 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 5测试仪器与方法8 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 输出电压测试8 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 效率测量8 H

5、YPERLINK l bookmark38 o Current Document 参考文献91引言电源在电路中起着十分重要的作用，电源为用电器提供能量，没有电源整个 电路便没有工作的能力。同样不同的电路需要不同规格的电源， 因其对电压（电 流）的要求不同，我们所需的电源也不同。电源的重要性不容忽视。目前市场上 有两种稳压电源，一种是线性稳压电源，一种是开关稳压电源；而直流开关电源 是各种电源中应用范围最广和市场最大的一种。它是一种比较新型的电源，具有效率高，重量轻，可升、降压，输出功率大等优点。2方案设计与选择总体设计降压型直流开关稳压电源系统方案图如图 1所示。系统采用进行DC-D吸换 的设

6、计思路，输入直流20V经过LM7812 LM7805降压模块实现降压，DC-D喙 换部分采用TL494生成PWMS,通过控制调节脉冲宽度来改变开关周期， 从而控 制占空比，再经过IR2109驱动电路，驱动MOS勺开关。图1开关稳压电源系统框图各模块方案设计与论证驱动模块方案设计与选择方案一：TL494生成PWMS,通过控制调节脉冲宽度来改变开关周期，从而 控制占空比，再经过IR2109驱动电路，驱动MOS勺开关。方案二：电源IC直接驱动MOSFET我们最常用的驱动方式，同时也是最简 单的驱动方式。如果 C1、C2的值比较大，MOST导通的需要的能量就比较大， 如果电源IC没有比较大的驱动峰值电

7、流，那么管子导通的速度就比较慢。IC驱动能力、MOSU生电容大小、MOST开关速度等因素，都影响驱动电阻阻值的选 择，所以Rg并不能无限减小。方案二的驱动能力不足，而方案一的驱动能力强，因此选用方案一。稳压电源方案设计与选择方案一：从滤波电路输出后，使用模块 LM2596降压模块。LM2596内含固定 频率振荡器（150KHZ和基准11压器（1.23v）,并具有完善的保护电路、电流 限制、热关断电路等。利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。 提供的有：3.3V、5V、12V及可调（-ADJ）等多个电压档次产品，所需外部组件 中仅四个不可调，六个可调。止匕外，该芯片还提供了工作状态的

8、外部控制引脚。 但是产品价格比较贵。方案二：从滤波电路输出后，直接进入线性稳压电路。线性稳压电路输出值 可调，输出为+9V+12V直流电压。这种方案优点在于：电路简单，容易调试， 但效率上难以保证，因为线性稳压电路的输入端一般为 15V左右的电压，而其输 出端只有9V12V,两端压降太大，输出电流较小，功率损耗大，不利电路总效 率但是价格相比较便宜。基于本次课程设计，线性稳压芯片便宜，因此我们选用方案二。3硬件设计与实现设计思路硬件搭建系统图如图2所示，输入直流20V,经过稳压器转换为+12V和+5V 为后级电路供电，BUCK电路采用双管设计，使电路的效率更高。硬件搭建系统 图如图2。1149

9、4, IR2109,LM393芯片供电输入过正保护电路图2硬件搭建系统图各个模块硬件设计与实现辅助电源模块辅助电源为开关电源的辅助部分，我们采用降压是 LM7812 LM7805系列作为后 级电路的电源。对输入的直流先进行 20V-12V的降压，在进行12V-5V的 降压。每一级后都有滤波电容，并加上散热片。DC-DC 模块DC-D喙换器为开关电源核心部分，脉宽调制电路即PWM1块则是DC/D吸 换器中最重要的部分。此模块的工作状况直接影响开关电源的工作状态和性能指 标。本次设计选用器件为TL494,其原理如下：TL494的5脚和6脚分别于定时 电阻R2和定时电容。相连接，他们共同决定TL49

10、4内部震荡器产生锯齿波，确 定电路的工作频率。同时TL494的1脚和2脚可输入采样电压和DA输出的电压， 通过内部比较器进行数字运算，通过反馈回来的电压与设定的电压进行比较，进而调节产生的PWMS,其中开关电源的工作频率由 TL494的定时电容。和定时 电阻RV2确定。4理论分析与参数计算DC/DC变换方法直流电压转换器基本原理为将直流电源经稳压后加入自激荡器，利用震荡晶体管作为连续开关，控制直流电源的接通和断开，由此产生的高频电压经过变频 变压、整流、滤波，获得所需要的直流电压。与此同时，输入电压的另一路取样、 基准、放大电路、回控震荡器，使输出电压稳定。再同步Buck电路工作方式中，使用一

11、个MO第正如我们这次使用的IRF3205 来替换Buck电路中的续流二极管。如下图3所示。Q1位主开关管，Q2则起续流 作用。Q1导通时，Q2断开，电流通过电感L至负载，并将电能储存在L和C1 中（电流方向图中绿线所示）；Q1断开时，Q2导通起续流作用，储存在L和C1 中（电流方向图中红线所示）的电能转换为电流继续向负载输出。图3 DC-DC模块电路稳压控制方法开关电源的稳压控制方法，首先以基准电压为中心，将基准电压周围一定范 围的电压从小到大划分为N个电压区间，判断开关电源的输出反馈所在的电压区 问，比较反馈电压的当前时刻电压值所在的区间数与前一时刻电压值所在的区间 数的大小，以及得到改变的

12、区间数，则根据改变的区间数控制振荡器的分频数增 加；若反馈电压当前时刻电压值所在的区间数小于前一时刻电压值所在的区间 数，根据改变的区间数控制振荡器的分频数减少，依据振荡器的输出频率控制开关的导通。输入过压电路设计输入过压电路是通过将输入电压与基准电压比较。 当输入过压时，比较器输 出低电平，然后去控制IR2109的CS端，使其不工作。后级BUCK1路于是 就无输出。正常电压供电时，比较器输出高电平，是 IR2109正常工作。如 下图4所示：buck电路参数的计算电感值的计算根据题目要求，Uo=15V而输入到直流母线上的电压为18V。我们假定选择的开关频率为F=250KHZ开关的周期T=1/F

13、=1/250KHZ=4us占空比 D=Uo/UI=15V/18g 0.83。一个周期内处在18V电压的时间Ton=DT=0.83*4us=3.33us。在Ton时间内，纹波电流di=10%*Io=0.1*2A=0.2A 。纹波电流控制在土 5%认 内。在Ton时间内，储能电感L两端压降VL=18V-15V=3V根据电感计算公式L=V*dt/di可以得到：在 Ton 时间内，L=VL*Ton/di=3V*3.33us/0.2A=50uh 。在实际应用中，往往取理论值的1.5倍，所以估算电感：L=50uh*1.5=75uh。选材的时候应选择电感值至少大于 75uh的电感。电容的计算从降压型开关稳压

14、电源的工作原理分析可见， 输出滤波电容C的选择直接关 系着开关稳压电源输出电压中纹波电压分量4 Uo的大小。在设计降压型开关稳 压电源时，输出滤波电容 C的容量主要根据对稳压电源输出纹波电压 Uo的要 求来定。根据电路分析可以推导出 C的计算公式（推导过程略）：COIo8f Uo对于储能电感L和输出滤波电容C的选择，必须在满足电感选择原则的基础 上，再选择电容，（如果电感值小于临界值，电感不足以吸收开关的能量，会引 起工作状态急剧恶化。因此，储能电感L除了起储能和滤波的作用外，还有限制 功率开关最大电流的作用。）输出电压的计算由于反馈电压是从R1和R2分压得到的。即（）*Uo=VrefR1 R2于是可得Uo -（1旦）* Vref5测试仪器与方法输出电压测试测试方法：在额定输出电压U2=20V下，调节与 比例，反馈电压为5V,测量输出电压。R2U(V)Vref (V)RiR2U0(V)2051102051.2112051.512.5205215效率测量测试方法：调整Uo为10V, Io为0.5A,测Un和I in的值变换效率：;上旦二旦山立Pin U in I inUn(V)I in(A)山V)Io(A)n(%)200.2610.000.596.16结论本次课程设计采用先降压再稳压的总体方案，其中DC-DC真块有PW瞰+驱动电路、稳压电路构成；经过测量各项指