CDCD开关电源设计(开题报告+论文+文献综述)机械设计带图纸文档
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CDCD开关电源设计(开题报告+论文+文献综述)机械设计带图纸文档,CDCD,开关电源,设计,开题,报告,论文,文献,综述,机械设计,图纸,文档
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专 业 课 程 设 计 指 导 书 专 业： 机械工程专业方向： 机械制造及其自动化机电学院机械工程系 年12月目 录第一部分 机床主传动系统设计1第一章 概述1第二章 机械制造装备课程设计的方法步骤和要求321 分析研究题目、进行运动设计322 主要零件的计算与初算423 结构设计绘制部件装配草图724 验算主要零件825 绘制正式部件装配图1326 装配图的尺寸标注1427 整理设计内容，编写设计计算说明书16附 录18第二部分 数控工作台机械部分设计22第一章 概述22第二章 工作台结构及参数设计24第三章 步进电机的选择28参考资料30设计说明书书写要求3132第一部分 机床主传动系统设计第一章 概述一. 机械制造装备课程设计的目的机械制造装备课程设计是在学生学完机械制造装备设计课及其它先行课程之后进行的实践性教学环节，是学生进行设计工作的基本训练。目的在于：1、 通过机床主传动系统的机械变速机构设计，使学生树立正确的设计思想和掌握机床设计的基本方法；2、 巩固和加深所学理论知识，扩大知识面，并运用所学理论分析和解决设计工作中的具体问题；3、 通过机械制造装备课程设计，使学生在拟订机床主传动机构、机床的构造设计、各种方案的设计、零件的计算、编写技术文件和设计思想的表达等方面，得到综合性的基本训练；4、 熟悉有关标准、手册和参考资料的运用，以培养具有初步的结构分析和结构设计计算的能力。二、机械制造装备课程设计的内容和工作量为满足教学要求，达到上述目的，机械制造装备课程设计的题目一般拟订为通用机床主传动系统的变速箱部件设计。学生应在规定时间内，独立完成下列计算工作量：1、运动设计 学生根据设计任务书所给定的参数和设计要求，在明确所设计机床用途及主要技术性能的基础上，拟订结构网、转速图，确定齿轮齿数，并核算主轴转速误差，画出传动系统图。2、动力设计 根据给定电动机功率，计算主要零件的尺寸，选择材料，验算主要传动件的应力、变形以及寿命等，是否在允许的范围内。3、机构设计 将运动设计所确定的机床主传动系统（其中包括传动轴系、变速机构、主轴组件、换向、制动、操纵机构、润滑密封等）布置在展开图和截面图内，一般要完成零号图纸1张。4、 编写设计计算说明书一份。详细的设计内容和工作量可见和指导教师的具体布置。 三、机械制造装备课程设计的方法步骤和要求（略，详见本指导书第二章。）四、学时分配、计划进度安排 本次课程设计集中安排三周。根据设计工作程度及对学生的要求，计划进度大致安排如下： 1、理解题目，阅读 指导书 ，拟订总体方案，进行运动设计 2天 2、动力设计主要零件的计算和初算 5天 3、结构设计绘制装配草图 2天 4、验算主要零件 1天 5、绘制正式装配图 2天 6、整理、编写设计计算说明书 2天 7、答辩 五、机械制造装备课程设计成绩考核机械制造装备课程设计结束后，由教研室指派有关教师对学生课程设计进行全面考核，重点考核以下几个方面：1、 工作态度、设计中的表现；2、 刻苦钻研精神，独立工作能力，综合运用所学知识能力；3、 设计图纸和说明书质量；4、 答辩时回答问题情况。综合以上情况，评定学生课程设计成绩。成绩分优、良、中、及格、不及格五级。 第二章 机械制造装备课程设计的方法步骤和要求21 分析研究题目、进行运动设计一理解题目学生在接受机械制造装备课程设计题目之后，应仔细阅读机械制造装备课程设计任务书，了解机课程设计的目的、内容、设计步骤和要求。然后在教师指导下开展设计工作。要理解给定的题目，对设计参数进行分析、研究；明确所设计机床的用途和主要技术性能。二拟订主传动系统总体结构方案根据设计题目中所提出的要求及所设计机床的用途，主要技术性能，并参考同类型机床，拟定主传动系统总体结构方案（及其理由），大致包括：传动形式、变速方式、换向及开停机构、制动机构、润滑装置,操纵机构的选择;变速箱的安装定位方式的选择;电机轴与第轴的联接方式等等.三运动设计关于运动参数,已经统一给定,学生不必花费太多时间去研究,但应该明确参数中 的极限转速值nmin和nmax的确定方法,变速级数Z、 值的大小对机床性能的影响,根据给定的运动参数,完成下列工作:1、依据给定参数(nmin、 nmax、Z、),查表确定主轴的各级标准转速,有时要考虑混合公比。2、列出各种结构和结构网,根据有关原则,通过分析,比较,确定其中最佳方案。3、设计转速图,根据拟订转速图的原则,确定速比的绝对值,画出转速图。4、确定齿轮齿数,用计算或查表法确定齿轮齿数.在确定齿数和Sz时应注意:1）控制齿数和Sz =70100,Szmax 120,最小齿轮齿数Zmin 18 20;2）小齿轮齿根和孔壁或键槽处的壁厚a(1.52) m,或Zmin6.5+2T/m,m为齿轮模数,T轴线到键槽的高度.3）保证两轴承孔之间有一定的壁厚a23 m,或Sz2 (D1+D2)/2+a /m,D1,D2分别为相邻两轴承外径. 4) 应保证轴间有足够的中心距,使车床:轴上齿轮不碰轴上摩檫离合器,铣床:不碰电磁制动器.5) 在三联滑移齿轮块中,最大齿轮齿数与其相邻大齿轮齿数之差应4,以保证滑动时顺利通过,不碰撞。6） 选齿数较大的一个作公用齿轮.齿轮齿数确定后,标注在转速图中相应的传动副连线上。5、核算主轴转速误差,齿轮齿数确定后,主轴的各级实际转速即确定,它与主轴的标准转速总会产生一定的误差,应进行核算。误差一般不应该超过10(-1)%,即应满足:n实n标/ n标10(1)%一般将转速误差的核算列成如下的表格形式:计算式n实n标误差允许值10(1)%结论6、绘制传动系统图1）轴,齿轮,离合器,制动器的排列位置,编号应与将要绘制的展开图相一致。2）标写出电动机的型号、功率、转速、皮带轮直径D1、D2;皮带根数要画上;标写轴号、齿轮的齿数模数。3） 展开图的轮廓线、传动件和执行件的画法要符合制图标准规定。22 主要零件的计算与初算 初步计算主要零件的目的,是为了大致确定传动件零件的主要尺寸,如皮带轮直径,齿轮模数,传动轴直径和主轴轴径等,以便绘制主轴箱的轴系展开图。一. 皮带设计皮带设计的已知条件是:电机功率Nd,转速比i,电机转速nd,计算带轮直径D1、D2,皮带的型号,根数Z，压轴力Q等。设计原则是不打滑,有足够的寿命,传递最大功率,具体设计方法步骤可参阅1p68表5.24, p71表5.210。二齿轮模数的初算在计算齿轮模数和传动轴直径时需要用到其计算转速nj和传递功率Ni,因此应先将各种传动轴和有关齿轮的计算转速nj和各传动轴所传递的功率Ni确定下来,以备计算中使用。1) 只算定比、各变速组中小齿轮的模数。2) 选定标准模数,考虑种类少一些,取一种或两种。首先确定主轴的计算转速,再根据主轴的计算转速图上查取各传动轴和各齿轮的计算转速。各轴和齿轮传递的功率Ni=N总 , 总由电机到该传动件各传动副的效率相乘,但不乘入该轴承的效率。效率值见1p4表5.15。一般同一变速组中的齿轮取同一模数,选择负荷最重的小齿轮按简化的接触疲劳强度公式进行初算:式中:mj按接触疲劳强度计算的齿轮模数, mm Nd驱动电机功率, Kw nj计算齿轮的计算转速, rpm i大齿轮齿数与小齿轮齿数之比,i1;Z1小齿轮齿数;m齿宽系数; m=/ (B为齿宽,m为模数)一般m = 610;j许用接触应力,当 45#调质(T235) j =600Mpa (N/mm2) 45#整体淬火(C42) 1100 (N/mm2) 45#高频淬火(G54) 1370 (N/mm2) 40Cr调质(T265) 650 (N/mm2) 40Cr整体淬火(C48) 1250 (N/mm2) 40Cr高频淬火(G52) 1370 (N/mm2)齿轮模数初算后,根据齿轮精度等级所允许的线速度(见1p225表5.452),要核算高速传动齿轮的线速度( )是否超过允许值。三.传动轴直径的初算 传动轴的直径可按下列扭转刚度公式进行计算:或 式中: d危险断面处轴的直径,当有一个键槽时,可增大45%,当有两个键槽时,可增大710% ;花键轴内径可减小7%,计算后要圆整到标准直径系列,花键轴系列标准见1P554表5.817; Tn该轴传递的额定扭矩, N.mm ； Ni该轴传递的功率,Kw nj该轴的计算转速,rpm 该轴每米长度上允许的扭转角; 一般传动轴=0.51; 要求较高的轴 0.10.5o 要求较低的轴 1.52o计算传动轴直径时,尺寸相接近的尽量取一致,以便于加工轴和孔,统一刀具和量具。一般将计算结果列成表格形式,如:轴号Ninjd初d取 花键轴尺寸 备注四. 主轴轴径的确定对通用机床的主轴尺寸参数多由结构上的需要而定,故主轴前轴颈的尺寸按下表所列的统计数据确定。通用机床主轴前轴颈尺寸(mm)机床 主轴的驱动功率(KW)2.84车床70907010595130铣床6090609075100普通车床主轴前轴颈的直径D1,后轴颈的直径D2及内孔直径d可按统计公式酌定:D1=0.2Dmax15 (mm)D2=(0.70.85)D1 (mm)d=0.1Dmax10 (mm)式中: Dmax最大加工直径,(mm) 由于初步计算是在绘制装配图之前进行,零件的尺寸、形状和位置尚未确定,在绘制正式装配图过程中变化也比较大。因此,各零件尺寸的初算,不详细计算,待装配图绘制之后,还需仔细验算。所以,零件尺寸的初算不用花费过多时间,但齿轮模数计算一定要正确,必要时可以结合类比法确定。23 结构设计绘制部件装配草图 绘制部件装配草图的目的,是大致确定变速箱部件中各主要传动件(如齿轮、轴、轴承、离合器和箱体等)的轮廓尺寸、形状和相对尺寸等。部件装配草图是在主要零件尺寸初算的基础上绘制的,又是作为校核验算零件尺寸的依据、草图绘制不必过分细致,但部件中各主要零件要全,尺寸要准确,布局要合理。 装配草图的设计依据是已确定的主传动系统总体结构方案;传动系统图;零件的计算与初算;参考同类型机床的装配图。一般绘制成1:1的展开图一张,M1:2的截面图一张(主要用于表示轴的空间位置和部分操纵机构)。部件装配草图的画法,可以参考同类型机床的装配图,布置齿轮的轴向位置,研究齿轮的排列方式.如果需要限制轴向尺寸,可采用公用齿轮或齿轮交替布置,或增加定比传动机构。要注意滑移齿轮要有足够的轴向空间,保证滑移齿轮完全脱开后,才进入新的啮合。传动轴及轴上零件的轴向定位方式要简单可靠,又要便于装拆和调整等。根据主轴组件设计的理论知识,参考结构图册或同类型机床的结构,选择合理的主轴组件的结构,包括轴承类型、配置与调整、主轴前端结构(可参考附录3) 、主轴的轴向定位方式等。考虑问题要全面,除传动机构、变速机构外,尚须注意离合器、制动器、操纵机构和润滑密封装置等,都要统盘考虑,选择的形式、布局等要结合截面(或剖视)图,注意空间位置是否会干涉或与移动件相碰撞。草图绘制完毕后,要请指导教师审阅。24 验算主要零件 根据部件装配图所确定的零件尺寸和各零件间的相互位置关系,分析其受力状态,作用力的大小、方向和着力点位置等,对主要零件进行比较精确的验算。为了节省时间减少重复的计算工作,可由指导教师指定验算的零件和验算内容。但学生应明确这些零件一般都是工作情况严重、支承载荷较大。验算时要着重掌握对问题的分析和计算的方法。当验算结果不能满足性能要求时,可以改变零件材料、热处理方法或修改部分结构,甚至有时要改变原设计方案。一.齿轮模数验算一般按接触疲劳强度和弯曲疲劳强度验算,选取某轴上承受载核最大的齿轮,即同材料、同模数齿轮中齿数最少、齿宽最小的齿轮进行验算。验算的已知条件为一对啮合的齿轮齿数Z1、Z2,模数m,齿轮传递的功率N,齿轮的精度等级(如88 7 GB/T10095.12001),齿轮材料为45或40Cr,进行高频淬火G52,转速图。其验算公式为1P258表5.482,表5.483;、 按接触疲劳强度验算、 按弯曲疲劳强度验算 式中 ，、0分别为按接触疲劳强度和按弯曲疲劳强度计算所允许传递的最大功率，Kw；、0分别为在基本条件下，按接触疲劳强度和按弯曲疲劳强度计算的Z1、m所允许传递的功率，Kw；0由1P254表5.480查取；0由1P254表5.481查取。这里基本条件是指：（1）齿轮材料为45钢，调质T235; (2) 非变位直齿圆柱齿轮； （3）齿数之比i=1; (4) 10 （5）小齿轮的计算转数n=1000rpm; (6) 加工装配精确； （7） 寿命系数 。凡不符合上述基本条件者，在实际使用时 ，就要按上述两公式，通过相应的系数进行折算。i大齿轮与小齿轮齿数之比， 尺宽系数 nj该齿轮的计算转数，rpm; K材料的弹性模量，由1P259表5.484；Kcj、Kcw分别为材料的接触和弯曲性能系数，由1P259表5.484。 K1载荷集中系数，由1P259表5.487。 K2动载荷系数，由1P260表5.487。 Ksj、Ksw寿命系数，决定因素较多，计算比较复杂，详见1P259(7)。经计算，在此给定：（车床）（铣床） 啮合角影响系数，非变位齿轮 Ksw0.85啮合角影响系数，非变位齿轮；齿形系数，非变位外啮合直齿圆柱齿轮； N齿轮实际传递的功率，Kw。二传动轴刚度验算选择一根受载最重的传动轴（一般是主轴前一根传动轴，或指导教师制定），核算其装齿轮处产生的挠度y和装轴承处产生的倾角、为什么要进行传动轴刚度的核算？（略，详见1P351：六），验算步骤如下：1.计算轴的平均直径，画出计算简图 机床上等径轴较少，当轴的直径相差不大时，可把轴看作等径轴，采用平均直径（各直径之和除以直径数）来进行计算，即阶梯轴 d平花键轴 d平（d外d内）/2一般常将轴简化为集中载荷下的简支梁，选择该轴上转速最低，受力最大的大齿轮（被动）传入该轴，选择该轴上最小的齿轮（主动）传出，这两个齿轮处的受力为载荷点进行计算。其受力简图为图一。2.计算该轴传递的扭矩Tn; 式中 Ni该轴传递的功率，Kw; nj该轴的计算转速，rpm;3.求作用在装齿轮处B点的力切向力 径向力 式中，d齿轮的分度圆直径，d=mZ;压力角，标准齿轮200 ；摩擦角，4.求作用在装齿轮处C点的力若传入轴、该轴、传出轴三根轴在空间位置的轴心连线夹角小于150 ，可以认为三轴心在同一直线上（如铣床），按照上面求B点力的方法，求出C点力即可。若三轴心不在同一直线上（夹角大于150时）需进行坐标转换，将后一对齿轮（C点）啮合力（、）投影到前一个坐标（关于X、Y的坐标）之后，在进行挠度计算，车床大都属于这种情况。如下图所示：5.计算装齿轮处的挠度应用1P255表5.816公式，由表5.817中查取轴的惯性矩I，E=2.1100kgf/cm2 2.1103N/mm2,在计算中要注意单位的统一，以防出现差错，力的单位用N，长度单位用mm。另外在应用表5.816中公式进行计算时一定要注意计算简图中a、b、x值的相应改变。一般将计算结果列成表格形式（表中给出所有公式）：第（ ）轴装齿轮B、C处挠度计算位置坐标方向由作用在B点的力产生的挠度由作用在C点的力产生的挠度各坐标迭加合成挠度y允许值y结论BX载荷点公式XBB任意点a段内公式XBCXB= XBB XBCyB=(XB2YB2)0.5表5.814合格YYBBYBCYB= YBB YBCCX任意点b段内公式XCB载荷点公式XCCXC= XCB XCCyC=(XC2YC2)0.5表5.814否YYCBYCCYC= YCB YCC第（ ）轴装轴承处(A、D)的倾角计算位置坐标方向由作用在B点的力产生的倾角由作用在C点的力产生的倾角各坐标迭加合成倾角允许值结论AX左支承公式XB左支承公式XCXA =XB XCA=(XA2YA2)0.5表5.814合格YYBYCYA =YB YCDX右支承公式XB右支承公式XCXD =XB YCD=(XD2YD2)0.5表5.814否YYBYCYD =YB YC6.计算轴承处的倾角应用表5.8-16公式进行计算，在计算中同样应注意计算简图中a、b值相应改变。一般将计算结果列成表格形式（表中给出所用公式见P18表格）。三、轴承寿命验算轴承受循环接触应力后产生疲劳剥落（龟裂），多长时间才能剥落，即寿命。寿命是指轴承的内圈、外圈、滚动体三者中。其一出现疲劳剥落即为到寿命，寿命以小时（h）数表示之。应满足 LhT式中，Lh额定寿命。hT工作期限，hT的确定机床大修期为8年，每年工作300天，按每天2班制，每班8小时，则总时数为 83102838000h实际机动时间为1050，则 T30000（0.40.5）1500020000h通常为设计方便，更换不难，取T=10000h即可额定寿命的计算 式中，n轴承（即轴）的计算转速，rpm; 寿命指数，球轴承3，滚子轴承10/3； C额定动负荷，N，查1P670,十四； P当量动负荷，N, P=XFr+YFa式中，Fr径向负荷，N,由求支反力解出； Fa轴向负荷，N； X径向系数，由1P584表5.918； Y轴向系数，由1P584表5.918；轴承寿命是个统计数，大多数（90以上）轴承的实际寿命比它的统计寿命长，如验算结果额定寿命达不到工作期限（相差不太大时），仍可使用，采用提前一、二年更换的办法亦可。25 绘制正式部件装配图根据草图验算的结果进行必要的修改，把该表示出来的零件清晰正确地绘制在正式装配图上。绘制正式装配图时机械制造装备课程设计的重要阶段，是前阶段的工作总结，是设计思想的表达。部件装配图包括展开图和剖面图：一、设计部件装配图时，学生应对下列问题进行全面分析和比较1、选用零件类型、结构、主要尺寸、材料、热处理和该零件在部件中的固定方法等。这些零件包括：齿轮、轴承、离合器、制动器、换向机构、润滑密封装置、各类轴、轴套和箱体等。2、确定部件中各零件的位置、相对位置关系及主要尺寸（定位尺寸、移动件的行程极限位置尺寸、主要配合尺寸等）、联接方法、配合性质以及滚动轴承预紧及其精度选择等。3、零件设计应尽可能遵守标准化、通用化的原则，凡是能用标准件的一定采用标准件，如螺钉、螺帽、轴承、键、垫圈、弹簧、挡圈、销钉、法兰盘等。4、要注意变速箱部件在机床上的定位，安装方法及其加工基面；各传动轴的轴向定位及其间隙调整方法；运动件的润滑及其润滑系统设计；主轴组件的轴向定位、间隙调整、润滑方式；皮带轮的卸载装置；摩擦离合器的调整、受力分析和设计原则等。二、绘制装配图的方法步骤1、在画装配图之前，按部件装配草图的轮廓和结构布置，要统盘考虑全面安排，土面布局要匀称。一般采用1：1的比例，必要时可放大或缩小。然后按传动轴的先后顺序，画出各轴心线的距离，以及各传动轴上的齿轮位置。2、绘制展开图时要结合剖面图，要结合考虑操纵机构、各轴的空间位置、制动器、换向机构等。当然操纵机构等在总布置前应确定方案，由于时间关系，在课程设计中，操纵机构根据情况由指导教师研究确定其形式，学生不必花过多的时间。零件的位置及其相互关系，一般由装配图的“内部向外”画，同时又要考虑装配图的外观轮廓由“外向里”排列。车床主轴箱长、宽、高尺寸比例以6：5：4为宜。3、适当考虑加工工艺性，要注意部件装配工艺的可能性，特别是主轴和其它较长的传动轴。有时就是由于零件的结构工艺性不好或零件组装时无法安装，不得不改变原设计方案。还要注意有调整间隙的组件（如滚动轴承、摩擦离合器和制动器等）要调整方便，易损件容易更换等。4、部件装配图的底图（或微机草图）绘制完成后，应请指导教师审核，方可加深（或出图）。26 装配图的尺寸标注由于设计时间所限，并减少重复工作，在对装配图进行尺寸标注时，可根据指导教师的要求，选择一些尺寸进行标注。这些尺寸大体包括：部件的外形尺寸；性能尺寸；主要联系尺寸；移动件的极限位置尺寸；主要零件间的配合尺寸等，现分别叙述如下：一主要尺寸标注1、外形尺寸：主轴箱部件长、宽、高尺寸；2、性能尺寸：车床主轴中心高HD/2（25）；3、主要联系尺寸：1） 车床主轴中心线和床身对称线距离一般为912;2） 车床中心至主轴箱前面的距离；3） 车床主轴前端锥孔按标准莫氏锥度；4） 铣床主轴中心线至横梁底面距离150；5） 铣床主轴前锥孔锥度7：24，主轴前端外径和孔径为：外径 101.6h5，孔径 57.15外径 88.882h5,孔径 44.456)主轴或一根传动轴的轴向尺寸(成链)4、移动件的轴向位置尺寸：1） 滑移齿轮的极限位置尺寸；2） 拨叉极限摆角（铣床）。5、中心距尺寸：公差按标准侧隙，由1P236表5.460。二主要配合尺寸的标注1、 主轴（滚动）轴承配合：1）三支承的主轴主件车床：前支承（D3182100型）外环与孔配合K6， 中间支承 外环与孔J6，内环与轴径K5， 后支承 外环与孔J7，内环与轴径K6铣床：前支承 外环与孔K6，内环与轴径n6, 中间支承 外环与孔K6，内环与轴径js6, 后支承 外环与孔J7，内环与轴径js6.2)双支承的主轴组件 车床：前支承（D3182100型）外环与孔K7， 后支承 外环与孔J6，内环与轴径k5。2、 传动轴承配合：外环与箱体孔J7，内环与轴径k6。3、 花键轴的配合（例如）：1)、滑动：638H7/f732H12b1212D9f92）、固定：638H12b1212D9f94、 用键传递扭矩时，轴与孔的配合，如80H7/k65、 滑块与拨叉的配合，如12H9/f9三装配图中零件的标注方法对上述尺寸进行标注之后，应对全部基本件进行编号。标准件、通用件和借用件，可只标注其标准代号、规格和数量，而不编排其序号和代号。在编号、标注时应注意以下几点：对上述尺寸进行标注之后，应对全部基本件进行编号。标准件、通用件和借用件，可只标注其标准代号、规格和数量，而不编排其序号或代号。在编号、标注时应注意以下几点：1、 专用件、标准件要分开标注；2、 件号按顺序（逆）时针方向依次标注；3、 件号引线不能交叉。最后画出标题栏和零件明细表（明细表可附在说明书中）。 27 整理设计内容，编写设计计算说明书部件装配图加深之后，仍须对全部设计图纸进行全面仔细检查，如果发现有错误或遗漏，要及时修改或补充。机床课程设计计算说明书，是在整个设计过程中逐步积累而成，平时要注意对计算草稿、方案选取理由、公式系数查找资料的出处、要及时整理记录下来，以免在整理说明书时，重新查找，设计完成后，只是最后稍加整理、修改和编写未完成部分，最后装订成册，附上机床传动系统图和零件明细表。说明书的编写要仔细认真，叙述清楚，说明简练、文理通顺、书写工整，字数在8千1万字左右，一般不应少于20页。在编写时，具体格式顺序要求大致如下： 第1页 目录 第2页 机床课程设计任务书 第3页 设计计算内容说明包括：一、 机床用途及主要技术性能二、 变速箱总体结构方案的拟定三、 运动设计四、 主要零件的设计与计算五、 结构设计因结构设计的主要内容是反映在装配图中，在此可主要说明以下方面的内容：1、箱体长、宽、高轮廓尺寸及有关零件间相互位置尺寸的确定与计算。2、对操纵机构的设计说明：1) 车床应验算在单边拨动时，是否满足不自锁的条件；2) 铣床操纵机构草图的有关计算和说明，包括：a） 转速排列表及对应的转速图；b） 操纵原理图（杠杆比）；c） 凸轮草图。3) 轴转速标牌（列表说明）4) 在结构设计方面其它需要说明的问题等。六、 主要零件验算七、 本设计优缺点分析及改进意见八、 零件明细表1、专用件明细表件 号名 称件 数材 料备 注2、标准件明细表规格代号名称件数标准号备注 九. 主要参考资料1 机床设计手册（2上）2 金属切削机床设计3 金属切削机床概论4 机械零件设计手册5 机床设计图册6 CA6140主轴箱装配图X62W主传动系统装配图附 录1、 标准锥度 锥度K为锥体上两横剖面与两剖面之间长度之比直径之比: K（Dd）/l2tg锥角2的一半称为圆锥斜角常用的专用标准锥度锥角K圆锥角2圆锥斜角标 记1：41：41:121:121:151 ;151:201:207:247: 24 2、 莫氏锥度莫氏锥度号大端名义直径锥度圆锥角2431.2671：19.2540.05194544.3991：190020.05263663.348 1：19.1800.052143、主轴端部件标准尺寸卡口型主轴端部的互换性尺寸国际标准 I S 7021975机床主轴端部与花盘互换性尺寸第三部分;卡口型1) 应用范围本国际标准规定了卡口型车床主轴部和相应花盘的互换性尺寸。ISO 702/III1975号数尺寸34568111520D53.97563.51382.563106.375139.719196.869285.775412.775公差0.008 00.008 0 0.010 00.010 00.012 00.014 00.016 00.620 0D7585104.8133.4171.4235330.2463.6D102112135170220290400540d2121212329364343DH8/h814.2515.919.0523.828.634.941.3d8.410.510.51313d10.410.410.413.516.516.51919E1111131416181921F1620222528354248G5556888H1010101112131515W0.30.3注：未注公差的尺寸的一般公差：0.4mm注：“A”型和“凸轮锁紧”型分别见第一部分和第二部分。2）互换性尺寸2.1 主轴端部铣床主轴端部（内孔锥度7：24）尺寸ISO 推荐标准 R 297 7：24 刀柄锥度1) 序言 下列表格涉及了一些7：24锥度，一方面涉及主轴端部。另一方面涉及刀柄。这种锥度主要是为了铣床主轴端部和相应的刀柄设计，因此，希望制定一个更全面的关于“带7：24锥度的铣床主轴端部”的ISO推荐标准。2）互换性 在螺纹方面，根据螺纹的型式（具有标准螺纹的公制螺纹M或统一标准粗牙螺纹UNC），本ISO推荐标准规定了两种完全不同型式的产品。 为了区别这两种型式，在零件上应打上相应的螺纹标记。每个国家的标准组织可在其国家标准中任意采用其中一种螺纹型式。 以公制尺寸或英制尺寸制造的产品，其他尺寸虽然不完全相同，但完全是可互换的。如果在国家标准中规定验收条件，则应明确规定是按英制尺寸还是按公制尺寸验收产品。3） 主轴端部7：24锥度附录43 铣床主轴端部尺寸（内孔锥度7：24）主轴端部（内孔锥度7：24）尺寸 mm名称N0.30N0.40N0.45N0.50N0.55N0.60D 31.75044045057.15069.85088.900107D h69.93288.882101.6128.570152.4221d H1217.425.332.439.650.460d min171721272735L min 73100120140178220g M12M12M12M16M20M20a min12.51618192538f 5466.780101.6120.6177m min 12.51618192538n max889.512.512.5120/2 min16.52330364861B 15.915.91925.425.425c min889.512.512.512k max16.519.519.526.526.545Z 0.40.40V 0.030.030.030.040.040注： D1基本尺寸。 g1螺纹直径，或者是具有标准螺距的公制螺纹M，或者是明确标明的统一标准粗牙螺纹U（以时为单位的尺寸）。在每种情况下，零件上都应打上适当的M或UNC标记。 紧固刀具用螺孔的位置公差（从理论位置上最大径向偏移）。N0.30、N0.40和N0. 0.75mm；N0.50、N0.55和N0.60为0.100。 拨块在其槽内的装配用M6/h5配合。V表示拨块b1的允许偏心距：即拨块中心平面与主部轴心线的距离。 e)z1=从与定位面相重合的公称位置至量规夹面D1位置的最大允许，允许在定位面两频。第二部分 数控工作台机械部分设计第一章 概述一、课程设计的目的 本课程设计的目的在于培养学生对典型机电一体化产品机械结构的设计能力和对机电伺服系统的设计能力,在学习有关专业课程设计的基础上,进行机电系统设计的初等训练,掌握手册、标准、规范等资料的使用方法,培养分析问题和解决问题的能力,为以后的毕业设计打下良好的基础.二、任务书1. 设计题目:XY双坐标联动数控工作台设计2. 技术数据按有关技术数据分组如下:组号工作台长 宽 (mm)工作台工作重量 ( N )139029018002400300200034103102300442032025005430330280064403003000745031033008420330350094303504000104004005000工作台行程: X=60100mmY=5080mm脉冲当量:0.050.08mm/P3. 设计要求1) 工作台进给运动采用滚珠丝杠螺旋传动.2) 滚珠丝杠支承方式:双推简支型.3) 驱动电机为反应式步进电机.4) 步进电机与滚珠丝杠间采用齿轮降速,要求消除齿轮传动间隙.4. 工作量1) 零号装配图一张.2) 设计说明书20页以上.三、设计进度安排 本课程设计进行一周,学时分配及进度安排如下:1. 理解题目:拟定总体方案,进行运动设计、动力设计、零件的计算及初算.（2天)2. 结构设计草图、编写设计计算书.(1天)3. 画正式图、标注尺寸、配合、件号.(1天)4. 答辩.(1天)四、成绩考核方法对参加课程设计的学生进行全面考核,重点考核以下四个方面:1. 设计图纸、说明书的质量.2. 独立工作能力、综合运用知识的能力.3. 平时的工作态度、设计中的表现.4. 答辩时回答问题情况.最后成绩由答辩小组综合以上情况给出,分优、良、中、及格、不及格五个等级.第二章 工作台结构及参数设计一、总体结构数控工作台采用由步进电机驱动的开环控制结构,其单向驱动系统结构简图如图所示:实际设计的工作台为X、Y双坐标联动工作台,工作台是由上拖板、中拖板、下拖板及导轨、滚珠丝杠等组成.其中下拖板与床身固联,它上面固定X向导轨,中拖板在下拖板的导轨上横向运动,其上固定Y向导轨,上拖板与工作台固联,在Y向导轨上移动.X、Y导轨方向互相垂直。.二、滚珠丝杠设计滚珠螺旋传动按滚动体循环方式分为外循环和内循环两类,其中应用较广的是插管式和螺旋槽式,它们各有特点,其轴向间隙的调整方法主要有垫片调隙式和螺纹调隙式,具体的实现方法可参考教材有关章节。滚珠丝杠传动副多为专业厂家生产,一般用户设计时只负责选用,在选用时主要验算其额定动载荷和临界转速,丝杠较长时还应进行压杆稳定性验算。1. 计算动载荷 （N）式中: 载荷系数 见表1硬度系数 见表2 轴向工作载荷 (N) L额定寿命 L=60nT/ n丝杠转速 (r/min)T使用寿命 (h) 见表3 表1 表2 载荷性质平稳或轻度冲击11.2轻度冲击1.21.5 较大冲击、振动1.52.5实际硬度HRC551.1501.56452 .4403.85表3类别普通机械普通机床数控、精密机械T(h)50001000010000150002. 计算临界转速 （r/min）式中 临界转速系数 见表4 长度系数 见表4 丝杠内径 (m)丝杠工作长度 (m) 表 4支承方式系数双推自由双推简支两端固定 1.883.934.73 20.67 3. 压杆稳定性计算 （N）式中 临界载荷E材料弹性模量 对于钢,E=2.06 丝杠危险截面惯性矩() 三、滚动导轨导轨是工作台系统的重要组成部分,由于滚动导轨具有定位精度高、低速无爬行、移动轻便等显著优点,故本工作台系统设计选用滚动导轨.滚动导轨应用最广的是滚珠导轨,按滚珠的循环方式分类,滚珠导轨又可分为滚珠不循环式和可循环式.在专业厂家生产的标准化滚动导轨中,都为滚动体可循环式,本次导轨设计的主要任务是根据负载情况选用标准化滚动导轨,在选用过程中,主要进行额定载荷验算.1. 计算行程长度寿命 TsTs=2Lsn60 /100 (km)式中 Ls工作单行程长度(m) n往复次数 (次/min) 工作时间寿命 (h) 2. 计算动载荷 =式中 F作用在滑座上的载荷 (N)滑座个数寿命系数 一般取K=50km温度系数 见表5接触系数 见表6硬度系数 见表7负载系数 见表8 表5 工作温度（0C）10011001500.91502000.72002500.6表6每根导轨上滑块数1120.8130.7240.66表7滚道表面硬度HRC605855535045Fh 10.980.90.710.540.38 表8工作条件fw无冲击、振动 V15m/min11.5较小冲击、振动V60m/min23.5第三章 步进电机的选择在选择步进电机时应主要考虑以下几个方面:a) 步距角是否适合系统脉冲当量的要求.b) 步进电机转矩是否满足要求.c) 步进电机起动频率及运行频率是否满足要求.一、步距角的确定 （度）式中 工作台脉冲当量 (mm/P)i传动系统传动比t滚珠丝杠导程 (mm)的确定应与i和t综合考虑,以满足工作台脉冲当量的要求.二、步进电机转矩校核1. 空载起动时电机轴总的负载转矩Tq Tq=Tj+Tu+To式中 1) Tj惯性转矩 Tj=J J电机轴总惯量(包括当量)起动时角加速度2)Tu工作台当量摩擦转矩 摩擦系数 传动链总效率 m工作台质量 3)To附加摩擦转矩 Fo预紧力 取为1/3轴向负载未预紧时丝杠效率,取0.92. 正常工作时电机轴总负载转矩Tg Tg=Tu+To+Tw式中 Tw负载转矩 Fw轴向负载最大值3. 电机最大静转矩Ts1) 按空载起动计算:Ts1=Tq/C其中常数C按下表选取2) 按正常工作计算:Ts2=Tg/0.30.5取 TsmaxTs1,Ts2电机相数3456运行拍数3648510612C0.50.8660.7070.7070.8090.9510.8660.866步进电机的最大静转矩应满足要求.三、频率校核 步进电机的起动频率和运行频率应根据实际情况,参考电机的矩频特性曲线进行选取.参考资料1.机电一体化设计基础 机械工业出版社 郑堤、唐可洪主编2.机床设计手册 机械工业出版社3.机械零件设计手册 机械工业出版社4.金属切削机床设计 机械工业出版社5.经济型数控机床系统设计 上海科学技术出版社6.机电一体化实用技术 上海科学技术文献出版社 设计说明书书写要求（一）正文：正文内容层次序号为：1、1.1、1.1.1。正文内容一般为：1、 选题背景：说明本课题应解决的主要问题及应达到的技术要求；简述本设计的指导思想。2、 方案论证：说明设计原理并进行方案选择，阐明为什么要选择这个设计方案以及所采用方案的特点。3、 过程（设计或实验）论述：对设计工作的详细表述。要求层次分明，表达确切。4、 结果分析：对研究过程中所获得的主要的数据、现象进行定性或定量分析，得出结论和推论。5、 结论和总结：对整个研究工作进行归纳和综合。（二）图纸要求：图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。提倡学生使用计算机绘图。（三）曲线图表要求：所有曲线、图表、线路图、流程图、程序框图、示意图等不准徒手画，必须按照国家规定标准和工程要求绘制（应尽可能采用计算机辅助绘图）。课程设计说明书（报告）要求文字通顺、语言流畅，无错别字，不得使用铅笔书写。按教务处印制的统一格式封皮装订。有条件的可用B5纸打印。课程设计说明书（报告）中图表、公式一律采用阿拉伯数字连续编号。图序及图名置与图的下方；表序及表名置与表的上方；说明书（报告）中的公式编号，用括号括起来写在右边行末，其间不加虚线。摘 要本设计是DC/DC直流开关电源设计,首先将开关电源与线性电源进行对比，总结了开关电源的优点,并对其当前的发展以及在发展中存在的问题进行了描述，然后在对开关电源的整体结构进行了介绍的基础上，对开关电源的主回路和控制回路进行设计：在主回路中整流电路采用单相桥式、功率转换电路采用单端正激功率转换电路、采用增加副边绕组的方法实现多路输出，其中功率转换电路（DC/DC变换器）是开关电源的核心部分，对此部分进行了重点设计；控制电路采用PWM控制，控制器采用开关电源集成控制器GW1524、设计了过压保护电路、电压检测电路和电流检测电路，对各个部分的参数进行了计算并进行了元器件的选型。【关键词】DC/DC变换器、PWM控制、整流、滤波。AbstractIn this paper,I designed a switch power supply system with three outputs: Compare the switch power with linear power at first , has summarized the advantage of the switch power ,have described its present development and there are natural questions in development. On the basis of the thing that the whole structure to the switch power has made an introduction, to the main return circuit and controlling the return circuit to design of the switch power: The rectification circuit adopts the single-phase bridge type in the main return circuit, the power changes the circuit and adopts and defies the power to change the circuit , realize by increasing the winding of one pair of sides single and well that many ways are exported, it is a key part of the switch power supply that the power changes circuit (DC/DC transformer ), have designed this part especially ; The control circuit adopts PWM to control, the controller adopts the switch power integrated controller GW1524, design the circuit to measure voltage and the circuit to el measure ectric current, selecting type of calculating and carrying on the components and parts the parameter of each part. Keyword ：DC/DC transformer , PWM control , rectification , straining waves. 44目 录1 概述11.1开关电源的基本原理11.2开关电源与线性电源的比较21.3开关电源的发展与应用21.4 开关电源当前存在的问题32 整流电路的设计52.1整流电路的选择52.1.1单相半波整流电路62.1.2单相桥式整流电路72.2 防止电流冲击的设计72.3 参数计算以及元器件的选型82.3.1整流管参数计算92.3.2 变压器参数92.3.3 电容参数计算103 DC/DC变换器的设计113.1控制方式的选择113.2 功率转换电路的选择123.2.1 推挽式功率转换电路123.2.2 全桥式功率转换电路133.2.3 半桥式功率转换电路133.2.4 正向激励功率转换电路143.2.5 反向激励功率转换电路153.3单端正激变换器的设计153.3.1工作原理163.3.2能量再生线圈P2的工作原理173.3.3 多路输出的设计173.3.4 变压器设计173.3.5电感的参数计算193.3.6 二极管和电容器的选择213.3.7 开关管的选择214 控制电路的设计234.1控制模式的选择234.1.1电压模式控制234.1.2平均电流模式控制244.1.3 峰值电流模式控制254.1.4滞环电流模式控制264.1.5相加模式控制274.2 开关电源集成控制器274.2.1 GWl524的特点284.2.2 1524 的极限使用值和主要电性能284.2.3 GW1524的内部结构284.2.4 GW1524工作过程314.3电压检测电路324.4电流检测电路334.4.1电阻检测334.4.2电流互感器检测344.5 启动和集成电路供电电路设计354.6 保护电路的设计365 结论及设想38致谢39参考文献40附录1：开关电源原理图41附录2：元器件清单421 概述电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。1.1开关电源的基本原理开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比调整输出电压，开关电源的基本构成如图1-1所示，DC-DC变换器是进行功率变换的器件，是开关电源的核心部件，此外还有启动电路、过流与过压保护电路、噪声滤波器等组成部分。反馈回路检测其输出电压，并与基准电压比较，其误差通过误差放大器进行放大，控制脉宽调制电路，再经过驱动电路控制半导体开关的通断时间，从而调整输出电压。其结构图如图1-1所示。DC/DC变换器V1 V0取样 比较放大参考电压PWM驱动器 图1-1 开关电源结构图1.2开关电源与线性电源的比较线性电源的原理图如图1-2所示：是先将交流电经过变压器变压，再经过整流电路整流滤波得到未稳定的直流电压，要达到高精度的直流电压，必须经过电压反馈调整输出电压。它的缺点是需要庞大而笨重的变压器，所需的滤波电容的体积和重量也相当大，而且电压反馈电路是工作在线性状态，调整管上有一定的电压降，在输出较大工作电流时，致使调整管的功耗太大，转换效率低，还要安装很大的散热片。这种电源不适合计算机等设备的需要，将逐步被开关电源所取代。图1-2 线性电源的原理图开关电源的原理图如图1-3所示：是将交流电先整流成直流电，在将直流逆变成交流电，在整流输出成所需要的直流电压。图1-3 开关电源的原理图开关电源和线性电源相比，具有以下优点：体积小、重量轻（体积和重量只有线性电源的30%）、效率高（一般为70%而线性电源只有40%）、自身抗干扰性强、输出电压范围宽、模块化等优点。但也存在一些缺点：由于逆变电路中会产生高频电压，对周围设备有一定的干扰，需要良好的屏蔽及接地。1.3开关电源的发展与应用当前,开关电源新技术产品正在向以下“四化”的方向发展:应用技术的高频化;硬件结构的模块化;软件控制的数字化;产品性能的绿色化。由此,新一代开关电源产品的技术含量大大提高,使之更加可靠、成熟、经济、实用。开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了“智能化”功率模块(IPM),这样缩小了整机的体积,方便了整机设计和制造。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件间不再有传统的引线相连,这样的模块经过严格、合理的、热、电、机械方面的设计,达到优化完善的境地。 开关电源是一种采用开关方式控制的直流稳定电源,它以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。而当我们把开关电源的研究扩大到可调高电压、大电流时,以及将研究新技术应用于DC/AC变换器,即开拓了大功率应用领域,又使开关电源的应用范围扩大到了从发电厂设备至家用电器的所有应用电力、电子技术的电气工程领域。作为节能、节材、自动化、智能化、机电一体化的基础的开关电源,它的产品展现了广阔的市场前景。例如,发电厂的贮能发电设备、直流输电系统、动态无功补偿、机车牵引、交直流电机传动、不停电电源、汽车电子化、开关电源、中高频感应加热设备以及电视、通讯、办公自动化设备等。1.4 开关电源当前存在的问题当我们对该技术进行深入研究后却发现它仍然存在着一些问题需要解决，而且有的问题还带有全局性：采用定频调宽的控制方式来设计电源，都以输出功率最大时所需的续流时间为依据来预留开关截止时间的，则负载所需的功率小于电源的最大输出功率时就必然造成了工作电流的不连续；“反峰电压”是开关导通期间存入高频变压器的励磁能量在开关关断时的一种表现，而励磁能量只能在、也必须在开关关断后的截止期间处理掉，既能高效处理励磁能量又能有效限制反峰电压的办法是存在的，那就是要及时地为励磁能量提供一个“低阻抗通道”，并且为励磁能量的通过提供一段时间，但 “单调”控制方法不具备这一条件；高频变压器的磁通复位问题；传统的电流取样方法是在功率回路中串联电阻，效率不高，这个问题向来是电源技术，尤其是以小体积、高功率密度见长的开关电源技术发展的“瓶颈”；高频开关电源的并联同步输出问题。以上的问题看似彼此独立，其实它们之间存在着一定的关联性解决这些问题，也许还是一条艰难而漫长的路。 2 整流电路的设计整流是将交流电变成脉动直流电的过程。电源变压器输出的交流电经整流电路得到一个大小变化但方向不变的脉动直流电。整流电路是由具有单向导电性的元件例如二极管、晶间管等整流元件组成的。2.1整流电路的选择单相整流电路有两种：电容输入型电路和扼流圈输入型电路电容输入型的基本电路如图2-1：（a）为半波整流电路（b）为中间抽头的全波整流电路（c）桥式整流电路（d）倍压整流电路。图2-1 电容输入型的基本电路图2-2为扼流圈输入型基本电路，用于负载电流I0较大的电路，扼流圈L的作用是抑制尖峰电流。两种基本电路的比较如下：(1)开关电源多采用脉宽调制方式，空载时开关晶体管的导通时间非常短。其导通时间随开关电源的设计方法不同而异，也有采用控制开关晶体管电路的延时进行的间歇开关工作，这时，若采用扼流圈输入型整流电路，接近空载时，扼流固变为临界值，逆流电路由扼梳阂输入型变为业为电容输入型。为此，从满载到空载变动时，整流输出电压变动较大，空载时有可能进入间歇开关领域。(2)开关电源的特点是效率高而体积小，若使用扼流圈时，为提高负载调整率需要接入扼流圈以及阻尼电阻。(3) 扼流圈可能与次级侧滤波回路产生谐振。因此，开关电源的输入整流电路采用电容输入型。图2-2 扼流圈输入型基本电路2.1.1单相半波整流电路单相半波整流电路是最简单的整流电路如图2-3，仅利用一个二极管来实现整流功能。单相半波整流电路的输出电压平均值为：（为变压器副边输出电压的有效值）图2-3 单相半波整流电路2.1.2单相桥式整流电路单相半波整流电路的缺点是只利用了电源的半个周期，输出电流较小，同时整流电压的脉动较大。全波整流电路可以克服这些缺点，其中最常用的是单相桥式整流电路，它是由四个二极管接成电桥的形式构成的。可以看到，四个二极管分为两组，正负半周轮流导通，但负载上电流方向不变，此即为全波整流。图2-4 单相桥式整流电路单相桥式整流电压的平均值为：（为变压器副边输出电压的有效值）,比半波整流输出电压高。因此，整流电路选用单相桥式整流电路。2.2 防止电流冲击的设计开关电源输入大多为电容输入型，当电源刚接通时，就会有非常大的对电容充电的冲击电流。例如，线路阻抗若为0.5输入交流100V电压，若在其峰值时开关接通，则冲击电流就达282A 。如此大的冲击电流可能会损坏输入保险丝、整流二极管和电容等。防止冲击电流的最简单方法是在线路个接入一只电阻。如图2-5(a)所示，但平常电阻有损耗，这种方法适用小功率开关电源 图2-5(b)和(c)也是采用电阻。但与电阻并联一只开关(继电器触点和晶闸管)，电源接通时，开关断开，电阻防止冲击电流，正常工作时，与电阻并联的开关接通。把电阻短路，减小了电阻损耗。这种方法适用于中等容量的开关电源。图2-5(d)是采用热敏电阻的方法、热敏电阻RH的阻值随温度增加而减小，防止了冲击电流，平时损耗又小。本设计欲采用串热敏电阻的方法。图2-5 防止电流冲击的方法 本设计的整流电路如图2-6：图2-6 整流电路图2.3 参数计算以及元器件的选型由于开关电源系统三路输出分别为：15V，4A；12V，3A；5V，2A，则输出功率如果考虑变压器的效率80%，则整流电路的输出功率应为：则可以设定整流电路输入电压，输出电压100V、电流1.5A。2.3.1整流管参数计算整流输出电压为Vs=100V，则变压器次级电压：考虑到变压器二次侧及管子的压降，变压器二次侧电压大约需要提高10%，则：二极管的最大反向电压：二极管平均电流：可选用1N4003/A（代用型号ZCI11B）整流二极管，最高反向工作电压为200V,额定工作电流为1A。 2.3.2 变压器参数则变压器变比为：变压器二次侧电流有效值：变压器的容量为：如果考虑变压器的效率=80%则2.3.3 电容参数计算整流电路负载RL=U0/I0=100V/1.5A=66.7 在工程中，一般取由于 则选用、耐压为150V的极性电解电容。3 DC/DC变换器的设计 DC/DC变换器进行功率变换，是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比来调整输出电压，将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波，它是开关电源的核心部分，开关电源DC/DC变换器有多种电路方式，常有的有工作波形为方波的脉宽调制（PWM）变换器以及工作波形为正弦波的谐振变换器。基本工作原理如图3-1所示。图3-1 DC/DC变换器的基本原理图它是一种控制开关S通/断时间的比例，用电抗器与电容器蓄积能量的元件。对续流的波形进行平滑处理，从而更有效地调整功率流的电路。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式TS不变，改变ton（通用），二是频率调制方式，ton不变，改变TS（易产生干扰）。DC/DC变换器按输入输出的隔离方式分有隔离方式与非隔离方式；按开关的控制方式分有自励式和它励式，以及脉宽调制、脉频调制与幅度调制等多种方式。3.1控制方式的选择对于TRC变换器，有两种工作方式：一种是保持开关工作周期不变，控制开关导通时间Ton冲宽度调制（PWM）方式，二是保持导通时间Ton，改变开关工作周期T的脉冲频率调制方式（PFM）。脉冲宽度调制（PWM）变换器就是通过重复通断开关方式把一种直流电压（电流）变换为高频方波电压（电流），再经过整流平滑后变为另一种直流电压输出。PWM变换器由功率开关管、整流二极管及滤波电路等元件组成。对PWM变换器，加在开关管S两端的电压us通过S的电流is近似为方波，如图3-3所示图3-2 PWM变换器的工作波形占空比D定义为： （31）3.2 功率转换电路的选择PWM型稳压电源功率转换电路有挽推、全桥、半桥以及单端反激、单端正激等。3.2.1 推挽式功率转换电路控制开关晶体管VT1和VT2的基极，VT1和VT2以PWM方式激励而交替通晰，将输入直流电压变换成高频方波交流电压。当VT1导通时，输入电源电压VI通过VT1加到高频变压器T1的初级绕组Nl，由于T1具有两个匝数相等主绕组N1故在VT1导通时，在截止晶体管VT2上将加有两倍的电源电压2VI。当基极激励信号消失时，一对开关晶体管均截止，其集电极施加电压均均为2VI。当下半个周期，VT2激励导通，VT1截止，基极激励信号消失，一对开关晶体管又都均截止，VCE1和VCE2均为VI。下一个周期五复上述过程。在品体管导通过程中，集电极电流除负载电流成分外，还包含有输出电容器的充电电流和高频变压器的励磁电流，它们均随导通脉冲宽度的增加而线性上升。在开关的暂态过程中，由于高频变压器次级侧开关整流二极管反向恢复时间内所造成的短路以及为了抑制集电极电压尖峰而设置的RC吸收网络的作用，当开关管导通时，将会有尖峰冲击电流；在关断瞬间，由于高频变压器漏感的作用，在集电极会产生电压尖峰。推挽式转换电路的输出电压V02NDVI，式中，N为变压器的匝比，D为晶体管的占空比，其优点是：转换效率高；经济实用；变压器的利用率高；输入输出间隔离；晶体管加相同电压，控制电路直接对其激励，不需要驱动变压器。不足之处是：需要一对开关晶体管；晶体管的耐压需要是输入电压的2倍；直流分量加到变压器上，使其磁心易饱和。3.2.2 全桥式功率转换电路工作原理是：当一组开关晶体管（例如VT1、VT4）)寻通时，截止晶体管(VT2、VT3)上加的电压即为输入电压VI。当所有的晶体管截止时，同臂上的两只开关晶体管共同承受输入电压即VI/2。由高频变压器漏感引起的电压尖峰，当其超过输入电压时，反向并接在开关晶体管的集射之间的告诉续流二极管便导通，集电极电压被钳位在输入电压上。由此可见，全桥式电路开关晶体管稳态时其最高加的电压即为输入电压，暂态过程的尖峰电压亦被钳位在VI，比推挽式电路低一半，晶体管可选用耐压低的元件；而且，钳位二极管将漏感储能量馈送给输入电源，有利于提高效率，并可获得大功率输出，可大于750W。缺点是：使用4只开关晶体管，需要4组彼此隔离的基极驱动电路，电路复杂，元器件多。3.2.3 半桥式功率转换电路工作原理简介如下：当一对开关晶体管管截止时，若电容C01和C02的容量相等而且电路对称，则电容中点A的电压为输入电压的半，即为VC01=VC02=VI/2。当VT1被激励导通时，电容C01将通过VT1，和变压器T1的初级绕组N1放电，同时，电容C02则通过输入电源、VT1和VI的初级绕组Nl充电、中点A的电位在充放电过程中将按指数规律下降。在VTl导通终了时，VA将下降至VI/2VI；接着是一对晶体管都截止的期间，此时，VCE1=VC01，VCE2=VC02都接近输入电源电压的一半；当VT2激励导通时，电容C01将被充电，电容C02将放电，中点A电位在VT2导通终了时将增至VI/2+VI，即中点A的电位在开关过程中将在VI/2的电位上以VI的幅度作指数变化。当一个晶体管导通时，截止晶体管上加的电压约为等于输入电压，晶体管由导通转为截止的过程中，漏感引起的尖峰电压被二极管钳位，因此，开关管上承受的最高电压不超过电源电压。而且，晶体管的数量只是全桥式的一半，这是其优点。但要得全桥和推挽式电路相同的输出功率，开关晶体管必须流经两倍的电流，因此，一般适宜获得中等功率输出。然而半桥式电路具有抗不平衡能力。为此，获得其广泛应用。3.2.4 正向激励功率转换电路 加在变压器上电压是振幅等于输入电压VI，宽度为开关导通时间TON冲波形。变压器次级侧电压经过极管整流变为直流。正激变换器的优点：(1)正激变换器的铜损较低。因为使用无气隙的铁芯，电感值较高，原边与副边的峰值电流较小。因此，铜损较小。在多数情况下，减小程度不足以允许使用小一级尺寸的铁芯，但会使变压器的温度稍为降低一些。(2)副边纹波电流明显衰减。因为，在一定输出负载时，输出电感器和续流二极管的存在使得储能电容电流保持在较小的数值上。正激变换器的能量储存于输出电感器是有利于负载的，储能电容可以取得很小，因它只用来协助降低输出纹波电压。而且相对反激变换器而言，电容上通过纹波电流定额值要求小一些。(3)如果加假负载，则效率会在同等功率输出下，正激变换器集电极峰值电流小得多，开关管Tr的峰值电流较低。理由同(1)。(4)因为纹被电流小，纹被电压小。3.2.5 反向激励功率转换电路工作原理简介如下：在晶体管VT1导通期间，变压器T1的初级绕组N1中电流线性增长(VI=Ldi/dt )，绕组电感中存储能量(12Li2)，此时，T1的次级侧的二极管VD1阻断电流流通；在晶体管VT1截止期间，电感中存储的能量通过二极管VD1释放给负载：反激变换器虽然不需要电感，但有开关管(包括原边和副边绕组)和滤波电容纹波电流大的不足；缺点是晶体管的尖峰电流较大，需要较大的滤波电容等。此电路适用于输出功率为200W的电源。3.3单端正激变换器的设计单端正激变换器主回路如图3-4所示。它是在Buck电路的开关S与续流二极管D之间加入单端变压隔离器而得到的。图3-3 单端正激变换电路原理图由于正激式变换器的隔离元件T1纯粹是个变压器，因此在输出端需附加一个电感器L作为能量的储藏及传送元件。电路中必有一个续流二极管，同时也要注意到变压器原边和副边线圈具有相同的同铭端。由于是正激工作方式，副边有电感器，折算至原边电感量较大。一般电感量越大越好，使得IP较小。变压器T1的另一个绕组P2与二极管Dl串联后接至Vs。这个绕组主要起去磁复位的作用。3.3.1工作原理在Tr导通时，在原边绕组接向电源Vs，同一时间内，副边绕组把能量传递到输出端。当Tr关断时，续流二极管D3和储能元件L构成放能的回路，继续对负载电阻R0供能。 当晶体管TT导通时，设副边电压为Vs，则电感L内的电流将直线增加，如下式所示： （3-2）当晶体管Tr关断时，由于反激作用，电感上电压反向，D3导通，构成续流回路，而电感上的电压等于输出电压Vo(忽略二极管压降)，L上电流iL的衰减由下式定义： （3-3）由上式可知，电感L的大小，只是影响diL/dt, 或者说，影响电流的峰峰值。电流平均值应与输出电流I0相等。正激变换器输出电压的大小取决于变压器的匝比和晶体管Tr的导通占空比导通时间与周期的比，即导通占空比： （3-4）式中副边与原边的匝比导通时间与周期的比，即导通占空比原边绕组施加的电源电压（V）。当输入电压及占空比固定时，输出电压与负载电流无关。因此，这个电路结构提供了特有的低输出阻抗的特点。3.3.2能量再生线圈P2的工作原理在Tr导通时，变压器接受的能量除磁化电流外都传递到输出端。在Tr关断，反激作用期间，输出二极管Dl反偏而不可能有钳位作用或能量泄放的回路。磁化能量将引起较大反压加在Tr的集一射极之间。为防止高反压的出现，设置“能量再生线圈”P2，经二极管D1，使储存的能量运送回电源VS中。只要有的关系，D3上流过电流时，Tr上承受的集射极电压为2Vs。为了避免在P1和P2间存在的漏电感过大和因此产生的在晶体管集电极的电压过高，一般采用原边绕组P1与能量再生线圈P2双线并绕的方法。3.3.3 多路输出的设计只要增加变压器的副绕组、电感器和二极管就可以得到多路直流电压输出。每个绕组将遵循正、反向伏秒值相等的原则。倘若负载在合理范围变化时,如果主输出电压不变，辅助输出也将不变。若某一输出负载降到电感临界电流以下，这线路的输出电压将上升。最后，在负载为零时它将等于变压器副边峰值电压。由于正激变换器负载电流低于临界电流时输出电压升高，因此，应使最小负载电流仍在电感临界电流值之上。若有负载为的情况时，则只能加固定电阻作为假负载，以求得电压的稳定。三路输出分别为：15V，4A；12V，3A；5V，2A。3.3.4 变压器设计设计方法有多种，可根据情况选择。一般从计算原边圈数开始，按最大占空比和正常的直流电压VS来计算原边线圈。 按上述方法设计的理由是，副边绕组都有一个电感器，当有突变负载时，输出电流的变化率受到限制。为了补偿这个缺陷，控制线路应能把占空比调到最大。在这种瞬变条件下，高的原边电压和最大导通脉宽同时加上，尽管时间很短，如果变压器设计没有考虑这种情况，也会引起磁饱和。控制电路设计为：在最大输入电压时，限制控制电路的脉宽和变化的速率，这样可防止两个参数同时在最大值。能量再生绕组的必要性，说明正激变换器的铁芯有残存能量是不好的。为了确保磁通在反激期间恢复到低的剩磁水平，并考虑偶而出现的较大磁密不致出现磁芯饱和，加一很小气隙是很有必要的。（1）根据输出功率选择铁心：三路输出分别为：15V，4A；12V，3A；5V，2A。输出功率为： 若考虑6%的余量则：选择一个传递功率为115W的铁心，SB9C的EER40，其有效横截面积为1.58cm2,磁感应强度B=220mT（2）计算原边的绕组周期：最大导通占空比D=0.5时：则最小原边匝数为：取93匝。（3）计算副边的绕组匝数若考虑市电220V以下波动的情况，设向下波动-20%则：15V的副边匝数为：取35匝。12V的副边匝数为： 取28匝。5V的副边匝数为：取12匝。3.3.5电感的参数计算L的最小值一般由所需维持最小负载电流的要求来决定。电感L中的电流分连续和不连续两种丁作情况。不论何种情况只要输入、输出电压保持不变，电流波形的斜率不会因负载电流的减小而改变。如果负载电流ID逐步降低，在L中的波动电流最小值刚好为0时，临界负载电流Ioc等于平均波动电流，或电流峰一峰值的一半，即： （3-5）即定义为临界情况。这当IoIoc时，iL将进入电流不连续状况。否则，为连续状况。在临界点上下，传递函数是突然改变的。当高于临界电流时，输出电压与负载电流变动无关。当低于临界电流时(不连续工作状况)，研究表明为达到稳压效果，占空比调节量由负载变量和输入电压变量共同决定。L值的另一限制因素将出现在应用于多输出电压的情况。因为控制环只与一个相关的输出端闭环，当此输出端电流低于临界值时，占空比将减少以保持此输出端输出电压不变。对于其它辅助输出端，假定其所带的是恒定负载，在上述占空比下降的情况下，其电压也下降。很明显，这不是我们所希望的。因此，在多输出电压时，为了保持辅助输出电压不变，L值应大于所需最小值。也就是，如果辅助电压要保持在一定的波动范围内，则主输出的电感必须一直超 过临界值，即一直在连续状态。电感的最大值通常受效率、体积、造价的限制。带直流电流运行的大电感造价是昂贵的从性能角度看，L过大则限制了负载出现较大瞬时变化时输出电流的最大变化率。 对于一般的要求，可以根据流经电感的纹波电流峰峰值为输出电流的30%计算。（1） 15V的输出端流经电感的电流：电感两端的电压：电感量为：（2） 12V的输出端流经电感的电流：电感两端的电压：电感量为：（3） 5V的输出端流经电感的电流：电感两端的电压：电感量为：3.3.6 二极管和电容器的选择由于输出电压不高，使得次级二极管不会有很高的反电压，可选用耐压40V的肖特基二极管。为了抑制纹波电压使其较小，要选用内阻抗低高频用电容器。3.3.7 开关管的选择开关电源的开关管有功率晶体管（GTR）、功率场效应晶体管（MOS FET）和绝缘栅双极晶体管（IGBT）等。绝缘栅双极晶体管（IGBT）集功率晶体管（GTR）和功率场效应晶体管（MOS FET）的优点于一身，既有功率晶体管（GTR）的输入阻抗高、速度快、热稳定性好和驱动电路简单等优点，又具有功率场效应晶体管（MOS FET）的通态电压低、耐压高和承受电流大等优点。因此，选用绝缘栅双极晶体管（IGBT）作为开关元件。4 控制电路的设计4.1控制模式的选择PWM开关稳压或稳流电源基本工作原理就是在输入电压变化、内部参数变化、外接负载变化的情况下，控制电路通过被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈，调节主电路开关器件的导通脉冲宽度，使得开关电源的输出电压或电流等被控制信号稳定。PWM的开关频率一般为恒定，控制取样信号有：输出电压、输入电压、输出电流、输出电感电压、开关器件峰值电流。由这些信号可以构成单环、双环或多环反馈系统，实现稳压、稳流及恒定功率的目的，同时可以实现一些附带的过流保护、抗偏磁、均流等功能。对于定频调宽的PWM闭环反馈控制系统，主要有五种PWM反馈控制模式。4.1.1电压模式控制 电压模式控制PWM(Voltage-mode control PWM)是六十年代后期开关稳压电源刚刚开始发展起就采用的第一种控制方法。该方法与一些必要的过电流保护电路相结合，至今仍然在工业界很好地被广泛应用。电压模式控制只有一个电压反馈闭环，采用脉冲宽度调制法，即将电压误差放大器采样放大的慢变化的直流信号与恒定频率的三角波上斜波相比较，通过脉冲宽度调制原理，得到当时的脉冲宽度。电压模式控制的优点：PWM三角波幅值较大，脉冲宽度调节时具有较好的抗噪声裕量。占空比调节不受限制。对于多路输出电源，它们之间的交互调节效应较好。单一反馈电压闭环设计、调试比较容易。对输出负载的变化有较好的响应调节。缺点：对输入电压的变化动态响应较慢。补偿网络设计本来就较为复杂，闭环增益随输入电压而变化使其更为复杂。输出LC滤波器给控制环增加了双极点，在补偿设计误差放大器时，需要将主极点低频衰减，或者增加一个零点进行补偿。在传感及控制磁芯饱和故障状态方面较为麻烦复杂。改善加快电压模式控制瞬态响应速度的方法有二：一是增加电压误差放大器的带宽，保证具有一定的高频增益。但是这样比较容易受高频开关噪声干扰影响，需要在主电路及反馈控制电路上采取措施进行抑制或同相位衰减平滑处理。另一方法是采用电压前馈模式控制PWM技术。用输入电压对电阻电容充电产生的具有可变化上斜波的三角波取代传统电压模式控制PWM中振荡器产生的固定三角波。因为此时输入电压的变化能立刻在脉冲宽度的变化上反映出来，因此该方法对输入电压的变化引起的瞬态响应速度明显提高。对输入电压的前馈控制是开环控制，目的为了增加对输入电压变化的动态响应速度。对输出电压的控制是闭环控制。因而，这是一个有开环和闭环构成的双环控制系统。4.1.2平均电流模式控制 平均电流模式控制(Average Current-mode Control PWM) 概念产生于70年代后期。平均电流模式控制 PWM集成电路出现在90年代初期，成熟应用于90年代后期的高速CPU专用的具有高di/dt动态响应供电能力的低电压大电流开关电源。平均电流模式控制PWM的原理：将误差电压Ue接至电流误差信号放大器(c/a)的同相端，作为输出电感电流的控制编程电压信号Ucp（U current- program）。带有锯齿纹波状分量的输出电感电流信号Ui接至电流误差信号放大器(c/a)的反相端，代表跟踪电流编程信号Ucp的实际电感平均电流。Ui与Ucp的差值经过电流放大器(c/a)放大后，得到平均电流跟踪误差信号Uca 。再由Uca及三角锯齿波信号UT或Us通过比较器比较得到PWM关断时刻。Uca的波形与电流波形Ui反相，所以，是由Uca的下斜坡（对应于开关器件导通时期）与三角波UT或Us的上斜坡比较产生关断信号。显然，这就无形中增加了一定的斜坡补偿。为了避免次谐波振荡，Uca的上斜坡不能超过三角锯齿波信号UT或Us的上斜坡。平均电流模式控制的优点是：平均电感电流能够高度精确地跟踪电流编程信号 ；不需要斜坡补偿；调试好的电路抗噪声性能优越；适合于任何电路拓扑对输入或输出电流的控制；易于实现均流。缺点是：电流放大器在开关频率处的增益有最大限制；双闭环放大器带宽、增益等配合参数设计调试复杂。4.1.3 峰值电流模式控制 峰值电流模式控制简称电流模式控制(Peak Current-mode control PWM) ，它的概念在六十年代后期来源于具有原边电流保护功能的单端自激式反激开关电源。在七十年代后期才从学术上作深入地建摸研究。直至八十年代初期，第一批电流模式控制PWM集成电路的出现使得电流模式控制迅速推广应用。主要用于单端及推挽电路。近年来，由于大占空比时所必需的同步不失真斜坡补偿技术实现上的难度及抗噪声性能差，电流模式控制面临着改善性能后的电压模式控制的挑战。因为这种改善性能的电压模式控制加有输入电压前馈功能，并有完善的多重电流保护等功能，在控制功能上已具备大部分电流模式控制的优点，而在实现上难度不大，技术较为成熟。（峰值）电流模式控制不是用电压误差信号直接控制PWM脉冲宽度，而是直接控制峰值输出侧的电感电流大小，然后间接地控制PWM脉冲宽度。电流模式控制是一种固定时钟开启、峰值电流关断的控制方法。因为峰值电感电流容易传感，而且在逻辑上与平均电感电流大小变化相一致。但是，峰值电感电流的大小不能与平均电感电流大小一一对应，因为在占空比不同的情况下，相同的峰值电感电流的大小可以对应不同的平均电感电流大小。而平均电感电流大小才是唯一决定输出电压大小的因素。在数学上可以证明，将电感电流下斜波斜率的至少一半以上斜率加在实际检测电流的上斜波上，可以去除不同占空比对平均电感电流大小的扰动作用，使得所控制的峰值电感电流最后收敛于平均电感电流。因而合成波形信号V要有斜坡补偿信号与实际电感电流信号两部分合成构成。当外加补偿斜坡信号的斜率增加到一定程度，峰值电流模式控制就会转化为电压模式控制。因为若将斜坡补偿信号完全用振荡电路的三角波代替，就成为电压模式控制，只不过此时的电流信号可以认为是一种电流前馈信号。当输出电流减小，峰值电流模式控制就从原理上趋向于变为电压模式控制。当处于空载状态，输出电流为零并且斜坡补偿信号幅值比较大的话，峰值电流模式控制就实际上变为电压模式控制了。峰值电流模式控制PWM是双闭环控制系统，电压外环控制电流内环。电流内环是瞬时快速的，是按照逐个脉冲工作的。功率级是由电流内环控制的电流源，而电压外环控制此功率级电流源。在该双环控制中，电流内环只负责输出电感的动态变化，因而电压外环仅需控制输出电容，不必控制LC储能电路。由于这些，峰值电流模式控制PWM具有比起电压模式控制大得多的带宽。峰值电流模式控制PWM的优点是暂态闭环响应较快，对输入电压的变化和输出负载的变化的瞬态响应均快。控制环易于设计输入电压的调整可与电压模式控制的输入电压前馈技术相妣美简单自动的磁通平衡功能瞬时峰值电流限流功能，内在固有的逐个脉冲限流功能。自动均流并联功能。 缺点是占空比大于50%的开环不稳定性，存在难以校正的峰值电流与平均电流的误差。闭环响应不如平均电流模式控制理想。容易发生次谐波振荡，即使占空比小于50%，也有发生高频次谐波振荡的可能性。因而需要斜坡补偿。对噪声敏感，抗噪声性差。因为电感处于连续储能电流状态，与控制电压编程决定的电流电平相比较，开关器件的电流信号的上斜波通常较小，电流信号上的较小的噪声就很容易使得开关器件改变关断时刻，使系统进入次谐波振荡。电路拓扑受限制。对多路输出电源的交互调节性能不好。峰值电流模式控制PWM最主要的应用障碍是容易振荡及抗噪声性差。振荡可以来源于：器件开启时的反向恢复引起的电流尖刺，噪声干扰，斜波补偿瞬态幅值不足等。峰值电流模式控制的开关电源容易在开机启动及电压或负载突然较大变化时发生振荡。 4.1.4滞环电流模式控制滞环电流模式控制PWM(Hysteretic Current-mode control PWM)为变频调制，也可以为定频调制。变频调制的滞环电流模式控制PWM：将电感电流信号与两个电压值比较，第一个较高的控制电压值Vc由输出电压与基准电压的差值放大得到，它控制开关器件的关断时刻；第二个较低电压值Vch由控制电压Vc减去一个固定电压值Vh得到，Vh叫做滞环带，Vch控制开关器件的开启时刻。滞环电流模式控制是由输出电压值Vout、控制电压值Vc及Vch三个电压值确定一个稳定状态，比电流模式控制多一个控制电压值Vch，去除了发生次谐波振荡的可能性，其优点：不需要斜波补偿。稳定性好，不容易因噪声发生不稳定振荡。缺点：需要对电感电流全周期的检测和控制。变频控制容易产生变频噪声。4.1.5相加模式控制 相加模式控制PWM (Summing-mode control PWM)与电压模式控制有些相似，但有两点不同：一是放大器（e/a）是比例放大器，没有电抗性补偿元件。控制电路中电容C1较小起滤除高频开关杂波作用。主电路中的较小的滤波电路也起减小输出高频杂波作用。若输出高频杂波小的话，均可以不加。因此，电压误差放大没有延时环节，电流放大也没有大延时环节。二是经过滤波后的电感电流信号Vi也与电压误差信号Ve相加在一起构成一个总和信号V与三角锯齿波比较，得到PWM控制脉冲宽度。相加模式控制PWM 是单环控制，但它有输出电压、输出电流两个输入参数。如果输出电压或输出电流变化，那么占空比将按照补偿它们变化的方向而变化。其优点是：动态响应快（比普通电压模式控制快35倍），动态过冲电压小，输出滤波电容需要较少。相加模式控制中的Vi注入信号容易用于电源并联时的均流控制。缺点是：需要精心处理电流、电压取样时的高频噪声抑制。4.2 开关电源集成控制器开关电源主要由主回路和控制回路两大部分组成，主回路是将交流电网的电能传递给负载的回路，控制回路是按输入输出条件控制主回路的工作状态的回路，将控制回路集成化即称为开关电源集成控制器。开关电源集成控制器多为脉宽调制型(PWM),早期PWM多为电压型，缺点是瞬念响应不好。电流控制型PWM的性能和功能均优于电压控制型，国外新生产的电流PWM控制器品种和数量最多，有完全取代电压控制型的趋势。本设计采用GWl524作为系统的控制器。4.2.1 GWl524的特点完整的PWM控制电路的功能频率的温度稳定性2；有交变输出开关对，可以推挽输出或单端输出频率可调到100khz至350khz;有超结温保护和过流保护；总的静态电流10mA可为用户提供5V、50mA的直流稳压输出。4.2.2 1524 的极限使用值和主要电性能输入电压：40V；外加基准电压：6V；输出基准电流：50mA；输出电流(每一个输出)：100mA；振荡器充电电流(6脚或7脚)：5mA；内部功耗：1W；最高结温：J封装150；N封装125Y。4.2.3 GW1524的内部结构GW1524的内部结构图如图4-1，GW1524的内部结构包括：(1)基准电压调整器基准电压调整器是输出为5V，50mA，有短路电流保护的电压调整器。它供电给所有内部电路，同时又可作为外部基准参考电压。若输入电压低于6V时，可把15、16脚短接，这时5V电压调整器不起作用。(2)振荡器振荡器的频率由外接阻容RT、CT决定，周期(近似)值TSRTCT，一般RT是到；CT是到 ，在本设计中，；在CT两端可得到一个从0.6V到3.5V变化的锯齿波，振荡频率可达350KHZ，可直接带外负载。振荡器在输出锯齿波的同时输出一组触发脉冲，宽度取决于CT的大小，实际宽度在055。此脉冲在电路中有两个作用： 控制死区时间。振荡器输出的触发脉冲直接送到两输出级的或非门作为封闭脉冲，以保证两组三极管输出不可能出现同时导通；输出死区时间TD与CT关系示于图4-2。图4-1 GW1524内部结构图作为触发器的触发脉冲控制两输出通道的开与关。触发器要求此触发脉冲的宽度不小于0.5。因此，当开关电源工作频率高(CT为小值)时在3脚接100pf电容到地，以扩展输出脉冲的宽度。由于输出触发胀冲的最大宽度受工作周期和死区时间的限制，3脚到地的电容不能大于1000pf。(3)误差放大器误差放大器是差动输入的放大器。它的增益标称值为80dB，其大小由反馈或输出负载来决定，输出负载可以是纯电阻，也可以是电阻性元件和电容的元件组合。该放大器共模输入电压范围在1.83.4V需要将基准电压分压送至误差放大器1脚(正电压输出)或2脚(负电压输出)。为使电源系统稳定，在9脚对地之间接RC网络，补偿系统的幅频，相频响应特性。 图4-2 输出死区时间TD与CT关系本控制器无专门的死区时间控制端，而是靠基准电压分压至误差放大器的输出脚9，限制9脚的高电平数则控制了死区。为了不影响控制器的内部性能，可在9脚与分压端之间串联二极管，使9脚电位低于分压端电压时分压回路不起作用。如果作为开环系统工作，在9脚加控制电压即能工作。(4)电流限制器AI电流限制放大器AI输出与误差放大器的输出并联，控制脉冲的宽度。当+与-端之间加200mA的限流检测电压时，输出占空比下降到25左右；检测电压再增加约5，输出占空比为0，所以必须小心地整定输入信号电压。一般不要超过-0.7V到1.0V的输入共模范围。因该电路增益较低，控制脉宽时存在较大的延迟，电流开始限制值与实际工作会有一定的差值。(5)闭锁控制端10利用外部电路控制10脚电位，可关闭误差放大器的输出，为软起动和过电压保护等。(6)比较器CT的锯齿波电压与误差放大器的输出电压经过比较器比较，CT电压高于误差放大器的输出电压时，比较器输出高电平，或非门输出低电平，输出三极管截止。(7)触发器和或非门经触发脉冲触发，双稳态触发器两输出端分别交替输出高、低电平，以控制输出级或非门输入端。(8)输出级由两个中功率NPN管构成的,每管有抗饱和电路和过流保护电路，每组可输出100mA,组间相互隔离。4.2.4 GW1524工作过程直流电源VS从15号脚引入分两路；一路加到或非门；另一路送到基准电压稳压器的输入端，产生稳定的+5V基准电压，+5V再送到内部(或外部)电路的其它元件作为电源。振荡器7号脚需外接电容CT，6号脚需外接电阻RT。选用不同的CT、RT，即可调节振荡器的频率。振荡器的输出分为两路：一路以时钟脉冲形式送至双稳态触发器及二个或非门；另一路以锯齿波形式送至比较器的同相端。比较器的反相端连向误差放大器。误差放大器实际上是个差分放大器，它有两个输入端：1号脚为反相输入端；2号脚为同相输入端，这两个输入端可根据应用需要连接。一端可连到开关电源输出电压V0的取样电路上(取样信号电压约2.5V)，另一端连到16号脚的分压电路上(应取得2.5V的电压)，误差放大器输出9号脚与地之间可接上电阻与电容，以进行频率补偿。误差放大器的输出与锯齿波电压在比较器中进行比较，从而在比较器的输出端出现一个随误差放大器输出电压的高低而改变宽度的方波脉冲，再将此方波脉冲送到或非门的一个输入端。或非门另二输入端分别为触发器、振荡锯齿波。最后，在晶体管A和B上分别出现脉冲宽度随V0变化而变化的脉冲被，但两者相位相差180度。 4.3电压检测电路电压反馈的唯一功能就是使输出电压保持在一个固定的值，电源系统中，对输出电压进行分压（分压比例为电压参考值与额定输出电压的比值），将此电压与参考电压的误差通过误差放大器，用于校正脉宽，使输出电压稳定。由于GW1524内部有误差放大器，我们只需将输出电压检测出来即可，本设计采用在主输出端串电阻的方式检测输出电压，并反馈到集
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