2022年开关稳压电源设计说明书.docx

精品学习资源开关稳压电源设计说明书学生姓名：学号：专业班级：物电学院电子 2 班报告提交日期： 2021 年 5 月 20 日湖 南 理 工 学 院 物 电 学 院欢迎下载精品学习资源目录一、设计任务及要求 .21、设计任务 .22、设计要求 .2二、基本原理与分析 .2三、方案设计 .51、开关器件的挑选 .52、参数的设定 .5四、电路设计 .51、电路整体设计 .52、电路工作原理 .5五、总结.7六、参考文献 .7欢迎下载精品学习资源一、设计任务及要求1、设计任务设计一开关型电池充电器，满意：1开关电源型充电；2输入电压 220V ，输出直流电压自定；3恒流恒压；4最大输出电流为 :I max A;2、设计要求1合理挑选开关器件；2完成全电路理论设计、绘制电路图；3撰写设计报告；二、基本原理与分析随着电子技术和集成电路的飞速进展，开关稳压电源的类型越来越多，分类方 法也各不相同，假如依据开关管与负载的连接方式分类，开关电源可以分为串联型、 并联型和变压器耦合并联型 3 种类型；下面分别对这三种类型的开关电源做一些简洁的介绍；1 串联型；图 1 所示的开关电源是串联型开关电源，其特点是开关调整管VT 与负载 RL 串联；因此，开关管和续流二极管的耐压要求较低；且滤波电容在开关管导通和截 止时均有电流，故滤波性能好，输出电压U0 的纹波系数小，要求储能电感铁心截面积也较小；其缺点是： 输出直流电压与电网电压之间没有隔离变压器， 即所谓“热地盘”，不够安全；假设开关管内部短路，就全部输入直流电压直接加到负载上，会引起负载过压或过流，损坏元件；因此，输出端一般需加稳压管加以爱护；依据稳压条件可得： Ui-U 0T1 /L=U0T 2/L即U0 =U1T 1/T1+T 2=T1 /TUi， =T1/T由上式可见，可以通过掌握开关管鼓励脉冲的占空比来调整开关电源的输出电压U0；欢迎下载精品学习资源+L+VT掌握UiU0VDCRL-ID-图 1串联型开关电源基本电路2 并联型；并联型开关稳压电源基本电路如图2 所示，其工作波形与串联电路基本相同， 因开关管 VT 与负载 RL 并联而称为并联型； 此外，二极管 VD 通常称为脉冲整流管， C 为滤波电容；当开关管基极输入开关掌握脉冲时， 开关管周期性地导通与截止； 当开关管饱和导通时，输入电压 Ui 加在储能电感 L 两端，此时电感中的电流线性上升，二极管 VD 反偏二截止，电感 L 储存能量，此时负载 RL 所需的电流由前一段时间电容上所充的电压供应；当开关管截止时，VD 导通，通过电感上的电流线性下降，感应电压为左负右正，输入电压 Ui 和电感 L 上的感应电压同极性串联，电源 Ui 和电感 L 所释放的能量同时给负载 RL 供应电流，并向电容 C 充电；同样，到达动态平稳时，电感 L 在开关管饱和时增加的电流量能量与开关管截止时削减的电流量能量相等；即电感上能量保持一个恒量，故有Ui/LT1 =U0-Ui T2/L所以有U0= Ui /1- 其中 =T1/ T1 +T 2可见，并联型开关稳压电源同样可通过掌握来稳固或调整输出电压，同时仍可以看出，由于 <1，这种并联型开关电源属于升压型电源，开关管所承担的最大反向电压 Uce max=U0；而图 1 所示的串联型开关电源属于降压型电源，开关管所承担的最大反向电压 Uce max =Ui ；欢迎下载精品学习资源VDI L+L+欢迎下载精品学习资源UBUiVT+CRLU0欢迎下载精品学习资源-图 2并联型开关电源基本电路3脉冲变压器耦合并联型；变压器耦合并联型开关电源自激式基本电路如图 3 所示；开关器件可以是双极型晶体管，也可以是场效应管， T 为开关脉冲变压器， VD为脉冲整流二极管， C为滤波电容；这里脉冲变压器的初级绕组起储能电感作用，脉冲变压器通过电感耦合传输能量， 可使输入端与稳压输出端之间相互隔离， 实现机壳不带电，同时仍可以便利地得到多种直流电压，给制作和修理带来便利；假如将脉冲变压器视为初、次级匝数比为n:1 的抱负变压器，把次级参数等效 至初级，可画成图 2 所示并联型的电路形式，只是用nU0 代替图 2 中的 U0；对图 3 电路，可得U0 =Ui/n1- =UiN2 T1/N1T2由于 n>1, 变压器型开关电源一般均为降压输出；开关电源中开关管所承担的最大脉冲电压 Uce max =Ui+nU0；变压器耦合并联型开关电源的优点是： 1通过附加一个次级绕组间接取样的方法或采纳光耦合器实现电源隔离，使主电源电路与沟通电网隔离，即所谓“冷地盘”电路； 2假设开关管内部短路，不会引起负载的过压或过流；3容许帮助电源负载与主电源负载无关；即不接主电源负载，帮助电源仍可从主电源中得到；其缺点是： 1对开关管和续流二级管的耐压要求高； 2输出电压纹波系数较高； 3要求储能电感量较大；欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源脉冲直流电压VDT稳固直流电压欢迎下载精品学习资源启动C取 样电路电路欢迎下载精品学习资源脉 冲 调整电路开 关器件光耦隔离比较放基 准大器电路欢迎下载精品学习资源图 3变压器耦合型开关电源基本电路三、方案设计依据本次设计的要求，本设计的方案如下：1、开关器件的挑选由于脉冲变压器耦合型开关电源具有如下优点： 1通过附加一个次级绕组间接取样的方法或采纳光耦合器实现电源隔离，使主电源电路与沟通电网隔离，即所谓 “冷地盘”电路，实现机壳不带电，给制作和修理带来便利；2假设开关管内部短路，不会引起负载的过压或过流； 3容许帮助电源负载与主电源负载无关； 即不接主电源负载，帮助电源仍可从主电源中得到；所以本次设计使用的开关电源是变压器耦合并联型开关电源；2、参数的设定1输入电压 220V ，输出直流电压；2最大输出电流为 :I max A；四、电路设计1、电路整体设计本设计电路图如图 4 所示；该电源具有恒流 /恒压输出的特性， 空载时的功耗低于 100 m w，能给中的镍氢 NiMH 电池或镍镉 NiCd 电池、锂离子 Li- I on 电池进行恒流充电； 其主要技术指标为： 沟通输入电压 u=220V, 输出电压 U0=5.5V ， 最大输出电流 I om =1.0A ，输出功率 P0=5.5W ；2、电路工作原理沟通电压 u 经过 VD 1VD 4，进行桥式整流和 C1，C2 滤波后，产生直流高压；FR 为熔融电阻器，可代替保险丝管；由 C1，L 1，C2 构成型滤波器，用于减小沟通纹波；R1 为阻尼电阻，能抑制由 L1 引起的高频自激振荡； C7 为安全电容；漏极欢迎下载精品学习资源钳位爱护电路由 R2，C4 和 VD6 组成；输出整流滤波电路由 VD 5，C5，L2 和 C6 组成；输出电流的途径如下： 正半周时从次级电压 u2 的正端 VD 5L2负载 RL返回端RTN R6R4u2 的负端； VDZ 采纳 1N5230B 型 4.7V 稳压管； R7 为 LED 的限流电阻， R8 是 VDZ 的限流电阻；由于 LED 的正向电流 I F<1mA ，使 UR7 <0.1V, 因此R7 上的压降可以忽视不计这样 U0 值就等于 Uz 与 UF 之和； R4 是过流检测电阻；实现恒流的电路特点是用晶体管 VT 的发射结压降 UBE，去检测输出电流 I 0 返回时在R4上形成的压降 UR4. 常态下 VT 截止而不起作用， I 0 为恒定值；当发生过流故障 时， I0 增大，使得 UR 4=I0 R4>UBE, VT 立刻导通，并取代掌握环路直接驱动光耦合器，维护 I 0 不变；R6 上形成的压降可使掌握环路在 U0 约等于 0V 的状态下仍能正常工作； R3 为基极限流电阻；R4 用来设定输出电流的极限值I olimit，取 R4 时， I olimit=UBE/ R4=1.0A.R4欢迎下载精品学习资源的额定功率应满意下述条件： P=2I2o lim it* R4=1.4W，实选 1.4W电阻；VD5 采纳 FR201欢迎下载精品学习资源型 3A/200V 的快复原二极管，要求其反向复原时间t rr <150ns, 平均整流电流ID=3I olimit; 为了提高电源效率，有条件者可选用肖特基二极管，VD6 为 1A/600V快复原二极管；220V图 45.5W电池充电器电路欢迎下载精品学习资源五、总结在本次课程设计过程中， 感觉自己的确学到了一些学问； 特殊是在电路的设计方面、增加了不少的学问；刚开头拿到这个设计题目时，我的确有点心虚，生怕自己做不好，完成不了任务了；由于平常接触的少，并且也没有开关电源方面实践的体会，所以于我来说，开关电源确 实是一个比较生疏的概念，有的都是一知半解的，所以难免会有一些担忧和不自信什么 的；不过，在看到别的同学都在热火朝天的做，积极地争论解决问题时，我也撇下一切 的担忧，全心投入到电路的分析设计当中了；在遇到问题时，我会和同学积极争论，解 决不了时，我便会到一些资料书上、或者网上查找答案；在这之中，我不仅增加了自信， 增加明白决问题的才能，而且，我们仍坚信了一个道理，就是凡事只要自己想去做、认 真去做，并且坚持下去，就肯定能够将事情做好；所以，我一点一点仔细地做设计报告， 最终最终胜利地完成了；本次课程设计虽然做得系统不是很复杂、做得时间也不是很长，但我却真正学到了一些东西；以前我总觉得，一些课程学起来很枯燥，而且感觉离现实很远，所以我在学习那些学问时往往心不在焉， 敷衍了事； 但是当我在做设计的过程中要用到那些学问时， 我突然感到有些后悔，后悔自己没有早些把握，以致遇到一些问题时感到特殊的茫然；不过，在一心希望早些解决问题的想法的鼓励下，我潜心学习以前漏掉的学问，快速掌握其中的方法，并应用到实际的课程设计当中；这之中，我实实在在地感受到了一种解决问题后的那种愉悦感；这也让我熟悉到，在教学和学习中，假如多注意理论和实践的结合，利用理论指导实践，利用实践加深理论熟悉，如此不断融合，我们的学习效率肯定会成倍提高，学习热忱也会高涨；六、参考文献1 康华光电子技术基础 模拟部分北京：高等训练出版社， 20212 谭博学，苗慧静集成电路原理及应用第2 版北京：电子工业出版社， 2021欢迎下载