开关电源设计说明书学习资料.doc

Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。开关电源设计说明书-开关稳压电源学校：福州大学参赛组别：本科参赛学生姓名：陈燕傅明明阙辉鉴指导老师：吴海彬倪霞林目录一、电路设计原理二、核心模块的方案论证与比较1、倍压整流电路的选择与论证2、DC/DC变换器电路拓朴结构3、PWM电路工作原理4、微控制器电路方案三、电路设计与参数计算1、稳压原理分析及电压反馈回路参数计算2、过流保护原理分析及阈值控制参数计算3、感性元件参数计算4、功率器件选择四、测试方法与数据1、所选用的测试仪器设备2、测试方法3、测试数据4、测试结果分析五、电路图及设计文件1、总电路图2、程序六、参考文献摘要本文介绍了一种采用LM2576芯片的DC/DC电源变换控制器的电源电路设计。它提供的直流输出不仅与供电电源共地,而且有两组与供电电源隔离。实验室长期试运行表明,各项指标均可满足数字与模拟混合电路对电源的要求,没有跳码现象,检测精度不低于0.1%。Abstract:ThispaperdescribesthedesignofthepowersupplycircuitforDC2DCconverterbyusingLM2576chip.TheDCvoltagesprovidedarenotonlycommon2groundedwiththeinputvoltagebuttwoofthemarealsoisolatedwiththeinput.Itiseffectivenessisverifiedbyrunningtestinthelabora2torythatalltheindexesfulfillthepowersupplyrequirementsofthedigital2analogmixedcircuit,with一、 adetectingprecisionnolessthan0.1%.电路设计原理本电路采用倍压整流电路对二侧端电压进行倍压整流，增倍后的电压通过降压开关型集成稳压电路芯片LM2576处理后可得稳定的所需要的输出电压。二、 方案论证与比较倍压整流电路的选择与论证方案一：利用如下电路图接法的电路电路1的虽然输出的电压纹波小，但是此电路对电容的耐压要求高，随着N的增大，电容的电压应力随之增加。故不选择此方案。方案二：利用如下电路图接法的电路电路2简单，每个电容上的电压不会超过变压器次级峰值电压U的两倍，即2U，所以可以选用耐压较低的电容，还可以再增加一个电容与一个二极管就能成为三倍压电路，增加两个电容和两个二极管就成四倍压电路。故选择此方案2DC-DC变换器的选择与比较方案一：采用磁集成DC-DC变换降压型电源电路,此种电路可扩展级数多，但电路元件多、电路复杂、稳定性差和使用不便，故不采用此种方案。方案二：采用LM2576芯片的DC-DC电源变换控制器电源电路，其电路图如图1所示。图1采用LM2576芯片的DC-DC电源变换控制器的电源电路，它提供的直流输出不仅与供电电源共地,而且有两组与供电电源隔离。实验表明,各项指标均可满足数字与模拟混合电路对电源的要求,没有跳码现象,检测精度不低于0.1%。此电路采用LM2576控制芯片,使用少量的外围元件,电路新型、简单、实用,能为数字电路和模拟电路同时供电,并使两者相互隔离。基于上述考虑及题目具体要求，我们选用方案二1、 PWM（脉冲宽度调制PulseWidthModulation）原理：脉冲宽度调制波通常由一列占空比不同的矩形脉冲构成，其占空比与信号的瞬时采样值成比例。图1所示为脉冲宽度调制系统的原理框图和波形图。该系统有一个比较器和一个周期为Ts的锯齿波发生器组成。语音信号如果大于锯齿波信号，比较器输出正常数A，否则输出0。因此，从图1中可以看出，比较器输出一列下降沿调制的脉冲宽度调制波。       通过图1b的分析可以看出，生成的矩形脉冲的宽度取决于脉冲下降沿时刻tk时的语音信号幅度值。因而，采样值之间的时间间隔是非均匀的。在系统的输入端插入一个采样保持电路可以得到均匀的采样信号，但是对于实际中tk-kTs<<Ts的情况，均匀采样和非均匀采样差异非常小。如果假定采样为均匀采样，第k个矩形脉冲可以表示为：                           （1）其中，xt是离散化的语音信号；Ts是采样周期； 是未调制宽度；m是调制指数。 然而，如果对矩形脉冲作如下近似：脉冲幅度为A，中心在t=kTs处， 在相邻脉冲间变化缓慢，则脉冲宽度调制波xp(t)可以表示为：                           （2）其中， 。无需作频谱分析，由式（2）可以看出脉冲宽度信号由语音信号x(t)加上一个直流成分以及相位调制波构成。当 时，相位调制部分引起的信号交迭可以忽略，因此，脉冲宽度调制波可以直接通过低通滤波器进行解调。4、微控制器电路方案4.1单片机通过ADC0809模块对输出的电压和电流采样：电源本身输出的电压是2530V，它超过了ADC0809模块的参考电压，所以考虑用两个成一定比例的电阻接到电源输出端，然后从两个电阻中间采样电压，从而使采样电压在ADC0809模块的参考电压范围内。电流的采样则是在输出端的地端后续接一个小电阻，通过采样两端的电压,由于电阻值很小，采集到的电压信号也很小，干扰信号相对其太大，影响到测量结果，因此将采集到的信号通过LM324芯片将其放大30倍，后通过ADC0809模块转换后，得到的数据经单片机处理成对应的电流值后送到键盘显示模块显示出来。4.2单片机与对键盘显示模块的控制：键盘显示模块原理图单片机显示模块原理图单片机与键盘模块连接简图：如下图：三、电路设计与参数计算1、稳压原理分析及电压反馈回路参数计算LM2576系列降压开关型集成稳压电路，它内含固定频率振荡器（52kHz）和基准稳压器（1.23V），并具有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。2、过流保护原理分析及阈值控制参数计算LM2576系列降压开关型集成稳压电路，它内含固定频率振荡器（52kHz）和基准稳压器（1.23V），并具有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等。3、感性元件参数计算1）输入电容CIN：要选低ESR的铝或钽电容作为旁路电容，防止在输入端出现大的瞬态电压。还有，当你的输入电压波动较大，输出电流有较高，容量一定要选用大些，470F-10000F都是可行的选择；电容的电流均方根值至少要为直流负载电流的1/2；基于安全考虑，电容的额定耐压值要为最大输入电压的1.5倍。千万不要选用瓷片电容，会造成严重的噪声干扰！Nichicon的铝电解电容不错。选好了此电容，设计就成功了一半！2）续流二极管：首选肖特基二极管，因为此类二极管开关速度快、正向压降低、反向恢复时间短，千万不要选用1N4000/1N5400之类的普通整流管！3）储能电感：建议好好看看datasheet中的电感选择曲线，要求有高的通流量和对应的电感值，也就是说，电感的直流通流量直接影响输出电流。为什么呢？LM2576既可工作于连续型也可非连续型，流过电感的电流若是连续的为连续型，电感电流在一个开关周期内降到零为非连续型。4）输出端电容COUT：推荐使用1F-470F之间的低ESR的钽电容。若电容值太大，反而会在某些情况（负载开路、输入端断开）对器件造成损害。COUT用来输出滤波以及提高环路的稳定性。如果电容的ESR太小，就有可能使反馈环路不稳定，导致输出端振荡。这几乎是稳压器的共性，包括LDO等也有这一现象。4、功率器件选择四、测试方法与数据1、所选用的测试仪器设备数字万用表，示波器2、测试方法数字万用表与示波器的一般使用方法3、测试数据这部分我们根据基本要求分为以下几点来分析：3.1输出电压U0可调节范围：采用隔离变压器使U2=18VAC时通过调节变位器，输入电压U0能够实现输出电压U0从2739V的调节，满足题目中3036V的可调范围要求3.2最大输出电流IOMAX当U2=18V，RL=80时，通过调节可变电阻电流IO能够从0.33A0.48A当U2=18V，RL=20时，通过调节可变电阻电流能够从1.40A1.43A（当电流到达1.43A后，调节可调电阻电流不再变化）因此我们能够实现的输出电流IO=(01.43A),IOMAX为1.43A，达不到2A。测量方法：接完电路后通过调节可调电阻，把万用表与负载串联测量可调电阻不同值时的电流IO。3.3.U2变化时,电压调整率SU当U2=16V时（空载时）U0/V272931343739VOPP/mV400400400400400400当U2=18V时（空载时）U0/V272932343639VOPP/mV400400400400400400得出电压调整率SU=0.4/27=1.48%2%当U2=18V时（调节变位器全使空载时输出电压是36V）：带上RL=40的负载，则测出U0=36V，IO=0.95A,VOPP=600mv带上RL=的负载，则测出U0=36V，VOPP=400mv当U2=16V时VOPP也都小于等于600mv于是我们得出SU=1.7%=2%由于条件限制，我们没有可调的隔离变压器（器材昂贵），于是我们用分别能够输出电压为16V和18V固定电压的两个固定变压器来测量，以上是在两种不同电压下测量的不同数据测试表格。3.4IO变化时，负载调整率SIU2=18V，调节变位器，使空载输出电压是36V。带上RL=20的负载，则测出U0=26V，IO=1.43A,VOPP=800mv带上RL=40的负载，则测出U0=36V，IO=0.95A,VOPP=600mv带上RL=60的负载，则测出U0=38V，IO=0.64A,VOPP=400mv带上RL=的负载，则测出U0=36V，VOPP=400mv从上面可知SI<=0.8/26=3.08%<5%3.5输出噪声纹波电压峰峰值VOPP(VOPP是去掉输出电压中的所有非直流成分是测得)从上面数据可知道,输出噪声纹波电压峰_峰值VOPP均小于1V.符合要求.3.6:DCDC变换器效率计算：（U2=18V，RL=20，IO=1.43A）=PO/PIN，其中PO=U0IO，PIN=UINIIN调节可调电阻,使空载时的输出电压是36V.用万用表测出接上RL=20时IO=1.43A,U0=28.6.UIN=17.7VIIN=2.9A.于是代入数值求得=79.7%>70%3.7:过流保护熔断器位于整流滤波之前,通过电路功率不变.即P=U0IO=UINIIN=U2I2.代入数据求出I2.=3.1A.因为I一般要大于(1.52)I2.所以先用6A的熔断器4、测试结果分析4.1与设计指标进行比较4.1.1输出电压U0调节范围设计指标是:30V36.则我们设计的可调节范围是2739V4.1.2最大输出电流Iomax设计指标是2A,实际上我们能达到IOMAX为1.44A4.1.3调整率Su在空载时能能很好地满足要求,接上负载后峰峰值有时会不够稳定.但总体上还是满足要求.4.1.4负载调整率能较好满足SI<=5%4.1.5噪声纹波电压峰-峰值Uopp<=1V,实际上的Uopp为400600mV4.1.6DC-DC变换器的效率要求达到70%,在本设计中,72.%,能满足要求4.2分析产生偏差的原因4.2.1参考电阻R2阻值的偏差会导致输出电压的范围变大.4.2.2快速回复二极管的最大允许通过电流太小会导致二极管发热,影响参数的设定4.2.3MC34063能承受的电压,即输入输出电压绝对之和不能超过40V,否则不能安全稳定工作43改进方法4.3.1将可调机械电位器换成数字电位器,从而达到精确的控制,4.3.2快速回复二级管可以选用IN4148,但若要提高效率的场合必须使用IN5819或类似的产品.4.3.3.输出功率达不到要求的话,比如>250300MA时,可以通过外接扩功率管的方法扩大电流,双极型或MOS型扩流管.五、电路图及设计文件1、总电路图-