2022年开关稳压电源的方案设计书与制作.docx

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1、精品学习资源陕西航空职业技术学院毕 业 设 计（论 文）电子工程系王传清职称： 高级讲师田琳班级、学号 : 0931120应用电子技术论文题目： 开关稳压电源的设计与制作所属系部：指导老师：同学姓名：专业：2021 年 5 月 15日欢迎下载精品学习资源陕西航空职业技术学院毕业设计（论文）任务书同学姓名田琳学号 0931120一、毕业设计（论文）题目开关稳压电源的设计与制作二、毕业设计（论文）时间 2021 年 10 月 18 日至 2021 年 5 月 15 日三、毕业设计（论文）地点：陕西航空职业技术学院电子工程系试验室实训室四、毕业设计（论文）的内容要求：1、输出电压 5V 、输出电流

2、2A ；2、输出纹波 100mVp-p；3、绘制电路的 PCB 图；4、制作出产品并调试胜利；指导老师 王传请 年月日电子工程系 系 应用电子技术专业欢迎下载精品学习资源批 准 年 月 日目录摘要 4引言 5第一章概述 61.1 开关稳压电源的基本概念61.2 开关稳压电源的电路组成其次章系统方案与设计762.1 设计要求 72.2 设计思路 72.3 工作原理 82.4 整流滤波电路 82.5 滤波电路 92.6 半桥式变换器 102.7 过流爱护电路 112.8 转换电路（ LN5R12C 芯片的介绍） 11第三章系统测试 133.1 测试仪器 133.2 整流部分的测试 14终止语 15

3、参考文献 16谢辞 17欢迎下载精品学习资源摘 要摘要 ：本设计采纳一种LNSR12C 芯片作为 AC/DC 开关稳压电源的掌握核心,实现了其输入电压为沟通 AC100-260V，输出电压为直流 5V，电流 2A，电压调整率、负载调整率达到要求等功能；其中DC-DC电源变换掌握器供应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 .关键词：电源开关稳压电源的结构、设计、开关管滤波电容储能电感欢迎下载精品学习资源引言开关稳压电源 以下简称开关电源 问世后，在很多领域逐步取代了线性稳压电源和晶闸管相控电源；早期显现的是串联型开关电源，其主电路拓扑与线性电源相仿，但功率晶体管工作于开关状

4、态；随着脉宽调制PWM技 术的进展，PWM开关电源问世，它的特点是用 20kHz 的载波进行脉冲宽度调制，电源的效 率可达 65%70%，而线性电源的效率只有 30 40；因此，用工作频率为20 kHz 的 PWM开关电源替代线性电源，可大幅度节省能源，从而引起了人们的广泛关注，在电源技术进展史上被誉为20kHz 革命； 随着超大规模集成 ultra-large-scale-integrated-ULSI芯片尺寸的不断减小，电源的尺寸与微处理器 相比要大得多；而航天、潜艇、军用开关电源以及用电池的便携式电子设备 如手提运算机、移动电话等 更需要小型化、轻量化的电源；因此，对开关电源提出了小型轻

5、量要求，包括磁性元件和电容的体积重量也要小；此外，仍要求开关电源效率要更高，性能更好，牢靠性更高等；这一切高新要求便促进了开关电源的不断进展和进步；电源装置是电力电子技术应用的一个重要领域，其中高频开关式直流稳压电源由于具有效率高、体积小和重量轻等突出优点，获得了广泛地应用；开关电源的掌握电路可以分为电压掌握型和电流掌握型，前者是一个直流稳压电源设计图单闭环电压掌握系统，系统响应慢，很难达到较高的线形调整率精度开关稳压电源原理图；后者是一个电压、电流双闭环掌握系统，电流掌握型较电压掌握型有不行比拟的优点；欢迎下载精品学习资源第一章 概述1.1 开关稳压电源的基本概念开关电源是一种利用开关功率器

6、件并通过功率变换技术而制成的直流稳压电源. 它具有体积小、重量轻、效率高、对电网电压及频率的变化适应性强、输出电压保持时间长、有利于运算机信息爱护等优点, 因而广泛应用于以电子运算机为主导的各种终端设备、通信设备 , 是当今电子信息产业飞速进展不行缺少的一种电源 . 开关电源又被称为高效能节能电源 , 内部电路工作在高频开关状态 , 自身消耗的能量很低 , 一般电源效率可达 80%左右, 比一般线性稳压电源提高一倍. 目前生产的无工频变压器式中 , 开关电源仍旧采纳脉冲宽调制器PWM或脉冲频率调制器 PFM的原理 .1.2 开关稳压电源的电路组成开关电源有很多种，像正激式、反激式、半桥式、等等

7、；不管什么式，它都是把直流电变成脉冲式的沟通电，或掌握脉冲的频率达到稳压的目的，或掌握脉冲的脉宽来达到稳压的目的，各种程式各有优点；不同的开关电源有不同的用途；开关电源一般都采纳脉冲宽度调制（ PWM）技术，其特点是效率高、功率密度高、牢靠性高；PWM电路常选用电流掌握型；该脉宽调制器能产生频率固定而脉冲宽度可以调剂的驱动信号，掌握大功率开关管的通断状态来调剂输出电压的大小，达到稳压目的，锯齿波发生器供应恒定的时钟频率信号，利用误差放大器的电流测定比较器形成电压闭环，利用电流测定、电流测定比器构成电流闭环，在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感电流的信号与误差放大器输出信号进行欢迎下载精品学习

8、资源比较，从而调剂驱动信号的占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化；假如电源电压变化或负载发生变化使输出电压上升时，就脉宽调制器就会转变驱动信号的脉冲宽度，即减小输出PWM波形的占空比，使大功率晶体管导通的时间变短，斩波后的电压平均值下降，从而达到稳压目的，反之亦然；其次章系统方案与设计2.1 设计要求1. 输入电压范畴 AC100-260V.2. 输入电压频率 :47-63Hz.3. 输出电压 5V.4. 额定输出电流 2A5. 输出纹波 100mVp-p.6. 工作效率 80%.7. 输出短路爱护 .8. 过热爱护 .9. 工作温度 0 +50 .2.2 设计思路电网供电电压沟通

9、 220V（有效值） 50Hz，要获得低压直流输出，第一必需采纳电源变压器将电网电压降低获得所需要沟通电压；降压后的沟通电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）；脉动大的直流电压须经过滤波、稳压电路变成平滑，脉动小的直流电， 即将沟通成分滤掉，保留其直流成分；滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳固直流电压输出，供应负载RL；欢迎下载精品学习资源2.3 工作原理开关稳压电源的工作原理如图 1 所示, 输入电压为 AC220v,50Hz的沟通电 ,经过滤波 , 再由整流桥整流后变为直流 , 通过掌握电路中开关管的导通和截止使高频变压器的一次测产生低

10、压高频电压, 经由小功率高频变压器藕合到二次测 , 再经整流滤波 , 得到直流电压输出 . 通过 PWM来掌握开关管的导通与截止时间 即占空比 , 使得输出电压保持稳固；输入滤 波开 关管稳 压器电源整滤波流输出整 流PWM误 差放大反 馈取样2.4 整流滤波电路整流电路常采纳二极管单相全波整流电路，电路如下列图；在U2 的正半周内，二极管 D1、D2 导通， D3、D4 截止； U2 的负半周内， D3、D4 导通， D1、D2 截止；正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一样的；电路的输出波形如下列图；在桥式整流电路中，每个二极管都只在周期内导电，所以流过每个二极管 的平均电流等

11、于输出电流的平均值的一半；电路中的每只二极管承担的最大反 向电压约为反向击穿电压的一半或三分之二（U2 是变压器副边电压有效值 ）；欢迎下载精品学习资源2.5 滤波电路依据电抗性元件对交、直流阻抗的不同，由电容C 及电感 L 所组成的滤波电路的基本形式如图 1 所示；由于电容器C 对直流开路，对沟通阻抗小，所以C 并联在负载 两端；电感器 L 对直流阻抗小，对沟通阻抗大，因此L 应与负载串联；并联的电容器 C 在输入电压上升时，给电容器充电，可把部分能量储备在电容器中；而当输入电压降低时，电容两端电压以指数规律放电，就可以把存 储的能量释放 出来；经过滤波电路向负载放电，负载上得到的输出电压就

12、比较平滑，起到了平波作用；如采纳电感滤波，当输入电压增高时，与负载串联的 电感 L 中的电流增加，因此电感 L 将储备部分磁场能量，当电流减小时，又将能量释放出来，使负载电流变得平滑，因此，电感L 也有平波作用；利用储能元件电感器 L 的电流不能突变的特点，在整流电路的负载回路中串联一个电感，使输出电流波形较为平滑；由于电感对直流的阻抗小，沟通的阻抗大，因此 能够得到较好的滤波成效而直流缺失小；电感滤波缺点是体积大,成本高.桥式整流电感滤波电路如下列图；电感滤波的波形图如下列图；依据电感 的特点，当输出电流发生变化时，L 中将感应出一个反电势，使整流管的导电角 增大，其方向将阻挡电流发生变化；

13、欢迎下载精品学习资源2.6 半桥式变换器在高压 开关电源 中，功率输出大的一般都使用半桥式变换器 电路；其电路如下列图；它由两只 电容和两只高压 晶体管 组成；当两只晶体管都截止时，如两只电容的容量相等且电路对称，就电容中点A 的电压为输入电压的一半；当VTl 导通时，电容 C01 将通过 VTl、变压器初级绕组 N1 放电；同时，电容C02 就通过输入 电源、VTl 和 T1 的原边绕组 N1 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 导通终止时， A 点的电位为言（ 1/2 ） Ui- Ui ，且两只晶体管全都截止；两只电容和两只晶体管的集射极间的电压基本上相等，都

14、接近于输入电源电压的一半；相反，VT2 导通时， C02 放电、 C0l 充电， A 点的电位将增至专（ 1/2 ） Ui + Ui ，即 A 点电位在 开关 过程中将在（ 1/2 ） Ui 的电位上以 U 的幅值进行指数变化；由此可见，在半桥式电路中， 变压器初级线圈在整个周期中都流过电流， 磁心利用得更充分；半桥式变换器电路的主要优点是其电路中所使用的功率开关晶体管的耐压较低，绝不会超过输入电压的峰值；晶体管的饱和电压也降至最低；输入滤波电容的耐压也可以减小；但是由于 高频变压器 上施加的电压幅值只有输入电压欢迎下载精品学习资源的一半，与推挽式电路相比，欲输出相同的功率，就变压开关管必需流

15、过 2 倍的电流；三极管 除了可以当做沟通 信号放大器 之外，也可以做为 开关之用；严格说起来，三极管与一般的机械接点式开关在动作上并不完全相同，但是它却具有一些机械式开关所没有的特点；图1 所示，即为三极管 电子 开关的基本电路图；由图可知，负载 电阻被直接跨接于三极管的集电极与电源之间，而位居三极管主电流的回路上；输入电压 Vin就掌握三极管开关的开启（open） 与闭合（ closed ） 动作，当三极管呈开启状态时，负载电流便被阻断，反之，当三极管呈闭合状态时，电流便可以流通；具体的说，当Vin为低电压时，由于基极没有电流，因此集电极亦无电流，致使连接于集电极端的负载亦没有电流，而相当

16、于开关的 开启，此时三极管乃胜作于截止（ cut off）区；同理，当 Vin 为高电压时，由于有基极电流流淌，因此使集电极流过更大的放大电流，因此负载回路便被导通，而相当于开关的闭合，此时三极管乃胜作于饱和区（ saturation）；2.7 过流爱护电路为增强电源牢靠性，此电源采纳初、次级两级过流爱护；初级采纳电流互感器 CT1 检测初级变压器电流，检测出的电流信号经R60 转为电压信号后，再经 D2 D4，C9 整流滤波后，经过电位器 RV3分压，反相器 N3 反相后加在 Q1管基极；起初级电流超过正常时，反相器反转，Q1管导通，将 VREF=5V的高电平加在 TL494 脚 4 上（脚

17、 4 为 TL494 死区掌握脚、高电平关断）， TL494 关断；输出直流总线上过流爱护，采纳R45R56电阻做为采样电阻，当输出电流增加时脚 15 电平变低，当输出电流大于 40A 的 105时， TL494 的内部运放动作，脚 3 电平上升，限制输出脉宽增加，电源处于限流状态；2.8 转换电路（ LN5R12C芯片的介绍）LN5R12C为高性能，电流模式PWM掌握器；内置高压功率开关，在85v-欢迎下载精品学习资源265v 的宽电网电压范畴内供应高达12w 的连续输出功率；高性质比的性制作工艺生涯的掌握芯片，结合高压功率管的一体化封装最大程度上签约了签约了产品的整体成本；该电源掌握器可工

18、作与典型的反击电路拓扑中，AC/DC电源转换器； IC 内部的高压启动电流源只需借助VIN 电阻的柔弱电流触发可完成系统启动，很大程度上降低了 VIN 电阻的功率消耗；而在输出功率较小时IC 将自动降低工作频率，从而实现了很低的待机功耗；顺当的驱动电路使开关管始终工作于临界饱和状态，提高了系统的工作效率，是系统可以轻松满意“能源之星”关于待机功耗和效率的认证要求；内部功能框图：主要特点：内置 750V 高压功率开关内置高压启动电流源，快速启动内置能效处理掌握，待机低于 0.15W内置过压、欠压与短路爱护功能内置过载与过温度爱护功能精确温度补偿，精确逐期电流掌握低启动电流和低工作电流自适应频率回

19、转设计 EMI 干扰少高转换效率 满意能源之星 2.0 的要求欢迎下载精品学习资源宽压输出功率12W,峰值输出15W高压输出功率引脚定义图15W,峰值输出18W引脚功能描述7，8HV高压开关输出脚，接变压器初级线圈第三章 系统测试为了确定系统与题目要求的符合程序，我们对系统中的关键部分进行了实际的测试 ；3.1 测试仪器测试使用的仪器设备如表 3.1.1所示表 3.1.1测试使用的仪器设备序号名称、型号数量引脚号1符号VIN引脚定义描述高压电流源触发输入，外接电阻到高压直流端2VCC供电脚3GND接地脚4NC未使用5VFB反馈脚6IS开关电流限制设定脚，外接电流采样电阻欢迎下载精品学习资源1数

20、控式稳压电源12数字万用表13滑线式变阻器14示波器13.2 整流部分的测试经变压器降低的沟通电通过整流滤波后，要得到稳固的直流电；把示波器的输入端接到该部分的输出端，观看示波器，看是否是一条直线，如有波形，就要调整滤波的电路；本设计用330uF 的电容滤波，又加上整流部分设计的很好，使得滤波后的电压相当稳固，符合要求电路原理总图欢迎下载精品学习资源PCB板图终止语通过本次设计，让我们更进一步的明白到直流稳压电源的工作原理以及它 的要求和性能指标，也让我们熟悉到在此次设计电路中所存在的问题；而通过 不断的努力去解决这些问题；在解决设计问题的同时自己也在其中有所收成； 我们这次设计的这个直流稳压

21、电源电路；采纳了电压调整管和外加调整管来实 现电压的调整部分；而稳流部分用可调式三端稳压电源管来实现；这次毕业设 计让我学习到很多；虽然终止了，但这只能是一个开头；今我们只有对自己有 了更高的要求，才能作为动力不断取得新的成果.不管学会的仍是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手；在此要感谢我的指导老师王老师对我尽心的指导，感谢老师给我的帮忙；在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学沟通体会和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少学问，也经受了不少艰辛，但收成同样庞大；在整个设计中我懂得了很多东西，也培育了我独立工作的才能，树立了对自己欢迎下载精品学习资源工作才能的

22、信心，信任会对今后的学习工作生活有特别重要的影响；而且大大提高了动手的才能，使我充分体会到了在制造过程中探究的艰巨和胜利时的欢乐；虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收成和财宝，使我终身受益；参考文献1、杨 旭，裴云庆，王兆安开关电源技术北京：机械工业出版社2、何希才 . 新型开关电源及其应用M.北京 ：人民邮电出版社3、常敏慧开关电源应用、设计与修理4、黄 燕 开关电源故障检修方法5、张占松 .开关电源的原理与设计 .电子工业出版社 .6、周志敏，周纪海开关电源有用技术设计与应用北京：人民邮电出版社7、李定宣 ，开关稳固电源的设计与制作中国电力出版社8、张占松，蔡宣三开关电源的设计与应用北京：电子工业出版社欢迎下载精品学习资源谢辞在本次论文设计过程中，王老师对该论文从选题，构思到最终定稿的各个环节赐予细心指引与教诲 ,使我得以最终完成毕业论文设计；在学习中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的学问、敏捷的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的榜样，导师们的高深精深的造诣与严谨求实的治学精神，将永久鼓励着我；在此，谨向老师们致以诚心的感谢和崇高的敬意！最终，我要向百忙之中抽时间对本文进行批阅，评议和参加本人论文答辩的各位老师表示感谢；欢迎下载