1、開關穩壓電源設計報告摘要: 設計的開關穩壓電源，其系統硬件由三個環節組成，即整流濾波環節、直流-直流升壓變換（DC-DC 環節、以及測控與鍵盤顯示環節。整流濾波采用二極管橋式整流后加電容濾波電路；由脈寬調制芯片 TL494 為控制器構成 BOOS 原理的升壓型 DC- DC 變換器；測控環節由內帶 A/D 轉換器的緊縮型單片機 STC12C5412A 和簡易鍵顯電 路及串行D/A 轉換器構成。軟件配合 A/D、 D/A 實現了電壓電流的測量和輸出電壓的 步進調整。經測試，系統輸出電壓范圍、最大輸出電流、電壓調整率、負載調整率、紋波電壓峰峰值、DC-DC變換器效率和動作電流的各項指標達到題目要求

2、，同時發揮 部分指標的也均能達到題目要求。一方案設計與論證方案一：單片機輸出一個電壓（D/AC 芯片或 PWM7 式），用作開關電源的基準電壓。這種方案僅僅是用單片機代替了原來開關電源的基準電壓，可以用按鍵設定電源的輸 出電壓值，單片機并沒有加入電源的反饋環，電源電路并沒有什么改動。這種方式最 簡單。方案二：復合式開關電源設計，交流電源經整流濾波后，產生電流加在變壓器初級繞 阻和TOP222 的源極，高壓 MOSFE 驅動變壓器初級端，由齊納二極管和光耦二極管取 樣，通過控制 TOP222 空制電流大小來調整占空比，達到穩壓的目的。方案三：直接式開關電源設計，由脈寬調制芯片 TL494 為控制

3、器構成 BOOS 原理的， 實現升壓型 DC-DC 變換器，輸出電壓的可調整與穩壓控制的開關源是借助晶體管的開 /關；測控環節由內帶 A/D 轉換器的緊縮型單片機 STC12C5412A 和簡易的顯示電路及 串行 D/A 轉換器構成。這種方式完全可行。方案比較：如上分析，最終采用方案三二電路設計及參數計算單片機控制器控制輸出電壓的步進調整，簡易鍵顯電路設定和顯示輸出電壓、輸出電流值。脈寬調制芯片 TL494 通過 M0 助率管開關實現穩定調壓功能，使輸出電壓能在 30V36V 間控制。通過外圍輔助部分電路加以對開關電路進行過流保護。通過論證， 系統可以對輸出電壓數值的漂移，正負電壓的對稱度和紋

4、波電壓等不良影響進行有效 的抑制和降低。該系統經過調試，達到了系統各項指標要求，且穩定可靠。具有輸入 220VAC 輸出可調范圍：30V 36V 電壓，同時具有顯示該輸出電壓、電流功能。（一）主電路由題解升壓型開關穩壓電源采用 boost 變換器，原理框圖如圖 2 所示； （附圖1）1.整流濾波電路的參數計算：如圖 2 橋式整流電路單相橋式整流電路，在電路中整流二極管是作為開關運用。由圖可知：當正半周時，二極管 D1 和 D3 導通；當負半周時二極管 D2 和 D4 導通。所以流過二極 管的電流為輸出電流的一半。由隔離變壓器輸出電壓 18V,開關電源最大負載電流 2A,可計算用于橋式整流的整流

5、 二極管的參數：正向整流電流大于 2A,反向耐壓高于 2X1.414X18V=50.9V,所以選用 6A10 整流二極 管可滿足要求在實際電路中我們選擇二極管 6A10,其最大正向電流能達 6A,反向擊 穿電壓達1000V。2功率開關 V 的選擇及參數計算設計的升壓型開關穩壓電源的原理框圖如 3 所示1集電極電壓的計算。 設功率開關 V 的轉換周期為 T,導通期時間為 Ton,截止期時間 為 Toff,占空比 D(D二Ton/T),當功率開關 V 在處于導通期間時，輸入電壓 Ui 加到儲 能電感 L 兩端，極管 VD 被反相偏置而截止，通過 L 為上升鋸齒波電流，同時電流變 化量為 11二Ui

6、xTon/L當功率開關 V 截止時，儲能電感 L 電壓極性相反，此時二極管 VD 被正向偏置而導 通，電感 L 泄放電流，泄放電流是鋸齒波的線性下降部分，電流變化量為 I2=UoxToff/L在儲能電感中增加的電流值應該等于減少的電流值，只有這樣才能達到動態平 衡，達到一個穩壓電源最基本條件，因此就有：UixTon/L= UoxToff/L可推得：Uo=UixD/ (1-D)從附圖(3)電路原理框圖我們可以看出開關 V 與 Ui 的關系。考慮到輸入電壓具有 10%的波動，電感 Lde 反峰尖刺電壓為穩定值的 20%，因此 V 所承受的電壓實際為1.1x1.2Ui=1.3Uce，同時要有一定的富

7、余量，取工作電壓為 80%的額定值，貝 S 有：Uceo=1.32Ui/0.8=1.65(1-D)Uo/D整流濾波后，UN最大可達 30V, V 集電極電壓由上式計算得 50V。2集電極電流計算。從升壓開關穩壓電源的工作原理可見：在功率開關V 導通期間，流過開關 V 的電流也就是在該期間流過電感 L 的電流，也是輸入電流 Ii ,再考慮 集電極電流也有一定的余量，把工作電流取為 80%的額定值，就有式：0.8Ic=Ii=IoxUo/Ui=DxIo/(1-D)經計算，V 集電極電流可達 1.5X2.5A=3.75A3集電極功率損耗計算。開關 V 在導通期間的平均功耗 Pon 為Pon=loXUo

8、XUcesxTon/( UiXT)在截止期間由于集電極與發射極間電流很 小，功耗為零。因此可以得到開關 V 功耗 Pc=2Pon 經計算，集電極功率損耗為 200W。選用 N 溝道功率場效應管 IRFP250,其WSF200V,ID=33A,可滿足要求。3.二極管 VD 的選擇1反向耐壓 Ud 計算。考慮 20%的富余量，VD 的反向耐壓應為Ud=Uo/(1-0.2)=1.25Uo本課題， Ud=Uo/(1-0.2)=1.25Uo=1.25X36V = 45V2正向導通電流 Id的計算Id=IOXD/(2X1-D)=2.5X0.5=1.25V3正向導通功耗 Pd的計算Pd=(IOXD/(2X1

9、-D)XUs選用正向導通壓降UB非常低的肖特基二極管可以有效的降低正向導通功耗R。選用 MRD043 功率肖特基二極管可很好地滿足要求。4儲能電感 L 的選擇 在功率開關 V 導通期間，儲能電感 L 上電流的增加量應與在功率開關 V截止期間內儲 能電感 L 上電流的減少量相等。因此有： 1(+)二 1(-)1=(UXTON+UDXTOFF)/L經計算，L 在 400 卩 H1000 H 之間為好，決定自繞儲能電感，用 EI50 磁芯， 1.2mm 線徑的漆包線自繞，圈數在 50100 圈之間調整。(二)測控電路1. 根據要求，要對電壓和電流進行測量和顯示，采用STC12C541 單片機為核心構

10、成最小測控系統。A/D 轉換器為單片機片內自帶、D/A 轉換器采用 10bit 串行器件MAX504 原理框圖見圖 4.圖 4 中 RL為負載電阻，上面的壓降應為 30V36V,經電阻 1/8 分壓后送 A/D 轉換；RS為 0.1歐的電流采樣電阻，負載電流 02A RS上的壓降 00.2V,此信號經 LM358 構 成的同相放大電路放大 20 倍后送 A/D 轉換。顯示電路由 74LS164 構成串行/并行轉換電路，驅動 7 段數碼管顯示器的段碼。2. 測控板操作方法數碼管由按鍵從上到下為 1,2,3 控制當電源上線時數碼管顯示上圖 (a) 輪流按功能鍵 1， 2， 3當按鍵 1 時，數碼管

11、顯示如上圖(b)所示，顯示電壓值當按鍵 2 時，數碼管顯示如上圖（c）所示，顯示電流值 當按鍵 3 時，數碼管顯示如上圖（a）所示，回到上電顯示三測試方法與數據1. 數據測試方法與數據（ 1）輸出電壓測試方法：手動調整電路中滑動變阻器 W1 用四位半萬用表測電壓 Uo 值，是否在 可調范圍：30V-36V;測試數據如表一所示單片機的方法控制，用四位半萬用表測電壓 Uo 值，是否在可調范圍：30V-36V;結果：都能在 30V-36V 之間調整。（ 2）輸出電流測試方法：固定輸出電壓 UO值，調節負載電阻 RL,同時在 RL 上串聯四位半萬用表測輸出 電流范圍是否達到 0-2A;結果：都能在 0

12、A-2A 之間調整,可以輸出最大電流2A（3）電壓調整率 Su 測試方法：用自耦變壓器連接在隔離變壓器前，調整負載使輸出電流為2A，調節自耦變壓器使 U2 從 15V 到 21V 變化時，測量 Uo（中心值=33V）,計算電壓調整率Su。結果：如表U2(V)15161718192021Uo 變化量（V）1.271.451.9700.870.971.46Su(%)0.090.110.1000.040.050.07（4）負載調整率 Si 測試方法：固定輸入電壓 Uo=18V 在負載電阻 RL 串聯四位半萬用表，調節負載電阻RL 使輸出電流在 0-2A 變化，計算負載調整率 Si。結果：如表 U2=18VIo（A）1.9531.5991.053Uo 變化量（V）0.770.70.67Si(%)00.4590.74（5）輸出噪聲紋波電壓峰-峰值測試方法：輸入 U2=18V 調整輸出電壓 Uo=36V 輸