开关电源设计Word格式文档下载.doc

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三、设计内容与要求

1、课题概述

随着脉宽调制技术的发展与完善,开关稳压电源以其极高的性价比在空间技术、计算机、通信、家电等领域得到了广泛的应用。

美国POWERINTEGRATION公司的第二代开关电源芯片——TOPSwitch—Ⅱ系列芯片,与第一代产品相比,不仅性能上进一步改进,而且输出功率明显提高。

其外围元件少、开发周期短、成本低、系统可靠性高,是目前设计250W以下的高效率、多功能单端反激式开关电源的最佳选择。

数字电表是开关电源广泛应用的场合之一。

随着社会用电量迅速增长和用户对电能质量要求的不断提高,三相智能电表的需求量也迅速增长。

采用电子计量原理的三相智能电表具有高精度、多参数测量、谐波功率电能计量等优势。

现有的电表专用模块中普遍存在输出路数较少、隔离性较差等缺陷。

本课题就是利用TOPSwitch—Ⅱ系列芯片来设计三相四线制数字电表专用电源，设计好的专用电源能更适合应用于单相（220V）、三相（380V）数字智能电表中,也可作为电能质量监测装置的电源模块。

2、设计内容与要求

1）设计内容

三相四线制电表专用电源模块的电路设计方案是：

根据六路输出的电流及电压估算总功率约为10W，采用推荐功率为40WTOPSwitch—Ⅱ系列中的TOP224芯片。

采用功率容量较大的TOP224不仅可以提高电源的效率和电源模块的过载能力,更有利于提高电源模块的可靠性。

其次TOPSwitch—II芯片集成度高,设计工作主要针对外围电路进行。

外围电路可以分为：

输入整流滤波电路、箝位保护电路、高频变压器、输出整流滤波电路、反馈电路、软启动电路及电磁兼容设计等七部分组成。

2）设计要求：

为了减少外围接口,智能电表大多以测量电压作为电表电源的进线电压,这就要求智能电表具有足够宽的电压输入范围（110V±

25V～220V±

45V）,在智能电表的所有功能模块中,从MCU处理器、A/D采样芯片,到不同偏压的数字电路、周边设备以及输入/输出电路,都各有特定的电源电压要求。

本电源模块各输出分别要求设计为:

A）主路5V供给MCU及相关数字电路。

B）辅路5V一路供给键盘、显示及其驱动电路,另外一路供给A/D和MCU的模拟电源。

C）15V供运算放大器芯片。

D）24V为外接继电器提供电源。

E）智能电表因长期在较恶劣的工作环境下工作,除了要求有较高的可靠性外,对电源的效率及散热也有较高的要求。

F）电表电源还需要一定的电磁兼容性能,例如抗浪涌干扰以及抗射频电磁场辐射等。

G）对于智能电表电源,由于其输出功率较高、输出路数多、线性稳压电源的效率低、适应电网电压范围窄,稳压性能差、笨重等智能电表趋向于采用技术成熟的开关电源。

3）系统主要技术指标：

A）三相四线制输入。

当输入为单相时也可工作。

电源进线端可直接接电表的电压测量端获取电能,输入电压范围每相85V～265V（AC）或80V～375V（DC）。

B）采用TOP224Y设计的具有六路输出的单端反激式电源。

最大输出功率约10W,六路输出分别是:

+5V/1A两路+5V/0.2A、+15V/0.1A、-15V/0.1A、+24V/50mA。

C）辅路输出设计具有低压差三端稳压芯片,使得辅路的输出电压不受主路负载变化的影响。

D）具有断电提示POWERGOOD信号。

当输入母线电压骤降（如发生三相短路或操作分闸）在电源停止输出之前产生下降沿时,通知电表芯片及时存储有用的数据。

E）电路简单、稳压性好、可靠性高,配有光耦和TL431的反馈回路使稳压性能显著提高。

输入端具有抗启动过流、浪涌电压的能力,同时具有过热保护、短路自动重启、安全电流限制功能。

F）具有良好的抗干扰特性。

四、设计参考书：

《开关稳压电源的原理及应用》、《电源电路的分析与设计》、《检测技术》、《电子元件手册》、《protel电路板设计方法》等。

五、设计说明书内容

1、封面

2、目录

3、内容摘要（200～400字左右，中英文）

4、引言

5、正文（设计方案与选择，设计方案原理、计算、分析、论证，设计结果的说明及特点）

6、结束语

7、附录（参考文献、图纸、材料清单等）

六、毕业设计进程安排

第1周：

方案设计讨论，教师辅导；

第2-3周：

分系统方案设计初稿、元件选择、电气原理图等；

第4-5周：

编制程序、修改方案、设计说明书初稿；

第6周：

第一次检查，讨论并改写文稿；

第7周：

第二次检查，完善文稿辅导答辩；

第8周：

设计书成绩评定、答辩。

七、毕业设计答辩与论文要求

1、毕业设计答辩要求

答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。

学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料或参考文献、设计基本内容和主要方法、成果结论和评价。

答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计与计算方法、实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。

2、毕业设计论文要求

文字要求：

说明书要求打印（除图纸外），不能手写。

文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。

图纸要求：

按工程制图标准制图，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。

曲线图表要求：

所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。

湖南铁道职业技术学院学生毕业设计（论文）

摘要

本文介绍了一款基于美国POWERINTEGRATION公司的第二大开关电源芯片TOP224Y采用其功率为40W的TOP224Y芯片而制作的三相四线制智能电表并说明其工作原理设计流程。

设计输入电压范围（220V±

25—380±

25V）提供六路输出电压，该电源体积小、重量轻、外围元件少，成本低有较高的可靠性和电磁兼容性可用于单相三相智能电表中。

Abstract

ThisarticledescribesaU.S.POWERINTEGRATIONbasedcompany'

ssecond-largestswitchingpowersupplychip,itspoweris40WusingTOP224YTOP224Ychipoftheproductionofthree-phasefour-wiresmartmetersandexplaintheirdesignprocessworks.Designinputvoltagerange（220V±

25-380±

25V）providessixoutputvoltages,thepower,smallsize,lightweight,fewerexternalcomponentsandlowcostwithhighreliabilityandelectromagneticcompatibilitycanbeusedforsingle-phasethree-phasesmartmetersin.

关键词：

开关电源PWM控制TOPSwitch-Ⅱ智能电表

SwitchingPowerSupplyPWMcontrolTOPSwitch-ⅡSmartmeters

目录

2012届毕业设计任务书 1

摘要 4

第1章引言 5

1.1开关电源的发展背景 5

1.2论文设计目标和意义 7

1.3论文章节安排 7

第2章方案论证与设计 7

2.1方案的论证 7

2.2方案工作元件的选择 10

2.2.1开关器件：

（TOP224Y）：

10

2.2.2其它元件的选用：

12

2.3方案的总体设计 13

2.4高频变压器的设计 15

第3章硬件电路设计与原理分析 19

3.1开关电源的原理与应用 19

3.2原理图 20

3.1.1整流滤波电路 21

3.1.2箝位保护电路：

22

3.1.3反馈电路 23

3.1.4输出整流滤波电路的确定 23

3.1.5软启动电路 24

3.1.6电磁兼容性设计：

25

3.3PCB图 27

第4章电路的调试 28

4.1输入参数：

28

4.2输出参数：

4.3效率：

4.4电压调整率和负载调整率 29

第五章智能电表的基本工作过程 30

5.1智能电表的工作原理和特点 30

5.2智能电表带给用户的好处 31

总结 32

致谢 33

参考文献 34

附件 36

第1章引言

1.1开关电源的发展背景

随着智能电网的提出我国的国家电网也朝着智能化不断迈进，面对当今世界的能源危机社会用电量迅速增长用户对电能的质量要求也不断提高。

因此用户集电力公司需求一款能够实现信息化智能化的电表。

然而数字智能电表的发展与开关电源、微型控制器集现代通信技术是分不开的。

单片开关电源集成电路具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标、能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源等优点。

智能电网是未来电网的发展趋势，即以发电、输电、配电、储能的电力系统为对象，通过数字信息技术和自动控制技术，实现从发电到用电过程中的所有环节形成信息的双向交流，使得电力的生产、输送和使用得到系统地优化。

安全、自愈、清洁、经济是未来的智能电网的主要特点;

21世纪，网络通信技术、自动控制技术和IS、GRS、GPS等数字化技术日趋成熟，电子电力、数据采集、智能仪表等技术飞速发展，已经能够投入到实际使用中;

数字化的变电站乃至数字化电网逐步建立，成为未来智能电网的技术基础。

我国建设坚强的智能电网将是一个漫长、循序渐进的过程。

现阶段，需要进行很多稳步推进的试点工作，确定一条可行的发展路径，确定电网数字化、智能化实践的技术要点是其中的核心环节。

智能电网的发展有三个主要阶段：

第一阶段:

2006年，IBM针对提“智能电网”安全性，可靠性等问题，提出了解决方案.IBM在中国发布的建设智能电网白皮书中指出，该解决方案主要包括以下三个方面:

首先要提高电网结构的数字化程度，电网资源与电力设备均通过相应的传感器来连接，采用数字化的信息交流;

其次是对传输数据的整合和采集体系;

最后是进行采集数据的分析，即依根据设备采集到的数据进行相关分析，优化系统运行和管理。

IBM提出的方案通过对电力系统运行的各个环节的进行优化管理优化管理，不但为相关企业降低成本，而且使运行效率和可靠性大大提高。

第二阶段:

奥巴马提出的能源计划，美国电网的电路损耗和故障维修每年要耗费1200亿美元，因此对电网系统升级换代迫在眉睫，建设横跨四个时区的统一电网;

着重开发智能电网，逐步实现美国太阳能、风能、地热能等分布式能源，的统一入网管理;

最大限度提高能源使用效率。

第三阶段:

互动电网（InteractiveSmartGrid）的概念是由中国能源专家