电子档开关电源报告.docx

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电子档开关电源报告

一绪论

随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。

任何电子设备都离不开可靠的电源，它们对电源的要求也越来越高。

特别是随着小型电子设备的应用越来越广泛，也要求能够提供稳定的电源，以满足小型电子设备的用电需要。

本文基于这个思想，设计和制作了符合指标要求的开关稳压电源。

开关电源具有高频率、高功率密度、高效率等优点,被称作高效节能电源。

由于开关稳压电源具有这些优点，基于这个思想本次课程设计要求：

（1）输入交流电压220V（50～60Hz）。

（2）输出直流电压5V，输出电流500mA。

　　（3）输入交流电压在100～260V之间变化时，输出电压相对变化量小于2％。

　　（4）输出电阻Ro<0.1Ω。

　　（5）输出最大纹波电压小于10mV。

　　通过小功率开关电源的设计，安装和测试，要求学会：

（1）掌握小功率开关电源的工作原理；

（2）学会小功率开关电源的参数计算数；元件的选择；

　　（3）掌握高频变压器的设计，作制方法。

（4）了解集成脉宽调制器TL494、SG3524、UC3842等工作原理。

这次课程设计由于输入的是市电，在调试与测试方面存在很多问题！

出于安全因素的考虑，我们均没有逐个检验各模块是否达到预期的要求，因此焊接完毕后只有两个结果：

要么是开关电源一接通电源就爆破，要么就是设计不是很符合要求！

最后焊接第四个的时候，大概符合要求！

开关电源输出3.81v，纹波很小！

通过这次课程设计大大的提高了个人的动手能力，和理论结合实践的能力！

激发了对动手做物品的兴趣！

二方案论证

·

（一）各种类型开关电源的比较

1.单端反激式开关电源

单端反激式开关电源的典型电路如图

（1）所示。

电路中所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。

所谓的反激，是指当开关管VT1导通时，高频变压器T初级绕组的感应电压为上正下负，整流二极管VD1处于截止状态，副边上没有电流通过，能量储存在高频变压器的初级绕组中。

当开关管VT1截止时，变压器T副边上的电压极性颠倒，使初级绕组中存储的能量通过VD1整流和电容C滤波后向负载输出。

单端反激式开关电源电路简单、所用元件少，输出与输入间有电气隔离，能方便的实现单路或多路输出，开关管驱动简单，可通过改变高频变压器的原、副边绕组匝比使占空比保持在最佳范围内，且有较好的电压调整率。

其输出功率为20～100W。

它也有其一定的缺点，如开关管截止期间所受反向电压较高，导通期间流过开关管的峰值电流较大。

但这可以通过选用高耐压、大电流的高速功率器件，在输入和输出端加滤波电路等措施加以解决。

单端反激式开关电源使用的开关管VT1承受的最大反向电压是电路工作电压值的两倍，工作频率在20～200kHz之间。

图

（1）单端反激式开关电源

2.单端正激式开关电源

单端正激式开关电源的典型电路如图

（2）所示。

这种电路在形式上与单端反激式电路相似，但工作情形不同。

当开关管VT1导通时,VD2也导通，这时电网向负载传送能量，滤波电感L储存能量：

当开关管VT1截止时，电感L通过续流二极管VD3继续向负载释放能量。

在电路中还设有钳位线圈与二极管VD1，它可以将开关管VT1的最高电压限制在两倍电源电压之间。

为满足磁芯复位条件，即磁通建立和复位时问应相等，所以电路中脉冲的占空比不能大于50%。

由于这种电路在开关管VT1导通时，通过变压器向负载传送能量，所以输出功率范围大，可输出50～200W的功率。

电路使用的变压器结构复杂，体积也较大，因此这种电路的实际应用较少。

图

（2）单端正激式开关电源

3.自激式开关稳压电源

自激式开关稳压电源的典型电路如图（3）所示。

当接入电源后在R1给开关管VT1提供启动电流，使VT1开始导通，其集电极电流Ic在L1中线性增长，在L2中感应出使VT1基极为正，发射极为负的正反馈电压，使VT1很快饱和。

与此同时，感应电压给C1充电，随着C1充电电压的增高，VT1基极电位逐渐变低，致使VT1退出饱和区，Ic开始减小，在L2中感应出使VT1基极为负、发射极为正的电压，使VT1迅速截止，这时二极管VD1导通，高频变压器T初级绕组中的储能释放给负载。

在VT1截止时，L2中没有感应电压，直流供电输人电压又经R1给C1反向充电，逐渐提高VT1基极电位，使其重新导通，再次翻转达到饱和状态，电路就这样重复振荡下去。

这里就像单端反激式开关电源那样，由变压器T的次级绕组向负载输出所需要的电压。

自激式开关电源中的开关管起着开关及振荡的双重作用，也省去了控制电路。

电路中由于负载位于变压器的次级且工作在反激状态，具有输入和输出相互隔离的优点。

这种电路不仅适用于大功率电源，亦适用于小功率电源。

图（3）自激式开关电源

4.推挽式开关电源

推挽式开关电源的典型电路如图（4）所示。

它属于双端式变换电路，高频变压器的磁芯工作在磁滞回线的两侧。

电路使用两个开关管VT1和VT2，两个开关管在外激励方波信号的控制下交替的导通与截止，在变压器T次级绕组得到方波电压，经整流滤波变为所需要的直流电压。

这种电路的优点是两个开关管容易驱动，主要缺点是开关管的耐压要达到两倍电路峰值电压。

电路的输出功率较大，一般在100～500W范围内。

图（4）推挽式开关电源

5.降压式开关电源

降压式开关电源的典型电路如图（5）所示。

当开关管VT1导通时，二极管VD1截止，输入的整流电压经VT1和L向C充电，这一电流使电感L中的储能增加。

当开关管VT1截止时，电感L感应出左负右正的电压，经负载RL和续流二极管VD1释放电感L中存储的能量，维持输出直流电压不变。

电路输出直流电压的高低由加在VT1基极上的脉冲宽度确定。

图（5）降压式开关电源

6.升压式开关电源

升压式开关电源的稳压电路如图（6）所示。

当开关管VT1导通时，电感L储存能量。

当开关管VT1截止时，电感L感应出左负右正的电压，该电压叠加在输人电压上，经二极管VD1向负载供电，使输出电压大于输人电压，形成升压式开关电源。

图（6）升压式开关电源

（二）比较之后的结论

通过以上比较和课程设计实际情况，要求开关电源电路简单、所用元件少，输出与输入间有电气隔离，能方便的实现单路或多路输出，开关管驱动简单，可通过改变高频变压器的原、副边绕组匝比使占空比保持在最佳范围内，且有较好的电压调整率，则应该选择降压，反激式，推挽开关电源。

（三）最终方案的确定

最终方案电路图，如图（7）所示

图（7）开关电源设计电路图

三方案说明

该电路主要由开关电源和充电电路两部分组成，其输入电压AC220V、50／60Hz、40mA，输出电压DC3.8~4.2V、输出电流在200mA±80mA。

具体电路原理如下。

1．开关电源

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种直流稳压电源。

本电路的开关电源部分利用间歇振荡电路组成。

当接入220V交流电源后，通过整流二极管D1和电阻R1，变为直流电，给三极管Q1提供启动电流，使Q1开始导通，其集电极电流IC流经电感线圈L1，并线性增长，在L2中感应出使Q1基极为正，发射极为负的正反馈电压，使Q1很快饱和。

与此同时，感应电压给C2充电，这就使Q1基极电压逐渐降低，致使Q1退出饱和区，Ic开始减小，在L2中感应出使Q1基极为负、发射极为正的反向电压，从而Q1迅速变为截止状态。

此时，直流电源又通过R1和C2开始给电容C2反向充电，使Q1的基极电压开始升高，升高到一定值时，Q1重新导通，并逐渐达到饱和状态…。

如此周而复始，电路就这样反复震荡下去，并通过变压器T的次级线圈L3两端得到稳定的6~9V的直流电压，供充电电路工作。

2．充电电路

该电路主要由一块8脚集成电路（CT3582）和其它辅助元件组成。

CT3582是一颗可以自动识别极性的单节锂电池充电控制IC，该IC集成了完整的电池极性识别、自动充电控制、充电保护等方案所需的功能，不需要太多的外部元件就可以为锂电池充电。

LED2红色发光管与R5和IC的3脚组成充电指示电路。

LED1与IC的第4脚组成电池好坏检测电路。

LED3与IC的第2脚组成充电饱和指示电路。

在外接电源断开的情况下接入电池，CT3582会通过自动“极性识别”系统对电池极性进行判断并做出相应控制，使电池检测指示灯L1亮，表示电池已正常接入电路。

如果电池电压小于4.25V（典型值），则L2闪烁，L3熄灭，表示该电池需要进行充电；如果电池电压大于或者等于4.25V（典型值），则L2熄灭，L3亮，表示该电池已经充满，不需要继续充电。

当VDD连通而尚未接入电池时，L1、L2常亮；此时BTP与BTN两端之间的电压

差为4.17V（典型值）。

VDD连通并且接入未满电池时，电源开始通过CT3582的控制对电池进行正常充电

（此时不论电池以何种极性接入电路，均能正常充电）。

电池两端电压缓缓升高，若选用

三灯模式，则此时L1亮，L2闪烁，L3熄灭，表示电池正在被充电；当电池电压升高到

4.25V（典型值）时，L2熄灭，饱和检测指示灯L3亮，表示充电过程结束，电池已饱和。

若充电过程中，发生电池短路的情况，则CT3582内部“短路保护”系统会自动将充电回路切断，避免产生大电流。

此时若选用三灯模式，L1、L2熄灭，L3亮。

图2给出了两种充电控制方式：

恒流限压模式和恒压限流模式。

恒流充电是采用恒定的电流源对锂电池进行充电。

恒流充电的工作原理是在充电过程中，通过一个电流检测单元，采集TEST2信号对整个充电回路的电流进行监控，并反馈一个控制信号CONTROL2，对电流源进行控制和调节，使得电流源输出一个恒定的电流对另外利用一个电池电压检测单元，检测TEST1的信号对锂电池的电压进行监控，如果锂电池的电压达到4.2V，就通过CONTROL1输出一个充电截至信号，关闭电流源。

恒压充电是通过检测电池电压调节电流源输出电流对电池进行充电的方法。

在充电的过程中，通过电压检测单元对采样TEST1的信号，输出CONTROL1信号控制电流源，当电池电压升高时，充电电流逐渐减小。

达到能量守恒的平衡状态。

另外通过电流检测单元，对TEST2进行监控，当电流减小的预设值时，输出CONTROL2信号，关断整个充电回路。

恒流充电模式的优点在于保持恒定的电流充电，在整个充电过程中都能控制充电电流维持在预设值，保持稳定的充电时间。

缺点是当电池电压达到预设电压值（判断充满的状态）后，充电电流马上关断，此时电池并没有真正充满，充电结束后，电池电压会迅速下降100mV左右，而且也会影响电池的放电时间。

恒压充电模式的优点在于能够实时的检测电池电压对充电电流进行调节，当电池电压达到预设电压后，充电电流逐渐减小。

这段恒压充电过程，保证了电池真正的充满，充电结束后，电池电压基本不变。

同时具有更长的放电时间。

缺点是充电电流随着电池电压的上升减小很快，影响充电时间。

四主要硬件说明

（1）

（2）电解电容400v、4.7uf，35v、22uf,16v，220uf各一个，瓷片电容104两个

五调试

在这次的开关电源设计中，我们经历了网上搜资料，对资料进行整理、排错，仿真，以及实物焊接和调试等过程，其中网上搜资料、实物焊接以及调试出现了较大的问题！

网上关于开关电源的很多，但在可行性、实用性以及经济性方面很难找出一个与我们的设计相符的，最后我们根据实际、经济条件以及自己的能力，对一些电路进行了简单的整合，使其在仿真上能够大致符合设计的要求。

我们小组成员遇到的最大的问题是实物焊接以及调试。

由于开关电源的特殊性，需要接入市电，这些都对电解电容，瓷片电源，以及变压器等提出了很大的要求！

变压器要注意同名端的焊接，电解电容要注意正极，整流二极管以及普通二极管要注意PN结的方向！

在焊接的过程中我们就遇到过这样的问题！

由于开关电源中的有些模块超出了人体的安全电压，因此在测试和检测中，我们也遇到了棘手的问题，使实验的进程很慢而且很容易出错！

因此我们只有在成品焊接完毕后，才接通市电！

可令我们失望的是：

第一个成品，一接通市电后就爆炸了，第二个成品还是爆炸了！

第三个成品只有大约1.7v的电压，电源指示灯，充电指示灯均不亮！

这些都大大的打击了我们的积极性！

但我们冷静头脑，经过一段时间的分析，终于找出了实验失败的原因！

最后总结经验，终于焊接出了输出为3.81v稳定电压，并且各指示灯均正常工作！

但在一定程度仍不满足设计要求！

六技术小结

1

（1）功率开关管

功率开关管工作在On-Off快速循环转换状态，dv/dt和di/dt都在急剧变化，因此，功率开关既是电场耦合的主要干扰源，也是磁场耦合的主要干扰源！

（2）高频变压器

高频变压器的EMI来源集中体现在漏感对应的di/dt快速循环变换，因此高频变压器是磁耦合的重要干扰源

（3）整流二极管

整流二极管的EMI来源集中体现在反向恢复特性上，反向恢复电流的断续点会在电感产生高dv/dt,从而导致强电磁干扰！

2

（一）传导干扰的传输通道

（1）容性耦合

（2）感性耦合

（3）电阻耦合

（二）降低干扰的措施

（1）减小dv/dt和di/dt降低其峰值减小其斜率

（2）压敏电阻的合理应用，以降低浪涌电压

（3）阻尼网络抑制过冲

（4）采用软恢复特性的二极管，以降低高频段EMI

（5）有源功率因素校正，以及其他谐波校正技术

（6）采用合理设计的电源线滤波器

（7）合理的接地处理

（8）有效地屏蔽措施

七参考文献

[1]何希才主编《新型开关电源及其应用》，北京：

人民邮电出版，1996；

[2]周志敏、周纪海等主编《开关电源实用技术设计与应用》，北京：

人民邮电出版社，2003；

[3]叶慧贞、杨兴洲等主编《新颖开关稳压电源》，北京：

国防工业出版社，1999；

[4]王英剑主编《新型开关电源实用技术》，北京：

电子工业出版社，1999；

[5]杨素行主编《模拟电子技术基础简明教程》，北京高等教育出版社，2006；