基于模拟集成技术的开关电源变换器的设计详解.doc

基于模拟集成技术的开关电源变换器的设计 ？？？ (XX学院 253023) 摘 要 本设计是基于模拟集成技术的开关电源变换器的设计，变换器采用PWM脉宽调制信号芯片TL494为主芯片，以STC89S52单片机为控制器，以开关电源Buck串联降压电路, A/D模块, D/A模块, 键盘输入和LCD显示输出模块为辅助模块，制作了一个输出电压为5V-15V可调 DC/DC模块构成的开关电源变换器。电源模块由TL494控制Buck电流构成，通过电压反馈控制将输出电压稳压到所需要的电压。STC89C52单片机控制器采样输出电压，通过给电源模块一个调节信号，改变各电源模块的内部输出电压，从而实现输出稳定可调的电压。 关键词 开关电源变换器 TL494; STC89C52单片机; PWM脉宽调制信号; Buck电路 1 绪论 随着电子技术的发展，数字电路应用领域的扩展，现今社会，产品智能化、数字化已成为人们追求的一种趋势，设备的性能、价格、发展空间等备受人们的关注，尤其对电子设备的精密度和稳定度最为关心。性能好的电子设备，首先离不开稳定的电源，电源稳定度越高，设备和外围条件越优越，那么设备的寿命更长。基于此，人们对高精度、高稳定性的开关电源的需求越来越迫切。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。20世纪50年代，美国宇航局以小型化重量轻为目标而为搭载火箭开发首个开关电源以来，在半个多世纪的发展中，开关电源逐步取代了传统技术制造的相控稳压电源，并广泛应用于电子整机设备中。随着集成电路的发展，开关电源逐渐向集成化方向发展，趋于小型化和模块化。1977年国外首先研制成脉宽调制(PWM)控制器集成电路，美国Motorola公司、Silicon General公司、Unitrode公司等相继推出一系列PWM芯片。近些年来，国外研制出开关频率达1MHz的高速PWM、PFM芯片。单片开关电源已形成了几十个系列、数百种产品。单片开关电源自问世以来便显示出强大的生命力，其作为一项颇具发展前景和影响力的新产品，引起了国内外电源界的普遍关注。单片开关电源具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等特点，现已成为开发中小功率开关电源、精密开关电源及开关电源模块的优选集成电路。 与国外开关电源技术相比，国内从1977年才开始进入初步发展期，起步较晚、技术相对落后。目前国内DC/DC模块电源市场主要被国外品牌所占据，它们覆盖了大功率模块电源的大部分以及中小功率模块电源一半的市场。但是，随着国内技术的进步和生产规模的扩大，进口中小功率模块电源正在快速被国产DC/DC产品所代替。 1.2开关电源的发展方向及意义 目前市场上开关电源MOSFET的开关电源转换频率可达几百千赫。为提高开关频率，必须采用高速开关器件。对于兆赫以上开关频率的电源可利用谐振电路，这种工作方式称为谐振开关方式。它可以极大地提高开关速度，理论上开关损耗为零，噪声也很小，这是提高开关电源工作频率的一种方式。采用谐振开关方式的兆赫级变换器已经实用化。开关电源的技术追求和发展趋势可以概括为以下三个方面。 一、小型化、薄型化、轻量化、高频化——开关电源的小型化实质上就是尽可能减小其中储能元件的体积，并能够抑制干扰，改善系统的动态性能。因此，高频化是开关电源的主要发展方向。 二、高可靠性——从设计方面着眼，尽可能使用较少的器件，提高集成度。既解决了电路复杂、可靠性差的问题，也增加了保护等功能，简化了电路，提高了平均无故障时间。 三、低噪声——采用部分谐振转换回路技术，在原理上既可以提高频率又可以降低噪声。所以，尽可能地降低噪声影响是开关电源的又一发展方向。 开关电源被誉为高效能电源，它代表着稳压电源的发展方向，现已成为稳压电源的主流产品。采用了高频变压器和控制集成电路的开关电源更具有效率高、输出稳定、可靠性高等特性，是今后电源的发展趋势。开关电源的使用为国家节省了大量铜材、钢材和占地面积。由于变换效率提高，能耗减少，降低了电源周围环境的室温，改善了工作人员的环境。 2 开关电源简介及工作原理 2.1 开关电源简介 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电源，开关电源一般由脉冲宽度调制PWM (Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制是开关电源的工作电压，即：直流输入电压；K是控制开关，R是负载。当控制开关K接通的时候，开关电源就向负载R输出一个脉冲宽度为，幅度为的脉冲电压；当控制开关K关断的时候，又相当于开关电源向负载R输出一个脉冲宽度为，幅度为0的脉冲电压。这样，控制开关K不停地“接通”和“关断”，在负载两端就可以得到一个脉冲调制的输出电压=*/D，