开关电源报告电压v功率w详解.doc

目录 1、 设计内容和要求 1 1.1应用背景 1 1.2设计目的 1 1.3任务要求 1 1.4方案选择 1 2、 设计概述 3 2.1开关电源的特点 4 2.2设计流程图 4 3、 设计过程 8 3.1 确定总体设计方案，选择反馈电路类型 8 3.2 选择TOPswitch芯片 8 3.3 高频变压器的设计 13 3.4 选择外围元件中的关键元件确定反馈电路类型 15 4、 设计小结 20 5、参考文献 21 附录1：元器件清单 22 附录2：计算参数表 23 附录3：电路图 26 1. 设计内容和要求 1.1应用背景 电源及能否安全可靠地工作。目前常用的直流稳压电源分线性电源和开关电源两大类。是各种电子设备不可或缺的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标。 线性稳压电源亦称串联调整式稳压电源，其稳压性能好，输出纹波电压很小，但它必须使用笨重的工频变压器与电网进行隔离，并且调整管的功率损耗较大，致使电源的体积和重量大、效率低。开关电源SMPS(Switch Mode Power Supply)被誉为高效节能电源，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。开关电源内部关键元器件工作在高频开关状态，本身消耗的能量很低，电源效率可达70％一90％，比普通线性稳压电源提高近一倍。开关电源亦称无工频变压器的电源，它是利用体积很小的高频变压器来实现电压变换及电网隔离的，不仅能去掉笨重的工频变压器，还可采用体积较小的滤波元件和散热器，这就为研究与开发高效率、高密度、高可靠性、体积小、重量轻的开关电源奠定了基础。 1.2设计目的 电力电子课程设计是一门实践性很强的实践教学课。通过对单片开关电源设 计，使学生初具查阅资料，掌握TOP 系列的选型，外围关键器件的计算和选择， 绘图等工程能力。 1.3任务要求 初步掌握单片开关电源的设计能力。TOP 系列的选型，反馈电路类型，滤波环节设计，TVS 管钳位电路设计，最大占空比DMAX 选择，根据电源容量选择合适的三端集成芯片，计算并设计反激式高频变压器，选用合适的铁氧体磁芯和漆包线线径，并确定绕制方法。根据负载要求确定合适的反馈电路类型和滤波环节原件参数。线性光耦选择,列写元器件采购清单等。 1.4方案选择 三种基本的隔离开关电源：反激型变换器，正激型变换器，桥式变换器。三者之间的比较如下表1-1所示。 表1-1 电路 优点 缺点 功率范围 正激 电路较简单，成本较低，可靠性高，驱动电路简单。 变压器单向励磁，利用率低。 几百W—几KW 反激 电路非常简单，成本很低，可靠性高，驱动电路简单。 难以达到较大的功率，变压器单向励磁，利用率低。 几W—几十W 全桥 变压器双向励磁，容易达到大功率。 结构复杂，成本高，有直通问题，可靠性低，需要复杂的多组隔离驱动电路。 几百W—几百KW 此次设计为输出电压为10V，电流为6A，综上所述，选择反激变换器。 2.设计概述 2.1开关电源的特点 ⑴TOPSwich—Ⅱ系列的产品，其内部主要包括振荡器、误差放大器、脉宽调制器、门电路、高压功率开关管（MOSFET）、偏置电路、过流保护电路、过热保护及上电复位电路、关断／自动重启动电路、高压电流源。如下图所示： 图2-1 TOPswitch-Ⅱ内部电路框图 图2-1 中，ZC 为控制端的动态阻抗， RFB 是误差电压检测电阻。RA 与CA 构成截止频率为7kHz的低通滤波器。它通过高频变压器使输出端与电网完全隔离，使用安全可靠。它属于漏极开路输出的电流控制型开关电源。由于采用CMOS电源，使器件功耗显著降低。 ⑵只有三个引出端：控制端C、源极S、漏极D，可同三端线性稳压器相媲美，能以最简单的方式构成无工频变压器的反激式开关电源。为完成多种控制、偏置及保护功能，C、D均属多功能引出端，实现了一脚多用。以控制端为例，它具有三项功能：①该端电压V C 为片内并联调整器和门驱动级提供偏压；②该端电流IC 能调节占空比；③该端还作为电源支路与自动重启动/补偿电容的连接点，通过外接旁路电容来决定自动重启动的频率，并对控制回路进行补偿。控制电压 UC 的典型值应为5.7V，极限电压U CM = 9V，控制端最大允许电流ICM = 100mA。 ⑶输入交流电压的范围极宽。作固定电压输入时可选110V/115V/230V交流电，允许变化±15%。若配85～265V宽范围变化的交流电，最大输出功率要降低40%。开关电源的输入频率范围是47～440Hz。 ⑷开关电源典型值为100kHz，占空比调节范围是1.7%～67%，电源效率为80%左右，最高可达到90%，比线性集成稳压电源提高近一倍。其工作温度范围是0～70℃，芯片的最高结温TJM = 135 ℃。 ⑸TOPSwich—Ⅱ的基本工作原理是利用反馈