开关电源设计与制作

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1、《自动化专业综合课程设计2》课程设计报告题H：开关电源设计与制作院（系）：机电与白动化学院专业班级：自动化0803学牛姓名：代杰学号：20081184111指导教师：雷丹2011年11月14日至2011年12月2H华中科技大学武昌分校制1.开关电源简介21.1开关电源概述21.2开关电源的分类31.3开关电源特点41.4开关电源的条件41.5开关电源发展趋势42.课程设计目的53•课程设计题目描述和要求54•课程设计报告内容54.1开关电源基本结构54.2系统总体电路框架64.3变换电路的选择64.4控制方案74.5控制器的选择84.5.1C8051F020的内核84

2、.5.2片内存储器84.5.312位模/数转换器94.5.4单片机初始化程序94.6输岀采样电路104.6.1信号调节电路104.6.2信号的采样114.6.3ADC的工作方式114.6.4ADC的程序124.7显示电路134.7.1显示方案134・7.2显7j程序14175.总结16参考文献1.开关电源简介1.1开关电源概述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。它运用功率变换器进行电能变换，经过变换电能，可以满足各种对参数的要求。这些变换包括交流到直流（AC-DC,即整流），直流到交流（DC-AC,即逆变），交

3、流到交流（AC-AC,即变压），直流到直流（DC-DC）o广义地说，利用半导体功率器件作为开关，将一种电源形式转变为另一种电源形式的主电路都叫做开关变换器电路；转变时用自动控制闭环稳定输出并冇保护环节则称为开关电源（SwitchingPowerSupply）□将一种直流电压变换成另一种固定的或可调的直流电压的过程称为DC-DC交换完成这一变幻的电路称为DC-DC转换器。根据输入电路与输岀电路的关系，DC-DC传换器可分为非隔离式DC-DC转换器和隔离式DC-DC转换器。降压型DC-DC开关电源展于非隔离式的。降压型DC-DC转换器主电路图如1：Rl图1降压型DC-DC

4、转换器主电路其中，功率TGBT为开关调整元件，它的导通与关断由控制电路决定；L和C为滤波元件。驱动VT导通时，负载电压Uo=Uin,负载电流Io按指数上升；控制VT关断时，二极管VD可保持输出电流连续，所以通常称为续流二极管。负载电流经二极管VD续流，负载电压Uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续11脉动小，通常串联L值较大的电感。至一个周期T结束，在驱动VT导通，重复上一周期过程。当电路工作于稳态吋，负载电流在一个周期的初值和终值相等。负载电压的平均值为：+loff1(1)式小，ton为VT处于导通的时间，toff为VT处于关断的时间；T为开关管控

5、制信号的周期，即ton+toff；a为开关管导通时间与控制信号周期Z比,通常称为控制信号的占空比。从该式可以看岀，，占空比最大为1,若减小占空比，该电路输出电压总是低于输入电压，因此将其称为降压型DC-DC转换器。负载电流的平均值为(式2)：(2)若负载小电感值较小，则在VT管断后，负载电流会在一个周期内衰减为零,出现负载电流断续的情况。1・2开关电源的分类开关电源的结构形式很多，按PWM方式來分有以下儿种。(1)反激式变换器所谓反激式是指变压器的初级极性与次级极性和反。如果变压器的初级上端为正，则次级上端为负。反激式变换器效率高，线路简单，能提供多路输出，所以得到了

6、广泛应用。但是在次级输出的电压中，有较大的纹波电压。为了解决这一问题,只有加大输出虑波电容和电感，但这样做的结果是增大了电源的体积。(2)反激式双晶体管变换器开关电源的功率在200W以上，不宜采用单管反激式电路，这时可以利用反激式双晶体管结构，两管可用双极型晶体管或长效应管。其中场效应管特别适用，无论是固定频率，可变频率，完全和不完全能量传递方式，用场效应管代替双极型晶体管是首选方案。(3)正激式变换器止激式变换器纯粹是个隔离元件，它是利用电感L储能及传递电能的。变压器的初级和次级线圈是相同的同名端，由于电感L的存在，它的电感折算到初级，使初级电感增大，而电流却减小。

7、止激式变换器的优点是铜耗低，因为使用无气隙磁芯，电感量较高，变压器的峰值电流比较小，输出电压纹波低；缺点是电路较为复杂，所用元器件多，如果有假负载存在，效率较低。它适用于低电压，大电流的开关电源，多用于150W以下的小功率场合。它还具有多台电源并联使用而互不影响的特点，而且可以口动均很，而反激式却做不到这点。（4）正激式双晶体管变换器正激式双晶体管是在单管止激式的电路上再吊接一只三极管而组成的，这对于高压大功率的开关电源来说更加安全可靠。安全可靠是最大的效益，所以，双管正激式变换器得到了广泛应用。（5）半桥式变换器为了减小开关三极管的电压应力，可以采