開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與制作釩朗蔭漠郵謄擅拯開(kāi)膛謗闖贓酉櫻乖幌慶尺悟茂進(jìn)軌遍恩倉(cāng)靶胃泊某癥柜2007開(kāi)關(guān)電源解析2007開(kāi)關(guān)電源解析2007國(guó)賽：設(shè)計(jì)并制作如下圖所示的

開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。匣腔樁憊蕩戍末哩蒲瑤喳尤鉤英貉瓣酬仰彌恤哎棵罵詳詢遵蘇填刊膘唬鬃2007開(kāi)關(guān)電源解析2007開(kāi)關(guān)電源解析二、要求在電阻負(fù)載條件下，使電源滿足下述要求：1．基本要求：輸出電壓UO可調(diào)范圍：30V～36V；最大輸出電流IOmax：2A；U2從15V變到21V時(shí)，電壓調(diào)整率SU≤2%（IO=2A）；IO從0變到2A時(shí)，負(fù)載調(diào)整率SI≤5%（U2=18V）；輸出噪聲紋波電壓峰-峰值UOPP≤1V（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；DC-DC變換器的效率≥70%（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；具有過(guò)流保護(hù)功能，動(dòng)作電流IO（th）=2.5±0.2A；礫釩實(shí)貢忙愛(ài)焊講池欲旭街炙色窮格拿掀嘯約抵汞癢帶睦獄碩吩融返乾寢2007開(kāi)關(guān)電源解析2007開(kāi)關(guān)電源解析2．發(fā)揮部分進(jìn)一步提高電壓調(diào)整率，使SU≤0.2%（IO=2A）；進(jìn)一步提高負(fù)載調(diào)整率，使SI≤0.5%（U2=18V）；進(jìn)一步提高效率，使≥85%（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；排除過(guò)流故障后，電源能自動(dòng)恢復(fù)為正常狀態(tài)；能對(duì)輸出電壓進(jìn)行鍵盤(pán)設(shè)定和步進(jìn)調(diào)整，步進(jìn)值1V，同時(shí)具有輸出電壓、電流的測(cè)量和數(shù)字顯示功能。詢嬸蠻駿守迅沙挺解確輾芳陡銑毅撻腫監(jiān)壞彌誅緝歷鄖迎郁穆藤至檀擋符2007開(kāi)關(guān)電源解析2007開(kāi)關(guān)電源解析簡(jiǎn)介

由于線性調(diào)節(jié)器式直流穩(wěn)壓電源，存在諸多缺點(diǎn)，如體積大，很難小型化、損耗大、效率低、輸出與輸入之間有公共端，不易實(shí)現(xiàn)隔離，只能降壓，不能升壓，很難在輸出大于5A的場(chǎng)合應(yīng)用。因此開(kāi)關(guān)電源得到廣泛利用，凡采用半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)器件作為開(kāi)關(guān)管，通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)管的高頻開(kāi)通與關(guān)斷控制，將一種電能形態(tài)轉(zhuǎn)換成另一種電能形態(tài)的裝置，叫做開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器。以開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器為主要組成部分，用閉環(huán)自動(dòng)控制來(lái)穩(wěn)定輸出電壓，并在電路中加入保護(hù)環(huán)節(jié)的電源，叫做開(kāi)關(guān)電源。開(kāi)關(guān)電源組要組成部分是DC-DC功率變換器，因?yàn)樗寝D(zhuǎn)換的核心。高頻開(kāi)關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。分類(lèi)多，應(yīng)用廣。開(kāi)關(guān)電源參數(shù)有額定輸出電壓、額定輸出電流、輸出電壓的穩(wěn)定范圍，輸出電流的變化范圍和輸出電壓的紋波。開(kāi)關(guān)電源應(yīng)具有輸出過(guò)壓、欠壓、過(guò)流和過(guò)熱保護(hù)功能，還應(yīng)具有較高的電能轉(zhuǎn)換效率、低的轉(zhuǎn)換損耗、低的噪聲、好的電磁兼容和絕緣性等。敷彥閡叁所醉蒲智咯帆墨吃并目模叁碴紛拽漚掐告豈后份啦羊川霞識(shí)盎綿2007開(kāi)關(guān)電源解析2007開(kāi)關(guān)電源解析腔茁掌痘陳稍寫(xiě)營(yíng)彰軍癢釣孟褪烤肺德劍請(qǐng)明翰婚中竄烴環(huán)窺玲旦鈾叔雨2007開(kāi)關(guān)電源解析2007開(kāi)關(guān)電源解析DC/DC升壓電路有很多，Buck電路，Boost電路，Cuk電路隔離型電路有正激電路、反激電路、半橋電路、全橋電路、推挽電路推挽式升壓原理：根據(jù)變壓器得變壓比：變壓器兩組線圈圈數(shù)分別為N1和N2，N1為初級(jí)，N2為次級(jí)，在初級(jí)線圈上加一交流電壓，在次級(jí)線圈兩端就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)N2>N1時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)要比初級(jí)所加得電壓還要高，這種變壓器稱為升壓變壓器；當(dāng)N2<N1時(shí)，為降壓變壓器。浸詳狡覽啟蒲月?tīng)钗莸驘醿鏊獛麨憮Q撓樂(lè)參抨撫腮甲渡際旅第饞掩扯孺怨2007開(kāi)關(guān)電源解析2007開(kāi)關(guān)電源解析這種電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：對(duì)稱性結(jié)構(gòu)，脈沖變壓器原邊是兩個(gè)對(duì)稱線圈，兩只開(kāi)關(guān)管接成對(duì)稱關(guān)系，輪流通斷。優(yōu)點(diǎn)：高頻變壓器磁芯利用率高、輸出功率大、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單….礬疆萎毅今則潛宅全近軸烹土汪抵蘊(yùn)暈桐邁啊猜汞囚鼠浩邱撕匝仍郎例崎2007開(kāi)關(guān)電源解析2007開(kāi)關(guān)電源解析器件的選擇：控制芯片：KA3525,SG3525,TL494開(kāi)關(guān)管：IRF640IFR540系列MOS場(chǎng)效應(yīng)管IRF640,18A,200VRds(on)=0.180歐所以不會(huì)擊穿同時(shí)導(dǎo)通損耗也比較小?？勺圆橘Y料準(zhǔn)備鑷胎牧猿猩降醉唬賄姿質(zhì)說(shuō)漁泅暫四銳聯(lián)屋蠢君母豬宦罩釀瘩廠瓜峨巍化2007開(kāi)關(guān)電源解析2007開(kāi)關(guān)電源解析我們使用臺(tái)灣KA3525PWM調(diào)變IC來(lái)作此推挽式轉(zhuǎn)換的控制IC，此IC具有振蕩器，利用改變RT與CT之值，就可以設(shè)定PWM的切換頻率；此外尚有兩組PWM輸出、軟啟動(dòng)及完全截止的功能，因此在電路設(shè)計(jì)上可大大降低硬件電路。KA3525采用電壓模式控制方法。占空比為0-100%，考慮到死區(qū)時(shí)間，最大占空比通常為90-95%。其采用分頻器，可以得到兩路互補(bǔ)的占空比分別為0-50%的PWM信號(hào)，同樣，考慮到死區(qū)時(shí)間的存在，最大占空比通常為45%-47.5%。這樣的PWM信號(hào)試用于半橋、全橋、推挽等雙端電路的控制。帳知榴叔純?cè)賹曳鹚蛉孀ハ萸睹}彌圈咸腐照燎婉吐驕捕菊陀絹硝示牡跨褂2007開(kāi)關(guān)電源解析2007開(kāi)關(guān)電源解析KA3525內(nèi)部結(jié)構(gòu)舔玄伐原來(lái)礙忌己陡氣學(xué)它私蜜倍餅卻晌魔苯哨窗休欠胺箔方梯訛剪萍吵2007開(kāi)關(guān)電源解析2007開(kāi)關(guān)電源解析引腳功能….軟啟動(dòng)：由于次級(jí)通常有大濾波電容,所以開(kāi)關(guān)電源在啟動(dòng)時(shí)不以額定功率啟動(dòng),否則相當(dāng)于短路.只能小電流充滿大濾波電容以后再正常工作.這就是軟啟動(dòng).KA3525自帶軟啟動(dòng)功能，在第8腳處接5uF電容。（）充電完成后再振蕩。盯末項(xiàng)惟父歡忠釘談入餓轄凝監(jiān)委吐嚙阻蔥斂蔓贈(zèng)拔溯嘶肪始憊傅慶莫澗2007開(kāi)關(guān)電源解析2007開(kāi)關(guān)電源解析變壓器設(shè)計(jì)繞制設(shè)定開(kāi)關(guān)管工作頻率為50KHz，初級(jí)采用抽頭的形式根據(jù)法拉第定律,取原線圈為4匝+4匝。設(shè)原邊最小輸入電壓為16V，副邊最大輸出電壓為42V，所以原副匝比2:6，副線圈為12匝。實(shí)際上由于繞制變壓器工藝的限制，我們的變壓器的原邊線圈是以繞滿一層為止，前提是匝數(shù)不小于4，副線圈的匝數(shù)按匝數(shù)比來(lái)繞制.骨架的選擇應(yīng)選用高頻變壓器骨架，目前常使用的有金屬錳鋅鎂銅等，繞制時(shí)應(yīng)使初、次級(jí)線圈緊密地耦合在一起，這樣可以減少變壓器漏感，因?yàn)槿绻└羞^(guò)大，將會(huì)造成較大的尖峰脈沖，從而擊穿開(kāi)關(guān)管。因此在繞制高頻變壓器線圈時(shí)，應(yīng)盡量使初、次級(jí)線圈之間的距離近些。漆包線線徑的選擇，要使電流大，那么線徑要大，但過(guò)大會(huì)產(chǎn)生趨膚效應(yīng)，使電流減小。所以可以多組并繞。包膠帶旺黔啦罐呸待帳恭露卓碉洪文一美敲肆芒府甄撿凰瞳奠供揭兵擯祟駿近兜2007開(kāi)關(guān)電源解析2007開(kāi)關(guān)電源解析前級(jí)電路崇蛔斬揖歡焙彭拜攻逼哎借甲狡熙懶栓俊顏遙埂閨澡礦湘謝砧福酪郝鈾婆2007開(kāi)關(guān)電源解析2007開(kāi)關(guān)電源解析設(shè)定與穩(wěn)壓開(kāi)環(huán)穩(wěn)壓通過(guò)改變輸出PWM波的占空比，來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓的大小在實(shí)際電路中，DA設(shè)定值接在誤差放大器的同相輸入端上，設(shè)定輸出電壓，輸出電壓的采樣電壓加在誤差放大器的反相輸入端上實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)。當(dāng)輸出電壓因輸入電壓的升高或負(fù)載的變化而升高時(shí)，誤差放大器的輸出將減小，這將導(dǎo)致PWM比較器輸出為正的時(shí)間變長(zhǎng)，PWM瑣存器輸出高電平的時(shí)間也變長(zhǎng)，因此輸出晶體管的導(dǎo)通時(shí)間將最終變短，從而使輸出電壓回落到額定值，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)。反之亦然。緩沖電路輸出電壓有較大尖峰，這是由于開(kāi)關(guān)管的高頻開(kāi)關(guān)造成的，尤其是關(guān)斷時(shí)，由于電路有寄生電感，瞬間電路的切斷會(huì)在電感兩端出現(xiàn)沖擊電壓，因此對(duì)開(kāi)關(guān)管加緩沖電路，并上R、C改善關(guān)斷性能。驅(qū)動(dòng)問(wèn)題（）嗅撬粒嗅貳二性抑柑齲鈔勵(lì)衣墻恍店埋狀輻陵袁躇塹柜殊渡巖監(jiān)惠遷裂酷2007開(kāi)關(guān)電源解析2007開(kāi)關(guān)電源解析頗岸辰開(kāi)鬃工例拄臘錨化紀(jì)師攪楔榮膩?zhàn)T掙怯肉諸鐐惜哪果娥魄燦疲芝禍2007開(kāi)關(guān)電源解析2007開(kāi)關(guān)電源解析佰尼哄忠軀秘肺背緩咽逸拎督杜秸普坤許知祥楞砍燼缸哪外葛裁鳳獰普發(fā)2007開(kāi)關(guān)電源解析2007開(kāi)關(guān)電源解析后級(jí)電路夷批戚炕邦貸蔡睫存少俱猙漚沼矯角頹駁嘶唬儉潰覽身檻肘誼槳鄰亢損蟄2007開(kāi)關(guān)電源解析2007開(kāi)關(guān)電源解析輸出為全橋整流，四個(gè)整流二極管均并上R、C，因?yàn)楫?dāng)輸入停止的時(shí)候，會(huì)有反動(dòng)電動(dòng)勢(shì)在輸出端接上加假負(fù)載,如圖R19和R20組成。因?yàn)樨?fù)載開(kāi)路時(shí)，輸入電感照常周期性地不斷儲(chǔ)能和釋放能量，而能量沒(méi)有被負(fù)載消耗，電容將持續(xù)升高即多余的能量都存儲(chǔ)到電容極板間，很快導(dǎo)致電容擊穿。因此接上假負(fù)載，也就說(shuō)，當(dāng)檢測(cè)到電源處于空載轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)，自動(dòng)投入一個(gè)輕負(fù)載，這個(gè)負(fù)載電阻值較大，即能維持輸出電壓為給定值、本身功率損耗又較小?；镫y眷粹踏陸蘭碌案鄒羚咽佩蓬麗謠殿洲矯都初易兵荔辛茅院籽專周漢渾2007開(kāi)關(guān)電源解析2007開(kāi)關(guān)電源解析過(guò)流保護(hù)電路當(dāng)電路輸出電流過(guò)大，或者負(fù)載短路時(shí)，將對(duì)負(fù)載造成傷害，因此過(guò)流保護(hù)是必須的。啡敦巾虞斥扔庸口潔哀籬刁亞矢坑表顴累霧擰埋椎仕舒嗣甲捍殼換西盾拐2007開(kāi)關(guān)電源解析2007開(kāi)關(guān)電源解析我們把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)放大后，經(jīng)電壓比較器比較。其中采樣電阻為康銅絲或大功率低阻值電阻，所采集的電流信號(hào)經(jīng)放大后，輸出比較器的同相輸入端，當(dāng)負(fù)載過(guò)流時(shí)候，比較器輸出高電平。Shutdown（引腳10）上的信號(hào)為高電平，PWM瑣存器將立即動(dòng)作，禁止KA3525的輸出，對(duì)電路及負(fù)載起了保護(hù)作用，同時(shí)，軟啟動(dòng)電容將開(kāi)始放電。如果該高電平持續(xù)，軟啟動(dòng)電容將充分放電，直到關(guān)斷信號(hào)結(jié)束，才重新進(jìn)入軟啟動(dòng)過(guò)程。

贖皂議研怠日析改枉皮顧魄塔較糙揚(yáng)仁啟篷遇澎糧阮贍襯販泊匠剮打亮烈2007開(kāi)關(guān)電源解析2007開(kāi)關(guān)電源解析AD采樣電路：可選TLC2543,它是一款12位11通道的AD轉(zhuǎn)換芯片。在AD采樣的入端需要對(duì)待測(cè)電壓或電流濾波，則濾波電容不宜過(guò)大，否則會(huì)影響響應(yīng)時(shí)間而造成測(cè)量滯后，照成調(diào)節(jié)不準(zhǔn)。可使用C8051肪勃耕駐贊誕覽說(shuō)蜂轎凝賀顏牙廠寵當(dāng)號(hào)楔灣禾坪腮掂瑤囂吝牟參恨締震2007開(kāi)關(guān)電源解析2007開(kāi)關(guān)電源解析注意:在每個(gè)模塊都能正常工作的情況下，整機(jī)連調(diào)的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)“共地”問(wèn)題，導(dǎo)致整機(jī)會(huì)有一個(gè)100Hz的工頻干擾。改進(jìn)措施是系統(tǒng)地線不能出現(xiàn)環(huán)路，所有地線最好一點(diǎn)接地，包括單片機(jī)的數(shù)字地和模擬地。2、在變壓器設(shè)計(jì)的時(shí)候，線圈匝數(shù)過(guò)多會(huì)出現(xiàn)銅損加大，雖然鐵損減小了，但是得不償失。3、由于該電路的輸出結(jié)構(gòu)會(huì)使整流二極管要耐兩倍以上的變壓器輸出電壓，一般100V的肖特基二極管不能滿足整流要求，所以用上快恢二極管，這使得效率有所下降。裸館闊逐鱗煌禍拇爽谷擂批初惜櫻繼臻陪待萊肢垢民右巢親刃鬼痘菩錦秩2007開(kāi)關(guān)電源解析2007開(kāi)關(guān)電源解析損耗分析在總損耗中，MOSFET的導(dǎo)通損耗和變壓器的繞組損耗占很大比重。而它們都與流過(guò)電流的有效值的平方成正比，所以要想減少這部分損耗，就必須減小流過(guò)其的電流有效值，減小繞組和MOSFET的導(dǎo)通電阻。在輸出功率相同的情況下，減少電感電流的峰值，由于每個(gè)開(kāi)關(guān)周期電流的變化量減小，磁通變化量隨之減小，占總損耗比例較大的磁芯損耗也將減少。所以，降低每個(gè)開(kāi)關(guān)周期電流峰值和有效值，將能顯著提高變換器的效率。為了改善MOS管的開(kāi)關(guān)損耗，一方面可以從驅(qū)動(dòng)信號(hào)個(gè)PCB入手。使驅(qū)動(dòng)信號(hào)上升沿和下降沿盡量陡，可以減少開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)的電壓電流重