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[整理]12V1A开关电源设计毕业设计说明书(论文)中文摘要本文设计了一种基于脉冲宽度调制(PWM,PulseWidthModulation)控制方式的开关电源,介绍了PWM开关电源的工作原理及发展历程,给出了利用PWM技术控制开关电源的设计方案,给出其功能原理图及电路原理图;本设计还详细介绍了变压器设计;EMI滤波电路;PWM控制电路;输出反馈电路;保护电路;整流滤波电路;稳压电路等。该开关电频率高,效率高,功率密度高,可靠性高等。关键字:PWM;开关电源;变压器;EMI毕业设计说明书(论文)外文摘要Title12V1Aswitchp...

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毕业设计说明 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 )中文摘要本文设计了一种基于脉冲宽度调制(PWM,PulseWidthModulation)控制方式的开关电源,介绍了PWM开关电源的工作原理及发展历程,给出了利用PWM技术控制开关电源的设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,给出其功能原理图及电路原理图;本设计还详细介绍了变压器设计;EMI滤波电路;PWM控制电路;输出反馈电路;保护电路;整流滤波电路;稳压电路等。该开关电频率高,效率高,功率密度高,可靠性高等。关键字:PWM;开关电源;变压器;EMI毕业设计说明书(论文)外文摘要Title12V1AswitchpowersourcedesignAbstractThispaperexpoundsakindofbasedonthePulseWidthModulation(PWM,PulseWidthModulation)controlmodeofswitchpower,introducedthePWMswitchpowersupplyandworkingprincipleofthedevelopmentcourse,presentedbythePWMcontrolswitchpowersourcedesignschemeispresented,andthefunctionalprinciplediagramandthecircuitprinciplediagram;UsingPWMtechnology,canmaketheswitchpowersupply,highfrequency,highefficiency,highpowerdensity,highreliability.Thisdesignbutalsodetailedintroducesthetransformerdesign;EMIfiltercircuit;PWMcontrolcircuit;Outputfeedbackcircuit;Theprotectioncircuit;Rectifierfiltercircuit;Voltagecircuit,etc.Keywords:PWM;Switchingpowersupply;Transformer;EMI目次1 绪论…………………………………………………………………………22 开关电源的发展和趋势……………………………………………………23开关电源工作原理…………………………………………33.1 方案论证………………………………………………………………………33.2设计要求………………………………………………………………43.3开关电源系统方框图………………………………………………44开关电源电路设计………………………………………44.1EMI滤波电路设计………………………………………………………44.2 输入整流滤波设计………………………………………………………………54.3变换电路及控制电路设计………………………………………………74.4变压器设计……………………………………………………104.5反馈稳压电路设计……………………………………………………124.6后级整流滤波电路设计……………………………………………………14结论…………………………………………………………………………………15致谢…………………………………………………………………………………16参考文献………………………………………………………………………………171 绪论电子技术的高速发展,电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切,而电子设备都离不开可靠的电源,进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域,程控交换机、通讯、电力检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源,更促进了开关电源技术的迅速发展。开关电源是利用现代电子技术,控制开关晶体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)和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比,二者的成本都随着输出功率的增加而增长,但二者增长速率各异。开关电源比普通的线性电源效率高,开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。开关电源高频化是其发展的方向,高频化使开关电源小型化,并使开关电源进入更广泛的应用领域,开关电源比普通线性电源体积小,轻便化,更便于携带。2 开关电源的发展和趋势1955年美国罗耶(GH.Roger)发明的自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器,是实现高频转换控制电路的开端,1957年美国查赛(JenSen)发明了自激式推挽双变压器,1964年美国开关电源科学家们提出取消工频变压器的串联开关电源的设想,这对电源向体积和重量的下降获得了一条根本的途径。到了1969年由于大功率硅晶体管的耐压提高,二极管反向恢复时间的缩短等元器件改善,终于做成了25千赫的开关电源。目前,开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等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。目前市场上出售的开关电源中采用双极性晶体管制成的100kHz、用MOS-FET制成的500kHz电源,虽已实用化,但其频率有待进一步提高。要提高开关频率,就要减少开关损耗,而要减少开关损耗,就需要有高速开关元器件。然而,开关速度提高后,会受电路中分布电感和电容或二极管中存储电荷的影响而产生浪涌或噪声。这样,不仅会影响周围电子设备,还会大大降低电源本身的可靠性。其中,为防止随开关启-闭所发生的电压浪涌,可采用R-C或L-C缓冲器,而对由二极管存储电荷所致的电流浪涌可采用非晶态等磁芯制成的磁缓冲器。不过,对1MHz以上的高频,要采用谐振电路,以使开关上的电压或通过开关的电流呈正弦波,这样既可减少开关损耗,同时也可控制浪涌的发生。这种开关方式称为谐振式开关。目前对这种开关电源的研究很活跃,因为采用这种方式不需要大幅度提高开关速度就可以在理论上把开关损耗降到零,而且噪声也小,可望成为开关电源高频化的一种主要方式。当前,世界上许多国家都在致力于数兆Hz的变换器的实用化研究。3 开关电源工作原理将交流电源输入经整流滤波后转换成直流,通过高频PWM(脉冲宽度调制)信号或PM(脉冲调制)电路控制开关管,将那个直流电压加到开关变压器初级上,开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载,输出部分通过,反馈电路反馈给控制电路,以达到稳定输出电压的目的。PWM开关电源原理是通过“斩波”,即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电源幅值的脉冲电压来实现的。脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节。一旦输入电压被斩成交流方波,其幅值就可以通过变压器来升高或降低。通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压组数。最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。3.1方案论证3.1.1开关电压的三种控制方式(1)脉冲宽度调制(PulseWidthModulation,缩写为PWM)开关周期恒定,通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。经过长期的理论与实践,脉冲宽度调制(PWM)控制方式使用最广泛,最安全,最实用。(2)脉冲频率调制(PulseFrequencyModulation,缩写为PFM)导通脉冲宽度恒定,通过改变开关工作频率来改变占空比的方式。(3)混合调制导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定,彼此都能改变的方式,它是以上二种方式的混合3.2设计要求1)交流输入电压变化范围为AC150V~AC280V;2)直流输出电压为12V;3)输出电流为1A;4)输出电压调整率≤1%;5)具有故障自诊断、过压、过流保护等功能。3.3开关电源系统方框图图112V1A开关电源系统方框图4开关电源电路设计4.1EMI滤波电路设计EMI滤波器主要作用是抑制开关电源进出的电磁干扰,具有双向抑制性。开关电源EMI滤波器的基本网络如图所示。图2EMI滤波器图2中差模抑制电容为X,共模电感为L1。滤波器是由电感和电容组成的低通滤波电路所构成,由于干扰信号有差模和共模两种,因此滤波器要对这两种干扰都具有衰减作用。其基本原理为:(1)利用电容通高频隔低频的特性,将电源正极和负极高频干扰电流导入地线,或将电源正极高频干扰导入电源负极。(2)利用电感线圈的阻抗特性,将高频干扰电流反射回干扰源。图2中差模抑制电容Cx1和Cx2的范围是0.1~0.47μF;共模抑制电感L1范围5~25mH。设计时,必须使共模滤波电路和差模滤波电路的谐振频率明显低于开关电源的工作频率,一般要低于10kHz,即f=2πLC​1​<10kHz本设计中C1取0.1uF。则L1​≥(2π×10×103×0.1×10−6​1​)=2.5mHL1采用UU98型滤波器来实现。4.2输入整流滤波设计4.2.1开关电源的前级整流电路采用的是桥式整流电路(1)输出平均电压Uo=0.9U2,输出平均电流Io=Uo/RL=0.9U2/RL。二极管上的平均电流为:ID=0.5Io。(2)二极管上的最高反向电压:UDRM=2​U2。(3)开关电源的滤波电路采用的是电容滤波电路。对于电容滤波,它的优点有:输出电源高,在小电流时滤波效果较好。但电容滤波也有缺点,它的负载能力差,电源接通瞬间充电电流很大,整流管要承受很大正向浪涌电流。它实用负载电流较小的场合。4.2.2整流滤波电路的电子元件选择图3整流滤波电路图3给出本设计的整流滤波电路。图中整流二极管D1、D2、D3、D4分别取IN4007型二极管。C1值确定如下:Po=Vo×Io=12×1=12W               Pin=ηPo​==15W                效率假设为80/100​Vin(min)=Vac(min)×1.1=150×1.1=165V    IDCIN(MAX)=Vin(min)​Pin​​=16515​=0.091A      RL=IDCin(max)​Vin(min)​​=0.091165​=1814ΩC5>WRL10​>2×3.14×50×181410​=17.5×10−6F        根据上述计算,选用10uF/400V的电容。桥式整流中二极管上的流过电流为整流输出电流的一半,其最大电流Idcin(max)=0.0455A因此取二极管额定电流If(av)为(1.5~2)ID(max)/1.57=(0.043~0.058)A因最高反向电压VDRM(MAX)=2​×280=396V选二极管额定电压为(2~3)VDRM(MAX)=(792~1188)V根据输入电压,电流的三倍选择整流二极管。IN4007其额定电流为1A;反向峰值电压为1000V。因此整流电路中选择IN4007型二极管即可满足本设计需要。4.3变换电路及控制电路设计本设计输出功率小,因此变换电路采用反激式电路括扑结构,反激式电路括扑适合的功率范围为几瓦到几十瓦。控制电路采用的是THX203H。THX203H的资料:高性能电流专为高性价比AC/DC转换器设计。在85V-265V的宽电压范围内提供高达12W的连续输出功率,峰值输出功率更可达18W。优化的高合理性的电路设计结核高性能价格比的双极型制作工艺,最大程度上节约了产品的整体成本。该电源控制器可工作与典型的反激式电路括扑中,构成简洁的AC/DC转换器。IC内部的启动电路被设计成一种独特的电路吸入方式,可利用功率开关管本身的放大作用完成启动,这显著地降低了启动电阻的功率消耗;而在输出功率娇小时IC讲自动降低工作频率,从而实现了极低的待机功耗。在功率管截止时,内部电路讲功率管反向偏置,直接利用了双极型晶体管的CB高耐压特性,大幅提高功率管的耐电压能力直到700V的高压,这保证了功率管的安全。IC内部还提供了完善的防过载饱和功能,可实时防范过载、变压器饱和、输出短路等异常状况,提高了电源的可靠性。电流限制及时钟频率可由外部器件进行设定。图4管脚图4.3.1特点●内置700V高压功率开关管,极少的外围器件●锁存脉宽调制,逐脉冲限流检测●低输出降频功能,无输出功耗可低于0.3W●内建斜坡与反馈补偿功能●独立上限电流检测控制器,实时处理控制器的过流、过载●关断周期发射极偏压输出,提高了功率管的耐压●内置具有温度补偿的电流限制电阻,精确电流限制●内置热保护电路●利用开关功率管的放大作用完成启动,启动电阻的功耗减少10倍以上●极少的外围元器件●低启动和工作电流●VCC过压自动限制●宽电压连续输出功率可达12W,峰值输出功率可达18W图5THX203H内部结构图4.3.2引脚功能描述:管脚符号管脚描述1OB功率管基极,启动电流输入,外接启动电阻2VCC供电脚3GND接地脚4CT振荡电容脚,外接定时电容5FB反馈脚6IS开关电流取样与限制设定,外接电流取样电阻7,8OC输出脚,接开关变压器引脚功能一览表4.3.3原理描述●启动阶段,上电时VR关闭;FB上拉电流源关闭;OE由功率管输入启动电流到VCC;OB控制功率管的基极电流,限制功率管集电极电流(即THX203H启动接受电流),从而保证功率管的安全;在VCC电压上升到8.8V,启动阶段结束,进入正常阶段。●正常阶段,VCC电压应保持在4.8~9.0V,VR输出2.5V基准;FB上拉电流源开启;振荡器输出OSC1决定最大占空比,输出OSC2试图触发电源进入开周期、及屏蔽功率管开启电流峰;若FB小于1.8V(约在1.2-1.8V)之间振荡器周期将随之增加,FB越小振荡器周期越宽、直至振荡器停振(此特性降低了开关电源的待机功耗);若外围反馈试图使VCC大于9.6V,则内电路反馈到FB使VCC稳压在9.6V(利用此特性可以不采用外围反馈电路,由内电路稳定输出电压,但稳压精度较低);开周期,OB为功率管提供基极电流,OE下拉功率管的发射极到IS,而且OB采用斜坡电流驱动(指OB开电流是IS的函数,当IS=0V时OB开电流约40mA,然后OB开电流随IS线性增加,当IS增加到0.6V时OB开电流约120mA,此特性有效地利用了OB的输出电流,降低了THX203H的功耗),若IS检测到FB指定电流则进入关周期;关周期,OB下拉,功率管不会立即判断,但OE箝位1.5V(功率管判断后基地反向偏置,提高了耐压);在开或关周期,如检测到功率管超上限电流,则上限电流触发器优先置位,强制FB下降,占空比变小,从而保护功率管和变压器;在下一个关周期开始沿或FB小于1.8V,上限电流触发器复位。另外,THX203H内置热保护,在内温度高于140℃后调宽振荡器的周期,使THX203H温度不超过150℃;内置斜坡补偿,在THX203H大占空比或连续电流模式时能稳定开/关周期。●若VCC降到4.3V左右,振荡器关闭,OSC1、OSC2低电平,电源保持关周期;VCC继续下降到3.7V左右,THX203H重新进入启动阶段。4.4变压器设计本次设计12V1A开关电源其功率为12W,10W<12W<15W,因此选择PC40EE19磁芯。IC采用THX203H,其工作频率为f=61KHZ,占空比τ=0.57,耐压为700V。Ip=Idcmin(max)×τ2​=0.319A功率关开通时间TonTon=fτ​=9.3×10−6一次电感值最小值Lp为Lp​=Ip​Vdc(min)​×Ton​​=0.319165V×9.3×10−6​=4.8mH根据PC40EE19磁芯的资料,Ae=23mm2,大工作磁感应强度Bmax=510T。Al=1250nH/N2一次绕组所需最大匝数:Np=1250×10−94.8×10−3​​=61.9≈62二次绕组所需匝数:Ns=Vfry​V0​VF​​×Np​=31.49≈32其输出整流二极管导通压降为:VF​=0.7VVfry为开关管开关器件,变压器副边电压根据电磁感应定律,反射到原边绕组两端的电压。Vfry越高,吸收回路上消耗的功率则会越高,效率就会降低。同时,Vfry越高,开关管的应力也越大。Vfry低,则副边二极管的反向电压应力变高,二极管吸收损耗增大。取Vfry​=25V驱动匝数参数为:Nb​=Vdcin(min)​Vfry​​×Np​=16525​×62=9.3≈10绕组导线线径Dp​=jπ4​×In​进行计算。J为电流密度,取5A/mm2,n为相应绕组额定电流。Iprms​=Ip​×3τ​​=0.319×30.57​​=0.14ANp的线径为:Dp​=jπ4​×Iprms​​=5×3.144​×0.14​≈0.19mm副绕组Ns的额定电流峰值为:Is​=Np​Ns​​×Ip​=6232​×0.319=0.16A其额定电流值为:Isrms​=Is​31−τ​​=0.1631−0.57​​=0.06A其线径:Ds​=jπ4​×Isrms​​=5×3.144​×0.06​=0.12mm4.5反馈稳压电路设计开关电源的稳压反馈通常都使用TL431和EL817,如输出电压要求不高,也可以使用稳压二极管和EL817。4.5.1光耦合器的性能特点光耦合器的主要优点是:单向传输信号,输入端与输出端完全实现了电气隔离,抗干扰能力强,使用寿命长,传输效率高。它广泛用于电平转换,信号隔离,级间隔离,开关电路,远距离信号传输,脉冲放大,固态继电器(SSR),仪器仪表,通信设备及微机接口中。在单片开关电源中,利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路,通过调节控制端电流来改变占空比,达到精密稳压的目的。4.5.2光偶的输出比电流传输比是光耦合器重要的参数,通常用直流电流传输比来表示。当输出电压保持恒定时,它等于直流输出电流Ic与直流输入电流If的百分比,其公式为:
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