開關(guān)電源技術(shù) 課程設(shè)計(jì)

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1、一、總體設(shè)計(jì)思路及框圖1.1設(shè)計(jì)總體思路輸入——EMC等濾波——整流（也就一般的AC/DC類似全橋整流模塊）——DC/DC模塊（全橋式DC—AC—高頻變壓器—高頻濾波器—DC,）——輸出。系統(tǒng)可以劃分為變壓器部分、整流濾波部分和DC-DC變換部分，以及負(fù)載部分，其中整流濾波和DC-DC變換器構(gòu)成開關(guān)穩(wěn)壓電源。整流電路是直流穩(wěn)壓電路電源的組成部分。整流電路輸出波形中含有較多的紋波成分，所以通常在整流電路后接濾波電路以濾去整流輸出電壓的紋波。直流/直流轉(zhuǎn)換電路,是整個開關(guān)穩(wěn)壓電源的核心部分。1.2開關(guān)穩(wěn)壓電源的基

2、本原理框圖如圖1-1所示：EMI濾波電路GND+4-16輸出整流濾波控制電路整流濾波電路NL輔助電路反饋電路高頻變換器圖1-1開關(guān)穩(wěn)壓電源基本原理框圖二、電路設(shè)計(jì)及原理分析2.1單元電路設(shè)計(jì)2.1.1整流濾波電路圖2-1輸入整流濾波電路電子設(shè)備的電源線是電磁干擾（EMI）出入電子設(shè)備的一個重要途徑，在設(shè)備電源線入口處安裝電網(wǎng)濾波器可以有效地切斷這條電磁干擾傳播途徑，本電源濾波器由帶有IEC插頭電網(wǎng)濾波器和PCB電源濾波器組成。IEC插頭電網(wǎng)濾波器主要是阻止來自電網(wǎng)的干擾進(jìn)入電源機(jī)箱。PCB電源濾波器主要是抑制

3、功率開關(guān)轉(zhuǎn)換時產(chǎn)生的高頻噪聲。交流輸入220V時，整流采用橋式整流電路。如果將JTI跳線短連時，則適用于110V交流輸入電壓。由于輸入電壓高，電容器容量大，因此在接通電網(wǎng)瞬間會產(chǎn)生很大的浪涌沖擊電流，一般浪涌電流值為穩(wěn)態(tài)電流的數(shù)十倍。這可能造成整流橋和輸入保險絲的損壞，也可能造成高頻變壓器磁芯飽和損壞功率器件，造成高壓電解電容使用壽命降低等。所以在整流橋前加入由電阻R1和繼電器K1組成的輸入軟啟動電路。電路如圖2-1所示：2.1.2反激式變換器根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)形式的不同，脈寬式變換器可分為：正激式、反激式、半橋

4、式、全橋式、推挽式和阻塞式。所謂反激式是指變壓器的初級極性與次級極性相反。反激式變換效率較高，線路簡單，能多路輸出。當(dāng)開關(guān)管VT截止時，變壓器初級所積蓄的電能向次級傳送，這時變壓器的次級繞組下端為負(fù)，上端為正，二極管VD正向?qū)?，?dǎo)通電壓經(jīng)過電容C濾波后向負(fù)載RL供給電能。當(dāng)變壓器的初級儲存的電能釋放到一定程度后，電源電壓Vin通過變壓器的初級繞組N1向三極管VT的集電極充電，N1又開始儲能。V1上升到一定程度后，三極管VT截止，又開始新一輪放電。在充電周期，變換器的輸出電壓為Vo=Vin*D*（N1/N2）

5、。變換器電路如圖2-2所示。圖2-2變換器電路2.1.3TL431圖2-3TL431基本原理圖TL431相當(dāng)于一只可調(diào)節(jié)的齊納穩(wěn)壓二極管，輸出電壓由外部的R1,R2來設(shè)定，Vo=VKA=(1+R1/R2)*VREF。R3是限流電阻，VREF是常態(tài)下的基準(zhǔn)穩(wěn)壓端。圖所示是TL431的等效電路，它主要由誤差放大器A、外接電阻分壓器上所得到的取樣電壓、2.5V基準(zhǔn)穩(wěn)壓源Vref、NPN型晶體管VT（用以調(diào)節(jié)負(fù)載電流）和保護(hù)二極管VD（防止A、K極性相反）組成。當(dāng)輸出電壓Vo上升時，取樣電壓VREF也隨之上升，使取樣

6、電壓大于基準(zhǔn)電壓Vref致使晶體管VT導(dǎo)通，其集電極電位下降，即輸出電壓Vo下降。TL431的基本原理圖分別如圖2-3所示：2.1.4MC33374MC33374采用8引腳雙列直插式封裝（DIP-8）或五腳TO-220式封裝管腳排列。內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括九個部分：振蕩器、并聯(lián)調(diào)整器誤差放大器、脈寬調(diào)制比較器與脈寬調(diào)制觸發(fā)器、電流極限比較器及功率開關(guān)管、啟動電路、欠壓鎖定電路、過熱保護(hù)電路和狀態(tài)控制器。MC33374內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-5所示，其各管腳功能說明如下：管腳1（VCC）：工作電源電壓輸入端。在啟動芯片時，

7、必須通過管腳5（D）給該管腳供給10V以下的工作電壓。當(dāng)VCC>8.5V（工作閥值電壓）時，啟動電路中的MOS場效應(yīng)管立即關(guān)斷，而功率開關(guān)管開始工作，從高頻變壓器次級線圈上即可獲得正常輸出電壓，此時改由反饋給芯片供電。一旦電源發(fā)生過載或短路故障，致使VCC<7.5V(欠壓閥值電壓)，功率開關(guān)管就關(guān)斷，而共啟動用的MOS場效應(yīng)管則工作，芯片進(jìn)入自啟動工作模式。管腳2（FB）：反饋輸入端。該端經(jīng)內(nèi)部15Ω電阻接誤差放大器的反向輸入端，能周期性的控制功率開關(guān)管的通斷。反饋的上下閥值電壓分別為8.5V7.5V，有1V

8、的滯后電壓。此端通常與VCC端連通，并且接反饋線圈的輸出電壓。顯然，反饋電壓值就就反映了開關(guān)電源輸出電壓的高低。反饋線圈的輸出電壓，經(jīng)高頻整流濾波后形成反饋輸出電壓，再通過光耦合器中的光敏三極管接反饋端。光耦合器的發(fā)射管接在取樣電路中。反饋端經(jīng)過R3，C5接地。C5具有三個作用：（1）啟動電路定時電容；（2）兼做補(bǔ)償電容，與R3一起對反饋環(huán)路進(jìn)行頻率補(bǔ)償；（3）作為工作電壓VCC的旁路電容，在啟動過