畢業(yè)設(shè)計--12v5a開關(guān)電源設(shè)計

1、<p><b>　　畢業(yè)綜合實踐</b></p><p>　　課題名稱： 12V/5A開關(guān)電源設(shè)計 </p><p>　　作 者： 學 號： 09034224 </p><p>　　系 別： 電氣電子工程系

2、 </p><p>　　專 業(yè)： 電子工程信息技術(shù) </p><p>　　指導(dǎo)老師： 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 教授 </p><p>　　畢業(yè)綜合實踐開題報告</p><p>　　姓 名： 學 號： 0903

3、4224 </p><p>　　專 業(yè)： 電子信息工程技術(shù) </p><p>　　課題名稱： 12V/5A開關(guān)電源設(shè)計 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2011 年 12 月 19 日<

4、/p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 諸論1</b></p><p>　　1.1 開關(guān)電源的基本概念1</p><p>　　1.2 開關(guān)電源的發(fā)展1</p><p>　　1.2.1 開關(guān)電源的發(fā)展史2</p><p&

5、gt;　　2 電路的比較方案3</p><p>　　2.1 方案一、反激式變換器3</p><p>　　2.2 方案二、半橋變換器3</p><p>　　2.3 方案三、正激式變換器4</p><p>　　3 各部分電路工作原理6</p><p>　　3.1 單相橋式整流電路6</p><

6、;p>　　3.1.2 參數(shù)計算7</p><p>　　3.2 功率變換電路8</p><p>　　3.2.1 MOS管工作原理8</p><p>　　3.3.1肖特基二極管12</p><p>　　3.4 高頻變壓器的設(shè)計13</p><p>　　3.4.1 變壓器的設(shè)計13</p>

7、<p>　　3.4.2 控制電路工作原理16</p><p>　　3.5 L431的功能16</p><p>　　3.6 短路保護電路18</p><p>　　3.6.1 輸入保護器件18</p><p>　　3.6.2輸入瞬間電壓保護18</p><p>　　4、電路的總結(jié)構(gòu)20</p&g

8、t;<p><b>　　結(jié) 論22</b></p><p><b>　　致 謝23</b></p><p><b>　　參考文獻24</b></p><p><b>　　附錄25</b></p><p><b>　　附錄一

9、25</b></p><p><b>　　附錄二26</b></p><p><b>　　1 諸論</b></p><p>　　電是工業(yè)的動力，是人類生活的源泉。電源是生產(chǎn)電的裝置，表示電源特性的參數(shù)有功率、電壓、電流、頻率等；在同一參數(shù)要求下，又有重量、體積、效率和可靠性等指標。我們用的電，一般都需經(jīng)過轉(zhuǎn)換

10、才能適合使用的需要，例如交流轉(zhuǎn)換成直流，高電壓變成低電壓，大功率變換為小功率等。</p><p>　　按照電子理論，所謂AC/DC就是交流轉(zhuǎn)化為直流；AC/AC稱為交流變交流，即為改變頻率；DC/AC稱為逆變；DC/DC為直流變交流后再變?yōu)橹绷?。為了達到轉(zhuǎn)換的目的，電源變換的方法是多樣的。</p><p>　　自20世紀60年代，人們研發(fā)出了二極管、三極管半導(dǎo)體器件后，就用半導(dǎo)體器件進行轉(zhuǎn)

11、換。所以，凡是用半導(dǎo)體功率器件作開關(guān)，將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)換成另一種形態(tài)的電路，叫做開關(guān)變換電路。在轉(zhuǎn)換時，以自動控制穩(wěn)壓輸出并有各種保護環(huán)節(jié)的電路，稱為開關(guān)電源（Switching Power Supply）。</p><p>　　1.1 開關(guān)電源的基本概念</p><p>　　開關(guān)電源是通過電路控制開關(guān)管進行高速的導(dǎo)通與截止。利用開關(guān)功率器件并通過功率變換技術(shù)而制成的直流穩(wěn)壓電源。它具有體

12、積小、重量輕、效率高、對電網(wǎng)電壓及頻率的變化適應(yīng)性強、輸出電壓穩(wěn)定、有利于計算機信息保護等優(yōu)點，因而廣泛應(yīng)用于以電子計算機為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備，是當今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源。開關(guān)電源又被稱為高效能節(jié)能電源，內(nèi)部電路工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)化為高頻交流電的原因是高頻交流在變壓器變壓電路中的效率要比50Hz高很多，自身消耗的能量很低，電源效率可達80%左右，比普通線性穩(wěn)壓電源提高一倍。目前生產(chǎn)的無工頻變壓器式中，開關(guān)

13、電源采用脈沖寬調(diào)制器PWM或脈沖頻率調(diào)制器PFM</p><p>　　1.2 開關(guān)電源的發(fā)展</p><p>　　隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的快速發(fā)展，。特別是微處理器和半導(dǎo)體存儲器的開發(fā)利用，孕育了電子系統(tǒng)的新一代產(chǎn)品。顯然，那種體積大而笨重的使用工頻變壓器的線性調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源已經(jīng)過時。取而代之的是小型化、重量輕、效率高的隔離式開關(guān)電源。</p><p>　　隔離

14、式開關(guān)電源的核心是一種高頻電源變換電路。它使交流電源高效率地產(chǎn)生一路或多路經(jīng)調(diào)整的穩(wěn)定直流電壓 ,開關(guān)電源在計算機、通信、航空航天、儀器儀表及家用電器等方面的廣泛應(yīng)用, 人們對其需求量日益增長, 并且對電源的效率、體積、重量及可靠性等方面提出了更高的要求。開關(guān)電源以其效率高、體積小、重量輕等優(yōu)勢在很多方面逐步取代了效率低、又笨又重的線性電源。電力電子技術(shù)的發(fā)展，特別是大功率器件IGBT和MOSFET的迅速發(fā)展，將開關(guān)電源的工作頻率提高到

15、相當高的水平，使其具有高穩(wěn)定性和高性價比等特性。在轉(zhuǎn)換時，以自動控制穩(wěn)壓輸出并有各種保護環(huán)節(jié)的電路，稱為開關(guān)電源（Switching Power Supply）。</p><p>　　1.2.1 開關(guān)電源的發(fā)展史</p><p>　　自20世紀60年代，人們研發(fā)出了二極管、三極管半導(dǎo)體器件后，就用半導(dǎo)體器件進行轉(zhuǎn)換。所以，凡是用半導(dǎo)體功率器件作開關(guān)，將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)換成另一種形態(tài)的電路，叫

16、做開關(guān)變換電路。在70年代，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，集成化的開關(guān)電源就已被廣泛地應(yīng)用于電子計算機、彩色電視機、衛(wèi)星通信設(shè)備、程控交換機、精密儀表等電子設(shè)備。這是由于開關(guān)電源能夠滿足現(xiàn)代電子設(shè)備對多種電壓和電流的需求。</p><p>　　隨著半導(dǎo)體技術(shù)的高度發(fā)展，高反壓快速開關(guān)晶體管使無工頻變壓器的開關(guān)電源迅速實用化。而半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展又為開關(guān)電源控制電路的集成化奠定了基礎(chǔ)，適應(yīng)各類開關(guān)電源控制要求的

17、集成開關(guān)穩(wěn)壓器應(yīng)運而生，其功能不斷完善，集成化水平也不斷提高，外接元件越來越少，使得開關(guān)電源的設(shè)計、生產(chǎn)和調(diào)整工作日益簡化，成本也不斷下降。目前己形成了各類功能完善的集成開關(guān)穩(wěn)壓器系列。近年來高反壓MOS大功率管的迅速發(fā)展，又將開關(guān)電源的工作頻率從20kHz提高到150-200kHz，其結(jié)果是使整個開關(guān)電源的體積更小，重量更輕，效率更高。開關(guān)電源的性能價格比達到了很高的水平，使它在與線性電源的競爭中具有先導(dǎo)之勢。當然開關(guān)電源能被工業(yè)所接

18、受，首先是它在體積、重量和效率上的優(yōu)勢。在70年代后期，功率在100w以上的開關(guān)電源是有競爭力的。到1980年，功率在50w以上就具有競爭力了。隨著開關(guān)電源性能的改善，到80年代后期，電子設(shè)備的消耗功率在20w以上，就要考慮使用開關(guān)電源了。過去，開關(guān)電源在小功率范圍內(nèi)成本較高，但進入90年代后，其成本下降非常顯著，當然這包括了功率元件，控制元件和磁性元件成本的大幅度下降。此外，能</p><p><b>

19、;　　2 電路的比較方案</b></p><p>　　2.1 方案一、反激式變換器</p><p>　　反激式變換器開關(guān)電源工作原理比較簡單，輸出電壓控制范圍比較大，因此，在一般電器設(shè)備中應(yīng)用廣泛。所謂反激式變換器開關(guān)電源，是指當變換器的初級線圈被直流電壓激勵時，變換器的次級線圈沒有向負載提供功率輸出，而僅在變換器初級線圈的激勵電壓被關(guān)斷后，才向負載提供功率輸出，這種變換器開關(guān)

20、電源稱為反激式開關(guān)電源。</p><p>　　圖2-1反激式變換器工作原理圖</p><p>　　Ui是開關(guān)電源的輸入電壓，T是高頻變壓器，K是控制開關(guān)，C是儲能濾波電容，R是負載電阻。圖 2-1（b）是反激式變換器開關(guān)電源的電壓輸出波形。</p><p>　　2.2 方案二、半橋變換器</p><p>　　為了減小開關(guān)三極管的電壓承受電壓，

21、可以采用半橋式變換器，它是開關(guān)電源比較好的拓撲結(jié)構(gòu)。電容C1、C2與開關(guān)晶體管VT1、VT2組成變換器，如圖2-2所示。橋的對角線接高頻變壓器TR的初級繞組。如果C1、C2容量、耐壓均相等，在某一只開關(guān)晶體管導(dǎo)通時，繞組上的電壓只有電源電壓Vin的一半。在穩(wěn)定的條件下，VT1導(dǎo)通，C1上的電壓1/2 Vin加在變壓器的初級線圈上。由于初級繞組和漏感的作用，電流繼續(xù)流入初級繞組黑點標示端。如果變壓器初級繞組漏感儲存的電能足夠大，二極管VD

22、6導(dǎo)通，鉗位電壓進一步變負。在VD6導(dǎo)通的過程中，反激能量對C2進行充電。連結(jié)點A的電壓在阻尼電阻的作用下，以振蕩形式最后回到中間值。如果這時VT2的基極有觸發(fā)脈沖，則VT2導(dǎo)通，初級繞組黑點標示端電壓變負，Ip電流加上磁化電流流經(jīng)初級繞組和VT2，然后重復(fù)前面的過程。不同的是Ip變換了方向。二極管VD5對三極管VT1的導(dǎo)通鉗位，反激能量再對電容C1進行充電。</p><p>　　圖2-2半橋式變換器工作原理圖&

23、lt;/p><p>　　2.3 方案三、正激式變換器</p><p>　　正激式變換器開關(guān)電源輸出電壓的瞬態(tài)控制特性和輸出電壓負載特性，相對來說比較好，因此，工作比較穩(wěn)定，輸出電壓不容易產(chǎn)生抖動，在一些對輸出電壓參數(shù)要求比較高的場合，經(jīng)常使用。</p><p>　　圖 2-3正激式變換器工作原理圖</p><p>　　正激式變換器開關(guān)電源工作原理

24、：所謂正激式變換器開關(guān)電源，是指當變壓器的初級線圈正在被直流電壓激勵時，變壓器的次級線圈正好有功率輸出。圖2-3是正激式變換器開關(guān)電源的簡單工作原理圖，圖2-3中Ui是開關(guān)電源的輸入電壓，T是高頻變壓器，K是控制開關(guān)，L是儲能濾波電感，C是儲能濾波電容，D2是續(xù)流二極管，D3是削反峰二極管，R是負載電阻。</p><p>　　需要特別注意的是高頻變壓器初、次級線圈的同名端。如果把高頻變壓器初線圈或次級線圈的同名端

25、弄反，圖 2-3就不再是正激式變換器開關(guān)電源了。</p><p>　　3 各部分電路工作原理</p><p>　　3.1 單相橋式整流電路</p><p>　　單相橋式整流電路可分為單相橋式全控整流電路和單相橋式半控整流電路，它們所連接的負載性質(zhì)不同就會有不同的特點。下面分析兩種單相橋式整流電路在帶電感性負載的工作情況。 單相橋式半控整流電路的優(yōu)點是：線路

26、簡單、調(diào)整方便。弱點是：輸出電壓脈動沖大，負載電流脈沖大電阻性負載時，且整流變壓器二次繞組中存在直流分量,使鐵心磁化，變壓器不能充分利用。而單相橋式全控整流電路具有輸出電流脈動小，功率因數(shù)高，變壓器二次電流為兩個等大反向的半波，沒有直流磁化問題，變壓器利用率高的優(yōu)點。單相橋式全控整流電路其輸出平均電壓是半波整流電路2倍，在相同的負載下流過晶閘管的平均電流減小一半；且功率因數(shù)提高了一半。</p><p>　　單相橋

27、式半波相控整流電路因其性能較差，實際中很少采用，在中小功率場合采用更多的是單相橋式全控整流電路。 </p><p>　　根據(jù)以上的比較分析因此選擇的方案為單相橋式全控整流電路，負載為阻感性負載在生產(chǎn)實踐中，除了電阻性負載外， 最常見的負載還有電感性負載， 如電動機的勵磁繞組，整流電路中串入的濾波電抗器等。 為了便于分析和計算， 在電路圖中將電阻和電感分開表示。 </p><p>　　當整

28、流電路帶電感性負載時，整流工作的物理過程和電壓、 電流波形都與帶電阻性負載時不同。因為電感對電流的變化有阻礙作用，即電感元件中的電流不能突變，當電流變化時電感要產(chǎn)生感應(yīng)電動勢而阻礙其變化，所以，電路電流的變化總是滯后于電壓的變化。電路波形圖中： (b) 電源電壓； (c) 觸發(fā)脈沖； (d) 輸出電壓； (e) 輸出電流；(f) 晶閘管V1 , V4上的電流； (g) 晶閘管V -2 , V -3上的電流；(h) 變壓器副邊電流； (i

29、) 晶閘管V1 , V4上的電壓。</p><p>　　圖3-1 單相全控橋式整流電路電感性負載及其波形</p><p>　　3.1.2 參數(shù)計算</p><p>　　負載電流連續(xù)時，整流電壓平均值可按下式計算：</p><p>　　輸出電流波形因電感很大，平波效果很好而呈一條水平線。兩組晶閘管輪流導(dǎo)電，一個周期中各導(dǎo)電180°

30、;， 且與α無關(guān)， 變壓器二次繞組中電流i2的波形是對稱的正、負方波。負載電流的平均值Id和有效值I相等，其波形系數(shù)為1。在這種情況下：  當α=0°時，Ud=0.9U2； </p><p>　　當α=90°時，Ud=0，其移相范圍為90°。 </p><p>　　晶閘管承受的最大正、反向電壓都是。流過每個晶閘管的電流平均值和有效值分別為。&l

31、t;/p><p>　　流過負載的脈動電壓中包含有直流分量和交流分量，可將脈動電壓做傅里葉分析。此時諧波分量中的二次諧波幅度最大，最低次諧波的幅值與平均值的比值稱為脈動系數(shù)S。</p><p>　　3.2 功率變換電路</p><p>　　3.2.1 MOS管工作原理</p><p>　　NMOS的特性是Vgs大于一定的值就會導(dǎo)通，適合用于源極接地

32、時的情況（低端驅(qū)動），只要柵極電壓達到4V或10V就可以了。開機后，交流電通過整流濾波后一路通過變壓器初級加到開關(guān)管Q2漏極(D極，另一路通過啟動電阻R2、R3加到Q2柵極(G極)，從而使開關(guān)管Q2導(dǎo)通.導(dǎo)通后,變壓器T1原邊產(chǎn)生上正下負(1正2負)的感應(yīng)電動勢。由于互感，T1輔助繞組也產(chǎn)生相應(yīng)的下正上負(3正4負)的感應(yīng)電動勢。于是T1的3腳上的正脈沖電壓通過C5、R5加到Q2的G極與S極之間，從而使Q2的漏極電流進一步增大，于是開關(guān)

33、管Q2在正反饋雪崩過程的作用下迅速進入飽和狀態(tài)。二氧化硅來作為閘門極下的絕緣體。這種晶體管稱為金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管，或金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管MOSFET。因為MOS管更小更省電，所以他們已經(jīng)在很多應(yīng)用場合取代了雙極型晶體管。 首先考察一個更簡單的器件－MOS電容－能更好的理解MOS管。這個器件有兩個電極，一個是金屬，另一個是襯底，他們之間由一薄層二氧化硅分隔開圖 3-1 A。金屬極就是閘門，而半導(dǎo)體端就是柵極。他們

34、之間的絕緣氧化層稱為閘門電壓來說明。圖3-1A中的MOS電容</p><p>　　圖 3-1 MOS柵極的電容</p><p>　　圖3-1中是當MOS電容的閘門相對于柵極正偏置（PN結(jié)）時發(fā)生的情況。穿過閘門 電介質(zhì)的電場加強了，有更多的電子從襯底被拉了上來。同時，空穴被排斥出表面。隨著閘門電壓的升高，會出現(xiàn)表面的電子比空穴多的情況。由于過剩的電子，硅表層看上去就像N型硅。摻雜極性的反轉(zhuǎn)

35、被稱為"反型"，反轉(zhuǎn)的硅層叫做溝渠(N Pmos的命名就是根據(jù)這里來的)。隨著閘門電壓的持續(xù)不斷升高，越來越多的電子在表面積累， 溝渠變成了強反轉(zhuǎn)。 溝渠形成時的電壓被稱為閾值電壓Vt。當閘門和柵極之間的電壓差小于閾值電壓時，不會形成 溝渠。當電壓差超過閾值電壓時，溝渠就出現(xiàn)了。（其實還有個亞閾值狀態(tài)柵極電壓,此時也有載流子，也有電子通道，不過很小一般忽略，此時耗盡層的負電荷占據(jù)主要，以映像柵上的電壓)。圖 3-1

36、MOS電容（A）未偏置（VBG＝0V），（B）反轉(zhuǎn)（VBG＝3V），（C）積累（VBG＝-3V）。 圖3-1C中是當MOS電容的閘門相對于柵極是負電壓時的情況（就好像給二極管的PN結(jié)加上正電壓）。電場反轉(zhuǎn)，往表面吸引空穴排斥電子。硅表層看上去更重的摻雜了，這個器件被認為是處于電荷積累狀態(tài)了。 MOS電容的特性能</p><p>　　圖 3-2MOSFET晶體管的結(jié)構(gòu)圖</p><p&g

37、t;　　圖3-2 MOSFET晶體管的截面圖NMOS（A）。在圖中，S＝源極，G=閘門,D=漏極。雖然柵極圖上也有，但沒有說明。MOS管的源極和漏極是可以對調(diào)的，他們都是在P型柵極中形成的N型區(qū)。在多數(shù)情況下，這個兩個區(qū)是一樣的，即使兩端對調(diào)也不會影響器件的性能。這樣的器件被認為是對稱的。在對稱的MOS管中，對源極和漏極的標注有一點任意性。定義上，載流子流出源極，流入漏極。因此源極和漏極的身份就靠器件的偏置來決定了。有時晶體管上的偏置電

38、壓是不定的，兩個引線端就會互相對換角色。這種情況下，電路設(shè)計師必須指定一個是漏極另一個則是源極。源極和漏極不同摻雜不同幾何形狀的就是非對稱MOS管。制造非對稱晶體管有很多理由，但所有的最終結(jié)果都是一樣的。一個引線端被優(yōu)化作為漏極，另一個被優(yōu)化作為源極。如果漏極和源極對調(diào)，這個器件就不能正常工作了。圖 3-2 A中的晶體管有N型 溝渠所有它稱為N- 溝渠 MOS管，或NMOS。如果這個晶體管的閘門相對于柵極正向偏置，電子就被吸引到表面，空

39、穴就被排斥出表面。硅的表面就積累，沒有 溝渠形成。如果閘門相對于柵極反向偏置，空穴被吸引到表面， 溝渠形成了。由于NMOS管的閾</p><p>　　3.2.2 常見的原理圖及工作原理 </p><p>　　圖 3-2 功率變換電路</p><p>　　工作原理:圖3-2的R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2組成緩沖器，和開關(guān)MOS管并接，使開關(guān)管電壓應(yīng)力減

40、少，EMI減少，不發(fā)生二次擊穿。在開關(guān)管Q1關(guān)斷時，變壓器的原邊線圈易產(chǎn)生尖峰電壓和尖峰電流，這些元件組合一起，能很好地吸收尖峰電壓和電流。從R3測得的電流峰值信號參與當前工作周波的占空比控制，因此是當前工作周波的電流限制。當R5上的電壓達到1V時，UC3842停止工作，開關(guān)管Q1立即關(guān)斷 。 R1和Q1中的結(jié)電容CGS、CGD一起組成RC網(wǎng)絡(luò)，電容的充放電直接影響著開關(guān)管的開關(guān)速度。R1過小，易引起振蕩，電磁干擾也會很大；R1過大，會

41、降低開關(guān)管的開關(guān)速度。Z1通常將MOS管的GS電壓限制在18V以下，從而保護了MOS管。 Q1的柵極受控電壓為鋸形波，當其占空比越大時，Q1導(dǎo)通時間越長，變壓器所儲存的能量也就越多；當Q1截止時，變壓器通過D1、D2、R5、R4、C3釋放能量，同時也達到了磁場復(fù)位的目的，為變壓器的下一次存儲、傳遞能量做好了準備。IC根據(jù)輸出電壓和電流時刻調(diào)整著⑥腳鋸形波占空比的大小，從而穩(wěn)定了整機的輸出電流和電壓。 C4和R6為尖峰電壓吸收回路。 &

42、lt;/p><p>　　3.3正激式變換電路設(shè)計</p><p>　　圖3-3正激式變換電路原理圖</p><p>　　正激式是指變壓器的初級與次級同相位。正激式變換器的優(yōu)點是銅損低，因為使用無氣隙磁芯，電感量較高，變壓器的峰值電流比較小，輸出電壓紋波低；缺點是電路較為復(fù)雜，所用元器件多，如果有假負載存在，效率將降低。它適用于低電壓、大電流的開關(guān)電源，多用于150W以下

43、的小功率場合。它還具有多臺電源并聯(lián)使用而互不受影響的特點，而且可以自動均衡，而反激式卻不能做到這點。</p><p>　　C19是開關(guān)晶體管鉗位消噪電路；VD8是肖特基整流二極管，它的作用非常重要，差不多40%的功耗損失在整流二極管上。</p><p>　　3.3.1肖特基二極管</p><p>　　肖特基二極管SBD是一種N型半導(dǎo)體器件，工作在低電壓、大電流狀態(tài)下

44、，反向恢復(fù)時間短，只有納秒，正向?qū)▔航禐?.4V，而整流電流達數(shù)百安。它是最近在開關(guān)電源中應(yīng)用得最多的一種器件。區(qū)分肖特基二極管和超快速恢復(fù)二極的方法是二者的正向壓降不同，肖特基二極管的正向壓降為0.3V，超快速恢復(fù)二極管的正向壓降啊0.6V。值得注意的是：肖特基二極管的最高反向工作電壓一般不超過100V，它適合用在低電壓、大電流的開關(guān)電源中。因此，在本設(shè)計中肖特基二極管的采用為MBR1045。</p><p>

45、;　　肖特基二極管MBR1045參數(shù)如下：</p><p>　　型號：MBR1045；反向峰值電壓Vrm：45；平均整流電流Id：10A；反向恢復(fù)時Trr：<10ns。</p><p>　　3.4 高頻變壓器的設(shè)計</p><p>　　3.4.1 變壓器的設(shè)計</p><p>　　正激式變換器的占空比不得大于0.5，工作頻率應(yīng)低于100

46、KHz，這對高頻變壓器的和開關(guān)功率管來說比較有利。</p><p>　　輸入：85V~265V，AC,50Hz。</p><p>　　輸出：12V/10A，DC。</p><p><b>　　工作頻率的確定</b></p><p>　　工作頻率的確定，輸出電壓高，響應(yīng)速度快，調(diào)整范圍大，但是場效應(yīng)管、整流二極管以及變壓器

47、等發(fā)熱多。損耗大，噪聲大。現(xiàn)選用100kHz，電源效率取80%。</p><p><b>　　工作周期為：</b></p><p>　　最大導(dǎo)通時間Ton（max）的確定</p><p>　　正激式變壓器的占空比D（max）應(yīng)該低于0.5 ，現(xiàn)選用D（max）=0.45 ，D（min）=0.2，得：</p><p>　　

48、變壓器次級輸出電壓（Vs）的計算</p><p>　　這公式中Vo為肖特基二極管的正向壓降，取值0.6V，VL為濾波電感器的壓降，取值為0.4V。</p><p>　　變壓器匝數(shù)比（n）的計算</p><p>　　變壓器初級的最低直流電壓為，一般設(shè)。</p><p><b>　　輸入功率的計算</b></p>

49、<p>　　表1 輸出功率與磁芯尺寸的關(guān)系</p><p>　　根據(jù)輸出功率與磁芯尺寸的關(guān)系（見表1），選用EE35，其有效截面積。</p><p>　　變壓器次級匝數(shù)的計算</p><p>　　Bm為磁通密度，實際應(yīng)用磁芯的最高溫度為100℃，可以選用0.3T以下。對于正激式變壓器，它是單向勵磁?？紤]到剩磁問題和工作頻率，現(xiàn)選用為0.2T。<

50、;/p><p><b>　　反饋繞組的計算</b></p><p>　　的最低啟動電壓為16V，正常工作電壓為20V，加上整流二極管的管壓降0.6V，所以反饋繞組的供電電壓為20.8V。</p><p>　　重新確定是否達到要求</p><p>　　占空比： </p><p>　　占空

51、比符合要求，未超過設(shè)計范圍，匝數(shù)成立，假設(shè)可行。</p><p><b>　　扼流圈電感的計算</b></p><p>　　扼流圈在電路中起著平滑濾波的作用，它的大小對輸出波紋電壓的大小似乎起不到很大的作用，但它對于維持負載最小電流卻起著很大的作用。中的電流在連續(xù)和斷續(xù)兩種模式下工作，不論哪種模式，只要輸入輸出電壓不變，電流波形的斜率不會因負載電流的增大或減小的改變。

52、</p><p>　　實踐表明，在不連續(xù)工作狀態(tài)下，為達到輸出電壓穩(wěn)定，占空比調(diào)節(jié)量的大小是由負載和輸入電壓變化量的大小同決定的。</p><p>　　當輸出電流因負載變化而降低時，占空比較小，調(diào)節(jié)輸出電壓不變；如果電路負載恒定，占空比下降，這時輸出電壓也會下降。這種現(xiàn)象是非常不好的，這是因為主輸出扼流圈電感不是處于連續(xù)狀態(tài)。</p><p>　　增大扼流圈的電感，

53、輸出回路雖然可以在工作連續(xù)模式下，但對電源的效率、體積以及安裝都會帶來限制，同時輸出電流變化率將出現(xiàn)較大的變化。認真計算和調(diào)試選用扼流圈非常重要。</p><p>　　流經(jīng)扼流圈的電流一般是輸出電流的20%：</p><p>　　扼流圈的電感量L為：</p><p>　　要求輸出紋波電壓應(yīng)小于輸出電壓的1%。</p><p>　　計算變壓器初

54、級電感量</p><p>　　初級有效電流： </p><p><b>　　初級最大電流： </b></p><p><b>　　初級電感量： </b></p><p><b>　　求磁芯氣隙δ</b></p><p>　　3.4.2 控制電路

55、工作原理</p><p>　　圖3-4給出實際應(yīng)用最多的RCC方式的基本電路圖。為簡化穩(wěn)態(tài)分析，可做如下近似；1、忽略變壓器漏感對主管1rT的集射極電壓CEV的影響，實際使用時需要RCD箝位； 2、主電路輸出電容足夠大，輸出繞組電壓箝位于輸出電壓OV；3、穩(wěn)態(tài)時電容2C上的電壓保持不變；4、穩(wěn)態(tài)時電阻gR的作用可以忽略。</p><p>　　圖3-4 RCC工作基本原理圖 </p&g

56、t;<p>　　3.5 L431的功能</p><p>　　TL431是一個有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準源。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設(shè)置到從Vref（2.5V）到36V范圍內(nèi)的任何值，典型動態(tài)阻抗為0.2Ω，在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表，運放電路、可調(diào)壓電源，開關(guān)電源等等。</p><p>　　圖3-5該器件的電路符號。3個引腳分別為

57、：陰極（CATHODE）、陽極（ANODE）和參考端（REF）。</p><p>　　圖 3-5 TL431電路符號和等效電路</p><p>　　由圖3-5可以看到，VI是一個內(nèi)部的2.5V基準源，接在運放的反相輸入端。由運放的特性可知，只有當REF端（同相端）的電壓非常接近VI（2.5V）時，三極管中才會有一個穩(wěn)定的非飽和電流通過，而且隨著REF端電壓的微小變化，通過三極管圖4-2的電

58、流將從1mA到100mA變化。當然，該圖絕不是TL431的實際內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以不能簡單地用這種組合來代替它。但如果在設(shè)計、分析應(yīng)用TL431的電路時，這個模塊圖對開啟思路，理解電路都是很有幫助的。</p><p>　　圖 3-6TL431 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.6 短路保護電路</p><p>　　3.6.1 輸入保護器件 </p><

59、;p>　　隔離式開關(guān)電源在加電時會產(chǎn)生極高的浪涌電流設(shè)計者必須在電源的輸入端采取一些限流措施才能有效地將浪涌電流減小到允許的范圍之內(nèi)。浪涌電流主要是由濾波電容充電引起的在開關(guān)管開始導(dǎo)通的瞬間電容對交流呈現(xiàn)出很低的阻抗。如果不采取任何保護措施浪涌電流可接近幾百安培。 </p><p>　　通常廣泛采用的措施有兩種。一種方法是利用電阻一雙向可控硅并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。另一種方法是采用負溫度系數(shù)(NTc)的熱敏電阻。

60、用以增加對交流線路的阻抗，把浪涌電流減小到安全值。 </p><p>　　電阻雙向可控硅技術(shù)。采用此項浪涌電流限制技術(shù)時，將電阻與交流輸入線相串聯(lián)。當輸入濾波電容充滿電后。由于雙向可控硅和電阻是并聯(lián)的，可以把電阻短路，對其進行分流。這種電路結(jié)構(gòu)需要一個觸發(fā)電路，當某些預(yù)定的條件滿足后，觸發(fā)電路把雙向可控硅觸發(fā)導(dǎo)通。設(shè)計時要認真地選擇雙向可控硅的參數(shù)，并加上足夠的散熱片，因為在它導(dǎo)通時，要流過全部的輸入電流。&l

61、t;/p><p>　　熱敏電阻技術(shù)。這種方法是把NTc(負溫度系數(shù))的熱敏電阻串聯(lián)在交流輸入端或者串聯(lián)在經(jīng)過橋式整流后的直流線上。由于阻值較大。它就限制了浪涌電流，當電容開始充電時，充電電流流過熱敏電阻開始對其加熱。由于熱敏電阻具有負溫度系數(shù)，隨著電阻的加熱。其電阻值開始下如果熱敏電阻選擇得合適在負載電流達到穩(wěn)定狀態(tài)時，其阻值應(yīng)該是最小。這樣就不會影響整個開關(guān)電源的效率。 </p><p>　

62、　3.6.2輸入瞬間電壓保護 </p><p>　　在一般情況下交流電網(wǎng)上的電壓為115v或230v左右。但有時也會有高壓的尖峰出現(xiàn)。比如電網(wǎng)附近有電感性開關(guān)，暴風雨天氣時的雷電現(xiàn)象，都是產(chǎn)生高尖峰的因素。受嚴重的雷電影響，電網(wǎng)上的高壓尖峰可達5kv。 </p><p>　　雖然電壓尖峰持續(xù)的時間很短但是它確有足夠的能量使開關(guān)電源的輸入濾波器、開關(guān)晶體管等造成致命的損壞。所以必須要采取措

63、施加以避免。用在這種環(huán)境中最通用的抑制干擾器件是金局氧化物壓敏電阻(VDR)瞬態(tài)電壓抑制器。壓敏電阻起到一個可變阻抗的作用。也就是說，當高壓尖峰瞬間出現(xiàn)在壓敏電阻兩端時，它的阻抗急劇減小到一個低值，消除了尖峰電壓使輸入電壓達到安全值。瞬間的能量消耗在壓敏電阻上。</p><p>　　短路保護:當輸出短路時,輔助繞組3腳電位跟著抬升，從而使Z1擊穿,使Q3導(dǎo)通關(guān)斷Q2柵極 電位，從而關(guān)斷震蕩,起到保護作用。2、過流

64、保護:當輸出功率增大時,輸出電壓下掉,經(jīng)過431反射,使光耦導(dǎo)通程度加強，也即通過光耦次級流到R8的電流增加，當加在R8上的電壓>=Q3的B-E導(dǎo)通電壓時,Q3導(dǎo)通，從而實現(xiàn)保護功能。</p><p><b>　　4、電路的總結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　圖4-1開關(guān)電源的工作原理 </p><p>　　開關(guān)電源的工作原理如圖4-1

65、所示，輸入電壓為AC85-256V,50Hz的交流電，經(jīng)過濾波，再由整流橋整流后變?yōu)橹绷鳎ㄟ^控制電路中開關(guān)管的導(dǎo)通和截止使高頻變壓器的一次測產(chǎn)生低壓高頻電壓，經(jīng)由小功率高頻變壓器藕合到二次測，再經(jīng)整流濾波,得到直流電壓輸出.為了使輸出電壓穩(wěn)定，進行了輸出電壓反饋用TL431取樣,將誤差經(jīng)光耦合放大，通過PWM來控制開關(guān)管的導(dǎo)通與截止時間(即占空比)，使得輸出電壓保持穩(wěn)定。</p><p><b>　　

66、結(jié) 論</b></p><p>　　2011年12月，我開始了我的畢業(yè)論文，時至今日，論文基本完成。從最初的茫然，到慢慢的進入狀態(tài)，再到對思路逐漸的清晰，整個寫作過程難以用語言來表達。歷經(jīng)了幾個月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實的畢業(yè)設(shè)計終于落下了帷幕?；叵脒@段日子的經(jīng)歷和感受，我感慨萬千，在這次畢業(yè)設(shè)計的過程中，我擁有了無數(shù)難忘的回憶和收獲。 當選題報告，開題報告定下來的時候，我當時便立刻著手資料的收集工作中，

67、當時面對浩瀚的書海真是有些茫然，不知如何下手。我將這一困難告訴了導(dǎo)師，在導(dǎo)師細心的指導(dǎo)下，終于使我對自己現(xiàn)在的工作方向和方法有了掌握。本次12V/5A開關(guān)電源設(shè)計，在設(shè)計期間翻閱許多開關(guān)電源的相關(guān)資料，對開關(guān)電源主電路、功率開關(guān)器件以及控制電路等部分做了較為深入的了解，本設(shè)計基本上反映了開關(guān)電源的功能以及用途。在本次開關(guān)電源設(shè)計中，基本達到各項性能指標，且精確度高，效率高，可靠性高，但由于時間有限，很多問題都沒有考慮周全，還有一些未理解

68、的問題和難點，今后會繼續(xù)研究這個課題，使設(shè)計開關(guān)電源的性能更高，功能更加完善。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在此首先感謝我的指導(dǎo)老師謝樹林老師，是你的細心指導(dǎo)和關(guān)懷下完成的，從選題到論文內(nèi)容都給予了我精心的指導(dǎo)和嚴格的教誨，無論從學術(shù)水平還是學術(shù)造詣上都使我受益非淺,。不僅是我學到了許多社會經(jīng)驗，更重要的是讓我開拓了眼界，使我能夠順

69、利的完成畢業(yè)論文。在我的學業(yè)和論文的研究工作中無不傾注著老師們辛勤的汗水和心血。老師的嚴謹治學態(tài)度、淵博的知識、無私的奉獻精神使我深受啟迪。從尊敬的導(dǎo)師身上，我不僅學到了扎實、寬廣的專業(yè)知識，也學到了做人的道理。在此我要向我的導(dǎo)師致以最衷心的感謝和深深的敬意。</p><p>　　還有感謝溫州職業(yè)技術(shù)學院電氣系的各位任課老師們，感謝大學期間給予的照顧與指導(dǎo)；感謝、張芳芳、王杰老師的教誨。在這次畢業(yè)設(shè)計中也使我們的

70、同學關(guān)系更進一步了，同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學。最后感謝我的朋友們，感謝他們一直對我的鼓勵與幫助！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1、高曾輝 于相旭 單端反激式開關(guān)電源的穩(wěn)定性分析重慶大學學報.2001.01。2、丁道宏 電力電子技術(shù)航空工業(yè)出版

71、社1992。</p><p>　　3、沙占友 龐志鋒新型特種集成電源及應(yīng)用北京人民郵電出版社1998。</p><p>　　4、葉慧貞 開關(guān)穩(wěn)壓電源 北京國防工業(yè)出版社 1990。</p><p>　　5、朱小龍 滕國仁 脈寬集成控制器UC3842在開關(guān)電源中的應(yīng)用華北礦業(yè)高等?？茖W校學報2001.06。 </p><p>　　6、何希才 新

72、型開關(guān)電源設(shè)計與應(yīng)用［M］ 北京：科學出版社 2001。7、沙占友 新型開關(guān)電源的設(shè)計與應(yīng)用［M］ 北京：電子工業(yè)出版 2001。</p><p>　　8、張乃國 李厚福 小功率電源變壓器7lI昌霄電出版讓</p><p>　　9、葉慧貞 開關(guān)穩(wěn)壓電源，國防工業(yè)出版社。</p><p>　　10、李成章 電源，電子丁業(yè)出版社。</p><p&g

73、t;　　11、牛田佳寧云鶴集成開關(guān)電源的設(shè)計制作調(diào)試與維修人民郵電出版社出版發(fā)行。 </p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　附錄一</b></p><p><b>