开关电源
目录
1、任务与要求 (3)
1.1、任务 (3)
1.2、要求 (3)
2、方案论证 (4)
2.1 DC-DC主回路拓扑 (4)
2.2控制方法及实现方案 (4)
2.3提高效率的方法及实现方案 (4)
3. 电路设计 (5)
3.1电路整体设计 (6)
3.2 主回路器件的选择 (6)
3.3控制电路设计 (8)
3.4效率的理论分析及计算 (8)
3.5过流/过压保护电路原理与设计 (8)
4、测试方法与数据 (8)
4.1 测试仪器 (8)
4.2测试方法 (9)
5测试结果分析 (9)
5.1误差分析 (9)
5.2改进措施 (9)
6电路图原理图及PCB图 (9)
1、任务与要求
1.1 任务
设计并制作如图1所示开关稳压电源。
U O
R L
U 1=220VAC U 2=18VAC 隔离
变压器DC-DC 变换器
I O
整流滤波
U IN
I IN
开关稳压电源
图1 电路框图
1.2 要求
在电阻负载条件下，使电源满足下述要求：
基本要求
(1) 输出电压Uo 可调范围：30V-36V; (2)最大输出电流Iomax ：1A ；
(3)U2从18V 变到21V 时，计算电压调整率：Su ≤2%； (4)计算DC-DC 变换器的效率n
(5)具有过流保护功能,动作电流Io(th)=1.3+0.2A;
2、方案论证
2.1 DC-DC 主回路拓扑
采用并联开关电路形式。并联开关电路原理与串联开关电路类似，但此电路为升压型电路，开关导通时电感储能，截止时电感能量输出。
2.2控制方法及实现方案
采用恒频脉宽调制控制器TL494，这个芯片可推挽或单端输出，工作频率为1--500KHz，输出电压可达40V,内有5V的电压基准，死区时间可以调整。芯片内部有两个误差比较器，一个电压比较器和一个电流比较器。电流比较器可用于过流保护，电压比较器可设置为闭环控制，调整速度快。此外TL494（5脚、6脚外接电容C5、电阻R1）自激振荡，9、10脚输出，可单输出也可双输出，本电路为单输出即把9、10两脚接在一起。调节电位器R6可调节TL494的9、10脚输出信号占空比，信号经过IRF540放大即可达到放大效果。
2.3提高效率的方法及实现方案
由于损耗主要来源于器件本身以及一些开关元件的寄生电阻和进行开关操作时的开关损耗，因此在设计电路时要尽量减少损耗元件的个数，选用耗能小的元件，采用比较理想的开关元件；并且变压器的选取和绕制也对效率有影响。
3.1电路整体设计
电路由TL494固定频率的脉冲宽度调制电路，IRF540电压放大电路，LM393反馈过压，过流保护电路构成：
3.2 主回路器件的选择
3.2.1开关管的选取
由于是PWM芯片直接驱动，因此驱动电流不大，考虑到效率问题，选用IRF540。它是电压控制器件，要求驱动电流很低，并且开关速度很快，导通电阻很小，这样既减少了开关损耗，也降低了本身寄生电阻的损耗。
3.2.2输入整流二极管的选取
由于集成整流桥用于整流滤波，易引起整流管过热，其输出电压过低，导致负载电压不稳。因此采用共阴极肖特基二极管取代。
3.2.3输出整流二极管的选取
考虑到效率要求，选用了肖特基二极管，速度快且压降低。
3.2.4变压器的绕制方法
选用EI 变压器，工作频率为30kHz ,计算匝伏比：N/ V = Ton/ （ΔB ×Ae）,原
边绕组匝数：Np= Vinmin ×（N/ V）,副边绕组匝数：N2 = （Vo + Vd + Io ×R）
×（N/ V）,设置的匝数比为10∶32 ,线径0. 7 mm,初级双线并绕，次级单线绕制。该设计方法能最大限度地提高效率。
3.2.5整流管的输出稳压
由于18 V 经整流滤波后达到25V ,因此选用了耐压值为1 000μF/ 50 V 的大电容来稳压。
3.2.6LC滤波参数设计
根据电感最大贮能值0. 5 ×L ×I ×I 确定电感峰值电流Imax = Io + 2 ×VoToff / L （Toff 为关断时间）,匝数N 应进行取整，当匝数少电流大时，应尽量避免取半匝的情况。经计算后选取电感量为10 mH,电容为4 700μF。
3.3控制电路设计
控制电路选用TL494来产生PWM波形，控制开关管的导通；调制脉冲的频率选择50kHz，选择振荡电容CT为0.1uf，电阻RT为47kΩ即可满足要求。脉冲采用单端输出方式，将13脚接地，为了提高驱动能力，从内部三极管的集电极输出，并将两路并联，即将8、11脚并联接电源（即输入电压UI），9、10脚并联，该端即为脉冲输出端。为了保证输出电压U0稳定，要引入负反馈，即通过取样电阻R10、R11、R12将输出电压反馈到TL494内部误差放大器的同相输入端（1脚），误差放大器的反相输入端（2脚）接一参考电压，图中由电阻R2、R3、R6组成；当输出电压增高时，反馈信号和参考电压比较后，误差放大器的输出增大，结果使输出脉冲的宽度变窄，开关管的导通时间变短，输出电压将保持稳定。图中连接在误差放大器2脚和3脚之间的电阻和电容是构成PID调节器，目的是改善系统的动态特性。在给定参数下，调节R6使15脚电位等于2.2V，然后调节RP1即可调节输出电压值。
过流保护电路可以利用TL494内部另一误差放大器实现。图中电流取样电阻选择1Ω/2W的精密电阻，两端并联一高频滤波电容，误差放大器的反相端（15脚）接电压等于2.2V的基准电压，电流取样电阻上的电压输入误差放大器的同相输入端（16脚），当电流大于1.2A时，16脚电压大于15脚电压，误差放大器输出增大，TL494输出脉冲宽度变窄，输出电压减小，则起到限流作用。
