基于西安海舟项目的开关电源设计
基于西安海舟项目的开关电源设计[20200209200651]
摘 要：针对信息时代各行各领域的迅猛发展，为了满足电子设备对电源性能越来越高的要求。本文设计了一款高效，稳定输出电压的开关电源。首先简要介绍了开关电源领域相关的研究现状及课题背景，提出了设计思路；然后分析了开关电源基本原理，由脉冲宽度调制（PWM）和场效应管（MOSFET）构成，通过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；接着根据开关电源基本原理进行原理图与系统设计，分析各模块主要功能；最后设计实现了高效、稳定的电源电压输出。
关键词: 开关电源 脉宽调制 场效应晶体
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1. 绪 论 1
1.1 课题背景 1
1.1.1 开关电源的发展历史 1
1.1.2 我国开关电源历程 1
1.2 本课题的基本思路及设计框图 2
1.2.1 开关电源的设计思路 2
1.2.2 开关电源的设计框图及要求 2
1.3 本论文的主体架构 2
1.4 小节 3
2. PWM开关电源的基本原理 4
2.1 PWM开关电源的基本原理 4
2.2 PWM开关电源的组成模块 5
2.3 开关电源PWM的特点 5
3. 设计思想与方案论证 6
3.1 设计思想 6
3.2 方案论证 6
3.2.1 方案选择 6
4. 系统设计 10
4.1 技术指标 10
4.2 EMI滤波器 10
4.2.1 浪涌抑制部分 10
4.2.2 单相桥式整流电路和电容滤波电路 11
4.2.3 变压器 13
4.2.4 控制器 15
4.2.5 输出整流和滤波电路 15
4.2.7 电容滤波 16
4.2.8 保护电路 17
4.3 原理图设计 18
4.3.1 输入电路 18
4.3.2 电源变换器部分 18
4.3.3 采样反馈回路 19
4.3.4 输出回路 20
4.4 功能测试 20
4.5 小节 22
结 语 23
致 谢 24
参考文献 25
1. 绪 论
随着全球关注能源问题的发展，能源消费电子产品将越来越严重，需要解决的问题：如何降低待机功耗，提高供电效率。电路的构造简单、工作会牢靠的特点是传统的串连线性稳压电源，可是它有着面积大、利率低、铜铁需求量大，高办公温度及小调整范围等缺点。人们发明研究出了电门式稳压电源主要目的为了提高它的效率，它的工作的效率可以达到85%以上，具有较宽的稳压范围，同时还有高稳压精密度、不要用电源变压器还有等等特性，是一个较好的稳压电源。
1.1 课题背景
1.1.1 开关电源的发展历史
光敏电阻的线性稳压电源代替了电门稳压电源已经具有了有30多年的历史了，最早出现的是串联型的电门电源，它的线性电源和主电路拓扑是十分相似的，但由于电门状态用作于功率晶体管后，促进了脉宽调制（PWM）控制技术发展。用线性电源的利率只有30～40％，但20kHz脉冲速率或脉宽调制PWM开关电源率可以达到65 ~ 70%是PWM的特性。人们的广泛关注全球范围的能源危机。线性电源被工作效率为20kHZ的PWM电门电源所替代，可以节约很多的能源，被称作为20kHZ改革就是这种电源的发展的过程。 因为不停缩减ULSI芯片大小，电源的尺寸与微型处理器比照要大很多；在潜艇或者航天或者需要用电池的方便携带的设备还有军用的电门电源当中，都用的是轻量的电源，所以电门电源包罗的磁性的部件还有电容的分量面积很小，所以电门电源很小而且量很轻，特性更加好，利率更加高，可靠性更加高是对开关电源的要求。
1.1.2 我国开关电源历程
从我们中国的电门电源的成长历程中可以明白，其他国家电门电源的发展领先我们中国大约有5～10年。大规模生产和广泛应用在1980年后，0.5～5MHz准简谐运动型软开关电源被开拓发展。AC－DC电门电源在80年代最先应用于办公室自动化设备。电流调节丝管离子发射，锅炉燃烧的控制，继电保护，彩色电视系统，在工业生产中的应用。1990年后一批新型专用开关电源被开发了。我国在30年和20极大扩张，开关电源技术的特点，应用领域，国家基础工业和国家加强是必要的，也是由其他国家的世界领先的开关电源技术。90，工作频率高，体积小，重量轻，效率高，可靠性高，成本低，低输出电压，高功率AC输入数是小的交流-直流开关电源的特点。以后的几年还是会朝这一方面做更大的成长。为了不断提高电门电源的特性和技术水平，我们重点要做的是： 1. 完整的高频开关
电源高频功率率开辟了一个新的半导体器件。2. 有可能完成软电门技艺使高效率高频开关变换器。3.推进了控制技术的开发。4. 有源功率因校正技术被开发出来，提升AC－DC电门电源利率，提高了电门电源的通体效率。5.开发了新型变压器和磁性元件新型磁材料。6.改进了EMI滤波器技术和新型电容器，缩小了开关电源并且EMC效能被提升。7. 电源系统的可靠性体现在开关电源其通信技艺的利用和微型处理器监视控制。
1.2 本课题的基本思路及设计框图
1.2.1 开关电源的设计思路
主要分为以下几个部分：首先将220V交流市电转换为直流电压，通过PWM控制开关将直流电压转换为高频交流；然后通过高频变压器低频交流为高频率的交流电，然后高频交变电流互感器输出整流滤波成直流后；最后输出稳压部分经反馈给PWM控制器，根据输出电压不断调整PWM的占空比调节输出电压。
1.2.2 开关电源的设计框图及要求
本项目设计一款开关电源，开关电源具有DC5V，DC12V，DC3.3V直流电压输出。硬件结构图如图1.1所示。PWM控制电路采用单片开关电源集成模块top223y；光耦隔离为选用线性光耦NEC2501；电压比较部分选用TI公司的TL431电压基准IC。以上为集成电路部分，其他部分均由分立元件组成。
摘 要：针对信息时代各行各领域的迅猛发展，为了满足电子设备对电源性能越来越高的要求。本文设计了一款高效，稳定输出电压的开关电源。首先简要介绍了开关电源领域相关的研究现状及课题背景，提出了设计思路；然后分析了开关电源基本原理，由脉冲宽度调制（PWM）和场效应管（MOSFET）构成，通过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；接着根据开关电源基本原理进行原理图与系统设计，分析各模块主要功能；最后设计实现了高效、稳定的电源电压输出。
关键词: 开关电源 脉宽调制 场效应晶体
目 录*查看完整论文请+Q: 351916072
1. 绪 论 1
1.1 课题背景 1
1.1.1 开关电源的发展历史 1
1.1.2 我国开关电源历程 1
1.2 本课题的基本思路及设计框图 2
1.2.1 开关电源的设计思路 2
1.2.2 开关电源的设计框图及要求 2
1.3 本论文的主体架构 2
1.4 小节 3
2. PWM开关电源的基本原理 4
2.1 PWM开关电源的基本原理 4
2.2 PWM开关电源的组成模块 5
2.3 开关电源PWM的特点 5
3. 设计思想与方案论证 6
3.1 设计思想 6
3.2 方案论证 6
3.2.1 方案选择 6
4. 系统设计 10
4.1 技术指标 10
4.2 EMI滤波器 10
4.2.1 浪涌抑制部分 10
4.2.2 单相桥式整流电路和电容滤波电路 11
4.2.3 变压器 13
4.2.4 控制器 15
4.2.5 输出整流和滤波电路 15
4.2.7 电容滤波 16
4.2.8 保护电路 17
4.3 原理图设计 18
4.3.1 输入电路 18
4.3.2 电源变换器部分 18
4.3.3 采样反馈回路 19
4.3.4 输出回路 20
4.4 功能测试 20
4.5 小节 22
结 语 23
致 谢 24
参考文献 25
1. 绪 论
随着全球关注能源问题的发展，能源消费电子产品将越来越严重，需要解决的问题：如何降低待机功耗，提高供电效率。电路的构造简单、工作会牢靠的特点是传统的串连线性稳压电源，可是它有着面积大、利率低、铜铁需求量大，高办公温度及小调整范围等缺点。人们发明研究出了电门式稳压电源主要目的为了提高它的效率，它的工作的效率可以达到85%以上，具有较宽的稳压范围，同时还有高稳压精密度、不要用电源变压器还有等等特性，是一个较好的稳压电源。
1.1 课题背景
1.1.1 开关电源的发展历史
光敏电阻的线性稳压电源代替了电门稳压电源已经具有了有30多年的历史了，最早出现的是串联型的电门电源，它的线性电源和主电路拓扑是十分相似的，但由于电门状态用作于功率晶体管后，促进了脉宽调制（PWM）控制技术发展。用线性电源的利率只有30～40％，但20kHz脉冲速率或脉宽调制PWM开关电源率可以达到65 ~ 70%是PWM的特性。人们的广泛关注全球范围的能源危机。线性电源被工作效率为20kHZ的PWM电门电源所替代，可以节约很多的能源，被称作为20kHZ改革就是这种电源的发展的过程。 因为不停缩减ULSI芯片大小，电源的尺寸与微型处理器比照要大很多；在潜艇或者航天或者需要用电池的方便携带的设备还有军用的电门电源当中，都用的是轻量的电源，所以电门电源包罗的磁性的部件还有电容的分量面积很小，所以电门电源很小而且量很轻，特性更加好，利率更加高，可靠性更加高是对开关电源的要求。
1.1.2 我国开关电源历程
从我们中国的电门电源的成长历程中可以明白，其他国家电门电源的发展领先我们中国大约有5～10年。大规模生产和广泛应用在1980年后，0.5～5MHz准简谐运动型软开关电源被开拓发展。AC－DC电门电源在80年代最先应用于办公室自动化设备。电流调节丝管离子发射，锅炉燃烧的控制，继电保护，彩色电视系统，在工业生产中的应用。1990年后一批新型专用开关电源被开发了。我国在30年和20极大扩张，开关电源技术的特点，应用领域，国家基础工业和国家加强是必要的，也是由其他国家的世界领先的开关电源技术。90，工作频率高，体积小，重量轻，效率高，可靠性高，成本低，低输出电压，高功率AC输入数是小的交流-直流开关电源的特点。以后的几年还是会朝这一方面做更大的成长。为了不断提高电门电源的特性和技术水平，我们重点要做的是： 1. 完整的高频开关
电源高频功率率开辟了一个新的半导体器件。2. 有可能完成软电门技艺使高效率高频开关变换器。3.推进了控制技术的开发。4. 有源功率因校正技术被开发出来，提升AC－DC电门电源利率，提高了电门电源的通体效率。5.开发了新型变压器和磁性元件新型磁材料。6.改进了EMI滤波器技术和新型电容器，缩小了开关电源并且EMC效能被提升。7. 电源系统的可靠性体现在开关电源其通信技艺的利用和微型处理器监视控制。
1.2 本课题的基本思路及设计框图
1.2.1 开关电源的设计思路
主要分为以下几个部分：首先将220V交流市电转换为直流电压，通过PWM控制开关将直流电压转换为高频交流；然后通过高频变压器低频交流为高频率的交流电，然后高频交变电流互感器输出整流滤波成直流后；最后输出稳压部分经反馈给PWM控制器，根据输出电压不断调整PWM的占空比调节输出电压。
1.2.2 开关电源的设计框图及要求
本项目设计一款开关电源，开关电源具有DC5V，DC12V，DC3.3V直流电压输出。硬件结构图如图1.1所示。PWM控制电路采用单片开关电源集成模块top223y；光耦隔离为选用线性光耦NEC2501；电压比较部分选用TI公司的TL431电压基准IC。以上为集成电路部分，其他部分均由分立元件组成。
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