基于TOP202Y的开关电源设计
基于TOP202Y的开关电源设计[20200410140726]
摘 要
开关电源是一种以控制开关晶体管的开通以及关断的时间比率来输出稳定电压的电源，主要运用了现代电力电子技术。它的出现推动了历史的进程，使得工业生产日趋简便、高效。鉴于此，在本次毕业设计中，设计了一个基于TOP202Y、 输入交流220V输出为直流12V的反激式开关电源。该电源的外围电路一共分为4个部分：整流输入滤波电路、高频变压器、输出整流滤波电路以及反馈电路。TOP202Y芯片集成度很高，解决了在以往开关电源的设计中外围元器件和辅助电路太过复杂的问题，有力地促成了开关电源的集成化、模块化和高效化，具备质量轻、体积小、效率高、安全性能好等优点。
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关键字:TOP202Y开关电源变压器
目 录
1.绪论 1
1.1课题研究的目的和意义 1
1.2研究现状 1
1.3课题研究的主要任务 3
2.开关电源的原理 5
2.1工作原理 5
2.2TOP202Y介绍 6
2.2.1TOP202Y芯片性能特点 6
2.2.2TOP202Y封装及管教 7
3.硬件电路设计 9
3.1TOP202Y外围电路设置 9
3.1.1输入整流滤波电路设计 9
3.1.2变压器设计 9
3.1.3整流滤波电路 11
3.1.4反馈回路的设计 12
3.2总电路图 13
3.3元器件清单 15
4.硬件电路调试与分析 16
4.1电路硬件部分的制作过程 16
4.2波形和数据的测试与分析 19
总结 24
参考文献 25
致谢 26
1.绪论
1.1课题研究的目的和意义
当代社会，科学高度发展，老一代产品的淘汰已经屡见不鲜。随着工业的发展，传统的体积很大且很笨重的使用工频变压器的线性调节稳压电源已经不能满足当代工业的生产，于是，新一代的电子系统诞生了。科学家们为了提高微处理器和半导体存储器的开发利用率，设计了一种集合了小型化，轻质量，高效率的隔离式开关电源。
隔离式开关电源的实质是一个高频电源变换电路，工业的发展使得开关电源高频化成为开关电源技术发展的趋势，高频化也导致了开关电源的小型化，并且加快了开关电源的更新换代速度，使之进入到了更为广泛的应用领域，尤其是在高新技术领域，它的出现使高新技术产品的小型化和轻便化成为现实。此外，开关电源的应用与发展在很多方面具有极其重要的意义，例如：保护环境、节约能源、节约资源。
1.2研究现状
从上个世纪50年代开始，美国航天航空局就开发了第一个配备了一个微型开关电源的轻型火箭，之后又过了几十年，使用传统工艺制造的相控稳压电源已经逐步被开关电源所取代，不仅如此，开关电源还在电子整机设备中的应用也非常广泛。随着电子技术的飞速发展，集成电路和集成开关电源也迎来了它们的辉煌时代，并趋于微型化和模块化。在这近20年的研究中，集成开关电源的研究方向总体上被分成两个。其一为研究开关电源核心控制电路的集成化。1977年，国外首个脉宽调制(PWM)控制器集成电路率先被研制成功，一时间，美国的Motorola公司、Unitrode公司、Silicon General等公司也迅速跟上脚步，相继推出了各具特色的PWM芯片。但是科学家的脚步永远不会停止，这几年以来，国外又陆续开发了开关频率高达1MHz的高速PWM、PFM芯片。其次，中、小功率的开关电源的单片集成化也成为第二个主要研究目标。1994年，美国电源集成公司(Power Integrations)率先在三端隔离的式PWM型单片式开关电源的研制中取得了巨大成果，这种开关电源实现了AC/DC之间的转换，此后，该公司又相继推出了TOP202Y、TOP202Y-II、TOP202Y-Fx、TOP202Y-GX、PeakSwitch、LinkSwitch等一系列产品。最近，意-法半导体公司也向世人展示了他们的研究成果，该公司研发的VIPer100、VIPer100A、VIPer100B等中、小功率的单片电源系列产品在问世以后深得人心，得到了广泛的应用。截止至今，单片式开关电源的种类已从最初的数种产品发展到了几十个系列包括数百种产品。单片式开关电源自从问世以来就迅速抢占市场，越来越广泛的使用使得该产品已经发展成为一款极具影响力且有着良好市场前景的新产品，并在国内外电源界引发了的高度重视。单片式开关电源本身就具备了很多的优点，例如：集成度很高、性价比也较高、外围电路简单易懂等，因此在开发中、小功率开关电源飞时候，它能被选中也完全不是巧合。
对于我国而言，相较于国外的开关电源技术，我国从1977年才开始逐步走进初级研究阶段，因此，我国的技术起步相对较晚、相应技术也比较落后。因此当前国外品牌几乎占据了国内DC/DC电源绝大部分的市场份额。不过我国也在不断地创新，就在近些年，我国自主研发的开关电源技术已经取得了巨大的进步，生产规模不断被扩大，国产DC/DC产品正在逐渐取代进口的中小功率模块电源。相信用不了多久，中国也会以领头羊的姿态出现在开关电源技术领域。
开关电源的广泛应用，极大程度地减少了钢材、铜材和占地面积等资源的用量，为企业节省了一大笔开支，并且提高了变换效率，降低了能耗，可谓一举多得。随着电源周围的环境温度大大降低，工作人员的操作环境也因此得到了大幅的改善。在我国，邮电通信部门最大化地使用了开关电源，这也让开关电源在其它领域中体现出了它的应用价值。然而这还不是开关电源发展的终点，近些年又出现了一种电力系统的高频开关电源，主要改造了国家在城网、农网上的供电工程，在提高供电以及输配电质量上作出了重大贡献。国内其他的一些通信公司，例如中兴通讯等都已经相继推出了该系列产品。迄今为止，国内的开关电源自主研发及生产企业达到了300余家之多，规模相对较大的有十几家。有些大公司自主研发的电源系列产品已经在人群中获得了良好的口碑，在竞争日益激烈的电源市场中颇具优势，还有不少的产品已经能够出口到国外，打开了国外市场。
目前，市场上大多数的开关电源的功率管均采用了双极型晶体管，最大开关频率可达几十千赫；不仅如此，如果使用的是MOSFET，那么它的转换频率又可以再高数十倍，直接实现了质的突破。高速开关器件的选用直接影响了开关频率的高低。利用谐振电路来应对兆赫以上开关频率的电源，这种工作方式即俗称的谐振开关方式。如此一来，开关速度大幅提高，有效提高了工作频率。总的来说，开关电源技术的发展趋势涵盖了以下四个方面。
第一，它很轻，很薄，又非常的小巧，十分便于携带，而且频率也高。储能元件（磁性元件和电容）主要决定了开关电源的体积和重量，因此，在开关电源小型化这一方面要想取得突破性的发展就要尽量地缩小储能元件的体积，而现如今的开关电源技术恰恰具有这些优点，因此也说高频化是未来开关电源的主要发展方向。
第二，高可靠性。传统的连续工作的电源使用了太多的元器件，而开关电源使用的元器件则比之少了数十倍，因此，它在可靠性方面的提高是毋庸置疑的。其次电解电容和光耦合器等的寿命决定了电源的寿命。因此，要想延长电源的寿命，就必须尽可能减少元器件的用量，提高集成度。这样一来，不但电路复杂、可靠性差的问题能得到有效解决，还增加了保护功能；简化了电路，使电路不容易发生故障。
第三，低噪声。开关电源一直有一个最大的缺点：噪声大。工业的大踏步发展导致人们单纯地追求开关电源的高频化，其结果就是噪声也随之增强。理论上，也有既提高了电源频率又降低了电源噪声的技术，那就是部分谐振转换回路技术。因此，开关电源研究的另外一个重要发展方向就是如何降低噪声。
第四，利用计算机来辅助控制和设计。CAA以及CDD技术是很有效的技术，利用它设计的变换拓扑和参数都是最好最新的，因此开关电源也在最大程度上获得了最佳工况和最简结构。在电路中，如果使用了微机检测以及控制装置，就可以构成具有多种功能的监控系统，在工业生产中实现实时检测、实时记录以及自动报警等功能。
摘 要
开关电源是一种以控制开关晶体管的开通以及关断的时间比率来输出稳定电压的电源，主要运用了现代电力电子技术。它的出现推动了历史的进程，使得工业生产日趋简便、高效。鉴于此，在本次毕业设计中，设计了一个基于TOP202Y、 输入交流220V输出为直流12V的反激式开关电源。该电源的外围电路一共分为4个部分：整流输入滤波电路、高频变压器、输出整流滤波电路以及反馈电路。TOP202Y芯片集成度很高，解决了在以往开关电源的设计中外围元器件和辅助电路太过复杂的问题，有力地促成了开关电源的集成化、模块化和高效化，具备质量轻、体积小、效率高、安全性能好等优点。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:TOP202Y开关电源变压器
目 录
1.绪论 1
1.1课题研究的目的和意义 1
1.2研究现状 1
1.3课题研究的主要任务 3
2.开关电源的原理 5
2.1工作原理 5
2.2TOP202Y介绍 6
2.2.1TOP202Y芯片性能特点 6
2.2.2TOP202Y封装及管教 7
3.硬件电路设计 9
3.1TOP202Y外围电路设置 9
3.1.1输入整流滤波电路设计 9
3.1.2变压器设计 9
3.1.3整流滤波电路 11
3.1.4反馈回路的设计 12
3.2总电路图 13
3.3元器件清单 15
4.硬件电路调试与分析 16
4.1电路硬件部分的制作过程 16
4.2波形和数据的测试与分析 19
总结 24
参考文献 25
致谢 26
1.绪论
1.1课题研究的目的和意义
当代社会，科学高度发展，老一代产品的淘汰已经屡见不鲜。随着工业的发展，传统的体积很大且很笨重的使用工频变压器的线性调节稳压电源已经不能满足当代工业的生产，于是，新一代的电子系统诞生了。科学家们为了提高微处理器和半导体存储器的开发利用率，设计了一种集合了小型化，轻质量，高效率的隔离式开关电源。
隔离式开关电源的实质是一个高频电源变换电路，工业的发展使得开关电源高频化成为开关电源技术发展的趋势，高频化也导致了开关电源的小型化，并且加快了开关电源的更新换代速度，使之进入到了更为广泛的应用领域，尤其是在高新技术领域，它的出现使高新技术产品的小型化和轻便化成为现实。此外，开关电源的应用与发展在很多方面具有极其重要的意义，例如：保护环境、节约能源、节约资源。
1.2研究现状
从上个世纪50年代开始，美国航天航空局就开发了第一个配备了一个微型开关电源的轻型火箭，之后又过了几十年，使用传统工艺制造的相控稳压电源已经逐步被开关电源所取代，不仅如此，开关电源还在电子整机设备中的应用也非常广泛。随着电子技术的飞速发展，集成电路和集成开关电源也迎来了它们的辉煌时代，并趋于微型化和模块化。在这近20年的研究中，集成开关电源的研究方向总体上被分成两个。其一为研究开关电源核心控制电路的集成化。1977年，国外首个脉宽调制(PWM)控制器集成电路率先被研制成功，一时间，美国的Motorola公司、Unitrode公司、Silicon General等公司也迅速跟上脚步，相继推出了各具特色的PWM芯片。但是科学家的脚步永远不会停止，这几年以来，国外又陆续开发了开关频率高达1MHz的高速PWM、PFM芯片。其次，中、小功率的开关电源的单片集成化也成为第二个主要研究目标。1994年，美国电源集成公司(Power Integrations)率先在三端隔离的式PWM型单片式开关电源的研制中取得了巨大成果，这种开关电源实现了AC/DC之间的转换，此后，该公司又相继推出了TOP202Y、TOP202Y-II、TOP202Y-Fx、TOP202Y-GX、PeakSwitch、LinkSwitch等一系列产品。最近，意-法半导体公司也向世人展示了他们的研究成果，该公司研发的VIPer100、VIPer100A、VIPer100B等中、小功率的单片电源系列产品在问世以后深得人心，得到了广泛的应用。截止至今，单片式开关电源的种类已从最初的数种产品发展到了几十个系列包括数百种产品。单片式开关电源自从问世以来就迅速抢占市场，越来越广泛的使用使得该产品已经发展成为一款极具影响力且有着良好市场前景的新产品，并在国内外电源界引发了的高度重视。单片式开关电源本身就具备了很多的优点，例如：集成度很高、性价比也较高、外围电路简单易懂等，因此在开发中、小功率开关电源飞时候，它能被选中也完全不是巧合。
对于我国而言，相较于国外的开关电源技术，我国从1977年才开始逐步走进初级研究阶段，因此，我国的技术起步相对较晚、相应技术也比较落后。因此当前国外品牌几乎占据了国内DC/DC电源绝大部分的市场份额。不过我国也在不断地创新，就在近些年，我国自主研发的开关电源技术已经取得了巨大的进步，生产规模不断被扩大，国产DC/DC产品正在逐渐取代进口的中小功率模块电源。相信用不了多久，中国也会以领头羊的姿态出现在开关电源技术领域。
开关电源的广泛应用，极大程度地减少了钢材、铜材和占地面积等资源的用量，为企业节省了一大笔开支，并且提高了变换效率，降低了能耗，可谓一举多得。随着电源周围的环境温度大大降低，工作人员的操作环境也因此得到了大幅的改善。在我国，邮电通信部门最大化地使用了开关电源，这也让开关电源在其它领域中体现出了它的应用价值。然而这还不是开关电源发展的终点，近些年又出现了一种电力系统的高频开关电源，主要改造了国家在城网、农网上的供电工程，在提高供电以及输配电质量上作出了重大贡献。国内其他的一些通信公司，例如中兴通讯等都已经相继推出了该系列产品。迄今为止，国内的开关电源自主研发及生产企业达到了300余家之多，规模相对较大的有十几家。有些大公司自主研发的电源系列产品已经在人群中获得了良好的口碑，在竞争日益激烈的电源市场中颇具优势，还有不少的产品已经能够出口到国外，打开了国外市场。
目前，市场上大多数的开关电源的功率管均采用了双极型晶体管，最大开关频率可达几十千赫；不仅如此，如果使用的是MOSFET，那么它的转换频率又可以再高数十倍，直接实现了质的突破。高速开关器件的选用直接影响了开关频率的高低。利用谐振电路来应对兆赫以上开关频率的电源，这种工作方式即俗称的谐振开关方式。如此一来，开关速度大幅提高，有效提高了工作频率。总的来说，开关电源技术的发展趋势涵盖了以下四个方面。
第一，它很轻，很薄，又非常的小巧，十分便于携带，而且频率也高。储能元件（磁性元件和电容）主要决定了开关电源
第二，高可靠性。传统的连续工作的电源使用了太多的元器件，而开关电源使用的元器件则比之少了数十倍，因此，它在可靠性方面的提高是毋庸置疑的。其次电解电容和光耦合器等的寿命决定了电源的寿命。因此，要想延长电源的寿命，就必须尽可能减少元器件的用量，提高集成度。这样一来，不但电路复杂、可靠性差的问题能得到有效解决，还增加了保护功能；简化了电路，使电路不容易发生故障。
第三，低噪声。开关电源一直有一个最大的缺点：噪声大。工业的大踏步发展导致人们单纯地追求开关电源的高频化，其结果就是噪声也随之增强。理论上，也有既提高了电源频率又降低了电源噪声的技术，那就是部分谐振转换回路技术。因此，开关电源研究的另外一个重要发展方向就是如何降低噪声。
第四，利用计算机来辅助控制和设计。CAA以及CDD技术是很有效的技术，利用它设计的变换拓扑和参数都是最好最新的，因此开关电源也在最大程度上获得了最佳工况和最简结构。在电路中，如果使用了微机检测以及控制装置，就可以构成具有多种功能的监控系统，在工业生产中实现实时检测、实时记录以及自动报警等功能。
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