基于OB2263的小功率开关电源设计
基于OB2263的小功率开关电源设计[20200410140833]
摘 要
电源是现在日常生活及工业生产过程中不可或缺的重要设备，它承担着对电能转换与功率传递的重要角色。开关电源是通过改变半导体器件在一个周期内的开通和关断时间，从而对输出电压进行控制。作为一种新型的电子设备，开关电源不仅具有科技含量高、低耗能、方便等优点，而且也取得了较好的经济效益。
本设计以昂宝电子的OB2263控制芯片为核心，运用脉宽调制的基本原理，设计了输出为24V2A的反激式小功率开关电源。其核心为滤波器及桥式整流电路、反激式变换电路、输出电路及反馈调节电路等，经过调试获得了较好的电压输出特性及负载电压调整率特性等。
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关键字:开关电源小功率PWMOB2263
目 录
1. 绪论 1
1.1 课题的背景及研究意义 1
1.2 国内外的研究现状 1
1.3 论文研究内容 1
2. 开关电源的简介 3
2.1 开关电源概述 3
2.1.1 开关电源的工作原理 3
2.1.2 开关电源的组成 4
2.1.3 开关电源的特点 4
2.2 系统总体方案设计 5
2.3 PWM开关变换器的选择 5
2.3.1 采用正激式变换器开关电源 5
2.3.2 采用反激式变换器开关电源 7
2.3.3 采用半桥式变换器开关电源 8
2.3.4 采用桥式变换器开关电源 10
2.3.5 开关电源变换器的确定 10
2.4 功率开关管的选择 10
2.5 OB2263集成控制器 11
2.5.1 芯片OB2263的基本信息 11
2.5.2 芯片OB2263的主要特征： 12
2.5.3 芯片OB2263的管脚配置及其功能 12
3.基于OB2263的小功率开关电源设计 13
3.1 系统硬件的基本组成 13
3.2 系统的技术指标 13
3.3 主电路的设计 13
3.3.1 滤泼器及桥式整流电路的设计 13
3.3.2 高频变压器的设计 14
3.3.3 反激式变换电路设计 16
3.4 控制电路的设计 16
3.4.1 控制电路的设计 16
3.4.2 反馈电路的设计 18
4.系统调试 20
4.1基于OB2263的小功率开关电源设计 20
4.2元器件清单 20
4.3系统调试 22
4.3.1 满载输出电压及纹波电压波形 22
4.3.2 动态负载输出电压波形 23
4.3.3 满载 、 波形 24
4.3.4空载 、 波形 25
5.结论与展望 26
参考文献 27
致谢 28
1. 绪论
1.1 课题的背景及研究意义
随着科学技术的发展、电子系统在各个领域扮演着越来越重要的角色，人们的工作、生活也越来越离不开电子设备。如果没有稳定可靠地电源，高品质、多功能的电子设备也无用武之地，所以，对电源的品质分类也越来越细致。随着小型电子设备的广泛应用，能否为其提供稳定持续的电源，也越来越倍受关注。基于这个思想，各国的设计和制作者们经过艰苦卓绝地努力终于开发出了符合指标要求的开关稳压电源。高效节能的开关电源，以其高频率、高功率密度、高效率等优点指明了未来电源的发展方向。而小功率开关电源也是基于此设计开发出的，从而满足了对小型电子设备对供电的需要。
1.2 国内外的研究现状
上世纪50年代，为搭载火箭的需要，美国宇航局的科学家们开发了首个开关电源。在接下来的半个多世纪的发展中，开关电源的技术不断地发展与完善，并且逐步取代了传统的相控稳压电源，并广泛应用于电子设备中。集成电路的大规模、小型化及模块化的发展，也影响了开关电源的发展方向。集高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等特点于一身的单片开关电源，现己毋庸置疑地成为开发中小功率开关电源、精密开关电源及开关电源模块的优选。基于单片开关电源无可比拟的优点，中小功率及精密开关电源的开发以此为标杆，不断地优化功能及其结构。
得益于改革开放的基本国策的确立，国外高精尖科技开始被引入，国内开关电源技术才得以发展。此时，国外品牌已充斥于国内电源市场，但伴随着国家的富强以及对科学技术发展的大力度投入，自主创新品牌也开始占有一席之地。
1.3 论文研究内容
全文共分五个章节具体描述设计及实现方案。
第一章是绪论部分，主要介绍了课题的背景及研究意，另外对国内外的研究现状做了阐述，最后简述了本文设计研究的主要内容。
第二章是系统论证与设计选择的原理部分，对一些主要的元器件进行了结构、工作原理的详细介绍及选用。
第三章是在第二章的基础上，对包括主电路与控制电路在内的系统各个部分电路的设计等。
第四章是对系统整体进行的各项电气指标的测量与调试，是否符合预期设计条件。
第五章是总结与展望部分，主要阐述基于OB2263的小功率开关电源的问题总结。
2. 开关电源的简介
2.1 开关电源概述
2.1.1 开关电源的工作原理
功率半导体器件是开关电源设计中常用的开关元件，其周期性的开通与关断，控制了开关元件的占空比，从而达到了调整输出电压的目的。下图对开关电源的工作原理进行了说明。
在图中，输入的直流不稳定电压 ，经开关 加至输出端 。开关控制脉冲管 作为控制开关，按一定要求改变 的导通或断开时间，输入的直流电压 就会变成矩形脉冲电压。得到的脉冲电压再经滤波电路进行滤波后，就可得到稳定的直流输出电压 。
(a) 电路图 (b) 波形图
图2-1开关电源的工作原理
为方便分析，现将如下定义占空比
(2-1)
式中， 表示开关的重复周期； 表示开关在一个开关周期中的导通时间。
而下式（2-2）直观地表述了开关电源的直流输出电压 与输入电压 之间的关系：
(2-2)
显而易见，在开关周期 一定的情况下，占空比 的大小仅与 有关，只要改变导通时间 ，便可改变占空比 ，输出电压也会随之改变。若 不变，通过改变 实现占空比调节的稳压方式，叫做脉冲宽度调制(PWM)。若 不变，通过改变开关频率 实现占空比调节的稳压方式，称做脉冲频率调制(PFM)。通过改变 与 实现占空比调节的稳压方式，称做脉冲调频调宽方式。
2.1.2 开关电源的组成
开关电源的整个核心部分是AC/DC变换器，其用来进行功率转换；为适应开关管的驱动要求，驱动器对来自信号源的开关信号进行放大和整形；信号源产生各种控制信号；控制开关信号的幅值、 频率、 波形等的比较放大器，对来自信号源的信号和输出反馈的信号进行比较运算。
图2-2 开关电源的基本组成
2.1.3 开关电源的特点
开关电源具有如下特点：
(1) 效率高。功率开关调整管特殊的工作状态--不断地开关状态，必然决定了其功耗小，效率高的特点，一般来讲，效率会在80%～90%；
(2) 重量轻。与传统的电源变压器相比，开关电源节并没用大量使用漆包线或硅钢片，这就使得其体积较小，重量减轻；
(3) 稳压范围宽。开关电源的输出电压的变化很小，一般在±2%以下，即使交流输入电压在90~270V内变化时，开关电源仍能很好的保证稳压工作；
摘 要
电源是现在日常生活及工业生产过程中不可或缺的重要设备，它承担着对电能转换与功率传递的重要角色。开关电源是通过改变半导体器件在一个周期内的开通和关断时间，从而对输出电压进行控制。作为一种新型的电子设备，开关电源不仅具有科技含量高、低耗能、方便等优点，而且也取得了较好的经济效益。
本设计以昂宝电子的OB2263控制芯片为核心，运用脉宽调制的基本原理，设计了输出为24V2A的反激式小功率开关电源。其核心为滤波器及桥式整流电路、反激式变换电路、输出电路及反馈调节电路等，经过调试获得了较好的电压输出特性及负载电压调整率特性等。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:开关电源小功率PWMOB2263
目 录
1. 绪论 1
1.1 课题的背景及研究意义 1
1.2 国内外的研究现状 1
1.3 论文研究内容 1
2. 开关电源的简介 3
2.1 开关电源概述 3
2.1.1 开关电源的工作原理 3
2.1.2 开关电源的组成 4
2.1.3 开关电源的特点 4
2.2 系统总体方案设计 5
2.3 PWM开关变换器的选择 5
2.3.1 采用正激式变换器开关电源 5
2.3.2 采用反激式变换器开关电源 7
2.3.3 采用半桥式变换器开关电源 8
2.3.4 采用桥式变换器开关电源 10
2.3.5 开关电源变换器的确定 10
2.4 功率开关管的选择 10
2.5 OB2263集成控制器 11
2.5.1 芯片OB2263的基本信息 11
2.5.2 芯片OB2263的主要特征： 12
2.5.3 芯片OB2263的管脚配置及其功能 12
3.基于OB2263的小功率开关电源设计 13
3.1 系统硬件的基本组成 13
3.2 系统的技术指标 13
3.3 主电路的设计 13
3.3.1 滤泼器及桥式整流电路的设计 13
3.3.2 高频变压器的设计 14
3.3.3 反激式变换电路设计 16
3.4 控制电路的设计 16
3.4.1 控制电路的设计 16
3.4.2 反馈电路的设计 18
4.系统调试 20
4.1基于OB2263的小功率开关电源设计 20
4.2元器件清单 20
4.3系统调试 22
4.3.1 满载输出电压及纹波电压波形 22
4.3.2 动态负载输出电压波形 23
4.3.3 满载 、 波形 24
4.3.4空载 、 波形 25
5.结论与展望 26
参考文献 27
致谢 28
1. 绪论
1.1 课题的背景及研究意义
随着科学技术的发展、电子系统在各个领域扮演着越来越重要的角色，人们的工作、生活也越来越离不开电子设备。如果没有稳定可靠地电源，高品质、多功能的电子设备也无用武之地，所以，对电源的品质分类也越来越细致。随着小型电子设备的广泛应用，能否为其提供稳定持续的电源，也越来越倍受关注。基于这个思想，各国的设计和制作者们经过艰苦卓绝地努力终于开发出了符合指标要求的开关稳压电源。高效节能的开关电源，以其高频率、高功率密度、高效率等优点指明了未来电源的发展方向。而小功率开关电源也是基于此设计开发出的，从而满足了对小型电子设备对供电的需要。
1.2 国内外的研究现状
上世纪50年代，为搭载火箭的需要，美国宇航局的科学家们开发了首个开关电源。在接下来的半个多世纪的发展中，开关电源的技术不断地发展与完善，并且逐步取代了传统的相控稳压电源，并广泛应用于电子设备中。集成电路的大规模、小型化及模块化的发展，也影响了开关电源的发展方向。集高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等特点于一身的单片开关电源，现己毋庸置疑地成为开发中小功率开关电源、精密开关电源及开关电源模块的优选。基于单片开关电源无可比拟的优点，中小功率及精密开关电源的开发以此为标杆，不断地优化功能及其结构。
得益于改革开放的基本国策的确立，国外高精尖科技开始被引入，国内开关电源技术才得以发展。此时，国外品牌已充斥于国内电源市场，但伴随着国家的富强以及对科学技术发展的大力度投入，自主创新品牌也开始占有一席之地。
1.3 论文研究内容
全文共分五个章节具体描述设计及实现方案。
第一章是绪论部分，主要介绍了课题的背景及研究意，另外对国内外的研究现状做了阐述，最后简述了本文设计研究的主要内容。
第二章是系统论证与设计选择的原理部分，对一些主要的元器件进行了结构、工作原理的详细介绍及选用。
第三章是在第二章的基础上，对包括主电路与控制电路在内的系统各个部分电路的设计等。
第四章是对系统整体进行的各项电气指标的测量与调试，是否符合预期设计条件。
第五章是总结与展望部分，主要阐述基于OB2263的小功率开关电源的问题总结。
2. 开关电源的简介
2.1 开关电源概述
2.1.1 开关电源的工作原理
功率半导体器件是开关电源设计中常用的开关元件，其周期性的开通与关断，控制了开关元件的占空比，从而达到了调整输出电压的目的。下图对开关电源的工作原理进行了说明。
在图中，输入的直流不稳定电压 ，经开关 加至输出端 。开关控制脉冲管 作为控制开关，按一定要求改变 的导通或断开时间，输入的直流电压 就会变成矩形脉冲电压。得到的脉冲电压再经滤波电路进行滤波后，就可得到稳定的直流输出电压 。
(a) 电路图 (b) 波形图
图2-1开关电源的工作原理
为方便分析，现将如下定义占空比
(2-1)
式中， 表示开关的重复周期； 表示开关在一个开关周期中的导通时间。
而下式（2-2）直观地表述了开关电源的直流输出电压 与输入电压 之间的关系：
(2-2)
显而易见，在开关周期 一定的情况下，占空比 的大小仅与 有关，只要改变导通时间 ，便可改变占空比 ，输出电压也会随之改变。若 不变，通过改变 实现占空比调节的稳压方式，叫做脉冲宽度调制(PWM)。若 不变，通过改变开关频率 实现占空比调节的稳压方式，称做脉冲频率调制(PFM)。通过改变 与 实现占空比调节的稳压方式，称做脉冲调频调宽方式。
2.1.2 开关电源的组成
开关电源的整个核心部分是AC/DC变换器，其用来进行功率转换；为适应开关管的驱动要求，驱动器对来自信号源的开关信号进行放大和整形；信号源产生各种控制信号；控制开关信号的幅值、 频率、 波形等的比较放大器，对来自信号源的信号和输出反馈的信号进行比较运算。
图2-2 开关电源的基本组成
2.1.3 开关电源的特点
开关电源具有如下特点：
(1) 效率高。功率开关调整管特殊的工作状态--不断地开关状态，必然决定了其功耗小，效率高的特点，一般来讲，效率会在80%～90%；
(2) 重量轻。与传统的电源变压器相比，开关电源节并没用大量使用漆包线或硅钢片，这就使得其体积较小，重量减轻；
(3) 稳压范围宽。开关电源的输出电压的变化很小，一般在±2%以下，即使交流输入电压在90~270V内变化时，开关电源仍能很好的保证稳压工作；
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