1、单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式* 1设计案例分析 单端正激式开关稳压电源 或降压型开关稳压电源设计1 技术指标1. 电源容量 输入：交流 1524Vac。 输出：电源电压 +12V(不可调 )，纹波小于150mVP-P，最大输出电流 0.5A(限流型保护 )。2. 工作频率 开关电源的工作频率为 3040kHz。3. 控制电路 采用脉冲宽度调制控制集成电路。2 课题的意义1. 具有实用性：几乎所有的电子设备都涉及电源设计，容量较大时多采用开关电源。2. 掌握一种共性技术：脉冲宽度调制技术 PWM是一项共性技术，应用面广，如硅整流弧焊电源控制、逆变电源设计、恒温控制、直流电机
2、调速等。3. 学习集成电路应用方法： TL494、 SG3525A是常用的、典型的固定频率的脉冲宽度调制控制电路，应用方法有一定代表性。4. 易于建立工程设计概念：课题涉及多个典型的工程要素，如：功率器件的最大电流、耐压、开关速度，磁性材料的选择、功率电感的设计与绕制等。5. 较典型的设计验证方法和负载实验。三、单端正激式开关电源的工作原理1. 导通状态2. 截止状态3. 输入输出关系 称为占空比 四、 TL494的内部结构与功能1. 结构四、 TL494的内部结构与功能1. 结构2. TL494的时序p 当锯齿波电平死区时间控制电平时，死区时间比较器输出高电平。p 当锯齿波电平反馈 /PWM
3、输入电平时， PWM比较器输出高电平。p 死区时间控制电压和反馈 /PWM输入电压，二者中较高的电平控制触发器时钟宽度。2. TL494的时序 (续 )3. 当输出控制电压=H时， Q和时钟信号均为 0时， Q1基极获高电平导通， /Q和时钟信号均为0时， Q2基极获高电平导通，两管轮流导通，称为推挽工作方式。4. 当输出控制电压=L时，时钟信号为 0时， Q1和 Q2基极获高电平导通，两管同时导通，称为单端工作方式。3. 功能描述 含有控制开关式电源所需的主要功能块。 线性锯齿波振荡器 (3V)，频率用两个外部元件 RT 和 CT 设置，近似 osc = 1.1/ (RT* CT ) 输出脉
4、冲宽度由 “死区时间控制 ”和 “反馈 /PWM比较器输入 ”两个信号中电平较高的一个控制，控制信号电平与电容器 CT 上的锯齿波进行比较，实现脉冲宽度的调整。 控制信号电平线性增加输出晶体管 Q1 和 Q2 的导通时间线性减少。 “输出控制 ”=5V为推挽输出，最小死区时间为 48%； =0为单端输出，最小死区时间为 96%。五、 TL494的工作条件1. 工作条件条 件 符 号 最小 典型 最大 单位电源电压 VCC 7.0 15 40 V集电极电压 VC1,VC2 - 30 40 V集电极输出电流 (每个三极管) IC1,IC2 - - 200 mA误差放大器输入共模电压 Vin -0.
5、3 - VCC 2 V反馈 /PWM比较器输入端电流 Ifb - - 0.3 mA基准输出电流 Iref - - 10 mA计时电阻 RT 1.8 30 500 k计时电容 CT 0.0047 0.01 10 F振荡器频率 Fosc 1.0 40 200 kHz六、原理图p 稳压原理输出电压负反馈。 L1 100uH 0.5A C8 220uF 25V若某种原因导致输出电压过高，则误差放大器 1同向端电位升高，反馈 /PWM端电位上升， Q1管导通时间减少，占空比减少，结果输出电压减少。最终使输出电压保持稳定， R17和 R16中点电压为 5V。 R12/R10为误差放大器 1的静态放大倍数，
6、影响控制精度。 C6和 R13影响误差放大器 1的动态放大倍数，抑制瞬变。六、原理图p 过载保护过载时，降低输出电压使负载电流保持在保护值。不论开关管 T2是否导通，流过负载的电流都经过 R9(由上向下 )， R9的下端电位为负，当负载电流达一定值时，误差放大器 2的反相端电位为负，误差放大器 2的输出（即反馈 /PWM端）为正， Q1管不导通，输出电压降低。六、原理图p 软启动上电时输出电压由低到高建立，需要一定时间。上电时， C7充电需要一定时间，死区电压由高逐渐变低， Q1管的导通时间逐渐增大，输出电压逐渐升高。七、 0参数选择1. 整流管： 桥式整流，整流管工作电流 =0.5负载电流，
7、大反向电压 =输入交流电压峰值， IN4007(1A/1kV)可以满足要求。2. 滤波电容： RLC=(35)T， 整流滤波后电压VIN=1828.8V,RL18V/0.5A=36， T 10mS，1000uF/35V电解电容可满足要求。 最常用电解电容 ： 1.0、 2.2、 3.3、 4.7、 6.8及相应十百千 uF，耐压有 6、 16、25、 35、 50、 63、 100、 120、 250、 400V。3. 工作频率： 音频上限 20kHz， Fosc33kHz，TOSC=30uS， tON=TOSCVO/(VIN-Vsta)=13.021.4uS。七、参数选择4. 开关管： 开关
8、速度 2(VIN)max， 电流 2(IO)maxTIP127(100V/5A,Darl-L,hFE1000,tr和 td1uS)满足要求，内带保护二极管可不带 RC吸收回路，需带散热器。IC VEC PTtON tOFF tVIN+VFVSTAIECO图四：开关管开关速度与功耗分析七、参数选择5. 输出电压：VO=5V*(1+R17/R16)12.1V6. 保护电流：Imax = (Vref /R7)*R8/ R90.5A7. 电感量：L100H。8. 续流二极管： 快恢复二极管，反向偏压 (VIN)max-VSTA-VO，峰值电流 2(IO)max， FR1031A/300V或 FR107
9、1A/1kV 满足要求。(VIN)max-VSTA-VF(IO)maxIpkt续流管阴极电位 VK 、 电感电流 IL、 负载电流 IO (tON)min (tOFF)max 储能充分 (VIN)max-VSTA-VF(IO)maxIpk=2(IO)maxt续流管阴极电位 VK 、 电感电流 IL、 负载电流 IO (tON)min (tOFF)max 临界储能(VIN)max-VSTA-VF(IO)maxt续流管阴极电位 VK 、 电感电流 IL、 负载电流 IO (tON)min (tOFF)max 储能不足 VO图五：最大输入 /满负荷时的续流波形七、参数选择8. 输出电容：一个工作周期
10、共向输出电容充电荷 Q0.5(IO)max(0.5TOSC)纹波 0.5 VP-P= Q/CO，CO=(35)(IO)maxTOSC/2 VP-PCO=C8=220uF能满足要求注产生纹波的两个因素： 1.输出电容容量有限； 2.开关过程产生的过冲，这部分较难滤除。10. 软启时间： 100mS。(VIN)max-VSTA-VF(IO)maxIpkt续流管阴极电位 VK 、 电感电流 IL、 负载电流 IO (tON)min (tOFF)max 储能充分 (VIN)max-VSTA-VF(IO)maxIpk=2(IO)maxt续流管阴极电位 VK 、 电感电流 IL、 负载电流 IO (tON
11、)min (tOFF)max 临界储能(VIN)max-VSTA-VF(IO)maxt续流管阴极电位 VK 、 电感电流 IL、 负载电流 IO (tON)min (tOFF)max 储能不足 VO图五：最大输入 /满负荷时的续流波形八、电感的绕制1. 铁氧体磁芯或磁罐 (高频磁性材料、居里温度 230）。2. 漆包线线径：考虑趋肤效应和机械强度， 趋肤效应：调频电流只分布在导体表面， 30kHz时，穿透浓度 0.2mm， 电流密度可按 5A/mm2计算。漆包线直径： 0.4mm以上可满足要求。1. 磁线截面： LS*S，截面小必匝数多，匝数过多引起饱和，饱和导致功率管、电感线圈与磁芯发热，应
12、避免。2. 匝数： LN2，设计时先用柒包线绕若干匝，用电感表测量电感量，按平方正比关系计算，确定匝数，再绕。线端刮柒、引至线架、搪锡，用电感表验证电感量。3. 国产 MnZn铁氧体（低、中频）磁性材料，磁导率 :50007000，饱和磁通密度BS:400530mTtIL九、设计步骤与设计验证1. 根据技术指标进行理论设计 绘制原理图 器件参数选择 设计 PCB 元件检查、焊装2. 设计验证 通电前外观检查 空载通电试验 观察有否异常温升 观测输出电压、锯齿波 观测续流管阴极波形，脉冲过冲是否稳态值 改变输入电压，看波形占空比变化 加载实验 半满负载，观察温升情况 中等输入电压 /满载，观测温
13、升和续流情况 最高输入电压 /满载，观测温升和续流情况，判断电感量是否充足；观测开关管 EC极电压，判断其是否工作在饱和与截止两状态，开关速度是否满足要求；输出电压纹波是否满足要求 最小输入电压 /满载，观测温升和续流情况 过载实验 输入电压分别为最小、中等、最大三种情况，超负载 10%，观测过载保护是否工作，保护时的工作波形 工作稳定性 长时间工作情况（ 30min）十、设计报告（ A4纸打印） 设计题目（ 2黑 /居中） 设计人姓名（ 4宋 /居中） 指导老师姓名（ 5宋 /居中） 设计内容摘要（ 5宋 /缩进 2字符） 关键词（ 5宋 /缩进 2字符） 报告正文（标题 4黑 /左对齐，正文 5宋 /单倍行距） 设计指标 设计方案、方案论证 工作原理分析 参数选择（结合设计指标选择） 设计验证 样品测试波形、数据分析 设计评价 设计总结 参考文献或资料（标题 4黑 /居中，文献列表 5宋 /单倍行距）序号 . 作者姓名，书名 M，出版社，出版时间，页面。序号 . 作者姓名，论文题目 J，杂志名称，出版时间，页面。 附原理图、 PCB图
