小功率通用开关电源的设计与制作

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1、2毕业设计专业：电子信息工程姓名：题目：小功率通用开关电源的设计与制作日期：年月日22目录摘 要1第一章开关电源的基本概念与发展21.1开关电源的基本概念21.2开关电源的发展2第二章开关电源的原理介绍与选择32.1开关电源的基本工作原理32.1.1开关稳压电源的电路原理框图32.1.2调宽式开关稳压电源的基本原理32.1.3单片开关电源的两种工作模式42.2开关电源的种类选择42.3反馈电路的基本类型与选择82.4单片开关电源的典型应用电路分析10第三章小功率通用开关稳压电源的研制113.1性能特点及技术指标113.2开关电源电路中

2、关键元器件的选择与设计113.2.1TOP246Y型6端单片开关电源123.2.2线性光耦合器PC817123.2.3可调式精密并联稳压器TL431133.3开关电源的电路设计153.3.1开关电源电路的工作原理153.3.2输入整流滤波电路的设计173.3.3基于TOP246Y的开关电源设计183.3.4高频变压器的设计和绕制方法193.3.5输出整流滤波电路的设计223.3.6稳压反馈电路设计223.4单片开关电源印制板的设计233.5小结23小结并致谢25参考文献2622摘 要本论文围绕当前流行的单片开关电源芯片进行的小功率通用

3、开关稳压电源的设计与制作。该开关电源共选用3片主要的集成电路——TOP246Y型6端单片开关电源、线性光耦合器PC817A及可调式精密并联稳压器TL431。利用TOP246Y型6端单片开关电源的PWM技术控制开关的占空比来调整输出电压的，以达到稳定输出的目的。设计主要完成的内容有：（1）根据设计需要选择开关电源电路；（2）设计输入整流滤波电路，并确定相关器件参数；（3）基于TOP246Y对开关电源的控制核心部分进行设计；（4）设计高频变压器，计算确定变压器的变比与绕线匝数；（5）设计输出整流滤波电路，并确定相关器件参数；（6）设计电压

4、反馈电路。本论文对开关电源的滤波、整流、反馈电路等分别作了细致的研究工作，通过反复实验和计算取得了高频变压器设计的宝贵经验，掌握了开关电源设计的核心技术，并对此进行了较为详尽的阐述。 关键词：单片开关电源；PWM；占空比；高频变压器2第一章开关电源的基本概念与发展1.1开关电源的基本概念电源是将各种能源转换成为用电设备所需电能的装置，是所有靠电能工作的装置的动力源泉。直流开关电源是一种由占空比控制的开关电路构成的电能变换装置，用于交流—直流或直流—直流电能变换，通常称其为开关电源（SwitchedModePowerSupply-SMP

5、S）其功率从零点几瓦到数十千瓦，广泛用于生活、生产、科研、军事等各个领域。彩色电视机、VCD播放机等家用电器、医用X光机、CT机，各种计算机设备，工业用的电解、电镀、充电、焊接、激光等装置，以及飞机、卫星、导弹、舰船中，都大量采用了开关电源。开关电源的核心为电力电子开关电路，根据负载对电源提出的输出稳压或稳流特性的要求，利用反馈控制电路，采用占空比控制方法，对开关电路进行控制。开关电源的这一技术特点使其同其他形式的电源，如采用调整管的线性电源和采用晶闸管的相控电源相比具有体积小、重量轻和效率高两个明显的优点。1.2开关电源的发展随着电

6、子技术的高速发展，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。电子设备的小型化和低成本化使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。由于调整管工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定，其集电极与发射极之间必须承受较大的电压差，导致调整管功耗较大，电源效率很低，一般只有45%左右。另外，由于调整管上消耗较大的功率，所以需要采用大功率调整管并装有体积很大的散热器，很难满足现代电子设备发展的要求。20世纪50年代，美国宇航局以小型化、重量轻为目标，为搭载火箭开发了开关电源。在近半个多世纪的发展过程中，开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、

7、性能稳定等优点而逐渐取代传统技术制造的连续工作电源，并广泛应用于电子整机与设备中。20世纪80年代，计算机全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代。20世纪90年代，开关电源在电子、电器设备、家电领域得到了广泛的应用，开关电源技术进入快速发展期。并且自开关稳压电源问世后，在很多领域逐步取代了线性稳压电源和晶闸管相控电源。早期出现的是串联型开关电源，其主电路拓扑与线性电源相仿，但功率晶体管工作于开关状态。随着脉宽调制（P30WM）技术的发展，PWM开关电源问世，它的特点是用20kHz的载波进行脉冲宽度调制，电源的效率可达65%～7

8、0%，而线性电源的效率只有30%～40%。因此，用工作频率为20kHz的PWM开关电源替代线性电源，可大幅度节约能源，从而引起了人们的广泛关注，在电源技术发展史上被誉为20kHz革命。随着超大规模芯片尺寸的不断减小，电源