单片开关电源芯片进行的小功率开关稳压电源的设计与制作

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1、目录1前言12开关电源的发展23.开关电源的模块设计33.1开关电源基本原理33.2开关电源的特点33.3提高开关电源效率的方法43.4开关电源的工作方式54总体模块设计74.1方案一74.2方案二74.3方案比较85单元模块设计95.1脉宽调制及脉冲变压器外围电路95.2前级共模电感电路105.3整流滤波电路105.4误差取样及反馈调节电路115.5输出端电路126调试与性能分析137设计要点148设计总结159参考文献16附录一：电路原理图17附录二：PCB图181前言目前，开关电源以体积小、质量轻和效率高的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终

2、端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。本论文围绕当前流行的单片开关电源芯片进行的小功率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。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—

3、直流电能变换，通常称其为开关电源（SwitchedModePowerSupply-SMPS）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

4、具有体积小、重量轻和效率高两个明显的优点。开关电源因其高效率在电子产品中得以广泛应用，目前，觉大多数电子设备均采用了开关电源技术，其优点是，设备质量轻、体积小和高效率，大大多数效率高于70%，从效率上讲，这是线性直流稳压器无法比拟的。2开关电源的发展随着电子技术的高速发展，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

5、，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、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

6、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（PWM）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%～70%，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，电源的尺寸与微处理器相比要大得多；而航天、潜艇、军用开关电源以及用电池的便携式电子设备(如手提计算机、移动电话等)更需要小型化、轻量

7、化的电源。因此，对开关电源提出了小型轻量要求，包括磁性元件和电容的体积重量也要小。此外，还要求开关电源效率要更高，性能更好，可靠性更高等。这一切高新要求便促进了开关电源的不断发展和进步。1）小型化、薄型化、轻量化、高频化2）高可靠性3）低噪声4）采用计算机辅助设计和控制是开关电源的技术追求和发展趋势。3.开关电源的模块设计3.1开关电源基本原理开关电源的典型电路如图2-1所示。所谓的反激，是指当开关管VT1导通时，高频变压器Ｔ初级绕组的感应电压为上正下负，整流二极管VD1处于截止状态，在初级绕组中储存能量。当开关管VT1截止时，变压器Ｔ初级绕组中存储的能

8、量，通过次级绕组及VD1整流和电容C滤波后向负载输出。反激式开关电源以主开关管的