開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓設(shè)計(jì)與制作

1、初始條件:元件：TL494芯片、整流橋、電感、電阻、電容、二極管、三極管假設(shè)干。儀器：萬(wàn)用表、示波器、交流毫伏表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、學(xué)生電源要求完成的主要任務(wù)：（包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)等具體要求）1、課程設(shè)計(jì)工作量：1周。2、技術(shù)要求：要求設(shè)計(jì)制作一個(gè)12V開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源完成對(duì)12V開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)、仿真、 裝配與調(diào)試。確定設(shè)計(jì)方案以及電路原理圖。開(kāi)關(guān)電源是一種高效率、高可靠性、小型化、輕型化的穩(wěn)壓電源，是電子設(shè)備的主流 電源。開(kāi)關(guān)電源的基本作用就是將交流電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)換為適合各個(gè)配件使用的低壓直流電 做供給使用。另外開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都

2、具有重 要的意義。輸入電壓為AC220v, 50Hz的交流電，經(jīng)過(guò)變壓器，再由整流橋整流后濾波變?yōu)?直流電，然后通過(guò)功率開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通與截止將直流電壓變成連續(xù)的脈沖，再經(jīng)輸出濾波后 變?yōu)橹绷麟姟ｉ_(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通與截止由PWM （脈沖寬度調(diào)制）控制電路發(fā)出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制。 PWM驅(qū)動(dòng)電路在提供開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)的同時(shí)，還要實(shí)現(xiàn)輸出電壓穩(wěn)定的調(diào)節(jié)、對(duì)電源負(fù)載 提供保護(hù)。為此設(shè)有檢測(cè)放大電路、過(guò)電流保護(hù)及過(guò)電壓保護(hù)等環(huán)節(jié)。通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān) 管導(dǎo)通時(shí)間的比例（占空比）來(lái)實(shí)現(xiàn)。我的此課程設(shè)計(jì)報(bào)告主要包括了課程的設(shè)計(jì)、原理、電路仿真、實(shí)物制作和性能測(cè)試 等局部。利用現(xiàn)學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)并制作了 12V開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓

3、電源具有功耗小，效率高，穩(wěn)壓范圍寬，質(zhì)量輕，體積小，可靠性高等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，故廣泛應(yīng)用。圖4-1推動(dòng)變壓器電路原理圖變壓器原理圖;圖4-2推動(dòng)變壓器電路實(shí)物圖1.5半橋功率電路設(shè)計(jì)原理本電源開(kāi)關(guān)管采用半橋功率變換電路，功率管采用開(kāi)關(guān)管MJE13007或2SC2825,具有較高的耐 壓Uceo,較低的導(dǎo)通電阻，較大的導(dǎo)通電流?；鶚O的電路網(wǎng)絡(luò)使開(kāi)關(guān)管能快速關(guān)斷，防止開(kāi)關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通。 VD5、VD6o采用快恢復(fù)二極管FR157。由于工作時(shí)功率管有較大的電流和較大的功耗，所以需要加上散 熱片，常采用外殼進(jìn)行散熱。要注意的是,由于功率管散熱局部金屬片與集電極相連，具有高電壓，所以管 子和散熱片中間必須加上絕

4、緣片。為進(jìn)一步降低熱阻，在安裝時(shí)需要加上導(dǎo)熱硅脂。電路圖半橋功率電路原理圖;ST4181VD8 IN4181R6 15Q/0.半橋功率電路實(shí)物圖:CIOR394.-UF50V 15OKO.5W不I-25WR：3.9Cll 4.7UF/515Q0.254 IRIOR-I 15OKO.5W W I I I-二 UHK gaAZ (00 =amiaUNMZ/COOTEC2Q/025WRllR93.90.25W圖5-1半橋功率電路原理圖圖5-2半橋功率電路原理圖參數(shù)R4, R8 150KR6, R10 150R39, R40 150KR7, Rll 2R2R5, R9 3K9VD7, VD8 1N41

5、48VD5, VD6 FR157C10,Cll 4u7/50VVI,V2 MJE13007半橋全波整流電路設(shè)計(jì)原理本電源開(kāi)關(guān)變壓器輸出的是交流脈沖電壓，輸出必須通過(guò)整流、濾波過(guò)程。整流局部6）半橋全波整 流電路采用半橋全波整流電路MUR2020MUR2020通常為T(mén)O220封裝，內(nèi)部有兩個(gè)肖特基二極管，共陰極連接，中間為公共極。與普通整 流二極管相比擬，肖特基二極管結(jié)電容小，可以工作在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，同時(shí)具有較低的正向?qū)妷?，能?受較高的導(dǎo)通電流。開(kāi)關(guān)電源中常采用肖特基二極管作為整流元件。由于工作時(shí)肖特基二極管有較大的電流，功耗較大，導(dǎo)致發(fā)熱,所以需要加上散熱片，常采用外殼進(jìn)行 散熱。要注意

6、的是,由于肖特基二極管散熱局部金屬片與公共極相連，而散熱片一般接地，所以管子和散熱 片中間必須加上絕緣片。為進(jìn)一步降低熱阻，在安裝時(shí)需要加上導(dǎo)熱硅脂。電路圖半橋全波整流電路原理圖;圖6-1半橋全波整流電路原理圖半橋全波整流電路實(shí)物圖;圖6-2半橋全波整流電路實(shí)物圖參數(shù) VD18 MUR2020TL494 電路設(shè)計(jì)原理本電源是一個(gè)典型的他激式電源，采用TL494專(zhuān)用集成電路工作,TL494兼容芯片內(nèi)部功能。 由TL494組成的他激式電路1、2腳分別為內(nèi)部誤差比擬放大器的同相輸入端和反相輸入端。1腳輸入來(lái)自R29、R30、R31、 VR1的取樣電壓;2腳加2.5V基在電壓（由R23、R24對(duì)5V基

7、準(zhǔn)電壓分壓產(chǎn)生）。3腳為反應(yīng)輸出，一路 經(jīng)C16、R22負(fù)反應(yīng)到2腳，另一路經(jīng)C30、R38負(fù)反應(yīng)到15腳. 4腳為死區(qū)電平控制端。由R25、R21 對(duì)5V基準(zhǔn)電壓分壓后給4腳提供死區(qū)控制電平.5腳接振蕩電容C14,6腳接振蕩電阻R20. 9、10腳接 地后，由8、11腳輸出，分另IJ控制VT3、VT4推挽激勵(lì)管工作。12腳為芯片的供電腳,此供電電壓由VD9、 VD10、C9整流濾波產(chǎn)生。13腳為功能控制端，現(xiàn)接5V基準(zhǔn)電壓。14腳輸出5V基準(zhǔn)電壓。15、16腳 分別為內(nèi)部控制比擬放大器的反相輸入端和同相輸入端。16腳接地,15腳經(jīng)R36接過(guò)流取樣器件J1、 J2（康銅絲）。為保證電路可靠性,

8、TL494外圍電路（電阻、電容）要求具有較高的精度和穩(wěn)定性。如C14、 C15、C27、C16、C30等電容，常采用滌綸電容。電路圖TL494電路原理圖;C3C0DOw75UJJMuuvIIC2222J/100Vri8+VbCl81.22UF/50VK5、匕2855.6KAJJ54C16103J/100V4N1 TL494+IN1+IN2-INI-IN2FBREF-OUTDT-CON OUT-CON一德WC1)TRTDGN圖7-1TL494電路原理圖TL494電路實(shí)物圖;圖7-2TL494電路實(shí)物圖TL494 電路設(shè)計(jì)原理開(kāi)關(guān)電源相對(duì)普通線性電源來(lái)說(shuō)，頻率高，輸出采用電感和電容濾波方式，電感采

9、用磁環(huán)電感, 多個(gè)電容并聯(lián)，增加電容量，降低電解電容的感抗效應(yīng)，使輸出紋波盡量減小。電路圖輸出電路原理圖;圖8-1輸出電路原理圖輸出電路實(shí)物圖;圖8-2輸出電路原理圖2 .測(cè)試結(jié)果及分析2.1測(cè)試過(guò)程(1)通電前在輸入段串入60W白熾燈，如果亮一下即滅說(shuō)明正常，如果常亮說(shuō)明電路有短路現(xiàn)象存 在，應(yīng)關(guān)電找原因。(2)測(cè)試變壓器T1的8、9腳之間及1、3、6、7腳對(duì)地交流電壓波形。(3)測(cè)試T2的1、3、9、10腳對(duì)地交流電壓波形。(4)測(cè)試TL494的8、11腳輸出交流電壓波形。(5)測(cè)試整流輸出C5、C6兩端直流電壓:測(cè)試開(kāi)關(guān)電源輸出的12V電壓:測(cè)試TL494芯片各引腳電壓。(6) 一邊調(diào)節(jié)

10、VRi,一邊測(cè)試輸出直流電壓，輸出電壓應(yīng)發(fā)生改變。原理圖實(shí)物圖測(cè)試結(jié)果穩(wěn)壓系數(shù)St =1：a, = o)x1 00%UiIUi輸出電阻Ho = 0幺s“ 二。)Mo0紋波抑制比Sr = 201g-dBUop.穩(wěn)壓系數(shù)Sts=(AUJU)/Ul/U2xl00% 計(jì)算有 St=(0.033/l2.0179)/ (22/220) *100%= 2.4%.負(fù)載調(diào)整特性SrSF=AU./U,/NII |lue, xIO%該指標(biāo)反映了負(fù)載變化對(duì)輸出電壓穩(wěn)定性的影響Si= (0.033/12.0179)/ (5-3) *100%= 0.14%.輸出電阻RoRo=-U/ Ro=-0.033/(5-3)* 10

11、0%=-0.165開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)與制作L設(shè)計(jì)原理及參數(shù)1J輸入電路的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原理交流 220V 輸入開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源輸入電路主要有保護(hù)元件，濾波元件組成。保護(hù)電路采用熔斷器FU1防止電路中電流過(guò)大，壓敏電阻RV1,吸收交流浪涌電壓的沖擊，當(dāng)交流電源有浪涌電壓，超過(guò)RV1參數(shù)時(shí),RV1導(dǎo)通，防止后級(jí)電路因?yàn)楦唠姸鴵p 壞。濾波電路采用共模濾波器，濾除電網(wǎng)電壓的高頻電壓的高頻干擾。C2,C3,C28構(gòu)成Y行濾波電容，吸收相對(duì)于地的交流浪涌沖擊，C4是濾波電容，吸收共模的浪涌沖擊電路圖電路原理如圖:其含義與Sr相似。Ro越小，負(fù)載變化對(duì)U。變化的影響越小，表示帶負(fù)載能力越強(qiáng)。.紋波抑制比SRSr=201

12、gUip/UopdB該指標(biāo)反映穩(wěn)壓電路輸入電壓UI中含有100Hz交流分量峰值或紋波電壓的有效值經(jīng) 穩(wěn)壓后的減小程度。一般輸出電壓峰值UIP為幾毫伏至幾百毫伏。SR越大，耘UOP越小。Sr=201g(220/12.0179)=25.25 MV.輸出電壓的溫度系數(shù)StSt=U/Uo/Txl00%測(cè)量數(shù)據(jù)如下Ui=220VIo1.5A3A5AUo11.897V11.486V11.094VPo18.115W35.167W50.627WRo8.1353.7512.145Io=3AUi198 V220V242VUo11.317V11.485V11.605VPo23.432KW23.452KW23.984

13、KWRo5.3375.8245.1123 .元器件清單表格5.1元件清單22-序號(hào)元件代號(hào)，.11MMM11MMM11111MMMM1M1MM1MMi至稱(chēng)材料及規(guī)格TWeo-0RI R2 R4 R8 R3Q R40- - .金屬膜電阻15OK/O5WT:LJ4R6R10碳膜電阻15 Q/0.25W-/ -10 4L、R5 R9RI7R19碳膜電Ml 3.9K/0.25WHz. 3681M卜3_R7R111金屬股電阻2 2C/0.5W.、卜4_5R18R16|tR20破膜電阻1.5K/0.25W砥膜 電Hl 22K/0 2SW.184- LL-6R21 R31 R38碳胰電阻10K/0.25W

14、i -92 *1276.、R30 R37-4碳膜電阻2.2K/0.25W巨 184卜8R23R24 R26R28碳胰電阻5.6K/0.25W巨- 368LR22碳膜電阻47K/0.25W1 -92一 一,oR25 R35碳膜電阻100K/0.25W184人n R2W碳膜電阻1.2K/0.25W18412 R80碳膜電阻5.6Q/0.25W此版不用、13R29碳膜電阻390Q/0.25W9214 R3碳膜電阻100C/2W9215 TR34碳膜電阻270C/2W9216R32R33碳膜電阻10Q/0.5W218417R12碳膜電阻1.5K/0.5W19218R13碳膜電阻680K/0.5W192

15、19 - -g熱敏電阻5D-1119220VR可調(diào)電位器1K1臥式9221Cl C4安規(guī)電容104J/275VAe！2184C2C3瓷片電容222M/250VAC218423c?聚丙烯電容105K/250VAC9224IC2OC21宛片電容2184J.25 卜1 cs瓷片電容102/1KV261 C2 ZNK2瓷片電容I03/1KV21841 27:C19滌淪電容333J/1OOV-112S -C14深淪電容102J/100V129 卜Cis C27深淪電容222J/1OOV1230j 一Cl6 c30深淪電容ioIj/ioov|2.31CIOCIICI3-:*固電溶 47UF/50VH3BH

16、32cn7期電溶IUF/SOV1L 33cvW* 471JRS0V1 _-rXmu19： 一434C IK電“電.1-A一35C22 C23 C24 C25 CMI0001JF/I6V1536CS C6電好電容22OIH /?（K）VI37D7DC-極 In 1007)ig4T38DSDt一:04 4Rig71U39IWDIO3 -11橫管 1H1071-2.40便俄震 yzGiodn/bmi咽一1-一IM41D13D14詹IN47S2一L圖1-1輸入電路原理圖電路實(shí)物圖：圖2-2輸入電路實(shí)物圖參數(shù)FU1熔斷器RT1熱敏電阻L1共模濾波器C2,C3,C4,C28 濾波電容整流與濾波的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原

17、理220v交流 A輸入220v交流 A輸入整流電路濾波電路整流與濾波模塊主要由整流電路、濾波電路、兩局部實(shí)現(xiàn)。整流電路：采用扁形封裝整流橋VD1,由于二極管單向?qū)ǖ奶匦?，?dāng)二極管呈橋式 相連時(shí)，無(wú)論輸入電壓呈正半周期或負(fù)半周期，都有電流同方向地流過(guò)負(fù)載。從而實(shí)現(xiàn) 整流作用。濾波電路：采用電容濾波電路，利用電容充放電原理到達(dá)濾波作用。在脈動(dòng)直流波 形上升階段，電容充電，由于充電時(shí)間常數(shù)很小，所以充電速度快；在波形的下降階段，電容放電，由于時(shí)間常數(shù)很大，放電較慢。濾波電路米用2個(gè)470 uF/250V電解電 容。此電路與后級(jí)的半橋開(kāi)關(guān)方式相配合，使電容耐壓要求降低一半，提高了可靠性， 降低了本錢(qián)

18、。通過(guò)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換，在110V交流電源地區(qū)，采用類(lèi)似倍壓整流方式，使電源在 不同電壓區(qū)域有一定的兼容性。要注意的是，在220V交流電源地區(qū)，電壓開(kāi)關(guān)不可弄 錯(cuò)，否那么會(huì)損壞電路。波形如圖：當(dāng)凡=8時(shí)：（7。=蟲(chóng)。2 當(dāng)凡為有限值時(shí)：0.94 U/ y/2U2通常取q= 1.2% RC越大U。越大 為獲得良好濾波效果，一般?。?”之（3 5）772（T為輸入交流電壓的周期）當(dāng)凡=8時(shí)：（7。=蟲(chóng)。2 當(dāng)凡為有限值時(shí)：0.94 U/ y/2U2通常取q= 1.2% RC越大U。越大 為獲得良好濾波效果，一般?。?”之（3 5）772（T為輸入交流電壓的周期）圖1-2-2濾波原理波形電路圖整流電路原理圖:濾波電路原理圖:VD1D15SB60圖2-1整流電路原理圖圖2-2濾波電路原理圖整流電路實(shí)物圖:圖2-3整流電路實(shí)物圖濾波電路原理圖:圖2-4濾波電路實(shí)物圖參數(shù) D15SB60扁形封裝整流橋 C6, C5 470 u F/250V 濾波電容 R1,R2 220K/1W主變壓器220v 交流 輸入設(shè)計(jì)原理變壓低電器變一壓壓本電源采用一個(gè)主開(kāi)關(guān)變壓器，變壓器具有多個(gè)繞組，8、9是初級(jí)繞組。1、2、11、12、13、14、 3、4是次級(jí)繞組，用于輸出。由于功率變換級(jí)采用半橋方式，所以輸出級(jí)也采用半橋全