1、設計案例分析單端正激式開關穩壓電源或降壓型開關穩壓電源設計一技術指標1.電源容量輸入：交流1524Vac。輸出：電源電壓+12V(不可調)，紋波小于150mVP-P，最大輸出電流0.5A(限流型保護)。2.工作頻率開關電源的工作頻率為3040kHz。3.控制電路采用脈沖寬度調制控制集成電路。二課題的意義1.具有實用性：幾乎所有的電子設備都涉及電源設計，容量較大時多采用開關電源。2.掌握一種共性技術：脈沖寬度調制技術PWM是一項共性技術，應用面廣，如硅整流弧焊電源控制、逆變電源設計、恒溫控制、直流電機調速等。3.學習集成電路應用方法：TL494、SG3525A是常用的、典型的固定頻率的脈沖寬度調

2、制控制電路，應用方法有一定代表性。4.易于建立工程設計概念：課題涉及多個典型的工程要素，如：功率器件的最大電流、耐壓、開關速度，磁性材料的選擇、功率電感的設計與繞制等。5.較典型的設計驗證方法和負載實驗。三、單端正激式開關電源的工作原理1. 導通狀態2. 截止狀態3. 輸入輸出關系稱為占空比11tLUUtLUIOILON22tLUtLUIOLOFFOFFONIIIOUU211ttt四、TL494的內部結構與功能1.結構CTRT3.5V4.9V0.7V0.12V0.7mAQ1Q213891110127141615321456DCKQQ振蕩器死區時間比較器PWM比較器死區時間控制誤差放大器1 反饋

3、/PWM比較器輸入誤差放大器2基準調整器Ref輸出欠壓鎖定VCCVCC觸發器輸出控制圖一：TL494內部框圖四、TL494的內部結構與功能1.結構2.TL494的時序p當鋸齒波電平死區時間控制電平時，死區時間比較器輸出高電平。p當鋸齒波電平反饋/PWM輸入電平時，PWM比較器輸出高電平。p死區時間控制電壓和反饋/PWM輸入電壓，二者中較高的電平控制觸發器時鐘寬度。CT反饋/PWM比較器輸入死區時間控制觸發器時鐘QQQ1射極Q2射極輸出控制圖二：TL494時序圖2.TL494的時序(續)p當輸出控制電壓=H時， Q和時鐘信號均為0時，Q1基極獲高電平導通， /Q和時鐘信號均為0時， Q2基極獲高

4、電平導通，兩管輪流導通，稱為推挽工作方式。p當輸出控制電壓=L時，時鐘信號為0時， Q1和Q2基極獲高電平導通，兩管同時導通，稱為單端工作方式。CT反饋/PWM比較器輸入死區時間控制觸發器時鐘QQQ1射極Q2射極輸出控制圖二：TL494時序圖3.功能描述含有控制開關式電源所需的主要功能塊。線性鋸齒波振蕩器(3V)，頻率用兩個外部元件RT 和CT 設置，近似 osc = 1.1/ (RT* CT )輸出脈沖寬度由“死區時間控制”和“反饋/PWM比較器輸入”兩個信號中電平較高的一個控制，控制信號電平與電容器CT 上的鋸齒波進行比較，實現脈沖寬度的調整。控制信號電平線性增加輸出晶體管Q1 和Q2 的

5、導通時間線性減少。“輸出控制”=5V為推挽輸出，最小死區時間為48%；=0為單端輸出，最小死區時間為96%。五、TL494的工作條件1.工作條件條條 件件符符 號號最小最小典型典型最大最大單位單位電源電壓電源電壓VCC7.01540V集電極電壓集電極電壓VC1,VC2-3040V集電極輸出電流集電極輸出電流(每個三極管每個三極管)IC1,IC2-200mA誤差放大器輸入共模電壓誤差放大器輸入共模電壓Vin-0.3-VCC2V反饋反饋/PWM比較器輸入端電流比較器輸入端電流Ifb-0.3mA基準輸出電流基準輸出電流Iref-10mA計時電阻計時電阻RT1.830500k計時電容計時電容CT0.0

6、0470.0110F振蕩器頻率振蕩器頻率Fosc1.040200kHz六、原理圖p穩壓原理輸出電壓負反饋。若某種原因導致輸出電壓過高，則誤差放大器1同向端電位升高，反饋/PWM端電位上升，Q1管導通時間減少，占空比減少，結果輸出電壓減少。最終使輸出電壓保持穩定，R17和R16中點電壓為5V。R12/R10為誤差放大器1的靜態放大倍數，影響控制精度。C6和R13影響誤差放大器1的動態放大倍數，抑制瞬變。L1 10mH/0.5AR510KR34K7T2TIP127R163K6R175K1C10104C8470u/25VD4FR107C6104R134K7R12 100KR1410KC710u/16

7、VR152KR11 4K7R104K7R90.1R847R74K7R610KC5332IN1+1IN1-2PWM3DEAD4CT5RT6GND7C18E19E210C211VCC12CONT13+5V14IN2-15IN2+16IC2494R2 47C4103/250VC11000u/35V1A/400V+12圖三：由TL494組成降壓型開關穩壓電源(100V/5A/Darl-L)C8100u/25V六、原理圖p 過載保護過載時，降低輸出電壓使負載電流保持在保護值。不論開關管T2是否導通，流過負載的電流都經過R9(由上向下)，R9的下端電位為負，當負載電流達一定值時，誤差放大器2的反相端電位為

8、負，誤差放大器2的輸出（即反饋/PWM端）為正，Q1管不導通，輸出電壓降低。L1 10mH/0.5AR510KR34K7T2TIP127R163K6R175K1C10104C8470u/25VD4FR107C6104R134K7R12 100KR1410KC710u/16VR152KR11 4K7R104K7R90.1R847R74K7R610KC5332IN1+1IN1-2PWM3DEAD4CT5RT6GND7C18E19E210C211VCC12CONT13+5V14IN2-15IN2+16IC2494R2 47C4103/250VC11000u/35V1A/400V+12圖三：由TL49

9、4組成降壓型開關穩壓電源(100V/5A/Darl-L)C8100u/25V六、原理圖p 軟啟動上電時輸出電壓由低到高建立，需要一定時間。上電時，C7充電需要一定時間，死區電壓由高逐漸變低，Q1管的導通時間逐漸增大，輸出電壓逐漸升高。L1 10mH/0.5AR510KR34K7T2TIP127R163K6R175K1C10104C8470u/25VD4FR107C6104R134K7R12 100KR1410KC710u/16VR152KR11 4K7R104K7R90.1R847R74K7R610KC5332IN1+1IN1-2PWM3DEAD4CT5RT6GND7C18E19E210C21

10、1VCC12CONT13+5V14IN2-15IN2+16IC2494R2 47C4103/250VC11000u/35V1A/400V+12圖三：由TL494組成降壓型開關穩壓電源(100V/5A/Darl-L)C8100u/25V七、參數選擇1.整流管：橋式整流，整流管工作電流=0.5負載電流，大反向電壓=輸入交流電壓峰值，IN4007(1A/1kV)可以滿足要求。2.濾波電容：RLC=(35)T，整流濾波后電壓VIN=1828.8V,RL18V/0.5A=36，T10mS，1000uF/35V電解電容可滿足要求。最常用電解電容：1.0、2.2、3.3、4.7、6.8及相應十百千uF，耐壓

11、有6、16、25、35、50、63、100、120、250、400V。3.工作頻率：音頻上限20kHz，Fosc33kHz，TOSC=30uS，tON=TOSCVO/(VIN-Vsta)=13.021.4uS。七、參數選擇4.開關管：開關速度2(VIN)max，電流2(IO)maxTIP127(100V/5A,Darl-L,hFE1000,tr和td1uS)滿足要求，內帶保護二極管可不帶RC吸收回路，需帶散熱器。ICVECPTtONtOFFtVIN+VFVSTAIECO圖四：開關管開關速度與功耗分析七、參數選擇5.輸出電壓：VO=5V*(1+R17/R16)12.1V6.保護電流： Imax

12、= (Vref /R7)*R8/ R90.5A7.電感量：L100H。8.續流二極管：快恢復二極管，反向偏壓(VIN)max-VSTA-VO，峰值電流2(IO)max，FR1031A/300V或FR1071A/1kV 滿足要求。OFFOOtIVL2(VIN)max-VSTA-VF(IO)maxIpkt續流管陰極電位VK 、 電感電流IL、負載電流IO (tON)min(tOFF)max儲能充分 (VIN)max-VSTA-VF(IO)maxIpk=2(IO)maxt續流管陰極電位VK 、 電感電流IL、負載電流IO (tON)min(tOFF)max臨界儲能(VIN)max-VSTA-VF(I

13、O)maxt續流管陰極電位VK 、 電感電流IL、負載電流IO (tON)min(tOFF)max儲能不足 VO圖五：最大輸入/滿負荷時的續流波形七、參數選擇8.輸出電容：一個工作周期共向輸出電容充電荷Q0.5(IO)max(0.5TOSC) 紋波0.5VP-P= Q/CO，CO=(35)(IO)maxTOSC/2 VP-PCO=C8=220uF能滿足要求注產生紋波的兩個因素：1.輸出電容容量有限；2.開關過程產生的過沖，這部分較難濾除。10.軟啟時間：100mS。(VIN)max-VSTA-VF(IO)maxIpkt續流管陰極電位VK 、 電感電流IL、負載電流IO (tON)min(tOF

14、F)max儲能充分 (VIN)max-VSTA-VF(IO)maxIpk=2(IO)maxt續流管陰極電位VK 、 電感電流IL、負載電流IO (tON)min(tOFF)max臨界儲能(VIN)max-VSTA-VF(IO)maxt續流管陰極電位VK 、 電感電流IL、負載電流IO (tON)min(tOFF)max儲能不足 VO圖五：最大輸入/滿負荷時的續流波形八、電感的繞制1.鐵氧體磁芯或磁罐(高頻磁性材料、居里溫度230）。2.漆包線線徑：考慮趨膚效應和機械強度，趨膚效應：調頻電流只分布在導體表面，30kHz時，穿透濃度0.2mm，電流密度可按5A/mm2計算。漆包線直徑：0.4mm以

15、上可滿足要求。3.磁線截面：LS，截面小必匝數多，匝數過多引起飽和，飽和導致功率管、電感線圈與磁芯發熱，應避免。4.匝數：LN2，設計時先用柒包線繞若干匝，用電感表測量電感量，按平方正比關系計算，確定匝數，再繞。線端刮柒、引至線架、搪錫，用電感表驗證電感量。5.國產MnZn鐵氧體（低、中頻）磁性材料，磁導率:50007000，飽和磁通密度BS:400530mTtILTllINBrr29. 0105500005. 05 . 025 .131014. 34)(2570max00九、設計步驟與設計驗證1.根據技術指標進行理論設計繪制原理圖器件參數選擇設計PCB元件檢查、焊裝2.設計驗證通電前外觀檢查

16、空載通電試驗觀察有否異常溫升觀測輸出電壓、鋸齒波觀測續流管陰極波形，脈沖過沖是否穩態值改變輸入電壓，看波形占空比變化 加載實驗 半滿負載，觀察溫升情況 中等輸入電壓/滿載，觀測溫升和續流情況 最高輸入電壓/滿載，觀測溫升和續流情況，判斷電感量是否充足；觀測開關管EC極電壓，判斷其是否工作在飽和與截止兩狀態，開關速度是否滿足要求；輸出電壓紋波是否滿足要求 最小輸入電壓/滿載，觀測溫升和續流情況 過載實驗 輸入電壓分別為最小、中等、最大三種情況，超負載10%，觀測過載保護是否工作，保護時的工作波形 工作穩定性 長時間工作情況（30min）十、設計報告（A4紙打印） 設計題目（2黑/居中） 設計人姓

17、名（4宋/居中） 指導老師姓名（5宋/居中） 設計內容摘要（5宋/縮進2字符） 關鍵詞（5宋/縮進2字符） 報告正文（標題4黑/左對齊，正文5宋/單倍行距） 設計指標 設計方案、方案論證 工作原理分析 參數選擇（結合設計指標選擇） 設計驗證 樣品測試波形、數據分析 設計評價 設計總結 參考文獻或資料（標題4黑/居中，文獻列表5宋/單倍行距）序號. 作者姓名，書名M，出版社，出版時間，頁面。序號. 作者姓名，論文題目J，雜志名稱，出版時間，頁面。 附原理圖、PCB圖一技術指標1.電源容量輸入：交流1524Vac。輸出：電源電壓+12V(不可調)，紋波小于150mVP-P，最大輸出電流0.5A(限

18、流型保護)。2.工作頻率開關電源的工作頻率為3040kHz。3.控制電路采用脈沖寬度調制控制集成電路。七、參數選擇1.整流管：橋式整流，整流管工作電流=0.5負載電流，大反向電壓=輸入交流電壓峰值，IN4007(1A/1kV)可以滿足要求。2.濾波電容：RLC=(35)T，整流濾波后電壓VIN=1828.8V,RL18V/0.5A=36，T10mS，1000uF/35V電解電容可滿足要求。最常用電解電容：1.0、2.2、3.3、4.7、6.8及相應十百千uF，耐壓有6、16、25、35、50、63、100、120、250、400V。3.工作頻率：音頻上限20kHz，Fosc33kHz，TOSC=30uS，tON=TOSCVO/(VIN-Vsta)=13.021.4uS。九、設計步驟與設計驗證1.根據技術指標進行理論設計繪制原理圖器件參數選擇設計PCB元件