开关稳压电源范文
时间：2023-03-18 14:51:02
开关稳压电源范文第1篇
【关键词】DC-DC转换 LM5117芯片 直流开关稳压电源
开关电源是利用电子开关器件通过控制电路，使电子开关器件不停地“接通”和“断开”，让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现电压变换、输出电压可调和自动稳压。常用开关稳压电源电路结构复杂，且难于实现稳压数字化调节，本文介绍一种以LM5117为核心降压芯片的直流稳压电源，该电源设计简单，可实现输出稳压数字化调节且工作效率较高。
1 电源整体设计
1.1 设计要求
输出电压偏差|UO|≤100mV；
最大输出电流IO≥3A；
输出纹波Uopp≤50mV；
负载调整率Si≤5%；
电压调整率Sv≤0.5%；
效率η≥85%；
重量小于0.2kg；
具备过流保护和负载识别功能。
1.2 设计方案
本开关稳压电源主要由电流检测部分、过流保护部分、降压部分、负载识别部分和输出电压调节部分组成，其工作原理框图如图1所示。直流稳压电源输出固定16V，经过LM5117为核心的Buck电路输出稳定可调电压，在输出电路中串入电流检测模块送入单片机A/D采集并判断电流是否大于动作电流，在Buck电路输出端增加一个负载识别端口，外接电位器按U0=R/1k得到输出电压设定值，由单片机D/A控制输出电压到达设定值，构成闭合控制回路，其电路原理图如图2所示。
2 开关电源的组成部分设计
2.1 降压电路
采用LM5117组成的DC-DC电路，其中LM5117是同步降压控制器，适用于高电压或各种输入电源的降压型稳压器应用；其控制方法是基于仿真电流斜坡的电流模式控制，而电流模式控制具有固定的输入电压前馈、逐周期电流限制和简化环路补偿的功能，输出纹波电压小、效率可高达93%可很好满足要求。
2.2 过流保护电路
LM5117一脚UVLO是欠压锁定编程引脚，我们采用软件调控来实现电流过保护，通过控制芯片一脚的电压来控制芯片的工作状态。利用INA271高端检测，通过接入电阻恒定为50mΩ的康铜丝采样电压从而算出电流。将INA271采样输出电压送入单片机A/D采集，判断计算出的电路电流是否大于动作电流值，过流时通过P3.1输出低电平至Uvlo脚，芯片停止工作实现过流保护。该方案可行性高且可减小整个装置质量，减小系统效率，如图3所示。
2.3 降低纹波
注：Vro为总纹波大小，纹波是叠加在直流电压的交流部分。ESR为 C的的等效串联电阻。
由公式可知三种减小纹波电压的方法：
（1）适当增大开关频率，但此做法回事系统功耗增加，电源效率降低；
（2）减小ESR，可选择若干电解电容，瓷片电容并联ESR的值只有几十毫欧，此方法有效减小纹波的同时可提高电容量，即增加输出滤波电路电感可在一定范围内尽量大；
（3）采用πLC滤波电路也可有效降低输出端纹波大小。
2.4 DC-DC变换
采用非隔离型Buck电路，以LM5117为核心，由开关管CSD18532，电感，电容组成。由两个开关管交替导通将输入直流电压变化成矩形波，空载时满足（W为空占比），当负载接入时，输出电压通过店主分压反馈到芯片Fb脚，保持输出电压为稳定可调电压。
2.5 稳压控制
如图4所示，自LM5117的FB引脚输出的电阻分压信号可设定输出电压电平在一定范围内变化，FB引脚的调节阈值为0.8V。设定R0为1.2k，由电路图可以确定DA输入Ui和输出UO间的关系为：
，通过确定R1，R2的阻值进行优化即可稳定输出连续的电压值，以实现输出电压的数字化控制。
3 电路设计
3.1 A/D采集电路
采用12位串行输入模数转换器TLC2543，此芯片使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程，串行输入结构可以节省单片机I/O口资源，分辨率较高，在仪器仪表中有较为广泛的应用。
3.2 D/A输出电路
采用TI公司生a的带有缓冲基准输入的双路12位数模转换器TLV5618，输出电压为基准电压的两倍，且单调变化。REF5040提供精准参考电压4.096V。数字输入端带有斯密特触发器，具有较高的噪声抑制能力。
4 运行结果测试
4.1 器件选择
由各种计算分析选择开关频率Fsw=1000kHz，定时电阻Rt=51K，输出电感 Lo=22μH，电流检测电阻Rs=5mΩ，输出电容采用4个47μF电容并联Cout=235μF，输出分压器Rfb1=1.45K，Rfb2=6.2K，电位调节器处处电压为5V，Fcross=10K，Rcomp=27.4K，Ccomp=15nf。
4.2 方案测试
采用控制单一变量的方法对上述设计进行测试，测试结果该开关稳压电源不仅满足设计要求，而且在此要求的基础上更加优化即输出电压偏差|Uo|≤35mV，最大输出电流Io=3.2A，负载调整率Si=0.002，电压调整率Sv=0.002，系统效率η=92.8%。
5 结论
本开关稳压电源的设计核心是LM5117芯片，通过实际设计表明，以LM5117为核心设计的降压型直流开关稳压电源DC-DC的转换率高达93%，具有广泛的使用价值。
参考文献
[1]P.R.Gray and R.G.Meyer.Analysis and Design of Analag Intergrated Circuits.3rd John Wiley&Sons，New York，1993.
[2]户川活朗著.实用电源电路设计――从整流电路到开关稳压器[M].北京：科学出版社，2011.
[3]康华光主编.电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2005.
[4]吴慎山主编.电子线路设计与实践[M].北京：电子工业出版社，2011.
[5]臧春华主编.电子线路设计与应用[M].北京： 高等教育出版社，2012.
作者单位
开关稳压电源范文第2篇
关键词:稳压电源; 交流稳压电源; 脉冲宽度调制器; 高频电子变压器
中图分类号:TP368.1 文献标识码:B
文章编号:1004-373X(2010)10-0204-03
Design of Switch-Mode AC Stabilized Voltage Supply
XU Jin-xing, XU Chang-hua
(Research & Development Center of Electronic Products Equipment Manufacture of Jiangsu Province, Huaian 223003, China)
Abstract:An advanced design of AC stabilized voltage power supply is expounded in this paper. The pulse width modulator (PWM), high-speed electronic switches, high-frequency electronic transformer, and LC filters was adopted to realize the design. In comparison with AC stabilized voltage supply of the traditional thyristor angle modulation mode, this scheme is ofhigher efficiency, smaller size, smaller nonlinear distortion and it is an entirely new design of AC stabilized voltage supply.
Keywords:stabilized voltage supply; AC stabilized voltage supply; PWM; high-frequency electrosic transformer
目前,空间技术、计算机、通信、雷达及家电中的电源逐渐被开关电源所取代。现在一般应用的串联调整稳压电源是连续控制的线性稳压电源。这种传统的串联稳压器、调整管总是工作在放大区,流过的电流是连续的,这种稳压器的缺点是承受过载和短路的能力差,效率低,一般只有35%~60%。由于调整管要损耗较大的功率,所以需要采用大功率调整管,并装有体积很大的散热器[1]。而开关电源的调整管工作在开关状态,功率损耗小,效率可达70%~95%,稳压器的体积小,重量轻,调整管的功率损耗较小,散热器也随之减小[2]。此外,开关频率工作在几十kHz,可用数值较小的滤波电感、电容元件,故可以大大提高允许的环境温度。
1 电路组成及工作原理
开关式交流稳压电源电路框图如图1所示。工作原理描述:由三角波发生电路产生150 kHz的三角波,由低频正弦波产生电路产生50 Hz的正弦波。两个信号分别同时送到比较器的同相和反相输入端,在比较器的输出端将产生矩形波。该矩形波的频率与150 kHz的三角波相同,该矩形波的脉冲宽度受50 Hz正弦波实时幅度的调制后,随50 Hz正弦波实时幅度而变化,即已调制矩形波。将其送到高速电子开关中一个输入端,并经过一级反向器反向,送到高速电子开关的另外一个输入端。
图1 开关式交流稳压电源电路拓扑图
市电整流滤波获得的2倍于输入交流电压(典型值约为311 V)的直流高电压送到高速电子开关的电源输入端。高速电子开关的两个输出端由两个反向的输入矩形波驱动,从约311 V直流电源取得能量后,分别经过一级短时间常数的LC滤波电路连接到高频开关变压器的初级。该LC 滤波电路的作用是使进入高频开关变压器初级的矩形波脉冲拐角趋于圆滑,以降低其高频谐波。高频开关变压器的初、次级还起到对市电隔离的作用,高频开关变压器的次级获得交变、拐角圆滑的矩形波电压,经过多级长时间常数的LC滤波电路,将150 kHz高频信号滤除,还原出50 Hz正弦波的调制信号,送到负载用于对负载供电[3]。
电压和电流取样电路从负载上获取电压和电流信号,分别送两路A/D 转换器转换,变成离散的数字信号。一方面用于通过微处理器处理后进行实时显示;另一方面用于通过微处理器处理后送D/A 转换器变换为模拟量,经过光电隔离驱动电路来控制正弦波发生器的幅值,又经过比较器、反向器、高速电子开关、LC 滤波、高频开关变压器、多级LC 滤波等电路,用于控制负载上电压或电流的稳定。电压互感器的作用是从市电中获得低谐波失真的标准正弦波,经由正弦波产生电路控制其幅值;键盘用于输入准备向负载提供的电压或电流值。
2 电路设计分析
2.1 可控正弦波产生电路
可控正弦波产生电路的电路图如图2所示[2]。
正弦波的来源采用直接从市电的220 V/50 Hz的正弦波,利用电压互感器变换成较低电压的50Hz 正弦波(例如5 V)。该正弦波的谐波失真度取决于市电的谐波失真度和互感器的参数,其输出幅度由D/A 转换器控制光电耦合器驱动电路实现,D/A转换器输出信号控制光电耦合器导通程度,与分压电阻分压后产生交流和直流叠加的电压,经电容隔离直流分量,仅保留交流分量送运算放大器进行若干倍的放大,产生随D/A信号幅度大小而控制的纯净交流信号量。
图2 可控正弦波产生电路
D/A控制信号产生的原则是:根据输出到负载上的电压或电流配合市电的电压幅度大小进行综合运算,由微处理器向D/A 转换器提供通过综合运算的数字量,使得提供给负载的输出电压(或电流)趋于稳定。
2.2 脉冲宽度调制器
PWM产生电路由正弦波产生电路、三角波产生电路和比较器三个部分组成。三角波加到比较器的反向输入端,正弦波加到比较器的同向输入端,比较器输出端产生受正弦波瞬时幅度而变化的脉冲宽度调制波[4-5]。
图3是电压型PWM比较器的工作波形,输入三角波接在比较器的反向输入端,可控正弦波信号送至比较器的同相输入端,经放大后输出PWM信号。
图3 PWM工作波形图
2.3 高速电子开关
高速电子开关电路用于实现将PWM波功率放大,配合高频电子变压器和滤波电路,可实现对输入信号为受某信号参数调制的矩形波,输出信号为还原出该参数的解调电路[6]。其典型电路图如图4所示,是PWM经反相器出来的波形。整个电路由4个场效应管构成的桥式开关电路、高频开关变压器、多组LC 滤波电路(图中只画出一组L3,C3)组成。
图4 高速电子开关电路
高频开关变压器Tr还兼起市电隔离的作用。电路中,L1,C1 和L2,C2 组成滤波电路,用以使输入到高频开关变压器初级的矩形波拐角变成“缓变”形状,以使流经变压器的谐波分量减小,降低干扰。
经过高频开关变压器次级感应到的电压通过L3,C3(实际为多级LC,如三级)的进一步滤波可以将PWM的高频矩形波滤除,在负载上得到被还原的原调制波的正弦波形,如图5所示。
图5 还原出来的波形
图5中还原出来的调制波实际上是有一定程度的锯齿波成分,如果用数字存储示波器存储波形,然后局部放大观测可发现,如图5中显示了局部放大后的锯齿形状,其锯齿程度反映了信号的失真度,与多级LC滤波器的性能参数有关。
2.4 微处理器
微处理器部分用于实现系统装置的智能化,微处理器部分包括微处理器芯片、键盘、LCD 显示器、A/D 和D/A 转换器,且适合于控制的微处理器芯片往往采用单片机,而单片机基本上都包含有I/O 接口电路、ROM,RAM、定时器和中断系统,因此这些部件基本上都不需要扩展。
软件部分的设计包括A/D转换器、D/A转换器、LCD显示器、键盘系统等功能的子程序,还包含系统监控程序和各种中断服务程序等[7],其系统监控程序流程图如图6所示。
图6 系统监控程序流程图
3 结 语
在此介绍的开关式交流稳压电源是一种较为先进的交流电源设计方案。随着时代的快速发展,开关电源的集成化与小型化正在变为现实,目前正在研制开发开关与控制电路集成于同一芯片的集成模块。然而,把功率开关与控制电路,包括反馈电路都集成于同一芯片上,必须解决电气隔离与热绝缘的问题,这将是今后的一大研究课题。
参考文献
[1]李靖.中国开关电源市场的分析[J].电工技术,2000(2):44-45.
[2]王兆安,黄俊.电力电子技术[M].4版.北京:机械工业出版社,2003.
[3]刘胜利.现代高频开关电源实用技术[M].北京:电子工业出版社,2001.
[4]阮新波,严仰光.脉宽调制DC/DC全桥变换器的软开关技术[M].北京:科学出版社,1999.
[5]李琪.PWM全桥软开关直流变换器的研究[D].杭州:浙江大学,2006.
[6]王聪.软开关功率变换器及其应用[M].北京:科学出版社,2000.
开关稳压电源范文第3篇
【关键词】开关稳压电源；Boost电路；PWM；调试
与线性稳压电源相比，开关稳压电源更能满足现代电子设备的要求。开关电源的主要优点是：性能价格比效率高，可靠性和稳定性好，对供电电网电压的波动不敏感，在电网电压波动较大的情况下，任能维持较稳定的输出。这使其在线性电源的竞争中具有先导优势。本文要介绍的是一种PWM开关稳压电源系统的设计。该电源的特点是进一步降低电源输出波纹，实现输出可变并控制产品成本和体积。
1.主要技术指标及特点
（1）工作模式：脉宽调制（PWM）。
（2）工作频率：150kHz。
（3）2块500W功率模块并行工作，总输出功率为1000W。
（4）能对DC48V蓄电池充电。具有欠压、过放电报警功能。过放电时自动切断放电回路。
（5）当负载电流过大时，内置的电流分配系统将自动降低充电电流来保证负载的供电。
（6）具有过压保护功能，当电网电压高于AC265 V时，自动切断输入电源。
（7）具有过流保护功能，当负载电流过大甚至完全短路时，电源由恒压状态转为恒流状态， 恒流工作点连续可调。
（8）充电电流限流点和输出电压在一定范围内均连续可调。
（9）当电网掉电、过压、电池放电至43V时， 发出声光报警。
（10）人机界面：用三位半LCD及MODE键可选择地显示输出电压、负载电流、充电电流值。用LED显示包括蓄电池在内的各种工作状态。用RESET键消除报警状态，用POWER键软关断和接通电源输出。
2.系统结构
系统主要由电源整流部分、控制器、信号驱动模块和升压模块组成，如图1所示。系统输入为220V，50Hz交流电压，经电压变换，整流滤波后得到18V的直流电压，送入DC-DC变换电路，经滤波输出直流。控制器完成电压的AD变换并实现电压值的外部设置和实时显示，同时控制模块输出脉宽调制信号（PWM），从而控制Boost电路的输出电压。该输出电压可在30～36V范围内步进调节。最大输出电流达2A。设计中DC-DC变换的核心电路采用经典的Boost升压形式。
图1系统硬件总体框图
3.系统硬件设计
3.1MOS管驱动电路
由于单片机I/O口的驱动能力弱不足以驱动MOSFET，所以要增加专用的MOSFET电路。设计中采用采用美国IR公司推出的高压浮动驱动集成模块IR2110，从而减小了装置的体积，降低了成本，提高了系统的可靠性。IR2110是一款高低电平驱动器件具有独立的低端和高端输入通道；悬浮电源采用自举电路，其高端工作电压可达600V，在15V下静态功耗仅116mW；输出的电源端（脚3Vcc，即功率器件的栅极驱动电压）电压范围10～20V；其逻辑输入电压只需3.3～20V，可方便地与TTL或CMOS电平相匹配，输出电压最大可达20V，图腾柱输出驱动电流最大可达到2A；工作频率高，可达100kHz；开通、关断延迟小，分别为120ns和94ns；由于IR2110可同时驱动双MOS管，因而系统只涉及一个MOS管，故只使用一路驱动即可。
3.2 STC12C2052AD控制器
系统中控制器不断检测电源的输出电压，根据电源输出电压与设定值之差，调整DA的输出，控制PWM芯片，间接控制电源的工作。这种方式单片机已加入到电源的反馈环中，代替原来的比较放大环节。开关电源的控制芯片采用STC12C2052AD系列单片机，利用其内部PWM组件产生控制信号，经过放大后驱动boost升压电路。STC系列单片机为单时钟/机器周期（1T）的兼容8051内核单片机，是高速/低功耗的新一代8051单片机。具有两路PWM/PCA和8路8位精度的ADC，在本设计中充分利用这两个功能来构成整个控制系统。
3.3缓冲电路设计
当变换器的开关管在导通、截止后开关管的电压和电流的乘积几乎为零，但在导通和截止的变化过程中电压和电流都具有一定的幅值。因此变换器就会在开关过程中产生开关损耗。通常，变换器的开关损耗中，关断损耗比开通损耗大得多，因此大多数场合下只考虑关断过程的缓冲即可。最简单的缓冲电路就是附加缓冲电容，但在开关管导通时缓冲电容通过开关管放电，放电电流值非常大，开关关不能承受。限制放电电流可串联限流电阻但缓冲效果明显变差，此时可将二级管并联到电阻两端以减小时间常数，这就是常用的RC-D缓冲电路。
为了有效的将开关管的开关应力转移，缓冲电路作用的时间应大于开关管的电压上升时间与电流下降时间之和，通常可以选择为开关周期的1/100～1/200电容理论值大约为6.7nF。多次试验显示，保护吸收电路的电阻应取kΩ级，电容取nF级即可。
3.4采样电路设计
为了实现电压的反馈控制和过流保护，系统需要增加采样电路，采样电路共分成两部分：电压采样和电流采样。因为单片机ADC的参考电压为5V不能直接对输出电压进行变换，因此需要对输出电压分压后再采样。采用对输出的1/10分压，分压电路用简单的电阻分压器即可。课题要求系统具有过流保护的功能，这就要对电流进行采样，将电流变成电压后也进行ADC变换。采样电阻的选择十分重要，要求噪声小，温度特性好，所以最好选择低温度系数的高精度采样电阻。例如，锰铜线制成的电阻，温度系数约5ppm/℃。另外，由于采样电阻与负载串联时流过采样电阻的电流通常比较大，因而温度也会随之上升。另外采样电阻阻值取大一点，对稳定度有好处，但会使系统效率下降，折中考虑取R=0.5Ω。
4.系统软件设计
4.1单片机控制算法
为了通过反馈调节控制信号实现稳压，系统软件设计中加入了PID控制算法，即单片机中将给定电压值与采样反馈电压值比较，利用偏差的比例、积分、微分线性组合调整PWM信号的占空比，进而达到稳压。常用的PID算法形式为：
式中：Kp、Ki、Kd分别为比例系数、积分系数、微分系数；e（k）为偏差；u（k）为所需控制信号的调整值。为了简化程序该系统设计选择P算法（PID算法的一种简单形式），即令Ki、Kd为零，只考虑比例系数。因此，系统稳压控制的优劣取决于参数Kd。Kp越大，系统反应越灵敏，但Kp偏大会导致输出振荡大，调节时间延长。因STC单片机速度较快所以课题中Kp选择不必太大，可实现预期稳压功能即可。
4.2控制程序设计流程
根据课题要实现的功能及要求，单片机软件的控制部分程序的流程图2所示。
图2 控制流程图
4.3 过流保护设计
过流保护模块采用软件编程实现， 当电流超过系统最大工作电流时， 加大PWM 波占空比， 断开继电器，使电流降低， 起到过流保护作用。具体流程图3所示。
5.调试结果
测试当中输入电压为18V，开关管的控制脉冲（PWM波）频率为104kHz，占空比50%，组装时电容取1600μF，电感为820mH，电阻为30Ω。可看出，在不考虑损耗时电压可以升35V以上；在实际电路中因存在损耗，通过调整占空比达到了输出电压30～36V步进调整，最大输出电流2A。
改变电源的负载，对不同负载下的输出电压进行测试。
图3 过流保护子程序流程图
负载调整率SI=（36.01-35.38）/36.01≈1.7%对不同输入电压下的电流、电压进行测试并计算出变换器的效率，测试结果如表1所示。
表1变换器效率测试（不含单片机等控制电路）
6.结论
在本设计中，设计人员增加了电源的数控功能利用Boost电路实现了系统设计的升压转换，采用单片机完成数字控制，软件编程得到PWM信号，通过调整占空比实现输出电压数字调节，运用反馈算法实现可控的稳压输出。其稳定性和可靠性得到了很好的验证，有广阔的应用前景。
参考文献：
[1] 廖昌明.一种PWM开关稳压电源的设计[J].信息化研究，2010年06期
开关稳压电源范文第4篇
【关键字】 DC-DC变换器 LM5117 CSD18532KCS MOS场效应管
一、系统方案论证
开关电源方案采用LM5117用于高侧MOSFET的CSD18563以及用于低侧MOSFET的CSD18532 （X2）。该方案适用于高电压或各种输入电源的降压型稳压器应用。其控制方法采用仿真电流斜坡的电流模式控制。电流模式控制具有固有的输入电压前馈、逐周期电流限制和简化环路补偿的功能。使用仿真控制斜坡可降低脉宽调制电路对噪声的敏感度，有助于实现高输入电压应用所必需的极小占空比的可靠控制，同时不会影响输出纹波。
电流恒定控制采用场效应管CSD18532KCS构成压控恒流源，再由LM5117芯片控制DC-DC实现降压变换。该方案可以实现电压线控制电源，增加了执行效率提高恒流效果。拥有超低的QG、QGD、雪崩额定值和逻辑电平等优点，并且不会影响输出纹波，输出电流波动较小。本文的过流保护如图1所示，调整下MOS管Q2的源极电阻R14使输出电流≥3.1A时，电路进入打嗝模式，启动限流保护。
二、电路设计
LM5117包含一个双电平UVLO（欠压锁定）电路。当UVLO低于0.4V时，LM5117处于关断模式。关断比较器可提供100 MV的迟滞，以避免转换过程中的跳动（CHATTER）。当UVLO引脚的电压高于0.4V，但低于1.25V时，控制器处于待机模式。在待机状态下，VCC偏置稳压器被激活，而 HO和LO驱动器被禁用，SS引脚保持低电平。此功能允许通过一个集电极开路或漏极开路器件将 UVLO引脚拉至低于0.4V，以实现远程关断功能。当VCC引脚超过其欠压锁定阈值，且UVLO引脚电压高于1.25V时，HO和LO驱动器被启用，并开始正常运行。
此处直接选取13.5V电压能正常开机即可，根据UVLO=1.25V，这里选取电阻RUV2为91K，RUV1=10K，使得U=1.25*（91K+10K）/10K，即UIN>12.6V，此电路即可工作。
在MOS管导通的时间里，电感L会将通过的电流转换为磁能，把能量贮存起来。电容C将通过电感L的那部分电流转化为电荷贮存起来。在MOS管截止的时间里，电感L会产生反向电动势，将其输送给负载R并与续流二极管D组成回路，同时电容C将电荷转换成电流向负载供电。
三、系统测试
为了减少误差，测试方案采用，多次重复测试的方法进行。测量电路点如图2所示（3、4、5、6、7为测量点）：
额定输入电压下，产品主要做了以下5组测试，测试结果如表1所示：
由表1可知：
①|？UO|在0.01～0.03V之间，符合|？UO|=|5V-UO| ≤100MV的设计要求；
②IOMAX在3.00～3.01之间，符合额定输入电压下，最大输出电流：IO≥3A的设计要求；
③输出噪声纹波电压峰峰值UOPP在32MV～40 MV之间。符合UOPP≤50MV（UIN=16V，IO=IOMAX）的设计要求；
参 考 文 献
[1]侯振义.直流开关电源技术及应用[M].北京：电子工业出版社.2015，P17-39.
[2]张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].电子工业出版社，2011，P35-58.
[3]王水平，付敏江.开关稳压电源.原理、设计与实用电路.[M]西安：西安电子科技大学出版社，2009，P127-136.
[4]沙占友，王彦朋，孟志永等.单片开关电源最新应用技术[M].北京：机械工业出版社，2001，P100-117.
开关稳压电源范文第5篇
关键词：开关电源；IR2110；SG3525；高频变压器；MOSFET
1 绪论
电源是将各种能源转换成为用电设备所需要的装置，是所有靠电能工作的装置的动力源泉。随着电源在计算机、通信、家用电器等方面的广泛应用，人们对其需求量增长，效率、体积、重量及可靠性等方面也要求更高。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。
2 系统整体方案
1.电源的设计要求：
（1）输出电压：额定工作电压36V；
（2）输出电流：额定工作电流1A；
（3）输入条件：50Hz，交流220V；
（4）纹波电压 Vor为20mV[8]。
2.整个课题的设计，分为三部分：主电路的设计，包括整流输入滤波、半桥式逆变、高频变压输出、输出整流、输出滤波；开关管的驱动电路；控制电路的设计，包括控制逆变电路开关管工作的脉冲输出、调占空比。
3 系统电路设计
3.1主电路结构
半桥式开关电源主电路如图3-1所示。图中开关管V1、V2选用MOSFET开关管。半桥式逆变电路一个桥臂由开关管V1、V2组成，另一个桥臂由电容C1、C2组成。高频变压器初级一端接在C1、C2的中点，另一端接在V1、V2的公共连接端，V1、V2中点的电压等于整流后直流电压的一半，开关管V1、V2交替导通就在变压器的一次侧形成幅值为 的交流方波电压。通过调节开关管的占空比，就能改变变压器二次侧整流输出平均电压Vo。
图3-1 开关电源主电路结构图
3.2 MOSFET驱动电路的设计
半桥驱动芯片选用IR2110。其中自举电容的选为104无极性瓷片电容。快恢复二极管选为FR207。
3.3 开关电源控制电路的设计
设计电路的控制电路是整个电路的主要部分。目前实际产品应用中有各种典型的控制电路，鉴于对电源和驱动的要求，结合本次设计选择SG3525。
1.自激振荡电路
SG3525的自激振荡器输出的锯齿波送至PWM比较器，而输出的方波一方面送到PWM锁存器，另一个方面有4脚输出作为其他芯片的同步信号，另外振荡器可由3脚送来的脉冲信号控制，便于多个芯片同步使用。此次设计，取Ct=0.01uf，Rt=9K，Rd=200Ω，则由公式f=1/[Ct（0.67 Rt+1.3 Rd）]得，f=16k。
2.脉冲宽度调节
由于11脚14脚输出低电平时间取决于9脚电压，而9脚电压又取决于误差放大器输出电压，故人为改变SG3525 1脚或2脚电位，即可改变9脚电压，9脚电压变低时，A1提前输出“1”，使11脚或14脚输出脉冲宽度变窄，而9脚电压上升时则与上相反，完成对输出脉宽的控制。由图可知，1脚电位与输出脉冲宽度成反比，而2脚电位则与输出脉冲宽度成正比.在开关稳压电源设计中，反馈电压可加于1脚或2脚。本次设计使用2脚加一个可调电阻调占空比。
3.SG3525电路图：
图3-2 SG3525电路图
4 电路调试
控制电路调试主要测量SG3525的 9脚的电压是否在1.5V 至5.2V之间，5脚波形是否为锯齿波，16脚电压有无5.1V。最重要的是11脚与14脚的输出波形是不是方波，是否有足够的死区时间，调2脚电压时11脚14脚输出方波的占空比是否变化等。
在测试驱动电路时主要测IR2110的10脚与12脚的输入波形是否与SG3525的输出波形相对应，IR2110的1脚7脚的输出波形是否是漂亮的方波，自举电容两端的波形是否在比较稳定的范围内。
在测试IR2110的输出时发现调占空比时IR2110的占空比0-100%可调。后来发现限流电阻和下拉电阻的取值问题导致波形畸变，从而导致IR2110的输出出现不良情况。通过多次更换限流电阻和下拉电阻，波形畸变得到了一定的改善，不过还是不能达到完全的线性传输。为了得到更好的驱动效果，从SG3525加一电阻接在IR2110的输入端，经实际测试IR2110的输出波形0-45%可调，满足驱动要求。
对于主电路的调试，一定要一步一步调，先用示波器测试整流滤波电路再测变压器原边的波形，变压器副边的波形，输出电压等。
5 总结
本次设计完成的主要任务是制作占空比可调，输出36V的开关电源。通过搜集开关电源的相关资料，了解电源的相关制作方法，并通过控制电路与驱动电路的选择，针对任务提出了可行方案。在设计方案中，结合芯片SG3525和IR2110特点，用半桥的结构来设计开关电源。根据设计方案，详细地阐述了SG3525的控制原理和IR2110的驱动过程。设计了相应的硬件电路。虽然做了以上几方面工作，但由于时间和实验条件的限制等原因，所做工作还有很多需要完善的地方。SG3525没有过流保护电路，控制电路与驱动电路之间没有光隔离，半桥主电路前的热敏电阻在上电完成后没有用继电器隔离开而影响效率等。
作者简介：
巴深（1992-），男，汉族，湖北武汉，本科在读，湖北省 武汉市 武汉纺织大学 电子信息工程 430200
陈婷 1993- 女 汉 湖北恩施 硕士在读 武汉纺织大学电子与电气工程学院
开关稳压电源范文第6篇
【关键词】开关型 直流稳压电源 探究 电路设计
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）04-0163-02
在电力电子技术的不断发展与技术革新下，开关型直流稳压电源以其自身的工作表现与其可靠性成为我国电力系统中广泛使用的一种设备。在实际应用中，开关型直流稳压电源自重轻，工作内故障低，工作效率高，且其性价比占优势，并具有功耗晓得良好表现。相比于其他开关型电源，开关型稳压电源应用范围广，竞争力强，特别是对于粒子加速器等电源应用范围来说，开关型稳压电源具有着良好的专业性与稳定性。通过对于开关型稳压电源的技术标准研读与相关的影响因素分析，目前此类技术研究区域人员都是采用移相控制桥来对DC/DC变换小信号模式进行开关型稳压电源的电路设计。
1.对于动态小信号模型的相关阐述
对于动态小信号模型来说，不同的模型选取进而得到的设计结果都会存在差异。所以，在模型的选取上，应根据其实际情况进行分析与配置。对于开关电源来说，其本质是作为一个非线性的控制对象在进行工作，如果要对其进行成功的设计与分析，那么在进行指导建模时，应以近似建立在其稳态时的小信号扰动模型为依据。这一思路一方面取决于小信号扰动模式稳态时具有与设计目标相近的工作表现；另一方面也是由于这样的模型对于大范围扰动时的拟态不够精准，会造成相应结论的误差或偏差。基于此，以小信号扰动模型来进行开关型稳压电源的电路设计是保证其最终设计结果满足设计要求的必要条件。
2.开关型稳压电源的相关性能指标
2.1性能指标之稳定性。通过相关数据与实践结果研究表明，在不同的开关型稳压电源系统设计下，会产生不同程度的鲁棒性。而在暂态特性方面，其表现也会相应提高。但对于直流新稳压电源来说，其系统下对于增益余量的要求是大于或等于40dB，对于相位余量的要求则是大于或等于30dB。
2.2性能指标之瞬间响应指标。当开关电源处于非稳定状态下，由于其所受的干扰，输出量会出现相应的抖动现象。且其抖动量会随着其干扰而变化，当干扰停止时，则其最终也会回到稳定值，基于此，在对开关型稳压电源进行这方面的性能指标确定时，是以过冲幅度与动态恢复时间的长短来衡量其系统的动态特性的。在此定义下，瞬态响应指标内容主要是表现为，如果穿越频率越高，则其系统恢复到动态平衡点的时间就越短，另一方面，系统在干扰情况下所表现的过冲幅度与其相位余量呈相关性。
2.3性能指标之电源精度。在电源精度方面，其控制要求严格，一般其最终的电源精度误差需要控制在设计目标的1‰以下，且其纹波不得在1‰以上。考虑到纹波自身的分类有高频与低频两种，而这两种纹波是基于开头频率表现的。如高频纹波就是受到开头频率的影响，必须通过滤波器进行控制。而低频纹波则是受到电网波动的影响，必须通过系统的负反馈来进行控制。
3.关于开关型稳压电源的电路设计
3.1关于系统下的补偿网络与相关相关设计应用。目前来说，对于开关型直流稳压电源系统来说，其补偿网络是通过PI或者PID的算法来设计与制作的。也就是说，PI调节器的主要作用是对抗高频纹波影响，也就是提高系统对于高频干扰能力的抵抗性，但对于PI调节器来说，动态性差的缺点是无法忽视的。目前来说，实际应用中通过引入微分算法后可以有效提高系统的响应速度。但其缺点也显而易见：一方面是由于零点的大量引入直接造成系统对于高频信号的敏感度大幅度提高，放大器在此情况下，很容易产生堵塞现象；另一方面则是当开关纹波的放大倍数得到增大时，放大器也会随之进入非线性区，这结果只会造成整个系统的不稳定。目前来说，对于这些缺陷是以超前滞后的方法来进行补偿的。
3.2关于开关型稳压电源的电路设计原理
3.2.1理想性技术指标如下：（1）输入交流：电压220V（50―60Hz）；（2）输出直流：电压5V，输出电流3A；输入交流电压在180―250V区间变化时，输出电压相对变化量应小于2%；（4）输出电阻R0
3.2.2关于开关型稳压电源的基本工作原理。当线性自流稳压电源处于低频率工作状态下时，那么调整管的工作由于其体积大，则其效率相应低，但当其调整管工作处于开关状态下时，那么其的工作表现就为体积小，效率高。
3.3开关型稳压电源的电路设计探究。从以上论述可以看出，开关型直流稳压电源系统其低功耗的特点是由于晶体管位于开关工作状态下时，对于功率调整管的功耗要求低。特别是对于理想状态下的晶体管来说，当其处于一种截止状态时，晶体管所经过的电流为0，相应的功耗也就为0；另一方面，由于开关型稳压电源系统的穿越频率较高，所以对于电路的动态响应速度得以提高，而且整个系统的响应速度不受低通滤波器的影响；另外，相对于直流470V的电压来说，并环穿越频率远未达到这一频率，输出只为48V，特别是其电压稳定性方式，经过测试，其低频纹波稳定率都在0.996以上，完全满足了设计要求。
4.结语
综上所述，在进行开关型稳压电源的电路设计时，小信号的模型选择是关键点。为了进一步提高开关型稳压电源系统的稳定性，超前滞后网络补偿原理有效地弥补了精度电源的纹波限制高的问题。通过实践也表明，开关型稳压电源的适用性非常强，必将为人们生活提供更好的服务。
参考文献：
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[2]樊思丝.高性能开关型直流稳压电源的设计探究[J].企业技术开发，2011，（03）.
[3]王滔.开关型稳压电源[J].科技风，2012，（11）.
作者简介：
开关稳压电源范文第7篇
【关键词】开关电源；工作原理；稳压过程
一、教材分析
1.开关型稳压电源的地位和作用
（1）地位：开关型稳压电源与教材中前几节介绍的线性稳压电源不同，它在直流电源中占有重要的地位。它是以电子技术的发展，电子设备的小型化和低成本化促使电源的轻薄小和高效率为发展方向的产物。
（2）作用：目前空间技术计算机通信，及家用电器中的电源已逐渐被开关电源所取代。
2.目标
（1）知识目标：通过本课的学习，使学生掌握线性稳压电源与开关型稳压电源的联系与区别及其特点，能对开关型稳压电源进行正确的分类，熟练掌握它们的基本结构及其工作原理。
（2）能力目标：通过学习能让学生参与到教学活动中来，能使学生理论联系实际，学以致用。
（3）思想教育目标：通过学习有利于学生学习方法的变革和良好习惯的养成，同时能促使学习能力迁移，技能的提高。
3.重点与难点
（1）教学重点：并联型开关稳压电源的类型及其基本结构；并联型稳压电源的工作原理及其稳压工程分析。
（2）教学难点：并联型稳压电源的工作原理及其稳压工程分析。
二、基本教法及教学原则
1.教法：以讲授法为基本教法，辅以演示法和比较法。
2.教学手段：通过多媒体的幻灯形式依照不同的教学内容展示教材所示的相关挂图和实物展示。
3.教学原则：理论联系实际、启发性、巩固性、直观性、循序渐进等原则相结合。4.教具：线性稳压电源和开关型稳压电源实物、挂图若干。
5.教学地点：多媒体教室幻灯。
6.课时：2课时。
三、学法分析
通过分组讨论，亲自动手等方法，不仅调动了学生学习的积极性，还使学生的技能有所提高，同时学生自主、合作、探研的精神也得到了充分的体现。
四、教学内容及教学思路（见表1）
五、课后追记
开关稳压电源范文第8篇
一、开关式稳压电源的基本工作原理
开关式稳压电源接控制方式分为调宽式和调频式两种,在实际的应用中,调宽式使用得较多,在目前开发和使用的开关电源集成电路中,绝大多数也为脉宽调制型。因此下面就主要介绍调宽式开关稳压电源。
调宽式开关稳压电源的基本原理可参见下图。
对于单极性矩形脉冲来说,其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度,脉冲越宽,其直流平均电压值就越高。直流平均电压U。可由公式计算,即Uo=Um×T1/T式中Um —矩形脉冲最大电压值;
T —矩形脉冲周期;
T1 —矩形脉冲宽度。
从上式可以看出,当Um与T不变时,直流平均电压Uo将与脉冲宽度T1成正比。这样,只要我们设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄,就可以达到稳定电压的目的。
二、开关式稳压电源的原理电路
1、基本电路
开关式稳压电源的基本电路框图如图二所示。
交流电压经整流电路及滤波电路整流滤波后,变成含有一定脉动成份的直流电压,该电压进人高频变换器被转换成所需电压值的方波,最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。
控制电路为一脉冲宽度调制器,它主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成。这部分电路目前已集成化,制成了各种开关电源用集成电路。控制电路用来调整高频开关元件的开关时间比例,以达到稳定输出电压的目的。
2.单端反激式开关电源
单端反激式开关电源的典型电路如图三所示。电路中所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。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量,通过次级绕组及VD1整流和电容C滤波后向负载输出。
单端反激式开关电源是一种成本最低的电源电路,输出功率为20-100W,可以同时输出不同的电压,且有较好的电压调整率。唯一的缺点是输出的纹波电压较大,外特性差,适用于相对固定的负载。
单端反激式开关电源使用的开关管VT1承受的最大反向电压是电路工作电压值的两倍,工作频率在20-200kHz之间。
3.单端正激式开关电源
单端正激式开关电源的典型电路如图四所示。这种电路在形式上与单端反激式电路相似,但工作情形不同。当开关管VT1导通时,VD2也导通,这时电网向负载传送能量,滤波电感L储存能量;当开关管VT1截止时,电感L通过续流二极管VD3继续向负载释放能量。
在电路中还设有钳位线圈与二极管VD2,它可以将开关管VT1的最高电压限制在两倍电源电压之间。为满足磁芯复位条件,即磁通建立和复位时间应相等,所以电路中脉冲的占空比不能大于50%。由于这种电路在开关管VT1导通时,通过变压器向负载传送能量,所以输出功率范围大,可输出50-200W的功率。电路使用的变压器结构复杂,体积也较大,正因为这个原因,这种电路的实际应用较少。
4.自激式开关稳压电源
自激式开关稳压电源的典型电路如图五所示。这是一种利用间歇振荡电路组成的开关电源,也是目前广泛使用的基本电源之一。
当接入电源后在R1给开关管VT1提供启动电流,使VT1开始导通,其集电极电流Ic在L1中线性增长,在L2中感应出使VT1基极为正,发射极为负的正反馈电压,使VT1很快饱和。与此同时,感应电压给C1充电,随着C1充电电压的增高,VT1基极电位逐渐变低,致使VT1退出饱和区,Ic开始减小,在L2中感应出使VT1基极为负、发射极为正的电压,使VT1迅速截止,这时二极管VD1导通,高频变压器T初级绕组中的储能释放给负载。在VT1截止时,L2中没有感应电压,直流供电输人电压又经R1给C1反向充电,逐渐提高VT1基极电位,使其重新导通,再次翻转达到饱和状态,电路就这样重复振荡下去。这里就像单端反激式开关电源那样,由变压器T的次级绕组向负载输出所需要的电压。
自激式开关电源中的开关管起着开关及振荡的双重作从,也省去了控制电路。电路中由于负载位于变压器的次级且工作在反激状态,具有输人和输出相互隔离的优点。这种电路不仅适用于大功率电源,亦适用于小功率电源
5.推挽式开关电源
推挽式开关电源的典型电路如图六所示。它属于双端式变换电路,高频变压器的磁芯工作在磁滞回线的两侧。电路使用两个开关管VT1和VT2,两个开关管在外激励方波信号的控制下交替的导通与截止,在变压器T次级统组得到方波电压,经整流滤波变为所需要的直流电压。
这种电路的优点是两个开关管容易驱动,主要缺点是开关管的耐压要达到两倍电路峰值电压。电路的输出功率较大,一般在100-500W范围内。
6.降压式开关电源
降压式开关电源的典型电路如图七所示。当开关管VT1导通时,二极管VD1截止,输人的整流电压经VT1和L向C充电,这一电流使电感L中的储能增加。当开关管VT1截止时,电感L感应出左负右正的电压,经负载RL和续流二极管VD1释放电感L中存储的能量,维持输出直流电压不变。电路输出直流电压的高低由加在VT1基极上的脉冲宽度确定。
这种电路使用元件少,它同下面介绍的另外两种电路一样,只需要利用电感、电容和二极管即可实现。
7.升压式开关电源
升压式开关电源的稳压电路如图八所示。当开关管VT1导通时,电感L储存能量。当开关管VT1截止时,电感L感应出左负右正的电压,该电压叠加在输人电压上,经二极管VD1向负载供电,使输出电压大于输人电压,形成升压式开关电源。
8.反转式开关电源
反转式开关电源的典型电路如图九所示。这种电路又称为升降压式开关电源。无论开关管VT1之前的脉动直流电压高于或低于输出端的稳定电压,电路均能正常工作。
开关稳压电源范文第9篇
开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。开关稳压电源具有体积小、重量轻、效率高、对电网电压及频率的变化适应性强、输出电压保持时间长、有利于计算机信息保护等优点，因而广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源。本文介绍的是基于单片机的PWM型开关稳压电源，项目是本人在教学中的实际案例，经本人验证后，实现效果较好。该项目结构较为简单，稳定率高，实用性强，能够应用在较多场合。
【关键词】开关电源 单片机 DC-DC变换器
1 引言
本人是一名技工院校的教师，从事电子技术的教学工作。单片机技术对学生来说是一门比较枯燥且复杂的课程，多数学生在学习过程中缺乏兴趣，所以本人一直秉承项目教学的理念，通过项目来让学生更好的掌握单片机技术。基于单片机的PWM型开关稳压电源设计项目经本人与学生共同验证后，推广到教学层面上来。该项目中需要用到模拟电路、数字电路、电力电子技术、单片机技术、DXP绘图等多个科目的知识，对学生来说有一定的难度，但又不是高不可攀的，在老师的指导下，大多数学生均可以完成该项目。现本人把该项目的设计实现过程具体描述如下。
2 项目原理简述
开关电源就是利用电子开关器件（如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等），通过控制电路，使电子开关器件不停地接通和关断。开关电源应具备整流电路、滤波电路和稳压电路。PWM稳压电源是利用脉冲宽度调制的方法来控制开关元件的接通时间与管断时间从而实现稳压输出。该项目采用单片机来作为控制核心，能对输出电压进行键盘设定和初步调整;同时具有输出电压，电流的测量和数字显示功能;具有过流检测和保护功能。
3 项目设计方案
开关电源从结构上包括主电路和控制电路，主电路又包括整流滤波电路和DC-DC变换器主回路。考虑到学生在学习过程中主要学习的是51系里单片机，且在学习过程中一直采用的是AT89S51单片机，故本项目采用AT89S51单片机作为控制电路的核心。项目整体结构框图如图1。
3.1 整流滤波电路
常见的单相整流电路主要有：半波整流、全波整流、桥式整流。本设计中，主回路采用了结构简单、效率高的降压型（Buck）DC-DC变换器。为提高主回路的输入电压UIN，整流滤波电路部分采用了三倍压整流电路，如图2所示。
3.2 DC-DC变换器电路
常见的PWM型DC-DC变换器主要有降压型（Buck）、升压型（Boost）、降压-升压型（Buck-Boost）和升压-降压型（Cuk）。后三种变换器均可使输出电压高于输入电压，但需要利用电感或电容作为传送能量的元件，这会使主回路制作复杂，降低变换器总体效率。为此，本设计采用了通过三倍压整流电路提高DC-DC变换器输入电压，而DC-DC变换器为降压型的总体方案，如图3所示。
本项目中，为了提高DC-DC变换器的效率，我们采用饱和导通压降小、开关速度快的IGBT作为开关元件，同时采用工作性能稳定，开关速度较高的M57962L驱动IGBT。
IGBT在关断瞬间是最易发生损坏的过程，所以我们需要保护电路。保护方法有两种：一是在集电极――发射极电压处于低值时，关断IGBT;二是IGBT关断时，集电极电压上升的同时，较快的减少集电极电流。本项目中采取了第二种方法，通过在IGBT的C、E两端添加RC缓冲器，减少关断瞬间的集电极电流。工作原理是：当IGBT关断时，电容C通过二极管D1充电到（VC-VD1）。这样集电极电流有了分路，集电极电流能较快的减小。当IGBT导通时，电容C通过电阻R和IGBT放电。
为保证开关元件工作可靠，IGBT额定工作电压，额定工作电流应为最大值的两倍以上，故选择GT40T101型IGBT作为开关元件。由于M57962L最高工作频率为20KHz，且工作在该频率时不易产生人耳能听到的噪声，故IGBT工作频率f=20KHz。
3.3 PWM控制模块
PWM控制部分我们采用开关电源集成控制器SG3525A，该芯片具有输出频率范围宽，工作电压范围广，基准电源精度高，死区时间可调等优点。SG3525A具有两个交替工作的输出端，本设计中只需控制一个开关元件，所以采用了两输出端经过4071同时驱动开关元件的方法。为避免上电瞬间对开关元件造成的冲击，利用电容C3使主回路软启动。R2与R3组成分压电路取样输出端电压，作为SG3525A的反馈电压。过流保护部分我们采用CHF-5P型霍尔电流传感器将输出电流转换为电压反馈信号，并与R6设定的过流值比较，如果反馈值较高则通过SG3525A的10脚，使其停止工作，并通过J1的2脚点亮报警LED，实现过流检测和保护功能。具体电路如图4所示。
3.4 键盘输入及显示部分
键盘输入部分，由于我们需要对开关电源直接设定电压，且需要步进1V的功能，所以我们需要0-9的数字、加1和减1，再加上确定和取消共14个按键，所以我们采用14按键的键盘设定。
显示部分我们采用数码管显示，因为我们只需要显示数字且没有什么特殊的要求，基于数码管的价格便宜，使用方便，易于控制等特点，所以该项目中我们采用八段LED数码管作为电压输出显示。DC-DC变换器输出电压检测及显示采用了ICL7107，该芯片可独立完成电压检测并驱动3支八段LED数码管，无需占用单片机资源。DC-DC变换器输出电流检测及显示同样采用了ICL7107，利用一只1欧姆的电阻可将电流信号转换为电压信号。
3.5 软件部分
单片机主程序流程图如图5所示。
4 调试遇到的问题及解决方案
（1）过流检测功能失效，经检查发现SG3525的10脚虚焊，重新焊接后正常。
（2）IGBT工作一段时间后过热影响电路的稳定性，考虑到IGBT散热量比较大，加装散热片后有所改善。
（3）三倍压整流电路中电容C1、C2工作正常，但C3爆炸，经仔细分析后，原因在与C3两端由于需要承受电压较高，50V的耐压值不够故而发生爆炸，为提高耐压，将两组电容串联后作为C3，故障解决。
（4）键盘出错，由于该项目中按键有14个，故而键盘程序较多，经仔细检查发现键盘编码错误，改正后故障解决。
5 结论
开关稳压电源的设计方法有很多种，市面上也有很多的成品可以参考。该项目是以教学为目的，并没有过多的考虑成本压力，故而采用的是现阶段比较成熟的集成芯片作为控制芯片，可能与企业实际应用还有一定的差距。经过实际参数测试，还发现该开关稳压电源效率不不是很高，经本人思考后，原因可能是IGBT导通和关断时集电极电流较大，损耗了较大功率，这也是本人在以后的教学中需要和学生共同努力去改进的。
参考文献
[1]王宜建，张桂玉.电力电子变流技术[M].北京：科学出版社，2009.
[2]裴云庆，杨旭，王兆安.开关电源的设计与应用[M].北京：机械工业出版社，2010.
[3]常敏慧，申功迈.开关电源应用设计与维修[M].北京：科学技术文献出版社，2002.
作者单位
开关稳压电源范文第10篇
关键词：MSP430;开关电源;PWM;升压斩波
Design of Switching Regulated Power Supply Based on MSP430
WANG Xiaolei,WU Birui,JIANG Qun
(hongyuan Institute of Technology,hengzhou,450007,China
Abstract：This pape introduces a system structure of switching power supply based on MSP430 single chip computer and a total design project.The hardware includs load resistance of rectifier-filter circuits,boost chopper circuit,PWM driving circuit and protection circuit.The software adopts C language writing,to complete some designs of high precision A/D data acquisition of 12 bit,overload protection,in the meantime,it has the functions of setting of keyboard and display of real-time value.
eywords：MSP430;switching power supply;PWM;boost choppingオ
1 引 言
MSP430系列单片机是美国TI公司生产的新一代16位单片机，是一种超低功耗的混合信号处理器(Mixed Signal Processor，它具有低电压、超低功耗、强大的处理能力、系统工作稳定、丰富的片内外设、方便开发等优点，具有很高的性价比，在工程控制等领域有着极其广泛的应用范围。开关Boost稳压电源利用开关器件控制、无源磁性元件及电容元件的能量存储特性，从输入电压源获取分离的能量，暂时把能量以磁场的形式存储在电感器中，或以电场的形式存储在电容器中，然后将能量转换到负载。对DC-DC主回路采用Boost升压斩波电路。
2 系统结构和总设计方案
本开关稳压电源是以MSP430F449为主控制器件，它是TI公司生产的16位超低功耗特性的功能强大的单片机，其低功耗的优点有利于系统效率高的要求，且其ADC12是高精度的12位A/D转换模块，有高速、通用的特点［1］。这里使用MSP430完成电压反馈的PI调节；PWM波产生，基准电压设定；电压电流显示；过电流保护等。
系统框图如图1所示。
3 硬件电路设计
3.1 DC/DC转换电路设计
系统主硬件电路由电源部分、整流滤波电路、DC/DC转换电路、驱动电路、MSP430单片机等部分组成。交流输入电压经整流滤波电路后经过DC/DC变换器，采用Boost升压斩波电路DC/DC变换［2］，如图2所示：
式(1中,I1,为输出电流,电感储能的大小通过的电流与电感值有关。在实际电路中电感的参数则与选取开关频率与输入/输出电压要求，根据实际电路的要求选用合适的电感值，且要注意其内阻不应过大，以免其损耗过大减小效率采样电路。对于电容的计算，在指定纹波电压限制下，它的大小的选取主要依据式(2：
3.2 采样电路
采样电路为电压采集与电流采集电路，采样电路如图3所示。其中P6.0,P6.1为MSP430芯片的采样通道,P6.0为电压采集，P6.1为电流采集。
电压采集因为采样信号要输入单片机MSP430内部，其内部采样基准电压选为2.5 V，因此要将输入的采样电压限制在2.5 V之下，考虑安全裕量则将输入电压限制在2 V以下，当输入电压为36 V时，采样电压为：12/（12+200）×36=2.04 V，符合要求。
电流采集采用康铜丝进行采集。首先考虑效率问题，康铜丝不能选择过大，同时MSP430基准电压为2.5 V，且所需康铜丝需自制。考虑以上方面在康铜丝阻值选取上约为0.1 Ω。
3.3 PWM驱动电路的设计
电力MOSFET驱动功率小，采用三极管驱动即可满足要求，驱动电路如图4所示。
由于单片机为弱电系统，为保证安全需要与强电侧隔离，防止强电侧的电压回流，烧坏MSP430，先用开关光耦进行光电隔离，再经三极管到MOSFET的驱动电路IR2101。MSP430产生的PWM波，经过光耦及后面的IR2101芯片，在芯片的5管脚输出的PWM波接到MOSFET的门极G端，使其工作。IR2101是专门用来驱动耐高压高频率的N沟道MOSFET和 IGBT的。它是一个8管脚的芯片，其具有高低侧的输出参考电平。门极提供的电压范围是10~20 V。
3.4 保护电路的设计
过电流保护是一种电源负载保护功能，以避免发生包括输出端子上的短路在内的过负载输出电流对电源和负载的损坏。当电流大于限定值的时候，使用继电器常闭触点断开进行保护。用MSP430单片机控制继电器的常开常闭的吸合，实现自动恢复电路工作的功能［3］。如图5所示：
4 软件设计
MSP430单片机内部具有高、中、低速多个时钟源，可以灵活地配置给各模块使用以及工作于多种低功耗模式，大大降低控制电路的功耗提高整体效率；430F449有ADC12模块能够实现12位精度的模数转换、硬件乘法器以及带有PWM输出功能的TIMERA和TIMRB定时器，使得整个电路不需要任何扩展就能完成对电源输出电压、电流的实时采集、PI控制、PWM输出；同时MSP430F449带有内部LCD驱动模块，直接将液晶显示屏连接在芯片的驱动端口即可，电路结构极为简单。本设计的软件采用C语言编写，整个程序包括的子模块有：键盘控制模块、A/D电压和电流采集模块、PI控制模块和PWM波发生模块等几个部分［4］，软件流程图如图6所示。
键盘控制和显示模块：通过键盘可实现电压参考值的设定，电压电流的切换显示。通过LED实现参考电压的设定与显示，通过LCD显示电压和电流的采集值。
AD电压和电流采集模块：通过MSP430单片机的12位A/D转换模块，对系统输出的电压值和负载电流进行采集。PI控制模块：此模块用来对系统输出电压进行控制，使输出电压稳定［5］。其控制原理如图7所示。PWM波发生模块：利用MSP430单片机的TimerB定时器的比较功能，产生驱动MOSFET的信号［6］。
5 实验结果分析
通过单片机MSP430软件设计，对PI调节选定合理参数及开关频率，能达到稳压的效果，使以上前3个指标能达到良好的效果。而能否对纹波电压限制，主要在于整流滤波电路中电容，因此高耐压的支撑电解电容的选取是重要的。
在选定开关元件之后，效率主要受开关频率的影响、储能电感的内阻以及线路中其他器件损耗影响，因此在器件选取上要注重其损耗的高低。对此系统的进行综合测试，结果如表1所示。
6 结 语
本开关稳压电源设计采用低功耗的TI公司的16位单片机MSP430F449片机最小系统板为控制核心，以PWM控制技术，闭环PI调节，高精度的12位A/D转换为基础,完成了采样值显示与设置电压值的功能和参数指标。实验结果表明：通过单片机MSP430软件设计，对PI调节选定合理参数及开关频率，能达到稳压的效果。
参 考 文 献
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［5］江莺,王宏华.0C196C单片机开关稳压电源的设计［J］.2004,33(6：99-100.
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