开关电源设计毕业论文

设计课题： 开关电源

电气工程及自动化 电气 班

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目录

一．设计目的 二．设计要求

三．方案总体概要设计 四．分模块设计与分析五．电路的安装与调试六．总结七．元器件清单八．参考文献和辅助工具

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一. 设计目的

目前电子类的产品已经深入到人

们生活的各项领域当中，每个产品都离不开电源。就目前电源发展这一块也是形式多样化。但也存在功率省耗大，转换效率不高，体积大不便于携带等导致性价比不高。基于这些我们设计一个AC-DC的直流稳压可调的开关电源，它的性能优越，电压可调，体积小、重量轻、性价比高等他将更加普遍使用于生活当中。希望通过本次课程设计了解ncp1050的功能及用法，进一步将数模电知识加以运用，进而不断提高自己的专业知识。

二.设计要求

基本要求：

1、输入电压：单相交流额定电压有效值220V±20% 2、频率：频率范围 45-65Hz

3、电流：在满载运行时,输入220V,小于 8A。在2V时,冲击电流不大于18A

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4、输出电压U。可调范围：30～36V。 5、最大输出电流IOMAX：2A。 6、输出噪声纹波电压峰—峰值Uopp≤1 V 7、DC—DC变换器的效率q≥70％ 发挥部分：

1、进一步提高效率，使q ≥85％

2、排除过流故障后，电源能自动恢复为正常 状态。

三.方案总体概要设计：

方案一 步骤如下：

隔离变压 整流滤波 DC-DC变换器 控制系统 显示部份 方案一框图

说明：选择了Boost升压变换器实现DC-DC变换，控制系统选用单片机ADuC812和脉宽调制控制器SG3525通过双闭环回路共同控制DC-DC变换电路，实现输出电压稳定、可调；SG3525产生高频脉冲控制DC-DC变换，ADuC812实现显示、A/D和D/A转换、过流保护、处理电压反馈信号。 该方案的优点：

1.电路结构简单，转换效率高稳压性能优，并且转换效率高;

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2.控制系统软件编程工作量较小，难度不大；

3.用脉宽调制型控制器实现PWM控制，产生频率为100KHZ的脉冲较容易，并且完全由硬件产生高频脉冲，实时性好； 该方案的缺点：

1.件电器设计难度较大； ⒉电路板布线工作量较大。 3.控制软件编程工作量大、难度大；

4.所有控制都由单片机实现,对单片机的硬件资源要求很高； 方案二 步骤如下：

隔离变压 整流滤波 高频变换 控制电路 调整输出 方案二框图

隔离变压=>整流滤波=>高频变换=>控制电路=>调整输出 说明：本电路主要采用3块集成芯片实现对电路的控制，分别是IC1（NCP1050）、IC2（光耦合器SFH615)、IC3（可调式精密电压调节器TL431）。 该方案的优点：

1. 电路结构简单，转换效率高稳压性能优，并且转换效率高;

2. 性能优越，电压可调，体积小、重量轻、性价比高，可普遍使用于生活当中；

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3. NCP1050,TL431等芯片器件功能强大，设计起来比较简单。

该方案的缺点：

1. 输出较难调节; 2. 电路图难以实现仿真;

结合老师提供的器件及对两种方案的对比，发现方案2容易实现,最终我们小组决定采用第2种方案实行本次电子课程设计。

四．各单元模块设计和分析

NCP1050内部结构图

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NCP1050的构成 1、门控振荡器； 2、启动与调节电路； 3、欠压闭锁电路； 4、输人控制电路； 5、脉宽调制器； 6、功率开关管及过流检测电阻； 7、故障逻辑和定时器电路；8、开启触发器与关断触发器； 9、过热保护电路； NCP1050系列电源的性能特点 （1）芯片内部包含上电启动调节电路、门控振荡器、脉宽调制器、驱动门、功率开关管、故障逻辑与故障触发器、开启触发器、关断触发器、前沿闭锁电路。采用100V、115V或230V交流固定输人电压时, 该系列的输出功率为6~40W, 配85~265V宽范围交流输人电压时, 可提供3~20W的功率。占空比调节范围是0~77%。 （2）内部有一个完整的门控振荡器, 不需要外接阻容元件即可产生矩形波信号和时钟信号。 （3）利用芯片内部的动态自供电源来提供电源电压二并对其进行调整, 能省去反馈绕组, 简化高频变压器的设计。 （4）它采用独特的双沿口开、关触发模式来完成脉宽调制功能, 可实现控制环路的快速响应。

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（5）具有完善的保护功能, 包括带滞后特性的输人欠压、保护、过流保护亦称过载保护、输出短路保护、过热保护、控制环路的开环保护功能。 电压调节器TL431内部结构

10w精密开关电源

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作精密开关电源使用时, 满载时的电率为0.38%(u=85-265v,Io=1.91负载整率为0.57%(u=230v,Io=0.19-1.91A) 。最大输出功率为10w。该电源总共使用了三片集成电路:IC1(NCP1050)、IC2(光耦合器sfh615a-4)、IC3(可调式精密电压调节器tl431)。85-265v交流电经过电磁干扰滤波器（c1，l1)整流滤波器(V1-V4,C2)产生直流高压、再经过一次绕组接NCP1050B的漏极。由R1 、C3和v5构成的钳位保护电路, 可吸收高频变压器漏感产生的尖峰电压, 防止尖峰电压叠加在输人电压（U1）和感应电压（Uor）上, 使Ud超过700V而导致MOSFET 雪崩击穿。R2,C4用来抑制由振铃电压形成的辐射噪声。C5为供电电容, 它有三种功能:第一, 利用动态自供电源来代替反馈绕组, 为IC1 提供电源电压, 因此高频变压器不需要辅助绕组;第二, 为门控振荡器频率扫描提供定时时间第三, 对输出故障过载、短路或开环故障做出响应。输出整流管V5采用IN5822型3A/40V快恢复二极管。为提高电源效率, 亦可用型肖特基二极管来代替。输出滤波器由C7,C8,C9,L2,C11,C12 构成。分别将C7-C9，C11-C12作并联使用, 可减小分布电感。L2采用5uH的磁珠。R5，R6为输出端的取样电阻。取样电压UQ与TL431内部的2.5V基准电压进行比较, 以决定TL431的阴极电压UK。当U0上升 导致UQ上升 导致uk下降时, 光藕合器中LED比的工作电流If增大, 使NCP1050B的输出占空比减小, 最终使U0保持不变。, 为频率补偿电容, 防止TL431产生自激振荡。C6是安全电容。

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五.电路的安装与调试

总的设计原理图

完成了理论设计的基础之后，进行对自己设计不大肯定的电路，由于软件protues没有ncp1050的元件，不好进行仿真测试，修正。所以直接开始电路的安装和调试。 在拿到了工具的和器材之后，首先对各元器件进行测试，检查是否芯片存在问题。在确认没有问题之后，就可以按照布线方案来进行布线了。 布线方案

首先我们小组在protel上设计好原理图，如上图。先利用protel的自动布线功能，把个连线都布好，然后个别修要修改的元件进行了调整和跳线的修改，因为我们平时没怎么实验和设计过的电路，ncp1050，tl431等元件开始没有见到

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元器件，不晓得到底是几引脚，都是按照下载的资料设计的封装，电容也是的按照一般的电容的引脚的大小设计的封装。与同学的交流讨论之后，完成了布线的过程。布线图如下：

、

六．总结

1. 设计过程中遇到的问题及其解决方法。

1) 由于上期学习Protel软件时，很多要点都没有理解透彻，通过这次画原理图，加深了对所学知识的理解与应用。比如，在设置地线与电源线宽时应多加注意。

2) 在制板过程中，对PCB的腐蚀应当小心，注意安全问题。在调试过程中应耐心，仔细，一步一步调试，否则很难找出错误。

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3) 在PCB板布线过程中，应注意线与线之间的距离，否则做出实物板后，有些线会连到一起。同时应注意元器件的封装。

2．设计体会

1，在此次的开关电源的设计过程中，更进一步熟悉

了protel软件的使用，增强了自己的动手能力。 2，通过此次电源开关的设计，了解了电子专业PCB

板的制做流程。

3，对以前所学数模电知识有了更深的撑握。

。

七．元器件清单

单片开关电源集成电路 光耦合器 电压调节器 晶体管 整流二极管 快恢复二极管 快恢复二极管 电阻器 电阻器 电阻器 电阻器 电阻器 电阻器 电阻器 电阻器 电阻器 电阻器

NCP1050 SFH615A TL431 2N3904 1N4006 MUR160 IN5822 RTX-0.125W-91k RTX-0.125W-2.2k RTX-0.125W-47 RTX-0.125W-1k RTX-0.125W-2k RTX-0.125W-2.2k RTX-1W-0.5 RTX-1W-1.2 RTX-0.125W-22 RTX-0.125W-220 个 个 个 个 个 个 个 个 个 个 个 个 个 个 个 个 个 1 1 1 1 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 15 15 15 15 60 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 - 12 -

电容器 电容器 电容器 电容器 电容器 电容器 电容器 电容器 电容器 电容器 电容器 电感器 电感器 高频变压器 CL-0.1UF/600V CD11-33UF/400V CC-220PF/400V CC-22PF/400V CD11-10UF/100V CC-100PF/100V CD11-330UF/25V CL-0.22UF/50V CD11-220UF/25V CL-1UF/50V CD11-1.0UF/50V 10mH 5uH 磁珠 高频变压器 个 个 个 个 个 个 个 个 个 个 个 1 1 1 1 1 1 3 1 2 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 15 15 15 15 15 15 50 15 30 15 15 15 15 15

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