DC-DC電源實習報告

源三路輸出測試報告 參賽人員 指導老師 摘 要： 要求 15V 輸入，用 動，主電路采用升降壓斬波，希望能實現(xiàn)降壓 出 5V。 關鍵詞 ：開關電源；降壓型； 換； 5V V. 目 錄 1 開關電源現(xiàn)狀及前景 4 內外開關電源的發(fā)展狀況 5 內開關電源的發(fā)展狀況 2 關電源發(fā)展前景 3 論文主要工作目的 4 2 開關電源基礎理論 5 壓電源簡介 5 離型開關電源簡介 6 隔離型開關電源理論 基礎 7 關電源的基本構成 7 3 實驗內容及要求 8 驗名稱： 壓電路 8 驗要求 8 4 實驗內容 10 理圖 10 如下圖所示 11 壓電路的設計 12 流電路 12 波電路 13 源電路仿真 13 源電路輸出電壓波形仿真 14 作分析 14 5 調試 15 6 測試結果與分析 17 據(jù)統(tǒng)計 17 差分析 17 進措施 17 7 實習總結 18 1 開關電源現(xiàn)狀及前景 內外開關電源的發(fā)展狀況 電源管理芯片市場的品牌構成仍是國外廠商處于領先地位，市場排名前十的企業(yè)無一例外全部為外資企業(yè)，其中美國廠商優(yōu)勢明顯。國外開發(fā)電源管理芯片的廠商很多，主要有 I、 ，他們的產(chǎn)品都已經(jīng)非常成熟能夠提供高質量、全系列的電源管理芯片。在非隔離的 換技術中， 司的預檢測柵驅動技術采用數(shù)字技術控制同步 換效率高達 97%，其中是其代表產(chǎn)品。在電源數(shù)字化方面走在前面的公司有 司已經(jīng)用 成了通訊用的 48V 輸出大功率電源模塊，其中 分完全為數(shù)字式控制。 內開關電源的發(fā)展狀況 近 5 年來，在下游電子產(chǎn)品整機產(chǎn)量高速增長的帶動下，中國電源管理芯 片市場保持了快速的增長，從 2003 到 2007 年，市場復合增長率達到 25%。隨著電源管理芯片技術門檻的降低，越來越多的片設計公司 )開始涉及該領域，尤其是臺灣和中國內地廠商，近年來發(fā)展快速，已經(jīng)在中低端電源管理管理芯片領域取得較大成功。消費、網(wǎng)絡通信和計算機一直是電源管理芯片市場最主要的應用領域，三大領域依然占據(jù)了中國電源管理芯片市場近 80%的市場份 額。國產(chǎn)開關電源已占據(jù)了相當市場，一些大公司如中興通訊自主開發(fā)的電源系列產(chǎn)品已獲得廣泛認同，在電源市場競爭中頗具優(yōu)勢，并有少量開始出口。 關電源發(fā)展前景 目前開關電源是在電子、通信、電氣、能源、航空航天，軍事以及家電等領域應用非常廣泛的一種電力電子裝置?？梢哉f開關電源技術是目前中小功率直流電能變換裝置的主流技術。據(jù)市場調研公司道， 2006 年模擬 場增長約 15，銷售額從 2005年 319 億美元增至 370 億美元。在模擬領域的諸多產(chǎn)品種類中，電源管理芯片的市場空間最大，這主要源于電源管理芯片極為廣泛的應用。電源管理約占整個模擬 場 31 2的份額，其中從銷售收入來看，貢獻最大的是開關電源 7。 論文主要工作 目的 電源管理芯片產(chǎn)品的發(fā)展趨勢表現(xiàn)為多樣化，包括同時提供多個不同的供電電壓趨勢、產(chǎn)品設計周期縮短趨勢、產(chǎn)品面積縮小趨勢以及低成本趨勢等等。本論文就是按照這種趨勢做的一種降壓型 系統(tǒng)性能研究開始，設計各模塊電路。利用在各個子電路進行參數(shù)修正及仿真驗證。基于以上的討論分析，結合降壓式 關電源的實際應用，在本 設計中首先設定了如下的設計目標： （ 1)電源電壓輸入為 15V。 （ 2)輸出電壓在 5V。 最終將完成整體電路的設計與仿真，完成部分電路的版圖設 計和驗證。為完成以上設計目標，建立的設計環(huán)境如下： 在軟件方面： 0，仿真工具是 本論文主要介紹了電源管理的概念、開關電源的發(fā)展以及應用前景；對開關電源的工作原理進行了詳細的介紹，作為后續(xù)的設計的理論基礎；對降壓式 關電源整體電路結構進行設計，對整體電路進行仿真。 2 開關電源基礎理論 壓電源簡介 在開關電源出現(xiàn)之前，線性穩(wěn)壓電源已經(jīng)應用了很長一段時間。而后，開關電源是作為線性穩(wěn)壓電源的一種替代品出現(xiàn)的，開關電源這一稱謂也是相對于線性穩(wěn)壓電源而產(chǎn)生的。 線性穩(wěn)壓電源的基本原理框圖如圖 1 所示。 圖 1 線性穩(wěn)壓電源 離型開關電源 簡介開關電源就是為了克服線性穩(wěn)壓電源的缺點而出現(xiàn)的，而隔離型是其中一種類型的電路，應用于 關電源 中 。 其 典 型 結 構 如 圖 2 所示， 圖 2 C 開關電源 隔離型開關電源理論基礎 非隔離型電路通常用于各種 換器，這種電路的主要特點是功率 管工作在開關狀態(tài)。它利用電感元件和電容元件的能量存儲特性，隨著功率管不停地導通、關斷，具有較大電壓波動的直流電源能量斷續(xù)地經(jīng)過開關管，暫時以磁場能形式存儲在電感器中，然后經(jīng)電容濾波得到連續(xù)的能量傳送到負載，得到經(jīng)變換后的電壓脈動較小的直流電能，實現(xiàn) 換。 換器系統(tǒng)由主電路和控制電路組成，構成開關電源的主電路的元件，包括輸入電源、開關管、整流管以及儲能電感、濾波電容和負載，它們共同完成電能的轉換和傳遞，合稱為功率級；控制電路則通過控制功率開關管的通斷實現(xiàn)調節(jié)輸出電壓恒定在設定值，從而控制 主電路的工作狀態(tài)，使主電路從輸入電源處獲得的能量和傳送到負載的能量維持平衡。通常，當輸入的電池電壓及輸出端的負載在一定范圍內變化時，負載電壓可以維持恒定。 關電源的基本構成 開關電源采用功率半導體器件作為開關器件，通過周期性間斷工作，控制開關器件的占空比來調整輸出電壓。開關電源的基本構成如圖 4 所示。 3 實驗名稱及要求 驗名稱： 壓電路 驗要求： 1、 輸入 14V，輸出 8V 2、 掌握簡單開關電源工作原理 3、 進一步掌握制版、電路調制等技能 二、 實驗器材清單： 元件名稱 型號 數(shù)量 電阻 0 390 490 1K 2K 10K 20K 1 1 1 1 2 1 2 1 電容 220 470 472 27 104 1 1 1 1 1 二極管 穩(wěn)壓管 5822 4148 1 1 1 1 電感 L 1 接頭 2 底座 2 場管 部工作原理簡介 上圖示出了 部框圖和引腳圖， 用固定工作頻率脈沖寬度可控調制方式，共有 8 個引腳，各腳功能如下： 腳是誤差放大器的輸出端，外接阻容元件用于改善誤差放大器的增益和頻率特性； 腳是反饋電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的 準電壓進行比較，產(chǎn)生誤差電壓，從而控制脈沖寬度； 腳為電流檢測輸入端， 當檢測電壓超過 1V 時縮小脈沖寬度使 電源處于間歇工作狀態(tài)； 腳為定時端，內部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時間常數(shù)決定，f= 腳為公共地端； 腳為推挽輸出端，內部為圖騰柱式，上升、下降時間僅為 50動能力為 1A ； 腳是直流電源供電端，具有欠、過壓鎖定功能，芯片功耗為 15 腳為 5V 基準電壓輸出端，有 50負載能力。 4 實驗內容 本電路主要包括變壓器降壓，橋式整流電路，濾波電路，降壓電路， 換電路構成。其中降壓電路是一種高效的三增益開關電源 壓變換器系統(tǒng)。 本電源電路是實現(xiàn) 把 15V 交流電源變換成 5V 的穩(wěn)壓電源，它的工作原理是：經(jīng)過降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后輸出直流電壓。 其電路原理圖如下圖所示 理圖 12 如下圖所示 2 12 1212 12 1211221211232 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 3 48 7 6 511 24 壓電路的設計 一、 路設計至少要 考慮以下條件 ： 1、外部輸入電源電壓的范圍，輸出電流的大小。 2、 出的電壓、電流、系統(tǒng)的功率最大值。 流電路 該部分電路是采用橋式整流電路，把經(jīng)過降壓后的交流電變成單方向的直流電，因為相比于半波整流、全波整流電路，橋式整流電路的整流效率較高，其輸出電 壓平均值即整流輸出電壓 U 在一個周期內的平均值： m a x m a 22 2 ( ) 0 . 9 1 8U U S i n w t d w t U V 3在式 3， w 為市電頻率 50 波電路 經(jīng)過整流后的直流電幅值變化很大，會影響電路的工作性能?？衫秒娙莸?“通交流， 隔直流” 的特性，在電路中并入并聯(lián)電容 C 作 為電容濾波器，濾去其中的交流成分。 以上交流電壓轉換、整流、濾波三部分統(tǒng)稱為電源輸入部分，將15V 交流電轉換成為穩(wěn)定的 5V 直流電作為電源的輸入端，其電路圖如下圖所示。 電源輸入部分電路圖 源電路仿 真 電源電路仿真主要應用了常用軟件 英國司開發(fā)的電路分析與實物仿真及印制電路板設計軟件，它可以仿真、分析各種模擬電路與集成電路，軟件提供了大量模擬與數(shù)字元器件及外部設備，各種虛擬儀器，特別是它具有對單片機及其外圍電路組成的綜合系統(tǒng)的交互仿真功能。 源電路輸出電壓波形仿真 本設計采用 分對主干電路進行仿真。電路輸入端為電 15V 交流電，輸出端輸出 5V 左右的直流電壓，仿真時取5V,12V 為測量點在空載情況下對其進行波形仿真 作分析 電路板的制作除了原理圖， 真以外，還有一個重要環(huán)節(jié)就是電路元件的焊接，其中包括元器件的分布，飛線的排列，焊接溫度和焊點的掌控等等。 制作過程中出現(xiàn)的錯誤 本次 路板的制作我們小組 出現(xiàn)了以下幾種問題 ： 1 元器件的布局不夠合理。 2 電烙鐵溫度的不合理掌控。 3 焊點出焊錫的量把握不好。 4 連焊的不完全掌握。 5 飛線的不合理分布，出現(xiàn)交叉。 6 有的元件虛焊。 5 調試 6 測試結果與分析 據(jù)統(tǒng)計 輸入 0% 2% 76% 9% 81% 80% 差分析 溫度變化時，電阻阻值會變化。計算結果會產(chǎn)生誤差。 器件的選擇和儀器的選擇不可避免的產(chǎn)生一定的誤差。 電路板受外界的電磁干擾也會影響電路的讀數(shù)。 由于電路板是焊接而