開關電源_百度文庫

1、設 計 報 告設計者：林東 劉麗玲 溫定賢 指導教師：周小方老師 日期：2008年7月23日題目由TL494控制的開關電源設計摘要本設計采用PWM 控制器TL494作為系統(tǒng)控制模塊，交流電經過整流濾波后輸出直流電，通過 TL494組成的控制模塊輸出電壓負反饋的原理，達到穩(wěn)壓的目的，并具有過載保護功能。本設計性能可靠、抗干擾能力強，各項指標基本滿足設計要求。關鍵詞：PWM 控制器TL494、穩(wěn)壓、過載保護目錄1. 系統(tǒng)設計 . . 41.1設計要求 . . 4 1.2 實現方案 . . 42. 系統(tǒng)測試 . . 62.1空載通電試驗 . . 6 2.2加載實驗 . . 6 3. 結論 . . 7

2、 4. 參考文獻 . . 7 5. 附錄 . . 7附錄(一 原器件明細表 . 8 附錄(二 儀器設備清單 . 8 附錄(三 原理圖 . 9 附錄(四 PCB 圖. 91. 系統(tǒng)設計1.1設計要求1. 電源容量輸入：交流電壓1524Vac； 輸出：電源電壓+12V(不可調 ，紋波電壓小于150mV P-P ，最大輸出電流為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。1.2 實現方案 圖1.1 TL494控制的帶軟啟動的開關電源如圖1.1所示為TL494控制的帶軟啟動的開關電源，其工作原理1如下： （1）穩(wěn)壓原理輸

3、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(wěn)定，R 17和R 16中點電壓為5V 。R 12/R10為誤差放大器1的靜態(tài)放大倍數，影響控制精度。C 6和R 13影響誤差放大器1的動態(tài)放大倍數，抑制瞬變。（2）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R 9(由上向下 ，R 9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。（3）軟啟

4、動上電時輸出電壓由低到高建立，需要一定時間。上電時，電容C 7充電需要一定時間，死區(qū)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。1. 整流管：橋式整流，整流管工作電流為0.5倍的負載電流，負載電流為0.5A ，因此整流管電流值為0.25A ，能承受的最大反向電壓=輸入交流電壓峰值，IN4007(1A/1kV可以滿足要求。2. 濾波電容C 1：輸入的交流電壓1524Vac ，則整流濾波后電壓V IN =1.2UI =1828.8V，且 （R L ）T 10mS ，由R L C=(35T，可得（C ）則1000uF/35VMIN =18V/0.5A=36，MAX =1388 uF

5、 ，電解電容可滿足要求。3. 工作頻率：已知工作頻率Fosc 為3040kHz，為使工作頻率Fosc 大于30kHz ，根據 Fosc=1. 1R T C T2，取R 6 為10K 、C 5為3300PF 。TIP127集電極和發(fā)射極的飽和導通壓降為1.0V1.2V，一般取為1.2V ，則 Fosc=1. 11. 1=33kHz 3-12R T C T 1010330010T OSC =1F OSC=30uSt ON =T OSC =U 012T OSC =30us =13.021.4uSU IN -U sat (1828. 8 -1. 24. 開關管必須滿足以下三個基本特征3：a 開關速度&

6、lt;1uS b 耐壓>2(VIN max c 電流>2(IO maxTIP127(100V/5A, ,hFE >1000,t r 和t d <1uS滿足要求，內帶保護二極管可不帶RC 吸收回路，但由于發(fā)熱功率大，需帶散熱器。 5. 輸出電壓：由公式U O =5V (1+R 17=12V R 16可得R 17=1. 4，則電阻R 16取3.6K ，R 17取5.1K 就可滿足要求。 R 16U REF R 8=0. 5AR 7R 96. 保護電流：I MAX =已知U REF =5V，則R 8=0. 1。由于R 9一端接地，另一端接整流橋，作為取樣電阻，為避R 7R 9

7、免信號放大過大，應取小電阻，因此取 R9 為 0.1，則可得 R8 = 0.01 R7 因此在實際電路中取 R8=47，R7=4.7K。 7. 電感量： t OFF = T t ON = 30us (13.0 21.4us = 8.6 17us L= UO 12 t OFF = × (8.6 17uH = 103.2 204uH 2I O 2 × 0.5 取電感 L=100H 可滿足要求。 8. 續(xù)流二極管：選用快恢復二極管，反向偏壓為(VINmax-VSTA ，峰值電流大于 2(IOmax ， FR1031A/300V 或 FR1071A/1kV 滿足要求。 9. 輸出電

8、容：一個工作周期共向輸出電容充電荷Q=0.5(IOmax × (0.5TOSC 紋波電壓 0.5VP-P= Q/C8，則 C8=(35(IOmax TOSC /（2 VP-P） 8=220uF 能滿足要 ，C 求。 2. 系統(tǒng)測試 2.1 空載通電試驗 TL494 第一引腳輸出電壓為 U1，第三腳為 U3，第五腳為 U5，第十四腳為 U14。輸入交流電 為 18V，通電后溫度沒有異常升高，用示波器測得的電壓值如表 2.1 所示。 表 2.1 各引腳實際測得的電壓和理論值比較 輸出電壓 UO 理論值（V） 測量值（V） 12.0 12.0 U1 4.96 4.93 U3 4.2 3.6

9、 U5（VP-P） 3.0 2.96 U14 5.0 4.99 由上表可知理論值和實際值相接近，但由于電感通電后也會發(fā)熱，致使結果存在誤差。 用示波器觀察到的鋸齒波如圖 2.2 所示，振蕩頻率為 27.74KHZ。續(xù)流管陰極波形如圖 2.3 所示。 圖 2.2 鋸齒波 圖 2.3 續(xù)流管陰極波形圖 2.2 加載實驗 輸入交流電壓為 18V，理論上輸出直流電壓為 12V，電流為 0.5A，因此滿載時阻值應為 24 。在負載不同時輸出電壓的變化情況如表 2.4 所示。在加載條件下測得滿載電流、紋波電 壓、開關速度值如表 2.5 所示。 表 2.4 負載不同時輸出電壓的變化 負載（） 輸出電壓（V）

10、 74.3 11.8 滿載電流 理論值 測量值 0.5A 0.44A 49.7 11.78 紋波電壓 150mv（VP-P） 118 mv（VP-P） 25.3 11.25 19 9.0 開關速度 1.000us 2.000us 表 2.5 加載條件下滿載電流、紋波電壓、開關速度 3. 結論 （1）由實驗測量值和理論值的比較可知：本設計構成的開關電源有過載保護的功能，但由 于在加載時電感發(fā)熱較大，且 TIP127 的開關速度不能達到理論上的要求，所以不能很好的 起到穩(wěn)壓的作用。 在制作電感時應考慮到在實際應用中由于發(fā)熱和氣息密度變化引起的電感 參數的變化，充分考慮各因素后穩(wěn)壓效果會更理想。 （

11、2）通過本實驗進一步掌握焊接技術和設計 PCB 的技巧，也使我們懂得了團隊合作的重點 就是既要分工明確， 又要協助同隊隊員， 做板需要耐心和細心, 焊接完整塊板之后還要仔細 檢查,以防止漏接和接錯。 4. 參考文獻 1 張華林，周小方編著電子設計競賽實訓教程 北京：北京航空航天大學出版社， 2007， 2 全國大學生電子設計競賽組委會編全國大學生電子設計競賽獲獎作品匯編（第一屆 第五屆） 北京：北京理工大學出版社，2004，8 3 清華大學電子學教研組編，楊素行主編模擬電子技術基礎簡明教程(第二版M 北 京：高等教育出版社，1998 5. 附錄 附錄(一 原器件明細表 序號 1 2 3 4 5

12、 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 名 稱 型號及規(guī)格 TL494 TIP127 4.7K±1% 10K±1% 47±1% 0.1±1% 100K±1% 3.6K±1% 5.1K±1% 104 332 1000UF/35V 220UF/25V IN4007 FR107 數量 1 1 5 3 1 1 1 1 1 1 1 1 2 4 1 D1 R8 R9 R12 R16 R17 C10 C5 C1 C8 T2 備注 集成芯片 三極管 電阻 電阻 電阻 電阻 電阻 電阻 電阻 電容 電容 電解電容 電解電容 二極管 二極管 附錄(二 儀器設備清單 序號 1 2 名稱、型號及規(guī)格 GDM-8135 萬用電表 數字示波器 GOS-6031 20MHz 主要技術指標 數量 1 1 備注 附錄(三 原理圖 1A/1000V 10K C1 1000U/35V R5 R13 12 11 10 8 9 C6 PWM IN1IN1+ CONT +5V DEAD 3 2 1 13 14 4 R14 10K 16 15 5 6 7 4.7K 104 R12 100K R11 4.7