全國大學生電子設計競賽-電源設計培訓

全國大學生電子設計競賽-電源設計培訓全國大學生電子設計競賽特點穩(wěn)壓電源設計與教學之本直流穩(wěn)壓電源設計基礎集成直流穩(wěn)壓電源設計開關直流穩(wěn)壓電源設計穩(wěn)壓電源參數(shù)指標測試方法歷年電源類題目分析電源類題目訓練建議目錄第二頁，共142頁。競賽關鍵是用四天三夜時間半封閉完成一件作品?。。√魬?zhàn)杯：開放制作、一年時間嵌入式：開放制作、4個月時間機器人：開放制作、超過3個月時間其他：開放制作、超過3個月時間專家命題封閉制作教學內(nèi)容1、全國大學生電子設計競賽特點第三頁，共142頁。電源類信號源類通信類放大器類數(shù)據(jù)處理類自動控制類儀器儀表類

適應電類各專業(yè)學生1、全國大學生電子設計競賽特點題目特色本次培訓主旨電子科學信息通信電氣傳動檢測儀表自動化機電一體第四頁，共142頁。2、穩(wěn)壓電源設計與教學之本學生對功率概念相對淡薄對電源理解不深，生活中用電器的供電常用“端電壓”描述如說到干電池，常常用幾伏、幾號表達電池容量，較少使用安培小時概念談到工作實驗室供電，常說220、380、很少知道配電容量，雖然有“限電”概念，但大多局限在學生宿舍內(nèi)用電。第五頁，共142頁。電工原理電子技術電力電子自動控制電路分析電磁場模電數(shù)電通信電路高頻電路微機原理電機拖動題目主線要依托到本科生開設的電類主要課程中的一個或幾個具體知識點上。2、穩(wěn)壓電源設計與教學之本可編程邏輯器件第六頁，共142頁。電源分類線性穩(wěn)壓電源開關穩(wěn)壓電源充電泵轉(zhuǎn)換器類型選擇穩(wěn)壓電源性能指標3、直流穩(wěn)壓電源設計基礎第七頁，共142頁。電源是提供電能的裝置（1）電源分類參數(shù)調(diào)整（諧振）型自耦（變比）調(diào)整型

開關型交流穩(wěn)壓電源

線性穩(wěn)壓電源開關穩(wěn)壓電源交流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源

重點分類第八頁，共142頁。（2）線性穩(wěn)壓電源應用要求極低紋波和噪聲的射頻或高精度模擬（測量非常小的電壓）電路VIN和

VOUT

的壓差極小的應用需要一個精確調(diào)節(jié)電壓的應用要求針對負載的快速變化實現(xiàn)快速瞬態(tài)響應的FPGA或多內(nèi)核處理器缺點在VIN>>VOUT

的情況下效率偏低，因而需要使用一個較大的供電電源利用穩(wěn)壓器產(chǎn)生功率

(VIN–VOUT)*IOUT通過穩(wěn)壓器耗散，通常需要一個散熱器VOUT

將始終低于

VIN優(yōu)點低輸出紋波和噪聲面對大負載變化，可在VOUT

上實現(xiàn)快速瞬態(tài)響應低成本（至少由于低功耗的原因）極少的外部組件使得線性穩(wěn)壓器易于設計由于線性穩(wěn)壓器不會將電流接入電感器，因此無需擔心EMI問題易于實現(xiàn)短路保護Vref+-誤差放大器柵極驅(qū)動傳輸元件+-負載5V3.3V第九頁，共142頁。（3）開關穩(wěn)壓電源應用要求高效率（輸入功率與輸出功率之差極?。┑膽镁哂袠O高環(huán)境溫度的應用，如：工業(yè)和汽車VIN遠遠高于VOUT

的應用電源可用空間受限（小面積）的應用要求高輸出功率的應用缺點需要將電流接入電感器與從電感器接出，因此會：產(chǎn)生電磁干擾

(EMI)導致輸出對負載瞬變的響應速度減慢產(chǎn)生較高的輸出紋波和噪聲更多的外部組件和設計變量使開關電源難于設計優(yōu)點由于穩(wěn)壓是通過將能量轉(zhuǎn)入電感或從電感器轉(zhuǎn)出來完成的（而不是通過穩(wěn)壓器來消耗功率），因此：可獲得較高的效率通過穩(wěn)壓器耗散的功率較低，故只需一個較小的散熱器即可。開關電源拓撲允許

VOUT

高于、低于或等于VIN高功率/cm2可允許較寬的輸入電壓范圍可提供隔離（利用變壓器）可提供多個輸出（利用變壓器）反激式

(降壓/升壓)VINVOUT第十頁，共142頁。（4）充電泵應用需要一個低輸出電流的應用具有中等的輸入-輸出電壓差的應用存在空間限制的應用缺點將電容器接入電路與從電路接出會產(chǎn)生電磁干擾

(EMI)由于充電泵的輸出取決于電容器的充電和放電，因此其電流供應能力受到限制優(yōu)點中等效率由于充電泵將電容器兩端的電壓接入輸出端與從輸出端接出，因此：無需電感器VOUT可高于、低于和等于VIN較少的組件使充電泵更易于設計Q1Q3Q2Q4CFLOAD+VINCoVo+-IoVCF+第十一頁，共142頁。轉(zhuǎn)換器類型的選擇取決于電源設計的優(yōu)先考慮因素。（5）轉(zhuǎn)換器類型選擇

類別指標線性穩(wěn)壓器開關穩(wěn)壓器電感性充電泵效率20至60%90至95%75至90%紋波非常低低中等EMI噪聲非常低中等低PCB面積非常小最大中等成本最低最高中等第十二頁，共142頁。電壓調(diào)整率（線性調(diào)整率）電流調(diào)整率（負載調(diào)整率）紋波抑制比紋波電流或電壓VP-P輸出噪聲電壓輸出阻抗最大輸入電壓輸出電壓偏差最大輸出電流（6）穩(wěn)壓電源性能指標第十三頁，共142頁。直流穩(wěn)壓電源是電子設備的能源電路，關系到整個電路設計的穩(wěn)定性和可靠性，是電路設計中非常關鍵的一個環(huán)節(jié)。本節(jié)重點介紹三端固定式（正、負壓）集成穩(wěn)壓器、三端可調(diào)式（正、負壓）集成穩(wěn)壓器以與DC-DC電路等組成的典型穩(wěn)壓電路設計。4、集成直流穩(wěn)壓電源設計第十四頁，共142頁。直流電源的組成與各部分的作用電源變壓器:將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓u2。整流電路:將交流電壓u2變?yōu)槊}動的直流電壓u3。濾波電路:將脈動直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4。穩(wěn)壓電路:清除電網(wǎng)波動與負載變化的影響,保持輸出電壓uo的穩(wěn)定。整

流

電

路濾

波

電

路穩(wěn)

壓

電

路u1u2u3u4uo第十五頁，共142頁。三端固定式正壓集成穩(wěn)壓器國內(nèi)外各廠家生產(chǎn)的三端（電壓輸入端、電壓輸出端、公共接地端）固定式正壓穩(wěn)壓器均命名為78系列，該系列穩(wěn)壓器有過流、過熱和調(diào)整管安全工作區(qū)保護，以防過載而損壞。其中78后面的數(shù)字代表穩(wěn)壓器輸出的正電壓數(shù)值（一般有05、06、08、09、10、12、15、18、20、24伏共9種輸出電壓）。78系列穩(wěn)壓器最大輸出電流分100mA、500mA、1.5A三種，以插入78和電壓數(shù)字之間的字母來表示。插入L表示100mA、M表示500mA，如不插入字母則表示1.5A。此外，78（L、M）××的后面往往還附有表示輸出電壓容差和封裝外殼類型的字母。常見的封裝形式有TO-3金屬和TO-220的塑料封裝。第十六頁，共142頁。正輸入電壓UI加到78XX的輸入端，公共端接地，其輸出端便能輸出芯片標稱正電壓UO。實際應用芯片輸入和輸出端與地之間除分別接大容量濾波電容外，通常還需在芯片引出腳根部接小容量（0.1μF～10μF）電容Ci、Co到地。Ci用于抑制芯片自激振蕩，Co用于壓窄芯片的高頻帶寬，減小高頻噪聲。Ci和Co的具體取值應隨芯片輸出電壓高低與應用電路的方式不同而異。三端固定式正壓集成穩(wěn)壓器第十七頁，共142頁。三端固定式負壓穩(wěn)壓器命名為79系列，79前、后的字母、數(shù)字意義與78系列完全相同。圖中芯片輸入端加負輸入電壓UI，公共端接地，輸出端得到標稱的負輸出電壓UO。電容Ci用來抑制輸入電壓UI中的紋波和防止芯片自激振蕩，Co用于抑制輸出噪聲。D為大電流保護二極管，防止在輸入端偶然短路到地時，輸出端大電容上儲存的電壓反極性加到輸出、輸入端之間而損壞芯片。三端固定式負壓集成穩(wěn)壓器第十八頁，共142頁。三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器三端可調(diào)式穩(wěn)壓器種類繁多，如正壓輸出的317（217/117）系列、123系列、138系列、140系列、150系列；負壓輸出的337系列等。LM317系列穩(wěn)壓器能在輸出電壓為1.25V～37V的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，外接元件只需一個固定電阻和一個電位器。其芯片內(nèi)也有過流、過熱和安全工作區(qū)保護。最大輸出電流為1.5A。第十九頁，共142頁。典型電路如圖所示。其中電阻R1與電位器RP組成電壓輸出調(diào)節(jié)電位器，輸出電壓UO的表達式為：UO=1.25（1+Rp/R1）三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器第二十頁，共142頁。正、負輸出穩(wěn)壓電源正、負輸出穩(wěn)壓電源能同時輸出兩組數(shù)值相同、極性相反的恒定電壓。第二十一頁，共142頁。正、負輸出穩(wěn)壓電源第二十二頁，共142頁。三端集成穩(wěn)壓器應用第二十三頁，共142頁。三端集成穩(wěn)壓器應用第二十四頁，共142頁。三端集成穩(wěn)壓器應用第二十五頁，共142頁。三端集成穩(wěn)壓器應用第二十六頁，共142頁。三端集成穩(wěn)壓器應用第二十七頁，共142頁。三端集成穩(wěn)壓器應用第二十八頁，共142頁。三端集成穩(wěn)壓器應用第二十九頁，共142頁。三端集成穩(wěn)壓器應用第三十頁，共142頁。三端集成穩(wěn)壓器應用第三十一頁，共142頁。圖為LM117和模擬開關CC4051構成的程控電源。三位并行數(shù)字碼取不同值時，電源可輸出2V、5V、12V、15V、18V、24V、30V等8種電壓值。三端集成穩(wěn)壓器應用第三十二頁，共142頁。高壓輸入的解決方案三端集成穩(wěn)壓器應用第三十三頁，共142頁。高壓輸出電壓的解決方案三端集成穩(wěn)壓器應用第三十四頁，共142頁。三端集成穩(wěn)壓器應用注意事項在一般應用的情況下主要考慮：紋波抑制能力的改善與旁路電容器、輸出電壓精度、輸入電壓、布線方式造成的負載效應與減小措施、反向電壓保護、工作溫度、散熱與絕緣、安裝方式。（1）紋波抑制能力的改善與旁路電容器小電流和需要抑制瞬變電壓的集成穩(wěn)壓電路第三十五頁，共142頁。三端集成穩(wěn)壓器應用注意事項（2）輸入電壓的選擇集成穩(wěn)壓器的輸入電壓范圍很寬，從輸出電壓加上最小輸入輸出壓差到35V（7824、7924以與LM317/LM337的40V）最高輸入電壓，集成穩(wěn)壓器都能正常工作。型號7805780678097812781579057906790979127915輸入電壓/V89121518﹣8﹣9﹣12﹣15﹣18固定輸出電壓的集成穩(wěn)壓器的輸入電壓第三十六頁，共142頁。三端集成穩(wěn)壓器應用注意事項（3）布線方式造成的負載效應與減小措施銅箔應盡可能短，同時盡可能的寬，覆焊錫以增加導線截面積，引出線應盡可能的短，并且引線的截面積不應低于0.35mm2，長距離的則不應低于0.5mm2，GND或調(diào)整端應接在電路的輸出端，甚至是負載端。

第三十七頁，共142頁。三端集成穩(wěn)壓器應用注意事項（4）反向電壓保護第三十八頁，共142頁。集成DC/DC變換器DC/DC變換器拓撲結構與演化非隔離式DC/DC變換器隔離式DC/DC變換器5、開關直流穩(wěn)壓電源設計第三十九頁，共142頁。集成DC/DC變換器-MC34063MC33063A/MC34063A/MC35063A是單片DC/DC變換器控制電路，只需配用少量的外部元件，就可以組成升壓、降壓、電壓反轉(zhuǎn)DC/DC變換器。該系列變換器的電壓輸入范圍為3～40V，輸出電壓可以調(diào)整，輸出開關電流可達1.5A；工作頻率可達100kHz，內(nèi)部參考電壓精度為2％。極性反轉(zhuǎn)效率最高65％，升壓效率最高90％，降壓效率最高80％，變換效率和工作頻率、濾波電容等成正比。輸出功率達不到要求的時候，比如＞1A時，可以通過外接擴功率管的方法擴流。第四十頁，共142頁。集成DC/DC變換器-MC34063第四十一頁，共142頁。集成DC/DC變換器-MC34063MC34063構成的充電器MC34063構成的開關型恒流源第四十二頁，共142頁。外圍元件標稱含義和它們?nèi)≈档挠嬎愎剑篤out＝1.25V（１＋R1／R2）Ct：決定內(nèi)部工作頻率。Ct=0.000

004*TonIpk=2*Iomax*T/toff

Rsc：決定輸出電流，Rsc＝0.33／Ipk

Lmin(電感)：Lmin＝(Vimin－Vces)*Ton/

Ipk

Co：決定輸出電壓波紋系數(shù)，Co＝Io*ton/Vp-p固定值參數(shù)：Vces=1.0V；ton/toff=(Vo+Vf－Vimin)/(Vimin－Vces）；Vimin:輸入電壓不穩(wěn)定時的最小值；Vf=1.2V快速開關二極管正向壓降

集成DC/DC變換器-MC34063第四十三頁，共142頁。參數(shù)名稱符號單位MC34063（美國Motorola）ＣＷ34063（國產(chǎn)）IRM03A（日本夏普）輸入電壓VinV2.5～40V2.5～40V2.5～40V輸出電壓VoutV1.25～40V1.25～40V1.25～40V最大輸出電流IomaxA1.5A1.5A1.8A最高工作頻率fkHz0.1～100kHZ0.1～100kHZ0.1～100kHZ功率PW1.25W1.25W0.9W工作溫度Ta度0～70度0～70度0～70度集成DC/DC變換器-MC34063第四十四頁，共142頁。在實際應用中的注意事項：

1、快速開關二極管可以選用IN4148，在要求高效率的場合必須使用IN5819(貼片為SS14)；

2、34063能承受的電壓，即輸入輸出電壓絕對值之和不能超過40V，否則不能安全穩(wěn)定的工作；

3、輸出功率達不到要求的時候，比如＞1A時，可以通過外接擴功率管的方法擴大輸出電流，三極管、雙極型或MOS管均可，一般的芯片PDF資料上都會有典型擴流電路介紹。集成DC/DC變換器-MC34063第四十五頁，共142頁。集成DC/DC變換器-LM2575/6/7LMX575系列分LM1575、LM2575與LM2575HV三種降壓芯片，其中LM1575為軍品級，LM2575為標準電壓，LM2575HV為高電壓輸入產(chǎn)品。每一種產(chǎn)品系列均提供3.3V、5V、12V、15V及可調(diào)（ADJ）等多個電壓等級。最大輸出電流：1A；最大輸入電壓：LM1575/LM2575為45V；LM2575HV為63V；轉(zhuǎn)換效率：75%～88%LM2576為3A的降壓芯片，LM2577為3A的升壓芯片。第四十六頁，共142頁。集成DC/DC變換器-LM2575/6/7第四十七頁，共142頁。集成DC/DC變換器-L4960第四十八頁，共142頁。非隔離式DC/DC變換器直流電源DC-DC主電路負載控制電路一般結構：2.降壓電路升壓電路升降壓電路或1.換流過程分為:電壓換流電流換流第四十九頁，共142頁。

單向限電路雙向限電路四象限電路3.均為一個方向和其中之一改變方向

均改變方向4.單相電路:只有一個電路m相電路:有m個基本電路,采用時分復用的方法理想直流變換應具備的性能1.輸入輸出端的電壓均為平滑直流，無交流諧波分量；2.輸出阻抗為零；3.快速動態(tài)響應，抑制能力強；4.高效率、小型化。非隔離式DC/DC變換器第五十頁，共142頁。輸入電壓電源系統(tǒng)設計指標Vin(nom)：正常輸入電壓Vin(max)：最高輸入電壓Vin(min)：最低輸入電壓頻率：直流，50，60，400Hz等浪涌電壓：輸入電壓超出Vin(max)的時間段，電源必須能夠承受這個浪涌電壓，正常工作。瞬態(tài)電壓：具有很高的電壓尖峰（包括正與負尖峰），這是輸入電源系統(tǒng)的特征。輸出電壓Vout(rated)：額定輸出電壓（理想輸出電壓）Vout(min)：保證負載不被切斷的最小輸出電壓。Vout(max)：保證負載線路正常運行的最大輸出電壓。Vout(abs)：負載遭到破壞時的極限電壓。電壓紋波：這是峰-峰值電壓，它的頻率和大小應該能被負載所接受。非隔離式DC/DC變換器第五十一頁，共142頁。輸入電流電源系統(tǒng)設計指標Iin(max)：最大平均輸入電流。它的最大極限值可以由安全管理機構來定義。輸出電流Iout(retad)：額定輸出電流。Iout(min)：在正常運行情況下，最小的輸出電流。Iout(max)：負載的瞬態(tài)承受的輸出電流。Isc：負載短路時的最大極限電流。非隔離式DC/DC變換器第五十二頁，共142頁。電壓調(diào)整率電源系統(tǒng)設計指標負載調(diào)整率非隔離式DC/DC變換器輸入電壓變化時，輸出電壓的變化率，即：電壓調(diào)整率=（最高輸出電壓-最低輸出電壓）/額定輸出電壓X100%負載電流從半載到額定負載時，輸出電壓的變化率，即：負載調(diào)整率=（滿載時輸出電壓-半載時輸出電壓）/額定負載時輸出電壓X100%總效率決定系統(tǒng)有多少熱量產(chǎn)生，以與在結構設計時是否考慮采用散熱片?？傂?輸出功率/輸入功率X100%第五十三頁，共142頁。VinVoLIoSDVinVoDLIoS1DS2VinVoDLIoSVo=Vin*D/(1-D)Vo=Vin*DVo=Vin/(1-D)Vo<Vin,降壓型電路Vo>Vin,升壓型電路Vo<Vin,當D<0.5Vo>Vin當D>0.5

升降壓型電路三種基本的非隔離開關電源非隔離式DC/DC變換器第五十四頁，共142頁。非隔離式DC/DC變換器-UC384XUC384X系列電流型PWM控制器的功能基本相同，僅啟動和關閉電壓不同，3842、3844啟動和關閉電壓為16V和10V，UC3843、UC3845為8.5V和7.6V。

UC384Xdatasheet1997年試題中DC/DC設計實例1、電路結構的確定題目無電氣隔離要求，從變換器的效率考慮，選用非隔離的升壓型變換器結構。2、開關頻率的設定

如果開關管選用MOSFET開關頻率可以選擇50~100kHz，在電子設計競賽中最好選擇50kHz左右。對應的定時電容可以選擇2.2nF，定時電阻可以選擇10kΩ。UC3843第五十五頁，共142頁。非隔離式DC/DC變換器-UC384X3、電感量的確定為了盡可能的降低輸出電壓紋波和尖峰電壓，變換器工作方式為電流斷續(xù)型，即電感電流是斷續(xù)的。輸出電流需要滿足100mA，對應的輸出功率為10W。

電感電流峰值：電感的電感量：如果開關管的最大導通占空比為0.5，則對應的電感釋放儲能得相應的“占空比”d為：電感電流有效值：第五十六頁，共142頁。非隔離式DC/DC變換器-UC384X電感電流有效值：可以選用導線電流密度4A/mm2，對應的導線截面積約為0.4mm2，線徑為0.7mm，也可以采用7股線徑為0.27mm的漆包線絞成一股，其導線截面積與單股0.7mm截面積相同，也樣繞制起來比較方便。4、電感的磁芯選取與繞組的繞制最容易買到并且最便宜的磁芯就是芯柱矩形的EI、EE磁芯。在這個設計實例中可以采用EI22或EI25規(guī)格磁芯。由于小型磁芯的骨架相對脆弱，最好是選擇7股0.27mm漆包線絞成一股繞制線圈為好。第五十七頁，共142頁。5、電感匝數(shù)與磁路氣隙電感繞組的匝數(shù)可以按變壓器繞組的匝數(shù)選擇，這時需要磁芯的工作狀態(tài)下最大磁感應強度和磁芯有效截面積的數(shù)據(jù)。這個工作狀態(tài)下的最大磁感應強度在50kHz頻率下可以250mT，EI22磁芯的有效截面積為0.42Cm2，EI25磁芯的有效截面積為0.41Cm2。電感繞組匝數(shù)磁路氣隙取整數(shù)9匝可以采用中心柱和編柱同時留氣隙的方式，即在E型磁芯與橫條之間墊上一個厚度為0.1mm質(zhì)地比較硬的絕緣材料（如0.1mm的青殼紙）即可。非隔離式DC/DC變換器-UC384X第五十八頁，共142頁。6、DC/DC變換器完整電路

電路的輸入旁路電容器、電感、開關管、輸出二極管、輸出濾波電容器應盡可能靠近，在此基礎上控制電路要盡可能靠近開關管。7、電路板圖設計

非隔離式DC/DC變換器-UC384X第五十九頁，共142頁。非隔離式DC/DC變換器-TL494TL494是一種固定頻率脈寬調(diào)制電路，它包含了開關電源控制所需的全部功能，廣泛應用于單端正激雙管式、半橋式、全橋式開關電源。TL494有SO-16和PDIP-16兩種封裝形式。TL494datasheet第六十頁，共142頁。非隔離式DC/DC變換器-SG3525ASG3525是一種性能優(yōu)良、功能齊全和通用性強的單片集成PWM控制芯片，它簡單可靠與使用方便靈活，輸出驅(qū)動為推拉輸出形式，增加了驅(qū)動能力；內(nèi)部含有欠壓鎖定電路、軟啟動控制電路、PWM鎖存器，有過流保護功能，頻率可調(diào)，同時能限制最大占空比。SG3525datasheet第六十一頁，共142頁。DC/DC變換器拓撲結構與演化第六十二頁，共142頁。DC/DC變換器拓撲結構與演化第六十三頁，共142頁。DC/DC變換器拓撲結構與演化第六十四頁，共142頁。DC/DC變換器拓撲結構與演化例如：Boost變換器原理與演化第六十五頁，共142頁。三種基本的隔離開關電源VinVoSLmDVinVoLSD1D2VinVoLS1D1D2S2正激型變換器反激型變換器橋式變換器隔離式DC/DC變換器第六十六頁，共142頁。VgsIDVdsD1-DTIpIoVinVin+nVo根據(jù)變壓器的伏秒平衡：ImIoVinVoGDSLmDn:1CoVLVin-nVoID-p反激變換器（Flyback）工作原理

電流連續(xù)模式第六十七頁，共142頁。VgsIDVdsD1-DTIoVinVin+nVo根據(jù)變壓器的伏秒平衡：ImIoVinVoGDSLmDn:1CoVLVin-nVo’ID-p-nVo根據(jù)能量守恒：反激變換器（Flyback）工作原理電流斷續(xù)模式第六十八頁，共142頁。反激變換器（Flyback）工作原理VgsIDVdsD1-DTIpIoVinVin+nVoImVrVLVin-nVoID-pVr=？IoVinVoGDSLmDn:1LkCo第六十九頁，共142頁。反激變換器（Flyback）工作原理IoVinVoGDSLmDn:1LkCoVcVcRPloss=(Vc-Vin)2/RGDSLkVcRPloss=(Vc)2/R第七十頁，共142頁。反激變換器（Flyback）工作原理VgsIDVdsD1-DTIpIoVinVin+nVoImVrICoID-pΔVo=？IoVinVoGDSLmDn:1LkCo-IoVo根據(jù)Co在DT時間的基本方程：第七十一頁，共142頁。反激變換器（Flyback）工作原理VinVo1GLmNpLkVo2Ns2Ns1多路輸出的反激變換器：減小交叉調(diào)整率的措施：盡量減少兩個繞組之間的漏感。在輔助輸出一路中加入尖峰抑制器（飽和電感）主路輸出工作于電流連續(xù)模式。采用雙路加權反饋的控制方式反饋控制第七十二頁，共142頁。VinVo1GLmNpLkVo2Ns2Ns1缺點：輸出紋波電流大。輸出控制特性非線性。通常需要輔助的吸收回路。轉(zhuǎn)換效率較低。反饋控制優(yōu)點：電路簡單。輸入電壓范圍廣。容易實現(xiàn)多路輸出。反激變換器（Flyback）特征總結第七十三頁，共142頁。橋式變換器（BridgeConverter）VinVoLS1D1D2S2半橋變換器VinVoLS1D1D2S2全橋變換器VinVoLS1D1D2S2推挽變換器VinVoS1D2S2半橋變換器（倍流整流）第七十四頁，共142頁。橋式變換器（BridgeConverter）VinVoLoS1D1D2S2n:1+1LmLkIpIoCBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinΔIL

t0t1t2t3t4t5S2Dt6=t0T/2T/2Vc[t0,t1]變換器正半周工作，Ip,Im增加；Vc減少。C1C1第七十五頁，共142頁。橋式變換器（BridgeConverter）VinVoLoS1D1D2S2n:1+1LmLkIpIoBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinΔIL

t0t1t2t3t4t5S2Dt6=t0T/2T/2VcC1CC1Vin/2[t1,t2]S1關斷，變壓器副邊續(xù)流，原邊漏感能量被S2體二極管鉗位。第七十六頁，共142頁。橋式變換器（BridgeConverter）VinVoLoS1D1D2S2n:1+1LmLkIpIoBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinΔIL

t0t1t2t3t4t5S2Dt6=t0T/2T/2VcC1CC1Vin/2[t2,t3]S1，S2全部關斷，變壓器副邊續(xù)流，Lm保持不變，D1,D2電流之差為Lm。第七十七頁，共142頁。橋式變換器（BridgeConverter）VinVoLoS1D1D2S2n:1+1LmLkIpIoABS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinΔIL

t0t1t2t3t4t5S2Dt6=t0T/2T/2Vin/2VTVc[t3,t4]變換器負半周工作，Ip,Im減少；Vc增加。第七十八頁，共142頁。橋式變換器（BridgeConverter）VinVoLoS1D1D2S2n:1+1LmLkIpIoABS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinΔIL

t0t1t2t3t4t5S2Dt6=t0T/2T/2Vin/2VTVc[t4,t5]S2關斷，變壓器副邊續(xù)流，原邊漏感能量被S1體二極管鉗位。第七十九頁，共142頁。橋式變換器（BridgeConverter）VinVoLoS1D1D2S2n:1+1LmLkIpIoBVTS1ILVds1DIpVTIoVin/2n-Vin/2nImVinΔIL

t0t1t2t3t4t5S2Dt6=t0T/2T/2VcC1CC1Vin/2[t5,t6]S1，S2全部關斷，變壓器副邊續(xù)流，Lm保持不變，D1,D2電流之差為Lm。[t0,t1][t1,t3]第八十頁，共142頁。橋式變換器（BridgeConverter）VinVoLoS1D1D2S2n:1+1LmLkIpIoBVTC1CC1缺點：變壓器結構復雜。輸入電壓范圍較小。優(yōu)點：變壓器正負工作，不需要輔助的復位電路。輸出紋波頻率是開關頻率的兩倍，所需電感量小。線性輸出控制特性。電路平衡對稱。第八十一頁，共142頁。基于TL494的推挽變換器應用電路第八十二頁，共142頁。輸入電壓調(diào)整率6、穩(wěn)壓電源參數(shù)指標測試方法1.測試說明：輸入電壓調(diào)整率又叫線路調(diào)整率、源效應，在輸出滿載的情況下，輸入電壓變化會引起輸出電壓波動，測試輸入電壓在全輸入范圍內(nèi)變化時輸出電壓偏離輸出整定電壓的百分比，一般要求電壓調(diào)整率不超過±0.1%。2.測試儀器：ACSOURCE，萬用表，可調(diào)負載裝置。3.測試方法：1）設置可調(diào)負載裝置，使電源滿載輸出；2）調(diào)節(jié)ACSOURCE，使輸入電壓為下限值，記錄對應的輸出電壓U1；3）增大輸入電壓到額定值，記錄對應的輸出電壓U0；4）調(diào)節(jié)輸入電壓為上限值，記錄對應的輸出電壓U2；5）按下式計算：電壓調(diào)整率={(U-U0)/U0}×100％式中：U為U1和U2中相對U0變化較大的值。第八十三頁，共142頁。負載調(diào)整率6、穩(wěn)壓電源參數(shù)指標測試方法1.測試說明：輸入電壓為額定值時，因變換負載引起的輸出電壓波動不應超過規(guī)定的范圍。2.測試儀器：ACSOURCE，萬用表，可調(diào)負載裝置。3.測試方法：1）輸入電壓為額定值，輸出電流取最小值，記錄最小負載量的輸出電壓U1；2）調(diào)節(jié)負載為50%滿載，記錄對應的輸出電壓U0；3）調(diào)節(jié)負載為滿載，記錄對應的輸出電壓U2；4）負載調(diào)整率按以下公式計算：負載調(diào)整率={(U-U0)/U0}×100％式中：U為U1和U2中相對U0變化較大的值。第八十四頁，共142頁。效率電源效率=輸出功率/輸入功率直流輸出功率僅等于電壓與電流的乘積，只需兩個萬用表即可測量出大小。我們將用一個高精度萬用表來測量輸出到負載的電流，用一個標準萬用表來測量電源的輸出電壓。直流輸出功率僅等于電壓與電流的乘積，只需兩個萬用表即可測量出大小。我們將用一個高精度萬用表來測量輸出到負載的電流，用一個標準萬用表來測量電源的輸出電壓。直流輸出功率僅等于電壓與電流的乘積，只需兩個萬用表即可測量出大小。測試方法：用一個高精度萬用表來測量輸出到負載的電流，用一個標準萬用表來測量電源的輸出電壓。由于交流系統(tǒng)中電壓與電流之間存在相位角，因此不能簡單地將RMS輸入電壓與RMS輸入電流相乘來計算輸入功率。只有電源消耗的有功功率(P)才是必須考慮的。由于交流系統(tǒng)中電壓與電流之間存在相位角，因此不能簡單地將RMS輸入電壓與RMS輸入電流相乘來計算輸入功率。只有電源消耗的有功功率(P)才是必須考慮的。6、穩(wěn)壓電源參數(shù)指標測試方法η=Po/Pinｘ100%=(UoｘIo)/Pinｘ100%第八十五頁，共142頁。紋波電壓/紋波電流6、穩(wěn)壓電源參數(shù)指標測試方法一般我們測紋波電壓的時候都是采用一個47uf的電容并上一個0.1uf的電容再并聯(lián)上你所測量的濾波電容上，用電壓探頭交流檔測電壓，一般是在100mv數(shù)量級上，同時電源要加上負載。測紋波電流直接用電流計測流過濾波電容上的電流即可。一般在1A數(shù)量級。紋波是輸出直流電壓的波動，紋波電壓是紋波的波峰與波谷之間的峰-峰值。目前測量紋波電壓是利用寬頻帶示波器來測量的方法，它能精準地測出紋波和噪聲電壓值。第八十六頁，共142頁。失真度THD6、穩(wěn)壓電源參數(shù)指標測試方法定義：全部諧波能量與基波能量之比的平方根值。對純電阻負載，其定義為全部諧波電壓(或電流)有效值與基波電壓（或電流）有效值之比，即測試儀器：頻譜分析儀、失真度儀。第八十七頁，共142頁。7、歷年電源類題目分析2011年A題解讀與分析2009年A題解讀與分析2007年E題解讀與分析2005年D題解讀與分析第八十八頁，共142頁。2011年A題

設計并制作一個由兩個額定輸出功率均為16W的8VDC/DC模塊構成的并聯(lián)供電系統(tǒng)（見圖1）。DC/DC模塊1DC/DC模塊2負載電阻UO=8.0VIINI1I2UIN=24VIO+-+-圖1兩個DC/DC模塊并聯(lián)供電系統(tǒng)主電路示意圖

2011年A題解讀與分析第八十九頁，共142頁。2011年A題體現(xiàn)的教學內(nèi)容

題目涉與了典型的電源并聯(lián)技術、DC/DC變換、用電效率、電參數(shù)檢測與控制、過流保護以及相應的分流技術等知識點。

涉與《電路分析》、《模擬電子技術》、《電力電子技術》、《電氣測量》和《自動控制》等課程2011年A題-教學體現(xiàn)第九十頁，共142頁。實驗教學出現(xiàn)過：電工電子實驗項目的一個設計性實驗某高校實驗教程2011年A題-教學體現(xiàn)第九十一頁，共142頁。弄清電源并聯(lián)后的現(xiàn)象實驗教學出現(xiàn)過：電工電子實驗項目的一個設計性實驗2011年A題-教學體現(xiàn)第九十二頁，共142頁。實驗教學出現(xiàn)過：電工電子實驗項目的一個設計性實驗I1,I22011年A題-教學體現(xiàn)第九十三頁，共142頁。2011年A題突出均流技術主要知識點是恒壓源并聯(lián)供電，強調(diào)負載變化時的均流技術。

UoE1E2I1I2r1r2RL穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路主電路示意圖2011年A題-理論分析第九十四頁，共142頁。主電路等效示意圖（此時忽略穩(wěn)壓電路，將端電壓等效為恒值）

Uo=C(8V)E1E2I1I2r1r2RL（3-2）根據(jù)基爾霍夫定律（1）（2）（3-1）2011年A題突出均流技術2011年A題-理論分析第九十五頁，共142頁。Uo=C(8V)E1E2I1I2r1r2RL（3-2）根據(jù)基爾霍夫定律（1）（2）（3-1）設r1=r2=r

做（4）+（5）且代入（3-1）得：即：

為RL的函數(shù)。

（4）（5）（6）將（3-2）代入方程（1）、（2）得：2011年A題-理論分析第九十六頁，共142頁。Uo=C(8V)E1E2I1I2r1r2RL（7）若設

則

將（7）代入（3-1）：將（7）、（8）代入（4）、（5）

（9）

（10）

（8）2011年A題-理論分析第九十七頁，共142頁。Uo=C(8V)E1E2I1I2r1r2RL（11）若設n=1若設n≠1（12）2011年A題-理論分析第九十八頁，共142頁。競賽中的測試參數(shù)：設：競賽中的測試參數(shù)：r=4Ω（額定功率設計）Uo=8V（穩(wěn)壓源要求）

I1電流1I2電流2I總電流E1n電動勢1E2n電動勢2均流時E1=E2n=10.50.51.010V10V10Vn=21.00.51.512V10V11Vn=4/32.01.53.516V14V15V2011年A題-理論分析第九十九頁，共142頁。如何根據(jù)電流比且保證端電壓8V條件下，調(diào)整電動勢E1、E2的問題DC/DC模塊1DC/DC模塊2負載電阻UO=8.0VIINI1I2UIN=24VIO+-+-根據(jù)題意，可設計兩個降壓型DC/DC變換器模塊。運用課堂講授的PWM技術，制作模塊運用電壓、電流取樣技術制作檢測環(huán)節(jié)運用微處理器技術，設計控制器，根據(jù)電壓、電流檢測結果，控制PWM，達到閉環(huán)調(diào)整電源電動勢的目的。2011年A題-實現(xiàn)方案第一百頁，共142頁?；A性相關性實踐性先進性體現(xiàn)電工電子的教學內(nèi)容體現(xiàn)課程之間聯(lián)系與貫通體現(xiàn)實驗教學的基本知識倡導將當代先進的電工電子技術融入教學2011年A題-命題主導第一百零一頁，共142頁。命題主導在于運用基礎教學內(nèi)容，嘗試新型的均流方式基本部分：基礎教學內(nèi)容發(fā)揮部分：強調(diào)專業(yè)性研制報告：強調(diào)理論指導調(diào)試測試：合理測試方法與儀器題目形式2011年A題-命題主導第一百零二頁，共142頁。命題越來越難，壓力越來越大短時間社會力量無法復制理論知識工程可用優(yōu)秀學生能做出來制作設備和儀器能弄得到預先設想2011年A題-命題主導第一百零三頁，共142頁。電源并聯(lián)技術理論問題

題目希望參賽學生能夠結合基于PWM技術的開關電源特點，充分考慮用能效率、穩(wěn)壓供電、檢測負載變化、合理配置子電源模塊工作以與主動控制等系統(tǒng)性能，綜合設計并制作出既滿足并聯(lián)組合供電要求，又相對高效、廉價、安全的作品。明確是穩(wěn)壓源而非恒流源2011年A題-命題主導第一百零四頁，共142頁?？芍鲃釉O置分流比的分流技術

根據(jù)具體工程需要，如太陽能展開板的迎光狀況、模塊老化不均現(xiàn)象、共因失效等因素，根據(jù)負載大小，可主動設置分流比、分段控制電流。2011年A題-命題主導第一百零五頁，共142頁。突出強電的“功率”概念，與弱電系統(tǒng)在器件、調(diào)試等區(qū)別

題目希望參賽學生通過調(diào)試作品，能夠掌握供電系統(tǒng)的基本電路制作工藝、聯(lián)調(diào)技能以與測試技術，觀察負載變化給供電系統(tǒng)帶來的輸出電壓波動等工程現(xiàn)象。

題目希望參賽學生注意大功率電源與弱電信號在布線、接線、儀器使用與測試等方面的不同。

題目希望選擇本題的非電力電子類專業(yè)參賽學生能夠運用電工電子基礎理論，聯(lián)系實際，理解開關電源的機理；正確篩選元器件，設計系統(tǒng)。2011年A題-命題主導第一百零六頁，共142頁。單DC/DC模塊原理電路示意圖綜合運用知識的系統(tǒng)設計能力電壓、電流取樣和反阻及保護調(diào)理電路微處理器MCU最小系統(tǒng)電路PWM發(fā)生及驅(qū)動電路UoRLLCVDVTVIN電力電子檢測技術繼電保護微處理器技術自動調(diào)節(jié)技術放大與濾波2011年A題-命題主導第一百零七頁，共142頁。A題作品完成情況第一百零八頁，共142頁。A題作品完成情況各賽區(qū)推薦A題作品200個隊比選后復測作品52個隊其中功能、性能指標優(yōu)良的約10個隊產(chǎn)生了瑞薩杯西電新聞：“日前，2011年第十屆全國大學生電子設計競賽評審結果揭曉，由我校謝楷任指導教師，邵明緒、孫永強、楊福榮3位同學組成的競賽團隊，戮力同心，在眾多參賽隊伍中脫穎而出，獲得該項賽事最高獎項“瑞薩杯”，取得歷史性突破?！钡谝话倭憔彭摚?42頁。A題作品完成情況命題中存在問題題目回避了紋波問題未說明測試導線與電流表內(nèi)阻影響減小紋波是開關電源穩(wěn)壓特性的重要指標。負載電阻較小，引線會影響結果。第一百一十頁，共142頁。Buck變換器原理圖與不同開關狀態(tài)下的等效電路圖

不同狀態(tài)下的輪流給負載供電會導致輸出電壓的紋波與尖峰A題作品完成情況第一百一十一頁，共142頁。A題作品完成情況作品中存在主要問題暴露的問題：基本原理、基本計算等教學內(nèi)容訓練不夠設計報告：缺少原理性論證與定量的推導計算大部分參賽隊的報告對電動勢變化、負載2歐姆時額定功率輸出、內(nèi)阻測試、均流計算、自動分配電流的原理闡述不足。第一百一十二頁，共142頁。A題作品完成情況作品中存在問題制作部分：按要求自動分配電流存在誤解說明（3）除負載電阻為手動調(diào)整以與發(fā)揮部分（1）由手動設定電流比例外，其他功能的測試過程均不允許手動干預。未能理解：根據(jù)負載電流要分段自動控制兩個模塊的電流比例。第一百一十三頁，共142頁。A題作品完成情況測試中存在問題測試：小電阻負載下電流表內(nèi)阻影響問題賽區(qū)：使用內(nèi)阻較大（大于0.1歐）電流表時，將電流表內(nèi)阻納入負載——避免爭議。測評表：應具體說明避免其影響的測試方法。有條件的賽區(qū)使用電子負載。第一百一十四頁，共142頁。2009年A題解讀與分析設計并制作一個光伏并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置。用直流穩(wěn)壓電源US和電阻RS模擬光伏電池，US=60V，RS=30~36Ω；uREF為模擬電網(wǎng)電壓的正弦參考信號，其峰峰值為2V，頻率fREF為45~55Hz；T為工頻隔離變壓器，變比為n2:n1=2:1、n3:n1=1:10，將uF作為輸出電流的反饋信號；負載電阻RL=30~36Ω。圖1并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置框圖第一百一十五頁，共142頁。2009年A題體現(xiàn)的教學內(nèi)容

題目涉與了典型的開關電源技術、DC/DC變換、逆變技術、MPPT算法、SPWM技術、鎖相環(huán)技術、電參數(shù)檢測與控制、過壓過流保護以及相應的光伏發(fā)電并網(wǎng)技術等知識點。

涉與《電路分析》、《模擬電子技術》、《電力電子技術》、《單片機技術》、《電氣測量》和《自動控制》等課程2009年A題解讀與分析第一百一十六頁，共142頁。系統(tǒng)主要由DC-DC、DC-AC、并網(wǎng)控制電路和保護電路等部分組成。逆變部分采用全橋逆變，用自然采樣法完成SPWM的調(diào)制或者DDSAD9851；并網(wǎng)部分采用單片機處理實現(xiàn)反饋信號頻率和相位的跟蹤以完成并網(wǎng)。反饋部分分為兩級，第一級反饋實現(xiàn)最大功率點跟蹤功能，第二級反饋利用電壓控制模擬電位器使輸出電壓穩(wěn)定，形成了雙重反饋環(huán)節(jié)，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。頻率和相位跟蹤功能的實現(xiàn)可以采用單片機或者鎖相環(huán)等方法。2009年A題解讀與分析第一百一十七頁，共142頁。2007年E題解讀與分析設計并制作如圖所示的開關穩(wěn)壓電源。2007年E題輸出電壓UO可調(diào)范圍：30V～36V；最大輸出電流IOmax：2A；U2從15V變到21V時，電壓調(diào)整率SU≤0.2%（IO=2A）；IO從0變到2A時，負載調(diào)整率SI≤0.5%（U2=18V）；輸出噪聲紋波電壓峰-峰值UOPP≤1V（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；DC-DC變換器的效率≥85%（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；具有過流保護功能，動作電流IO（th）=2.5±0.2A；

要求第一百一十八頁，共142頁。升壓型變換器的解決思路2007年E題解讀與分析開關頻率為50kHz，對應的開關周期為20μs，占空比為0.45對應的開關管導通時間為9μs。在最低輸入電壓19V時電感電流應在6.6μs內(nèi)時電感電流上升到7.5A。對應的電感量為18μH。電感設計第一百一十九頁，共142頁。2007年E題解讀與分析可以選擇EI30鐵氧體磁芯，外形圖如下：EI型鐵氧體磁芯骨架外形圖第一百二十頁，共142頁。2007年E題解讀與分析電感匝數(shù)磁路氣隙第一百二十一頁，共142頁。2007年E題解讀與分析推挽變換器的解決思路采用推挽主電路結構，MOSFET作為開關管，SG3525A作為控制芯片，可以直接反饋控制，也可以采用光電隔離反饋控制。開關頻率選50kHz；最大占空比選0.8。第一百二十二頁，共142頁。2007年E題解讀與分析變壓器參數(shù)設計變壓器設計的第一步就是選擇磁芯，根據(jù)TDK磁芯數(shù)據(jù)，可以在50kHz條件下能夠具有72W輸出功率的磁芯可以有EI28、EI30、EER28等。最好是選擇EER28磁芯。第一百二十三頁，共142頁。2007年E題解讀與分析變壓器的磁感應強度ΔB選擇2500GS（高斯）。變壓器初級繞組匝數(shù)取8匝次級匝數(shù)取19匝第一百二十四頁，共142頁。2005年D題

設計并制作數(shù)控直流電流源。輸入交流200～240V，50Hz；輸出直流電壓≤10V。其原理示意圖如圖1。圖1原理示意圖

2005年D題解讀與分析鍵盤控制器電流源負載顯示器電源輸出電流范圍為20mA～2A，步進1mA；輸出電流變化的絕對值≤輸出電流值的0.1％+1mA；紋波電流≤0.2mA；要求：第一百二十五頁，共142頁。2005年D題解讀與分析解決方案一軟件編程復雜性？硬件D/A的位數(shù)與響應速度？輸出精度？輸出紋波？思考第一百二十六頁，共142頁。解決方案二2005年D題解讀與分析核心：計數(shù)器構成步進控制電路計數(shù)器加減計數(shù)功能實現(xiàn)步進控制抗干擾能力強輸出電壓可調(diào)的集成穩(wěn)壓器做恒流源