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单片开关电源系统设计

更新时间:2010-2-16:  来源:毕业论文

单片开关电源系统设计
目    录
单片开关电源系统设计(摘要) ………………………………3
第一章   单片开关电源系统概述……………………………4
第二章   单片开关电源的设计要点…………………………8
第三章  TOPSwitch-GX的应用………………………………21
结  束  语…………………………………………………… 27
参考文献……………………………………………………… 28
单片开关电源系统设计
摘要:开关稳压电路具有许多优点:开关管的损耗很小,电路效率高,一般可达70%~85%,甚至高于90%;特别是可省去电源变压器,构成无工频变压器开关电源,体积小、重量轻、利于直流电源小型化;稳压范围宽,当电网电压在130~265V变化,且负载电流作较大幅度变化时,都能达到良好的稳压效果;利用控制开关可获得一路输入多路输出以及同极性或反极性输出等;利用输出隔离变压器可得到低压大电流或高压小电流稳压电源;应用灵活性高、适应范围广;输入电压范围宽;输出电压维持时间长,纹波系数小,倍受人们喜爱
关键字: 单片集成电路,开关电源。
第一章 单片开关电源系统概述
1.1集成开关电源的发展
单片开关电源被誉为高效节能电源,它代表着稳压电源的发展方向,现已成为稳压电源的主流产品.近20多年来,集成开关电源沿着下述两个方面不断发展.第一个方向是对开关电源的核心单元---控制电路实现集成化.1997年,国外首先研制成脉宽调制(PWM)控制器集成电路,美国摩托罗拉公司.硅通用公司(Silicon General)及尤尼特德公司(Unitorde)等相继推出一批(PWM)芯片,典型产品有MC3520,SG3524和UC3842,20世纪90年代以来,国外有研制出开关频率达1MHz的高速PWM,PFM(脉冲频率调制)芯片,典型产品有UC1825和UC1864.第二个发展方向则是对中,小功率开关电源实现单片集成化.它的发展大致分为两个阶段:20世纪80年代初,意-法半导体有限公司(SGS-Thomson)率先推出L4960系列单片开关电源;该公司于20世纪90年代又推出了L4970A系列,其特点是将脉宽调制器;功率输出级及保护电路等集成在一个芯片中,使用时需配置共频变压器与电网隔离,适于制作低压输出(5.1-40V),大中功率(400W以下),大电流(1.5-10A)及高效率(可达90%)的开关电源.
1.2开关电源的技术追求和发展趋势
 小型化,薄型化,轻量化,高频化---开关电源的体积,重量主要是由储能元件(磁性元件和电容)决定的,因此开关电源的小型化实际上就是尽可能的减小其中储能元件的体积.在一定范围内,开关频率的提高,不仅能有效的减小电容.电感及变压器的体积,而且能够抑制干扰,改善系统的动态性能.因此,高频化是开关电源的主要发展方向.
 高可靠性---开关电源使用的元器件比连续工作电源少数十倍,因此提高了可靠性.从寿命角度出发,电解电容.光耦合器及排风扇等器件的寿命决定着电源的寿命,.所以,要从设计方面着眼,尽可能使用较少的器件,提高集成度.这样不但解决了电路复杂,可靠性差的问题,也增加了保护等功能,简化了电路,提高了平均无故障时间.
 低噪声---开关电源的缺点之一就是噪声大.单纯的追求高频化,噪声也会随之增加,采用部分谐振转换回路技术,在原理上即可以提高频率又可以降低噪声.所以,尽可能的降低噪声影响是开关电源的又一发展方向.
 采用计算机辅助设计和控制---采用CAA和CDD技术设计最新变换拓扑和最佳参数,使开关电源具有最简结构和最佳工况.在电路中引入微机检测和控制,可构成多功能监控系统,可以实时检测,记录并自动报警等.

1.3单片开关电源的应用领域
  
 单片开关电源一经问世便显示出强大的生命力,目前以成为国际上开发290W以下中、小功率开关电源、精密开关电源、特种开关电源及电源模块的优选集成电路。由它构成的开关电源,在成本上与同等功率的线性稳压电源相当,而电源效率显著提高,体积和重量大约可减小1/3-1/2,展示了良好的应用前景。
    单片开关电源的主要应用领域如下:
   (1)通用开关电源
     ① 各种通用开关电源:
     ② 开关电源模块:
     ③ 精密开关电源模块:
     ④ 智能化开关电源模块:
      
   (2)专用开关电源。
     ①  微机、USB接口电源、彩电、录象机(VCR)、摄录象机(CVCR)、个人数字助理(PDA)、LCD监视器、DVD刻录驱动器等高档家用电器中的待机电源
     ② 电子仪器仪表中的电源:
     ③ 调制解调器电源:
  ④ IC卡付费电度表中的小型化开关电源模块:
  ⑤ 机顶合(Set-top Box)电源:
  ⑥ 手机、MP3、DVD播放器的电池充电器:
  ⑦ AC/DC电源适配器、辅助电源等。
   (3)特种开关电源
  ① 复合型开关电源:
  ② 恒压/恒流型开关电源:
  ③ 截流输出型开关电源:
  ④ 恒功率输出型开关电源;
  ⑤ 功率因数校正器(PFC):
  ⑥ 其它类型的特种开关电源。
1.4开关电源的基本构成
 开关电源采用功率半导体器件作为开关器件,通过周期性间断工作,控制开关器件的占空比来调整输出电压.开关电源的基本构成如图1-1所示,其中,DC/DC变换器可进行功率转换,是开关电源的核心部分,此外还有启动,过流,过压保护,噪生滤波等电路.输出采样电路(R1 R2)检测输出电压变化,与基准电压Ur进行比较,误差电压经过放大及脉宽调制(PWM)电路,再经过驱动电路控制功率器件的占空比,从而达到调整输出电压的目的.图1-2是一种开关电源的实现形式.
 
图1-1 开关电源的基本构成
 
图1-2 开关电源电路的实现形式
 开关电源的核心部分DC/DC变换器有多种电路形式,常用的有工作波形为方波的PWM变换器,以工作波形为准正弦波的谐振变换器.
 对于串联线性稳压电源,输出对输入的瞬态响应特性主要由调整管的频率特性决定.但是对于开关电源,输入的瞬态变化比较多地表现在输出端.提高开关频率的同时,由于反馈放大器的频率特性得到改善,开关电源的瞬态响应问题也得到改善.负载变化瞬态响应主要由输出端LC滤波器特性来决定,所以可以利用提高开关频率,降低输出滤波器LC体积的方法来改善瞬态响应特性.
1.5开关电源的分类
开关电源的电路结构有多种,通常按以下方式进行分类.
1. 驱动方式
 开关电源按驱动方式分为自励式和他励式.
2. 工作方式
开关电源按DC/DC变换器的工作方式可分为:
 单端正励式和反励式,推挽式,半桥式,全桥式等;
 降压型,升压型和升降压型等;
3. 电路组成
开关电源按电路可分为谐振型和非谐振型.
4. 控制方式
开关电源按控制方式可分为;
 脉冲宽度调制(PWM)式
 脉冲频率调制(PFM)式756

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