降压性开关稳压电源

Hefei University 课程设计报告 课题名称：降压型开关稳压电源 作者姓名:刘尚阳 1405012027 张颖 1405012028 闫悦悦 1405012029 许特松 1405012043 荚丹丹 1405012030 班级:电子二班 指导教师：倪敏生 完成时间： 2017 年 5 月 24 日 摘要 本设计是开关稳压电源，系统由稳压电源、DC-DC 变换器、采用 LM7812， LM7805 稳压芯片，为芯片供电，DC-DC 变换器采用 TL494 产生 PWM 波，控制开关 周期为恒定值，通过调节脉冲宽度来改变占空比，在经过由 IR2109 构成的驱动 电路驱动后级电路， 此时引入电压反馈检测电压幅值并反馈给前级保证输出电压 稳定，当输入电压超过 20V 时，控制 IR2109 片选端，切断电路。 关键字：稳压；关键字：稳压；DCDC- -DCDC 变换；变换； 目录目录 1 引言 .3 2 方案设计与选择3 2.1 总体设计.3 2.2 各模块方案设计与论证.3 2.2.1 驱动模块方案设计与选择3 2.2.2 稳压电源方案设计与选择4 3 硬件设计与实现4 3.1 设计思路.4 3.2 各个模块硬件设计与实现.5 3.2.1 辅助电源模块5 3.2.2 DC-DC 模块 5 4 理论分析与参数计算5 4.1 DC/DC 变换方法 .5 4.2 稳压控制方法6 4.3 输入过压电路设计6 4.4buck 电路参数的计算.7 4.4.1 电感值的计算7 4.4.2 电容的计算7 4.4.3 输出电压的计算8 5 测试仪器与方法8 5.1 输出电压测试8 5.2 效率测量8 参考文献.9 1 引言 电源在电路中起着十分重要的作用，电源为用电器提供能量，没有电源整个 电路便没有工作的能力。同样不同的电路需要不同规格的电源，因其对电压（电 流）的要求不同，我们所需的电源也不同。电源的重要性不容忽视。目前市场上 有两种稳压电源，一种是线性稳压电源，一种是开关稳压电源；而直流开关电源 是各种电源中应用范围最广和市场最大的一种。它是一种比较新型的电源，具有 效率高，重量轻，可升、降压，输出功率大等优点。 2 方案设计与选择 2.12.1 总体设计总体设计 降压型直流开关稳压电源系统方案图如图 1 所示。 系统采用进行 DC-DC 变换 的设计思路，输入直流 20V 经过 LM7812，LM7805 降压模块实现降压，DC-DC 变 换部分采用 TL494 生成 PWM 波，通过控制调节脉冲宽度来改变开关周期，从而控 制占空比，再经过 IR2109 驱动电路，驱动 MOS 的开关。 图 1 开关稳压电源系统框图 2.22.2 各模块方案设计与论证各模块方案设计与论证 2.2.12.2.1 驱动模块方案设计与选择驱动模块方案设计与选择 方案一：方案一：TL494 生成 PWM 波，通过控制调节脉冲宽度来改变开关周期，从而 控制占空比，再经过 IR2109 驱动电路，驱动 MOS 的开关。 方案二：方案二：电源 IC 直接驱动 MOSFET 是我们最常用的驱动方式， 同时也是最简 单的驱动方式。如果 C1、C2 的值比较大，MOS 管导通的需要的能量就比较大， 如果电源 IC 没有比较大的驱动峰值电流，那么管子导通的速度就比较慢。IC 驱 动能力、MOS 寄生电容大小、MOS 管开关速度等因素，都影响驱动电阻阻值的选 择，所以 Rg 并不能无限减小。 方案二的驱动能力不足，而方案一的驱动能力强，因此选用方案一。 2.2.22.2.2 稳压电源方案设计与选择稳压电源方案设计与选择 方案一：方案一：从滤波电路输出后，使用模块LM2596 降压模块。LM2596 内含固定 频率振荡器（150KHZ）和基准稳压器（1.23v），并具有完善的保护电路、电流 限制、热关断电路等。利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。 提供的有：3.3V、5V、12V 及可调（-ADJ）等多个电压档次产品，所需外部组件 中仅四个不可调，六个可调。此外，该芯片还提供了工作状态的外部控制引脚。 但是产品价格比较贵。 方案二：方案二：从滤波电路输出后，直接进入线性稳压电路。线性稳压电路输出值 可调，输出为+9V～+12V 直流电压。这种方案优点在于：电路简单，容易调试， 但效率上难以保证，因为线性稳压电路的输入端一般为 15V 左右的电压， 而其输 出端只有 9V～12V，两端压降太大，输出电流较小，功率损耗大，不利电路总效 率但是价格相比较便宜。 基于本次课程设计，线性稳压芯片便宜，因此我们选用方案二。 3 硬件设计与实现 3.13.1 设计思路设计思路 硬件搭建系统图如图 2 所示，输入直流 20V，经过稳压器转换为+12V 和+5V 为后级电路供电，BUCK 电路采用双管设计，使电路的效率更高。硬件搭建系统 图如图 2。 图 2 硬件搭建系统图 3.23.2 各个模块硬件设计与实现各个模块硬件设计与实现 3.2.13.2.1 辅助电源模块辅助电源模块 辅助电源为开关电源的辅助部分，我们采用降压是 LM7812，LM7805 系列作为后 级电路的电源。对输入的直流先进行 20V----12V 的降压，在进行 12V----5V 的 降压。每一级后都有滤波电容，并加上散热片。 3.2.2 DC3.2.2 DC- -DCDC 模块模块 DC-DC 变换器为开关电源核心部分，脉宽调制电路即 PWM 模块则是 DC/DC 变 换器中最重要的部分。 此模块的工作状况直接影响开关电源的工作状态和性能指 标。本次设计选用器件为 TL494，其原理如下：TL494 的 5 脚和 6 脚分别于定时 电阻 RV2和定时电容 C4相连接，他们共同决定 TL494 内部震荡器产生锯齿波，确 定电路的工作频率。 同时 TL494 的 1 脚和 2 脚可输入采样电压和 DA 输出的电压， 通过内部比较器进行数字运算，通过反馈回来的电压与设定的电压进行比较，进 而调节产生的 PWM 波，其中开关电源的工作频率由 TL494 的定时电容 C4和定时 电阻 RV2 确定。 4 理论分析与参数计算 4.1 DC/DC4.1 DC/DC 变换方法变换方法 直流电压转换器基本原理为将直流电源经稳压后加入自激荡器， 利用震荡晶 体管作为连续开关，控制直流电源的接通和断开，由此产生的高频电压经过变频 变压、整流、滤波，获得所需要的直流电压。与此同时，输入电压的另一路取样、 基准、放大电路、回控震荡器，使输出电压稳定。 再同步 Buck 电路工作方式中， 使用一个 MOS 管正如我们这次使用的 IRF3205 来替换 Buck 电路中的续流二极管。如下图 3 所示。Q1 位主开关管，Q2 则起续流 作用。Q1 导通时，Q2 断开，电流通过电感 L 至负载，并将电能储存在 L 和 C1 中（电流方向图中绿线所示）；Q1 断开时，Q2 导通起续流作用，储存在 L 和 C1 中（电流方向图中红线所示）的电能转换为电流继续向负载输出。 图 3 DC-DC 模块电路 4.24.2 稳压控制方法稳压控制方法 开关电源的稳压控制方法， 首先以基准电压为中