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东华大学电子课程设计
课题:12V-5V电源转换器(开关电源)

目录
设计任务与需求…………………………………………3
总体方案选择……………………………………………4
三、各模块电路设计分解……………………………………7
四、电路总图…………………………………………………11
五、所用元器件及购买清单…………………………………12
六、组装与调试………………………………………………12
七、收获体会和建议…………………………………………16
参考文献……………………………………………………17
附录 A………………………………………………………17
附录 B………………………………………………………18

设计需求与任务
、设计背景:开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,广泛应用于各种电子设备、仪器及家电。随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术也在不断地创新。目前,开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。开关电源又被称为高效能节能电源,内部电路工作在高频开关状态,自身消耗的能量极低,一般电源效率可达80%左右。
、设计任务:12V-5V电源转换器(开关电源)
输入直流电压12V,输出直流电压5V
(2)在额定负载下,输出电压跌落≤30mv
(3)在额定负载下,输出纹波≤50mv
(4)在额定负载下,输出尖峰电压≤200mv
(5)功率转换效率η大于70%
(6)带有过流保护(≤1A)
二、总体方案选择
、PFM与PWM调制方法:
、PWM
当输出直流电压偏离额定值时,反馈控制电路在保证开关管频率不变的情况下,自动改变调整管的导通时间,即改变脉冲电压的宽度,从而改变脉冲电压的占空比,使直流输出电压的偏移量在允许的范围内。这种方案称为脉冲宽度调制,简称PWM型开关电源。其反馈电路是脉宽调制电路。
、PFM:
当输出直流电压超过额定值时,反馈控制电路在保证调整管的导通时间不变的情况下,自动改变调整管的开关频率(也就是改变脉冲电压的频率),从而改变电压的占空比,使输出直流电压稳定在允许范围内,这种方案称为脉冲频率调整,简称PFM型开关电源,其反馈电路为脉冲频率调整电路。
、针对PFM主要有自激式与驱动式两种方案。

正激式变压器开关电源,是指当变压器的初级线圈正在被直流脉冲电压激励时,变压器的次级线圈正好有功率输出。下图所示正激式变压器开关电源的简单工作原理图,其中Ui是开关电源的输入电压,T是开关变压器,K是控制开关,L是储能滤波电感,C是储能滤波电容,
D2是续流二极管,D3是削反峰二极管,R是负载电阻。
图1-1
原理:改变控制开关K的占空比D,只能改变输出电压的平均值Ua ,而输出电压的幅值Up不变。因此,正激式变压器开关电源用于稳压电源,只能采用电压平均值输出方式。图1-1中,储能滤波电感L和储能滤波电容C,还有续流二极管D2,就是电压平均值输出滤波电压。
、驱动式
驱动式开关电源,是指运用振荡电路高低电平实现开关导通与否,如下所示图中,开关A用振荡电路的产生的脉冲高低电平控制。
原理:以12V直流电压作为输入,通过振荡电路控制功率驱动开关电路的通断时间,实现电感的充放电时间,改变输出电压的平均值,然后进行LC滤波,对输出电压进行电压采样和过流保护作为反馈控制信号,最后输出5V的电压。设周期为1,开关导通时间D(D<1),根据通过电杆上的平均电压为0,则可以得到如下式子
,从而实现降压的电源转换。
振荡电路的控制方法有如下俩种常用接法,复位法和斩波法。
复位法:
斩波法:
、方案的可行性分析
自激式变压器一个最大的缺点,就是在开关关断瞬间,由于电磁感应,在初、次级线圈中都会产生一个很大反电动势,容易击穿开关元件,因此在设计中常常需要增加一个绕组以吸收反电动势的能量。如N3。而驱动式的串联开关电源,相比之下,结构简单,效率也较高,所以选择振荡式进行开关电源设计,与此同时,由于复位法反应更为灵敏,而且效果较好,振荡调制电路常采用复位法。
三、各模块电路设计分解
、功率驱动开关电路
图中电源电压为12V。在电源和接地点之间分别接上一个10-100uf的旁路电容,能够将电源中的噪音过滤掉,减少信号源对这个电路波形的干扰(在该电路设计中可以忽略该影响)。
图中R3=100Ω,R4=100-300Ω,R14=1-,Q1为大功率管,选用TIP32型号,Q2为中功率管,型号为3DG1