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1、天津理工大学课程设计报告题目：基于THX208小功率开关电源设计 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 2017年 1月目 录一、设计要求2二、设计目的2三、设计的具体实现 21. 系统概述22. 单元电路设计3四、结论与展望22五、心得体会及建议23六、参考文献24七、附录241、作品照片252、原理图263、源程序清单274、答辩PPT缩印稿3018信息传输与处理课程设计基于THX208小功率开关电源设计-电路设计一设计要求熟读详细使用手册，搭建电路实现5V/3W的开关电源，根据控制芯片原理，设计合理的辅助电路，通过计算和仿真分析，得到系统优化参数。掌握开关电源设计的核心技术
2、，并对过程做了详细阐述。1.根据需要选择开关电源的拓扑结构2.基于THX208设计开关电源的控制核心部分3.输出电压可调范围： +5V4.输出 5V 0.5A, CC/CV 二、设计目的(1)利用所学开关电源的理论知识进行硬件整体设计，锻炼学生理论联系实际、提高我们的综合应用能力。 (2)我们这次的课程设计是以THX208为基础，设计并开发小功率开关电源。 (3)掌握各个接口芯片(如THX208等)的功能特性及接口方法，并能用其实现一个简单的应用系统。三、设计的具体实现1.系统概述 开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关开通和关断的就、时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源是一般又脉
3、冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。开关电源主要是进行交流/直流、直流/直流、直流/交流功率转换的装置，通过对主变换回路以及控制回路的控制完成一系列的变换。主变换回路将输入的交流电转换后传递给了负载，所以它决定了开关电源电路的结构形式、转换要求以及负载能力等一系列的技术指标；而控制回路是按照输入，输出技术指标的要求来进行检测，控制主变换回路的工作状态。本设计开关电源控制集成电路主要包括电源电路、滤波整流电路、监测电路以及THX208控制芯片构成的控制电路。方案一：单端正激式开关电源原理单端正激式开关电源原理简述：电路原理框图如上所示。这种电路在形式上与单端反激式电路相似，但工作原理
4、不太相同。当开关管VT1导通时，VD2也 导通，这时电网向负载传送能量，滤波电感L储存能量；当开关管VT1截止时，电感L通过续流二极管VD3 继续向负载释放能量。在电路中还设有钳位线圈与二极管VD2,它可以将开关管VT1的最高电压限制在两倍电源电压之间。为满足磁芯复位条件，即磁通建立和复位时间应相等，所以电路中脉冲的占空比不能大于50%，由于这种电路在开关管VT1导通时，通过变压器向负载传送能量，可输出50-200 W的功率。电路使用的变压器结构复杂，体积也较大 方案二：单端反激式开关电源原理反激式变换器开关电源工作原理比较简单，输出电压控制范围比较大，因此，在一般电器设备中应用广泛。所谓反激
5、式变换器开关电源，是指当变换器的初级线圈被直流电压激励时，变换器的次级线圈没有向负载提供功率输出，而仅在变换器初级线圈的激励电压被关断后，才向负载提供功率输出，这种变换器开关电源称为反激式开关电源，再通过THX208控制电路。 从以上两种方案，很容易看出，按系统功能实现要求，两者相比较方案二的设计（1） 电路结构简单转换效率高稳压性能优并且转换效率高; （2） 性能优越电压可调体积小、重量轻、性价比高，可普遍使用于生活当中，故采用方案二。所以，本设计 反激式变换器部分采用普通元器件构成模拟部分，利用THX208实现控制功能，整流、利用PC817B对电路进行监测，当电压超过最大值时，电路会自动断
6、开。本系统主要包括三大模块：整流模块变压器模块及电路监测，保护模块。总体结构框图如图1所示图1 总体结构框图2.单元电路设计（1)各部分概述 反激式变换器 反激变换器工作原理是：主开关管导通时，二次侧二极管关断，变压器储能；主开关管关断时，二次侧二极管导通，变压器储能向负载释放。它和正激变换器不同，正激变换器的变压器励磁电感储能一般很小，各绕组瞬时功率的代数和为零，变压器只起隔离、变压作用。而反激变换器的变压器比较特殊，它兼起储能电感的作用，称为储能变压器（或电感-变压器）如图2图2 反激式变换器TL431电路安全控制前面提到TL431的内部含有一个2.5V的基准电压，所以当在REF端引入输出
7、反馈时，器件可以通过从阴极到阳极很宽范围的分流，控制输出电压。如图3所示的电路，当R7和R8的阻值确定时，两者对Vo的分压引入反馈，若电压增大，反馈量增大，TL431的分流也就增加，从而又导致R7，R8两端的电压之和大于5V从而导致TL431启动，进而导致PC817B导通，关闭THX208。图3 保护电路 THX208原理描述启动阶段，上电时 VR 关闭；FB 上拉电流源关闭；OE 由功率管输入启动电流到VCC；OB 控制功率管的基极电流，限制功率管集电极电流（即 THX208 启动接受电流），从而保证功率管的安全；在 VCC 电压上升到 8.8V，启动阶段结束，进入正常阶段。正常阶段，VCC
8、 电压应保持在 4.89.0V，VR 输出 2.5V 基准；FB 上拉电流源开启；振荡器输出 OSC1 决定最大占空比，输出 OSC2 试图触发电源进入开周期、及屏蔽功率管开启电流峰；若 FB 小于 1.8V（约在 1.2-1.8V 之间）振荡器周期将随之增加，FB 越小振荡器周期越宽、直至振荡器停振（此特性降低了开关电源的待机功耗）；若外围反馈试图使 VCC 大于 10V，则内电路反馈到 FB 使 VCC 稳压在 10V（利用此特性可以不采用外围反馈电路，由内电路稳定输出电压，但稳压精度较低）；开周期，OB 为功率管提供基极电流，OE 下拉功率管的发射极到 IS，而且OB 采用斜坡电流驱动（
9、指 OB 开电流是 IS 的函数，当 IS=0V 时 OB 开电流约 24mA，然后 OB 开电流随 IS 线性增加，当 IS 增加到 0.6V 时 OB 开电流约 40mA，此特性有效地利用了 OB 的输出电流，降低了 THX208 的功耗），若 IS 检测到 FB 指定电流则进入关周期；关周期，OB 下拉，功率管不会立即关断，但 OE 箝位 1.5V（功率管关断后基极反向偏置，提高了耐压）；在开或关周期，如检测到功率管超上限电流，则上限电流触发器优先置位，强制 FB 下降，占空比变小，从而保护功率管和变压器；在下一个关周期开始沿或 FB 小于 1.8V，上限电流触发器复位。另外，THX20
10、8 内置热保护，在内温度高于 125后调宽振荡器的周期，使 THX208 温度不超过 135；内置斜坡补偿，在 THX208 大占空比或连续电流模式时能稳定开/关周期。若 VCC 降到 4.2V 左右，振荡器关闭，OSC1、OSC2 低电平，电源保持关周期；VCC 继续下降到 3.6V 左右，THX208 重新进入启动阶段特点单片机最小系统主要由电源、复位、振荡电路以及扩展部分等部分组成。THX208引脚图，如图4 所示，每部电路方块图如图5所示。 图4 THX208引脚图 图5 内部电路方块图1CT 定时电容与开关频率的关系由内部电流源对 CT 电容进行 50uA10100nF 之间根据反馈
11、回路的频率特性进行选取，推荐使用 10nF。恒流充电形成时钟的上升沿，在充电电压至 1.6V 时，内部电路将以 1.9mA 的下拉电流对 CT 放电，形成时钟的下降沿，完成一个时钟周期，一个时钟周期约为：T=CT*48000 (S)Fs=1/T (Hz)尽管双极型电路也能工作在较高的频率下，但对于双极功率开关而言，仍需考虑存储时间对开关损耗的影响。通常比较合适的开关频率约在 70KHz 以下。在一般的应用场合可将 THX208 的 CT 电容按330PF 配置，此时对应的工作频率约为66KH 左右。2.FB反馈与控制在正常工作状态，FB 的电压将决定最大开关电流的值，此电压越高开关电流3K（近
12、似等效值）。此外在 FB 电压23K（近似等效值）。此外在 FB 电压低于 1.8V 时，将使振荡周期加大，开关频率下降，低于 1.8V 越多，开关频率将越低。外接 FB 电容将对反馈带宽产生影响，进而影响某些外部参数，比如瞬态特性。如图6图6对于 CFB 电容的值，典型的应用可在10100nF 之间根据反馈回路的频率特性进行选取，推荐使用 10nF。3过温度保护IC 内部集成了精确的过温度保护功能。在芯片内部温度达到 125时，热保护电路动作，将时钟信号下拉，使开关频率降低，降低功耗。开关频率随温度的升高而降低，直至振荡器关闭。 如图所示图74功率管驱动特性与高耐压偏置技术功率管采用斜坡电流
13、驱动，驱动电流随输出功率增加而增加，在 FB=0 时，OB 电流约为 24mA,在 FB=6V 时，OB电流约为 35mA，小输出时的驱动功耗得到显著的降低。IC 内部集成了独特的偏置技术，在功率管关断时，OB 输出立即下拉到地，同时偏置 OE 输出到约 1.5V，反向偏置发射结，加速 Ic 电流的下降速度，扩展了有效的安全工作区，开关管承受反向的CB 电压，使得开关管达到 700V 的电压承受能力。如图7图 8偏置波形如图9所示：图9 5.过压与欠压保护 IC 具有带迟滞的欠电压保护功能。在VCC 电压达到 8.8V 时 IC 开始启动，这个初始的启动电压有驱动电阻提供，输入的高电压通过驱动
14、电阻注入开关管的基极，放大的 Ic 电流在 IC 内部经过限制电路对 VCC 电容充电，从而形成驱动电压。在 IC 正常工作时应保持 VCC 电压在4.8-9V 之间（包括满负载输出的情况），若 VCC 电压下降到 4.2V 则振荡器将进入关闭状态，VCC 进一步降低到 3.6V时，IC 即开始重新启动如图10所示图10 IC 内部 VCC 具有一个上限电压比较器控制，若 VCC 试图大于 10V，则比较器动作，FB 将被下拉，锁定 VCC 至 10V，达到过电压的限制功能。利用此能可以方便地实现前端的电压反馈功能，也可避免输出开环时的输出电压大幅度升高现象，保障负载的安全。因为此特性的存在，VCC 的设计应保持在合适的范围，避免在大输出负载时 VCC 的上升过高， IC过压限制动作导致的输出电压下降现象。6最大开关电流限制IC 具有逐周期电流限制功能。每个开关周期均对开关电流进行检
