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1、北京经济管理职业学院毕业论文系 院：机械电子系学生姓名：董海涛学 号：16专 业：机电一体化年 级：200907271完成日期：2012.4.1指导教师：侯艳霞论文题目内容提要指导教师评语论文成绩 指导教师签名北京经济管理职业学院毕业论文（设计）摘 要：电源设计电力电子技术已发展成为一门完整的、自成体系的高科技技术，电力电子技术的发展带动了电源技术的发展，而电源技术的发展有效地促进了电源产业的发展。电源技术主要是为信息产业服务的，信息技术的发展又对电源技术提出了更高的要求，从而促进了电源技术的发展，两者相辅相成才有了现今蓬勃发展的信息产业和电源产业。从日常生活到最尖端的科学都离不开电源技术的参
2、与和支持，而电源技术和产业对提高一个国家劳动生产率的水平，即提高一个国家单位能耗的产出水平，具有举足轻重的作用。在这方面我国与世界先进国家的差距很大，作为一个电源工作者，不仅要设计出国际或国内先进的电源，还要考虑到电源的适应性以及电源的成本。只有具有先进性能的电源，加上合理的制作成本，才能使我国的电源产业赶超发达国家。这里着重介绍了基于TOP252Y的单片开关电源，通过运用先进的电力电子技术等技术，实现了将普通市电转化为稳定地电压电流输出。首先介绍开关电源的含义，开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）
3、控制IC和MOSFET构成。随着各种各样电器的出现以及升级，它们都需要一个稳定的电源，本文系统介绍了一种较为实惠又很先进的稳压稳流输出单片开关电源。关键词：单片开关电源; 反激式；脉宽调制目 录摘 要 1A 2第1 章 绪 论 111 概述112 开关电源的发展简况113 开关电源的发展趋势2第2章 方案论证 321概述322 系统框图 323 原理 3231 TOP-II的结构及工作原理3232 开关电源电路基本原理 5第3章 单片开关电源的设计 731 概述732 开关电源参数的设计 733 开关电源中电子元器件的选择 15331 钳位二极管和阻塞二极管 15332 整流管的选取 1833
4、3 输出滤波电容的选取 19334 反馈电路中整流管的选取 20335 反馈滤波电容的选取 20336 控制端电容及串联电阻的选择 20337 TL431型可调式精密并联稳压器的选择 20338 光耦合器的选择 21339 自恢复保险丝的选择 2334 单片开关电源保护电路的设计 24341 过电压保护电路的设计 24342 欠电压保护电路的设计 25343 启动电路的设计 26344 电压及电流控制环电路的设计 26345 无损缓冲电路 28346 采用继电器保护的限流保护电路 28347 IGBT驱动电路 2935 电磁干扰滤波器的设计29351 开关电源电磁干扰产生的机理 30352开关
5、电源EMI的特点30353 EMI测试技术 30354 抑制干扰的措施 31355 电磁干扰滤波器的构造原理 33356 电磁干扰滤波器的基本电路及典型应用33357 EMI滤波器在开关电源中的应用 34第4章 PCB电磁兼容性设计 3641 概述 3642 PCB上元器件布局 3743 PCB布线 38致谢 45参考文献 46第1章 绪论1.1概述电源历来是各种电子设备中不可缺少的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。开关电源（SwitchingPowerSupply）自问世以来，就以其稳定、高效、节能等优良性能而成为稳压电源的主要产品。而高度集成化的单片开关
6、电源，更是因其高性价比、简单的外围电路、小体积与重量和无工频变压器隔离方式等优势而成为稳压电源中的佼佼者，是设计开发各种高效率中、小功率开关电源的优势器件。随着生产、生活中自动化程度的不断提高，开关电源也朝着智能化方向发展，由微控制器控制的开关电源将单片开关电源与单片机控制相结合，更加体现了开关电源的可靠性和灵活性。在21世纪，随着各种不同的单片开关电源芯片及其电路拓扑的应用和推广，单片开关电源越来越体现出巨大的实用价值和美好前景。1.2开关电源的发展简况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向不断发展。第一
7、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（SiliconGeneral）、尤尼特德公司（Unitrode）等相继推出一批PWM芯片，典型产品有MC3520、SG3524、UC3842。90年代以来，国外又研制出开关频率达1MHz的高速PWM、PFM（脉冲频率调制）芯片，典型产品如UC1825、UC1864。第二个方向则是对中，小功率开关电源实现单片集成化。这大致分两个阶段：80年代初意法半导体有限公司（SGSThomson）率先推出L4960系列单片开关式稳压器。该公司于90年代又推出了L4970A系
8、列。其特点是将脉宽调制器、功率输出级、保护电路等集成在一个芯片中，使用时需配工频变压器与电网隔离，适于制作低压输出（5.140V）、大中功率（400W以下）、大电流（1.5A10A）、高效率（可超过90%）的开关电源。但从本质上讲，它仍属DC/DC电源变换器17。1994年，美国PI公司在世界上首先研制成功三端隔离式脉宽调制型单片开关电源，被人们誉为“顶级开关电源”。其第一代产品为TOPSwitch系列，第二代产品则是1997年问世的TOPSwitch-II系列。该公司于1998年又推出了高效、小功率、低价格的四端单片开关电源TinySwitch系列。在这之后，Motorola公司于1999年
9、又推出MC33370系列五端单片开关电源，亦称高压功率开关调节器（High Voltage PowerSwitchingRegulator）。目前，单片开关电源已形成四大系列、近70种型号的产品。1.3开关电源的发展趋势1955年美国罗耶（GHRoger)发明的自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器，是实现高频转换控制电路的开端，1957年美国查赛（JenSen)发明了自激式推挽双变压器，1964年美国科学家们提出取消工频变压器的串联开关电源的设想，这对电源向体积和重量的下降获得了一条根本的途径。到了1969年由于大功率硅晶体管的耐压提高，二极管反向恢复时间的缩短等元器件改善，终于做成了25千赫
10、的开关电源。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等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。目前市场上出售的开关电源中采用双极性晶体管制成的100kHz、用MOSFET制成的500kHz电源，虽已实用化，但其频率有待进一步提高。要提高开关频率，就要减少开关损耗，而要减少开关损耗，就需要有高速开关元器件。然而，开关速度提高后，会受电路中分布电感和电容或二极管中存储电荷的影响而产生浪涌或噪声。这样，不仅会影响周围电子设备，还会大大降低电源本身的可靠性。其中，为防止随开关启-闭所发生的电压浪涌，可采用R-C或L-C
11、缓冲器，而对由二极管存储电荷所致的电流浪涌可采用非晶态等磁芯制成的磁缓冲器。不过，对1MHz以上的高频，要采用谐振电路，以使开关上的电压或通过开关的电流呈正弦波，这样既可减少开关损耗，同时也可控制浪涌的发生。这种开关方式称为谐振式开关。目前对这种开关电源的研究很活跃，因为采用这种方式不需要大幅度提高开关速度就可以在理论上把开关损耗降到零，而且噪声也小，可望成为开关电源高频化的一种主要方式。当前，世界上许多国家都在致力于数兆Hz的变换器的实用化研究。我们这次毕业设计主要是研究TOPSwitch-II开关电源以及相关的PCB设计制作，力图使电路简单且易于调试，尽最大可能的方便用户的使用。在本次设计
12、中，我们要掌握电路设计的基本方法和步骤，学会用计算机专用软件（Protel99）绘制电路原理图和设计制作印制线路板图，掌握标准化制图的基本规则，将理论和实践相结合，提高独立分析能力和解决问题的能力，为我们毕业后走上工作岗位打下一个良好的基础。第2章 方案论证2.1概述整个系统以TOPSwitch-II芯片为核心，顺序流程连接各个功能模块，完成了将普通市电转化成所需要的稳定电流和电压。2.2系统总体框图图2.1系统总体框图图2.1是本开关电源结构框图，图中显示了主要电路模块，其中开关占空比控制电路是基于TOPSwitch-II型芯片的控制电路1。2.3工作原理2.3.1TOPSwitch-II的
13、结构及工作原理TOPSwitch-II器件为三端隔离反激式脉宽调制单片开关电源集成电路，但与其第一代产品相比，它不仅在性能上有进一步改进，而且输出功率有显著提高，现已成为国际上开发中、小功率开关电源及电源模块的优选集成电路。TOPSwitch-II的管教排列图如图2.2所示，它有三种封装形式。其中TO-220封装自带小散热片，属典型的三端器件，本文主要采用此种封装形式的芯片。此外还有DIP-8封装和SMD-8封装，它们都有8个管脚，但均可简化成3个，两者区别是DIP-8可配8脚IC插座，SMD-8则为表面贴片，后者不许打孔焊接。图2.2TOPSwitch-II的管教排列图TOPSwitch-II的三个管脚分别
