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1、设计案例分析,单端正激式开关稳压电源 或降压型开关稳压电源设计,技术指标,电源容量 输入：交流1524Vac。 输出：电源电压+12V(不可调)，纹波小于150mVP-P，最大输出电流0.5A(限流型保护)。 工作频率 开关电源的工作频率为3040kHz。 控制电路 采用脉冲宽度调制控制集成电路。,课题的意义,具有实用性：几乎所有的电子设备都涉及电源设计，容量较大时多采用开关电源。 掌握一种共性技术：脉冲宽度调制技术PWM是一项共性技术，应用面广，如硅整流弧焊电源控制、逆变电源设计、恒温控制、直流电机调速等。 学习集成电路应用方法：TL494、SG3525A是常用的、典型的固定频率的脉冲宽度调
2、制控制电路，应用方法有一定代表性。 易于建立工程设计概念：课题涉及多个典型的工程要素，如：功率器件的最大电流、耐压、开关速度，磁性材料的选择、功率电感的设计与绕制等。 较典型的设计验证方法和负载实验。,三、单端正激式开关电源的工作原理,导通状态截止状态输入输出关系称为占空比,四、TL494的内部结构与功能,结构,四、TL494的内部结构与功能,结构,TL494的时序 当锯齿波电平死区时间控制电平时，死区时间比较器输出高电平。 当锯齿波电平反馈/PWM输入电平时，PWM比较器输出高电平。 死区时间控制电压和反馈/PWM输入电压，二者中较高的电平控制触发器时钟宽度。,TL494的时序(续) 当输出
3、控制电压=H时， Q和时钟信号均为0时，Q1基极获高电平导通， /Q和时钟信号均为0时， Q2基极获高电平导通，两管轮流导通，称为推挽工作方式。 当输出控制电压=L时，时钟信号为0时， Q1和Q2基极获高电平导通，两管同时导通，称为单端工作方式。,功能描述 含有控制开关式电源所需的主要功能块。 线性锯齿波振荡器(3V)，频率用两个外部元件RT 和CT 设置，近似 osc = 1.1/ (RT* CT ) 输出脉冲宽度由“死区时间控制”和“反馈/PWM比较器输入”两个信号中电平较高的一个控制，控制信号电平与电容器CT 上的锯齿波进行比较，实现脉冲宽度的调整。 控制信号电平线性增加输出晶体管Q1
4、和Q2 的导通时间线性减少。 “输出控制”=5V为推挽输出，最小死区时间为48%；=0为单端输出，最小死区时间为96%。,五、TL494的工作条件,工作条件,六、原理图,稳压原理输出电压负反馈。L1 100uH 0.5A C8 220uF 25V若某种原因导致输出电压过高，则误差放大器1同向端电位升高，反馈/PWM端电位上升，Q1管导通时间减少，占空比减少，结果输出电压减少。最终使输出电压保持稳定，R17和R16中点电压为5V。R12/R10为误差放大器1的静态放大倍数，影响控制精度。C6和R13影响误差放大器1的动态放大倍数，抑制瞬变。,六、原理图,过载保护过载时，降低输出电压使负载电流保持
5、在保护值。不论开关管T2是否导通，流过负载的电流都经过R9(由上向下)，R9的下端电位为负，当负载电流达一定值时，误差放大器2的反相端电位为负，误差放大器2的输出（即反馈/PWM端）为正，Q1管不导通，输出电压降低。,六、原理图,软启动上电时输出电压由低到高建立，需要一定时间。上电时，C7充电需要一定时间，死区电压由高逐渐变低，Q1管的导通时间逐渐增大，输出电压逐渐升高。,七、0参数选择,整流管：桥式整流，整流管工作电流=0.5负载电流，大反向电压=输入交流电压峰值，IN4007(1A/1kV)可以满足要求。 滤波电容：RLC=(35)T，整流滤波后电压VIN=1828.8V,RL18V/0.
6、5A=36，T10mS，1000uF/35V电解电容可满足要求。最常用电解电容：1.0、2.2、3.3、4.7、6.8及相应十百千uF，耐压有6、16、25、35、50、63、100、120、250、400V。 工作频率：音频上限20kHz，Fosc33kHz，TOSC=30uS，tON=TOSCVO/(VIN-Vsta)=13.021.4uS。,七、参数选择,开关管： 开关速度2(VIN)max， 电流2(IO)maxTIP127(100V/5A,Darl-L,hFE1000,tr和td1uS)满足要求，内带保护二极管可不带RC吸收回路，需带散热器。,七、参数选择,输出电压：VO=5V*(1
7、+R17/R16)12.1V 保护电流：Imax = (Vref /R7)*R8/ R90.5A 电感量：L100H。 续流二极管：快恢复二极管，反向偏压(VIN)max-VSTA-VO，峰值电流2(IO)max，FR1031A/300V或FR1071A/1kV 满足要求。,七、参数选择,输出电容：一个工作周期共向输出电容充电荷Q0.5(IO)max(0.5TOSC)纹波0.5VP-P= Q/CO，CO=(35)(IO)maxTOSC/2 VP-PCO=C8=220uF能满足要求 注产生纹波的两个因素：1.输出电容容量有限；2.开关过程产生的过冲，这部分较难滤除。 软启时间：100mS。,八、
8、电感的绕制,铁氧体磁芯或磁罐(高频磁性材料、居里温度230）。 漆包线线径：考虑趋肤效应和机械强度， 趋肤效应：调频电流只分布在导体表面，30kHz时，穿透浓度0.2mm， 电流密度可按5A/mm2计算。 漆包线直径：0.4mm以上可满足要求。 磁线截面：LS*S，截面小必匝数多，匝数过多引起饱和，饱和导致功率管、电感线圈与磁芯发热，应避免。 匝数：LN2，设计时先用柒包线绕若干匝，用电感表测量电感量，按平方正比关系计算，确定匝数，再绕。线端刮柒、引至线架、搪锡，用电感表验证电感量。 国产MnZn铁氧体（低、中频）磁性材料，磁导率:50007000，饱和磁通密度BS:400530mT,九、设计
9、步骤与设计验证,根据技术指标进行理论设计 绘制原理图 器件参数选择 设计PCB 元件检查、焊装 设计验证 通电前外观检查 空载通电试验 观察有否异常温升 观测输出电压、锯齿波 观测续流管阴极波形，脉冲过冲是否稳态值 改变输入电压，看波形占空比变化,加载实验 半满负载，观察温升情况 中等输入电压/满载，观测温升和续流情况 最高输入电压/满载，观测温升和续流情况，判断电感量是否充足；观测开关管EC极电压，判断其是否工作在饱和与截止两状态，开关速度是否满足要求；输出电压纹波是否满足要求 最小输入电压/满载，观测温升和续流情况 过载实验 输入电压分别为最小、中等、最大三种情况，超负载10%，观测过载保
10、护是否工作，保护时的工作波形 工作稳定性 长时间工作情况（30min）,十、设计报告（A4纸打印）,设计题目（2黑/居中） 设计人姓名（4宋/居中） 指导老师姓名（5宋/居中） 设计内容摘要（5宋/缩进2字符） 关键词（5宋/缩进2字符） 报告正文（标题4黑/左对齐，正文5宋/单倍行距） 设计指标 设计方案、方案论证 工作原理分析 参数选择（结合设计指标选择） 设计验证 样品测试波形、数据分析 设计评价 设计总结 参考文献或资料（标题4黑/居中，文献列表5宋/单倍行距） 序号. 作者姓名，书名M，出版社，出版时间，页面。 序号. 作者姓名，论文题目J，杂志名称，出版时间，页面。 附原理图、PCB图,
