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1、 课程 设 计 报 告题 目： 小型控制系统设计与制作 教 学 院: 电气与电子信息工程学院 专业名称： 电气自动化技术 班 级： 08级（02)班 学 号： 2 姓 名： 胡 康 指导教师: 岳秀梅 柯艳明 课程设计任务书 111学年第1学期学生姓名： 胡 康 专业班级： 0电气专1、2 班 指导教师: 岳 秀梅 工作部门：电气与电子信息工程学院一、课程设计题目：小型控制系统设计二、课程设计内容(含技术指标）1正确识别开关电源常用器件，对照装配图，完成电源的装配。2.在装调的基础上,查阅相关资料，试设计1种简易开关稳压电源，画出设计电路图,并对工作原理做理论分析。3.技术参数：题目：输入20
2、v单相交流电;输出为:输出电压+12V，输出电流为0.85A,输出精度小于%，功率10W;三、进度安排布置任务,查阅资料及调研,天。2.硬件设计，绘制电路图,2天。3对照装配图，完成电源的装配并调试成功，4天。4答辩、撰写设计报告书,2天。四、基本要求1画出自己设计的开关稳压电源的设计电路图,并做简要设计说明。2. 画出单端反激式开关电源的原理(只画示意框图)，对照装配图，完成电源的装配。 该电源的技术参数:题目：输入220v单相交流电；输出为：输出电压12V，输出电流为0.85，输出精度小于%,功率1W；3. 列举涉及的主要芯片、器件的资料及典型应用。(必须包括NC00,PC7、L431的资
3、料）4 回答问题1）.装调的开关电源中，各元器件的作用;2）.开关电源与线性电源相比的优点;3）衡量开关电源的技术指标；5. 本次课设心得体会。主要技术指标1 2V单相输入交流电。2. A路输出电压+24V,输出电流为1.5,输出精度小于%；3.B路输出电压+2，输出电流为0.5A，输出精度小于%；4C路输出电压5V，输出电流为10A,输出精度小于%;. 功率50。开关电源及其基本原理传统的线性稳压电源虽然电路结构简单、工作可靠,但它存在着效率低(只有40% 50%)、体积大、铜铁消耗量大,工作温度高及调整范围小等缺点。为了提高效率,人们研制出了开关式稳压电源,它的效率可达8% 以上,稳压范围
4、宽，除此之外，还具有稳压精度高、不使用电源变压器等特点，是一种较理想的稳压电源。正因为如此，开关式直流稳压稳流电源已广泛应用于各种电子设备中。单端反激式开关电源的典型电路如图三所示。电路中所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。所谓的反激,是指当开关管V1 导通时，高频变压器初级绕组的感应电压为上正下负，整流二极管VD处于截止状态,在初级绕组中储存能量。当开关管VT1截止时，变压器初级绕组中存储的能量通过次级绕组及VD1 整流和电容C滤波后向负载输出。 单端反激式开关电源是一种成本最低的电源电路，输出功率为20100W,可以同时输出不同的电压,且有较好的电压调整率。唯一的缺点是输
5、出的纹波电压较大,外特性差，适用于相对固定的负载。 单端反激式开关电源使用的开关管VT1 承受的最大反向电压是电路工作电压值的两倍，工作频率在20-200kHz之间。开关稳压电源的性能特点开关稳压电源的优点 内部功率损耗小，转换效率高 在开关稳压电源原理框图中，开关功率管V在PWM驱动信号的驱动下，交替地工作在导通截止与截止导通开关状态，转换速度非常快,频率一般可高达0kz左右。在一些电子工业发达国家,可以做到Mz以上。这便使得开关功率管V上的功率损耗大为减小，储能电感的电感量大为减小，储能效率大为提高，从而使整个开关稳压电源的转换效率得到大幅度的提高,其转换效率可高达左右。体积小，重量轻从开
6、关稳压电源的原理电路图中我们可以清楚地看出,这里没有采用笨重的工频变压器。由于开关功率管V工作在开关状态，因此其本身的功率损耗大幅度地降低，这就省去了较大的散热器。另外由于电路的工作频率比线性稳压电源中的5z工频高了好几个数量级，因此滤波效率大大提高,滤波电容的容量也大为减小。这三方面的原因，就使得开关稳压电源具有体积小，重量轻的显著优点。稳压范围宽,线性调整率高开关稳压电源的输出电压是由WM/PFM(脉频调制)驱动信号的占空比来调节的,输出电压由于输入信号电压的变化而引起的不稳定，可以通过调节脉冲宽度或脉冲频率来进行补偿。这样,在输入工频电网电压变化较大时，它仍能够保证有非常稳定的输出电压。
7、因此,开关稳压电源除具有稳压范围宽的优点外,还具有稳压效果好和线性调整率高的优点。此外，由于改变占空比的方法有脉宽调制型和脉频调制型两种,因此开关稳压电源不仅具有以上所说的优点，而且实现稳压的方法和技术也较多，设计人员可以根据实际应用的要求和需要，灵活地选用各种类型的开关稳压电源电路。开关稳压电源的缺点关稳压电源存在着较为严重的开关噪声和干扰在开关稳压电源电路中,由于开关功率管工作在开关状态,因此它所产生的高频交流电压和电流将会通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐振噪声,这些干扰和噪声如果不采取一定的措施进行抑制、消除和屏蔽,就会严重地影响整机的正常工作。此外,由于开关稳压电源电路中的振荡器
8、没有工频降压变压器的隔离,因此这些干扰和噪声就会窜入工频电网,使附近的其他电子仪器、设备和家用电器受到严重的干扰。而且这种高频干扰还会通过开关稳压电源电路中的磁性元件（如电感和开关变压器等）辐射到空间,使周围的其他电子仪器、设备和家用电器也同样受到严重的干扰。电路结构复杂，不便于维修对于无工频变压器的开关稳压电源电路中的高压、高温电解电容，高反压、大电流功率开关管,高频开关变压器的磁性材料，高反压、大电流、快恢复肖特基二极管等器件,在我们国家还处于研究、开发和试制阶段。在一些技术发达的国家，开关稳压电源虽然有了一定的发展,但在实际应用中也还存在着一些问题,不能令人十分满意。这就暴露出了开关稳压
9、电源的另一个缺点,那就是电路结构复杂，故障率高,维修麻烦。对此，如果设计者和生产者不予以充分重视,它将直接影响开关稳压电源的推广应用。控制方法的方案选择方案一:采用单片机产生PW波,控制开关的导通与截止。根据A/D后的反馈电压程控改变占空比,使输出电压稳定在设定值。负载电流在康铜丝上的取样经A/D后输入单片机,当该电压达到一定值时关闭开关管，形成过流保护。该方案主要由软件实现，控制算法比较复杂,速度慢,输出电压稳定性不好,若想实现自动恢复，实现起来比较复杂。 方案二:采用TL41芯片。TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。他的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从Vf（25V
10、）到36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为.2，在很多应用中用它代替齐纳二极管,例如,数字电压表，运放电路，可调压电源，开关电源等。电流工作模式的方案选择方案一：电流连续模式。电流连续工作状态,在下一周期到来时，电感中的电流还未减小到零,电容的电流能够得倒及时的补充,输出电流的峰值较小,输出纹波电压小。 方案二:电流断续模式。断续模式下,电感能量释放完时，下一周期尚未到来，电容能量得不到及时补充,二极管的峰值电流非常大,对开关管和二极管的要求就非常高,二极管的损耗非常大,而且由于电流是断续的,输出电流交流成分比较大,会增加输出电容上的损耗。由于对于相同功率的输出，断续工作模式的峰值电流要
11、高很多，而且输出直流电压的纹波也会增加，损耗大。开关稳压电源的硬件组成开关稳压电源等效原理图如下图开关稳压电源的主要芯片及元器件L431中文资料简介介绍:L3是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准电压源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref（5）到36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2，在很多应用中可以用它代替齐纳二极管,例如，数字电压表，运放电路、可调压电源，开关电源等等。特点：可编程输出电压为36电压参考误差:04% ,典型值5（TL431B） 低动态输出阻抗，典型0.22负载电流能力10mAto 100mA等效全范围温度系数50ppm典型 温度补偿操作全额定
12、工作温度范围低输出噪声电压脚封装引脚功能TL431符号及内部方框图L31内部电路图C100的介绍NCP1是美国On Smi 半导体公司研制开的WM电流型控制的开关电源专用芯片。基于该芯片设计的开关电源，外围电路结构简单,工作可靠；尤其是该芯片具有动态自供电(DS）功能，无需设计高频变压器反馈绕组为C 提供工作电压,可以由高压直流干线接供电,使得外围器件更少，体积更小，从而大大降低电源功耗。 200的内部结构 NCP120 采用标准电流模式体系，关断时间由峰值电流设置点确定。其内部结构如图 所示，器件内部集成有跳周期比/60/00kz 时钟、Q 触发器最大占空比80% 、欠压锁定高低稳压器等。由
13、于NP120 内置有时钟发生器，所以无需外接-S元件。 NC00的控制功能 NCP10 拥有专利的甚高压集成电路(VHVIC)技术,此技术使集成电路可由高压直流干线直接供电,即NCP20 具有动态自（DSS)功能。因此，使用NP1200时无须设计专门的反馈绕组为I 提供工电压,可直接连接光耦反馈电路,从而简化电路设计。NCP10的过电流保护功能 NCP200 控制器具有过电流保护功能，可以通过引脚3来实现。在电路中与功率开关管串联一小电阻(限流电阻）,当引脚3的输入电压超过V时,CP1200 控制器停止输出脉冲，从而截断电路，起到保护电路的作用。NP1200 属于低功耗、PWM 电流模式的单片
14、开关电源，可直接驱动IGBT 和FET；具有管脚数量少、外围电路简单、安装调试方便、性能优良等特点。优于传统电流型专用开关电源控制器件4 的NC1200,具有动态自供电系统，无须设计变压器的反馈绕组,可以做到电源体积更小、效率更高，适用于中小功率输出的开关电源应用场合。实验结果表明,该芯片设计的新型单端反激式开关电源,其输出纹波小，精度高，有着很好的应用前景。 NCP10的管脚说明引脚号引脚名称功能说明1 dj调整起跳峰值电流该引脚用来调整开始跳周期工作的电平2 FB设置峰值电流设置点通过将一个光耦合器连到该引脚,可随输出功率的需求来调整峰值电流设置点3 CS电流检测输入用于检测初级电流并通过一个L.B将其送入内部比较器4 Gnd集成电路接地端 Drv驱动脉冲驱动器至外部MOSFET的输出6 Vcc集成电路电源该引脚连接一个典型值为10F的外部电容7 空脚8 HV
