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1、wordXXXXX学院毕业论文基于TinySwitch-II 的单片反激式开关电源姓 名：所在系部：班级名称：学 号：指导教师：XX年X月 / 摘要电源是各种电子设备不可或缺的组成局部，是一切电子设备正常工作的前提条件，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标与能否安全可靠地工作。在直流稳压电源中，目前主要分为线性串联稳压电源和开关稳压电源两大类。开关电源被誉为高效节能电源，现已成为稳压电源的主流。它的优点是电源效率高，高可靠性，体积小，重量轻。单片开关电源集成电路的出现为开关电源集成化、智能化开展提供了条件，并成为开关电源开展的主流方向。本文以LED照明产品功率变换与数据控制一体化技术的研发与
2、产业化应用项目为应用背景，具体阐述了系统供电电源的设计与制作过程，是实际生产应用中的电子产品设计与研制。系统所需电源分为两局部，一是直接对交流市电进展变换得到直流高压输出，给LED灯具供电；二是需要两路独立的直流稳压 5V输出，给控制单元和数据线供电。该电源主电路采用反激式变换器电路，利用 TinySwitch-II系列微型单片开关电源集成控制芯片设计的小功率开关电源。单片开关电源具有设计流程简单，外围元件数目少等优点。本文首先简单概述了开关电源的一局部根底知识，包括开关电源的优点与其开展趋势，然后从整体上介绍了基于 TinySwitch-II的反激式单片开关电源的详细设计过程，着重介绍了PI
3、公司的单片开关电源集成电路芯片 TNY266 P的性能特点、工作原理与其外围电路设计；选择高频变压器磁芯材料并列出了参数的计算公式；外围电路其他关键元件的选择与其对电路性能的影响；第三章介绍开关电源的 EMC问题，并提出了针对的设计措施，还提出了开关电源 PCB设计时必注意的问题。最后得制作了整机电源，并进展调试与改良。关键词：开关电源，TinySwitch-II，高频变压器，电磁兼容；目录摘要i第一章前言- 1 -开关电源- 1 -开关电源与线性电源- 1 -开关电源的分类- 1 -反激式开关电源工作原理与工作方式- 2 -开关电源的开展趋势- 3 -1.2.本课题的来源和现实意义- 4 -
4、1.2.1.课题来源- 4 -1.2.2.项目介绍- 5 -第二章基于TinySwitch-II的单片反激式开关电源设计- 6 -2.1 TNY266P控制电路- 7 -2.1.1 TinySwitch-II系列的单片开关电源工作原理- 7 -2.1.2 应用TNY266P时需要考虑的几个问题- 9 -2.2 高频变压器的设计- 11 -2.2.1 高频变压器概述- 11 -2.2.2 反激式变压器设计- 11 -2.3 电容器的选择- 12 -2.3.1 滤波电容器的选择- 13 -2.3.2 X、Y 电容- 13 -2.4 反响电路设计- 14 -2.4.1 配 LM431 的光耦反响电路
5、- 14 -2.5 外围电路中其他关键元器件的选择- 15 -2.5.1 压敏电阻- 15 -2.5.2 热敏电阻- 15 -2.5.3 肖特基二极管- 16 -第三章单片开关电源的电磁兼容(EMC)设计- 16 -3.1 电磁兼容简介- 17 -3.1.1 电磁兼容简介- 17 -3.1.2 电磁兼容设计- 17 -3.2 单片开关电源的EMC设计- 18 -3.2.1 开关电源 EMI 产生机理 11 12 - 18 -3.2.2 EMC设计措施- 18 -3.3 PCB 设计- 20 -3.3.1 PCB 设计应考虑的一般性问题- 20 -3.3.2 符合相关安规标准与EMC标准- 21
6、 -第四章电源整机测试与改良- 23 -4.1 开关电源的主要技术参数- 23 -4.1.1 电压调整率- 23 -4.2 输出纹波与噪声测试- 24 -第五章结论- 24 -参考文献- 25 -致- 26 -第一章 前言电源是各种电子设备不可或缺的组成局部，是一切电子设备正常工作的前提条件，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标与能否安全可靠接地工作。从某种程度上来讲，可以说是电子设备的心脏。电源给系统的电路提供持续的、稳定的能量，使系统免受外界的侵扰，并防止系统对其自身做出伤害。如果电源发生故障，不应造成系统的故障本章主要介绍了开关电源的一局部根底知识并给出实际项目的应用背景。在直流稳压电
7、源中，目前主要分为线性串联稳压电源和开关电源两大类。它们都是利用电子线路反响控制技术实现输出电压稳压的。线性串联稳压电源是当输入或输出电压变化时，通过连续线性调整功率管的压降获得稳定的输出电压。而开关稳压电源是通过调整功率管的导通或截至时间获得稳定的输出电压。在正常工作情况下，串联稳压电源中的功率调整管始终处于导通状态，而开关电源中功率开关管在一个周期，一局部时间处于导通状态，另一局部时间处于截止状态，而且导通时处于饱和状态。而串联稳压电源的功率调整管不能工作在饱和状态，只能工作于线性放大状态，否如此无法实现稳压调整功能。开关电源与线性电源相比，少了笨重的工频变频器，体积小，重量轻，最大的优点
8、在于开关电源的效率要比线性电源高两倍左右，一般为70%90%。开关电源的构成方法很多，其分类方法也多得使人无所适从，下面就本文相关密切的方向介绍一下开关电源的分类方法2。l 按驱动方式分类（1） 自激式开关电源 其借助于变换器本身的正反响控制信号，实现开关自持周期性开关。开关管起着振荡器件和功率开关的作用，如单管振铃扼流圈变换器，即称RCC变换器;双关单变压器耶尔Royer电路；双管双变压器詹森Jensen变换器电路。（2） 他激式开关电源 其电源部备有专门独立的振荡电路，与振荡器同步的控制信号驱动开关管。如单端正激式开关电源电路。l 按输入与输出是否隔离分类（1） 隔离开关变换器 它是高频变
9、压器将变换器的一侧输入与二次侧输出隔离。这种变换器结构主要在单端正激式变换器、单端反激式变换器、推挽式变换器、半桥式变换器、全桥式变换器。（2） 非隔离室变换器 它是在电气上输入和输出不隔离的。输入与输出共用一个公共端。这种变换器结构主要有降压型Buck变换器、升压型Boost变换器、降压升压BuckBoost变换器以与它们的组合变形电路，如Cuk变频器、Zeta变换器、Spice变换器等。单端反激变换器是在反极性Buck-Boost变换器根底上演变而来的，因此具有反极性变换器的特性，也称为Flyback Converter。所谓反激,是指在开关电源导通时，将电源的能量储存在变压器中，即变压器
10、一次侧电感储能，输出二极管处于截止状态，二极管导能，将导通期间的储能传输到二次侧负载。图反激式开关电源单片开关电源有两种工作方式，一种是连续模式CUM(Continuous Mode)，另一种是非连续模式DUM(Discontinuous Mode)1。这两种模式的开关电流波形分别如如下图。由图可见，在连续模式下，初级开关电流是从一定幅度开始增大的，上升到峰值再迅速回零。其开关电流波形成梯形。这是因为在连续模式下，储存在高频变压器中的能量在每个开关周期并未全部释放掉，所以下一开关周期具有一个初始能量。采用连续模式可减小初级峰值电流和有效电流，降低芯片的功耗。但连续模式要求初级电感量，这会导致高
11、频变压器的体积增大。综上所述，连续模式适用于选输出功率较小的控制芯片和尺寸较大的高频变压器。非连续模式的开关电流如此是从零开始上升到峰值，再将至零的。这意味着储存在高频变压器中的能量必须在每个开关周期完全释放掉，其中开关电流波形呈三角形。非连续模式下的、值较大，但所需要的较小。因此，它适合采用输出功率较大的控制芯片，配尺寸较小的高频变压器。今天，开关电源最主要的市场是在小功率领域，但在中等功率以至较大功率领域，开关电源的优势已十清楚显。随着人们对开关电源技术研究的不断深化，在中等功率与以上的领域应用更广阔。开关电源的应用围是越来越广，反过来又遇到更多的问题和难题。这些问题可归纳为以下几点：开关
12、电源具有体积小、重量轻、效率高的优点，加上已有市售的开关电源集成控制模块，使电源的设计、调试简单化，所以在计算机、电视机以与各种控制系统中得到广泛应用。但是开关电源在工作时，其开关器件的电压和电流波形都是以极短的时间上升和下降。这些具有陡变沿的脉冲信号会产生很强的电磁干扰，使处于同一电磁环境的其他设备降级或失效。目前人们已认识到需要对这种电磁干扰进展控制，特别是工业兴旺国家格外重视控制电磁干扰，成立了国家级以与国际间的组织，对电干扰问题进展研究，并实行电磁兼容性许可证制度。目前，开关电源一直还是处于中小型功率围开展。随着半导体器件的开展，市场上大型电子装置不断的问世，对大容量开关电源的需求越来
13、越强烈。所以，这对目前开关电源的容量是一个很大的挑战，急需研制出大容量的开关电源以适应社会的需求和开展。为提高线性稳压器电源的效率，适应现代电子设备多功能和小型化，开关电源电路应运而生。但开关电源的电路结构使得电网的功率因数下降只有0.65左右，同时又使输电线上损耗增加，浪费了大量电能。为此，提高开关电源的功率因数不仅有利于提高电网质量，更重要的是节省了能源。开关电源频率提高，开关电源的动态响应才能快，这样才能适应当今电子设备中高速微处理器开展，也是使开关电源小型化、模块化的重要途径。5.使开关电源小型化、模块化随着电子技术与半导体器件的开展，计算机等电子装置的集成度不断增加，功率越来越强，而
14、它们的体积却越来越小。因此，迫切需要体积小、重量轻、效率高、性能好的新型电源，研究小型化、模块化的开关电源是电子装置开展的前期工作。这些问题的实现是开关电源能否在广阔领域中应用的关键。我们应把问题和困难看成动力和机遇，全身心投入到开关电源这一事业当中来，使开关电源产业有着广阔美好的开展前景。本项目LED照明产品功率变换与数据控制一体化技术的研发与产业化应用是与公司合作的项目，是实际生产应用中的电子产品设计与研制，而电源作为其中一个重要根底局部，为整个系统的集成化提供了条件。由于单片开关电源的优越性，在本系统中我们用它来作为整个系统的供电电源。因为是实际应用的电子产品，所以必须在设计过程中必须考
15、虑相关电源类产品的标准要求，如安规、 EMC等。 全彩色 LED 照明产品的控制一般采用总线进展亮度控制并产生颜色变化。为使 LED光源能够持续稳定可靠地工作，需采用恒流驱动方式。但目前市场上的 LED 照明产品绝大多数是使用开关电源降压后再对 LED 进展恒流驱动，由于电源是经过上下压变换后再驱动 LED 发光，电能的利用效率较低。本项目拟在 LED 灯具的设计中取消开关电源，直接对 AC220V电源进展功率变换并进展恒流处理后驱动 LED发光，同时在灯具里设计并集成低功耗的逻辑控制电路，以减少低压驱动电路的功率损耗，提高电能的利用效率 ,促进高效节能 LED 照明产品的产业化。根据项目需求，分析系统电源局部的具体设计目标，确定开关电源局部目标参数如下：高压输出局部：交流输入电压：100V240V AC；直流高压输出：约 310V高压给 LED灯具供电；开关电源输出局部：第一路稳压输出电压 ： 5V；第二路稳压输出电压 ：变压器次级输出为 9V，经 7805稳压得到 5V输出；第一路稳压输出的功率 ：2W；第二路稳压输出的功率 ：3W；效
