电源技术实训报告
开关稳压电源制作
系别：机电工程系
专业：应用电子技术
姓名：
同组成员：
学号：0906020122
指导老师：
20##年11月
目录
1、任务与要求·············································1
1.1、任务······················································1
1.2、要求······················································1
2、方案论证··············································1
2.1 DC-DC主回路拓扑···········································1
2.2控制方法及实现方案·········································1
3. 电路设计···············································2
3.1电路整体设计···············································2
3.2 主回路器件的选择··········································2
3.3控制电路设计···············································3
3.4效率的理论分析及算·········································3
3.5过流/过压保护电路原理与设计································3
4．测试方法与数据········································4
4.1 测试仪器···················································4
4.2测试方法···················································4
5．测试结果分析··········································5
5.1实验结果··················································5
5.2误差分析···················································5
5.3改进措施···················································5
6．电路图原理图及PCB图··································6
7．参考文献·············································7
8.元件清单············································7
1任务与要求
1.1、任务
设计并制作如图1所示开关稳压电源。
图1-1 电路框图
1.2、要求
在电阻负载条件下，使电源满足下述要求：
基本要求
(1) 输出电压Uo可调范围：30V-36V;
(2)最大输出电流Iomax：1A；
(3)U2从18V变到21V时，计算电压调整率：Su≤2%；
(4)计算DC-DC变换器的效率n
(5)具有过流保护功能,动作电流Io(th)=1.3+0.2A;
2、方案论证
2.1 DC-DC主回路拓扑
图2-1 主电路
2.2控制方法及实现方案
采用电压型脉宽调制技术，产生频率固定，脉冲宽度可调整的方波脉冲，采用电压反馈环控制系统，它的反馈信息取自输出电压，用反馈电压调整控制器的输出脉冲宽度，改变脉冲占空比，实现开关电源的稳定。
3. 电路设计
3.1电路整体设计
通过TL494控制输出脉宽控制IRF640的开关频率，使电感储存电能的时间不同，从而控制输出电压的高低。
图3-1 TL494管脚分布和内部电路图
3.2 主回路器件的选择
TL494、IRF640、FR157、600uH电感、220uF/50V电容
3.3控制电路设计
通过电阻R10、R11、R12分压采样反馈到TL494的1脚，然后与2脚的基准电压比较，从而改变3脚电位的高低，达到控制脉宽的宽窄。通过电阻R14的电压采样反馈到TL494的16脚，后与15脚电压进行比较，改变3脚电位的高低，即可控制脉宽的宽窄。
3.4效率的理论分析及计算
在U2=18V，输出电压UO=45V，输出电流IO=2A的测试条件下。此电路的额定功率PO=90W，为了使此电路的效率达到%90以上则要求输入功率为100W，允许损耗的功率为10W。
电路的损耗一般包括电感储能损耗，整流二极管损耗，开关管的损耗。
（1）储能电感损耗，储能电感损耗公式如下：
PIND=PCO+PPE=I2rmsRe+△Bm
其大致功率为1.4w。
（2）肖特基二极管的损耗，当二极管导通时流过二极管的电流等于电感电流，约为IO=3.86A，为降低损耗可以采用双管并联的方式，每只二极管的电流约为1.8A，对应其UD=0.42V，二极管导通损耗PD=IOUD=1.8w
（3）开关管的损耗包括开关损耗和导通损耗。开关管的损耗直接与开关频率有关系，其功率损耗的计算公式为
P=I2RTonf+0.5×2∫50i2Rf。
取Ton=T/2,f=50kHz,则开关管得损耗约为1.5W。
经计算，可得到电路的功率损耗约为4.7W，其效率可达到95.3%
3.5过流/过压保护电路原理与设计
过流保护：如图R14电阻对负载电流进行取样，返回至TL494的16脚，与15脚电压进行比较，当16脚电压超过15脚电压时，使3脚电压上升，从而降低输出的占空比；
过压保护；如图3与图4，将可调电阻R14的2脚电压接至LM339的正端，输出端接至TL494的4脚，当Uref电压超过负端电压时，输出端为高电平，使TL494的4脚电压为高电平，从而使TL494输出占空比为0；
图 3-2 过压保护电路
4、测试方法与数据
4.1测试仪器
数字万用表、电源
4.2测试方法
①电路板焊接完后，用万用表测试电路板是否有短路、断路；
②检查无误后，给电路板上电，电压表打到DC200V档，红表笔接TL494的12脚，黑表笔接7脚，测得电压是否为电源电压，若不相等，先检查下电路板；
③用示波器测量TL494的5脚，测得为三角波；
④用万用表测量TL494的4脚是否为低电平，若不是，则调整可调电阻R15，使4脚电压为低电平；
⑤调整可调电阻R6，使15脚电压与16脚电压进行比较，从而改变输出的占空比。
5、测试结果分析
5.1测试结果
1) 电源端接18V电压
2） 实测时候5脚和6脚震荡所产生的锯齿波
图7-1 电路震荡波形图
5.2误差分析
1、温度变化时，电阻阻值会变化，计算结果会产生误差。
2、器件的选择和仪器的选择不可避免的产生一定的误差。
3、电路板受外界的电磁干扰也会影响电路的读数。
4、在PCB设计布图走线差异的干扰
5.3改进措施
1、基本电阻都使用阻值精度高的5色环电阻。
2、可调电阻改成精度高德滑阻。
6、电路图原理图及PCB图
图6-1 电路原理图
图 6-2 电路PCB图
7、参考文献
王川主编/实用电源技术-重庆大学出版社 2000.8
8、元件清单（都一个）
插槽 DIP8 一个
DIP16 一个
第二篇：开关稳压电源__实验报告
开关稳压电源
1．方案论证
本设计是根据本次电子竞赛题目的基本要求所制作的开关稳压电源，系统分为AC-DC变换电路、DC-DC变换电路、数字设定与显示电路、保护和测量电路等四部分。现对系统重要部分作方案论证。
1.1 DC-DC主回路拓扑的选择
根据题目要求DC-DC变换器由以下两种方案可实现：1）采用Boost型拓扑结构变换器实现；2）采用推挽型拓扑结构变换器实现。
Boost变换器容易实现，且技术成熟；推挽变换器中可能出现单向偏磁饱和，容易使开关管损坏。经比较，决定主回路拓扑结构采用Boost型拓扑结构变换器。
1.2 控制方法
方案一 脉冲宽度控制 脉冲宽度控制是指开关工作频率(即开关周期)固定的情况下直接通过改变导通时间来控制输出电压大小的一种方式。因为改变开关导通时间就是改变开关控制电压的脉冲宽度，因此又称脉冲宽度调制(PWM)控制。
方案二 脉冲频率控制 脉冲频率控制是指开关控制电压的脉冲宽度不变的情况下，通过改变开关工作频率(改变单位时间的脉冲数，即改变T)而达到控制输出电压大小的一种方式，又称脉冲频率调制(PFM)控制。
PWM控制方式因为采用了固定的开关频率，因此，设计滤波电路时就简单方便,而脉冲频率控制方式开关频率不确定，滤波电路较复杂，对硬件要求高。所以采用方案一 作为控制方法。
1.3提高效率的方法
提高开关电源的效率方法：(1)采用软开关PWM变换控制技术提高效率； (2)改进驱动电路及优选参数提高效率；(3)改进缓冲吸收电路及参数选取提高效率；(4)改进磁性部件的设计提高效率；(5)正确选取功率器件，降低损耗提高效率等。
本设计采用提高效率的方法有：(1)改进缓冲吸收电路及参数选取提高效率； (2)改进磁性部件的设计提高效率；(3)正确选取功率器件，降低开关损耗提高效率。
具体：{ 通过提高工作频率，让工作频率达到100KHZ；
选用小导通电阻、高开关速度的MOSTET，降低MOSFET开关损耗。选用了IRF640（VDSS= 200 V， RDS(on) < 0.18 W，ID= 18 A）
选用快速恢复整流二极管，减少反向导通时间，减少损耗。选用了肖特基二极管RHRP15120，恢复时间trr < 65ns。 }
以过验证，本设计的系统原理框图如图1-1：
图1-1 系统原理框图
220V交流电压经整流滤波后，得到约89Ｖ的直流电压加到DC-DC变换器上，用脉宽调制电路产生的双列脉冲信号去驱动场效应管，通过功率变压器的耦合和隔离作用在次级得到准方波电压，经整流滤波反馈控制后可得到稳定的直流输出电压。
2．电路设计
2.1 主回路电路原理图
Boost变换器是DC-DC变换器中、最易于实现的、最常用的、最成熟的和输出电压等于或小于输入电压的非隔离型变压电路，且输入与输出负端是公共端。原理图如下：
图2-1 Boost原理图
2.2 控制电路设计与参数计算
控制电路以脉宽调制电路TL494为控制核心。其内部功能框图与基本单元电路如图2-1所示。TL494是一种固定频率脉宽调制电路，它包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛应用于开关电源的各种拓扑结构。 TL494是一个固定频率的脉冲宽度调制电路，内置了线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节，其振荡频率如下：
图 2-2内部功能框图与基本单元电路
图2-3 TL494应用原理图
如图2-3所示本设计fosc=43KHz,根据得fos=1.1÷(C1×R1) 得R1=43KΩ
2.3 效率的分析及计算
开关电源由于其功率变换装置工作在高频开关状态，与线性稳压电源相比，具有体积小、效率高等特点。但是，开关电源的损耗是开关电源实现高频化、小型化的障碍。
造成效率降低的原因很多，主要有：
1）变换器控制技术不合理；
2）功率开关管栅极驱动电路参数设计和布局不合理；
3）高频变压器设计出现问题；
4）吸收回路的电路结构及参数选取不合理；
5）滤波电感线圈设计出现问题；
6）开关管的特性引起的问题等。
效率的计算公式如下：
2.4 保护电路设计与参数计算
过电流保护是一种电源负载保护功能，以避免发生包括输出端子上的短路在内的过负载输出电流对电源和负载的损坏。通过在输出端接入反馈电阻由单片机通过A/D转换监测输出电流值，在电流值高于2.5A时关断电路。考虑到负载会消耗功率，降低DC-DC的效率，采样电阻选用3W,0.5Ω的电阻。
2.5 数字设定及测量显示电路的设计
数字设定及测量显示部分由AVR ATMEGA16单片机、4×4键盘和128×64液晶显示器构成。与普通的LED相比，液晶显示界面与操作界更友好。
单片机程序采用C语言编写，与其他语言相比，具有简单、方便、移植性好及可读性强等优点。系统程序设计分成了两个模块，即主控程序模块和中断服务程序模块。
如果图2-4所示主控程序工作原理是，在单片机上电后对D/A芯片、A/D、液晶显示器等进行初始化。然后进行键盘扫描并根据键盘的设置值，进行相应的显示，在A/D转换完成后产生中断并进入中断服务程序对A/D转换的数据进行处理。中断服务程序流程图见图2-5。
图2-4 单片机主控程序流程图 图2-5单片机中断服务程序流程图
3．系统测试
3.1 测试方法
出于安全考虑，在系统测试过程中用到了5只数字万用表。其中有监测隔离变压器的副边电压、UIN、IIN、输出电压和输出电流。用示波器检测输出波型，观察纹波，及TL494的输出波形，并记录数据。
3.2 测试仪器
1) 40MHz模拟示波器（双通道） 1 台
2) 普通数字万用表 4只
3) 四位半数字万用表 1只
4) 单相自耦调压器 1个
3.3 测试主要数据
4.3.1 输出电压可调范围(见下表)
表4-1
3.3.2 输出最大电流
理论值：2A; 实测值: 2A
3.3.3 电压调整率
设定值为36V:
当U2=15V IO=2A 时: UO=35.96V; 当U2=18V IO=2A 时 UO=35.93V;
当U2=21V IO=2A 时: UO=35.95V;
可得电压调整率≤0.2％
3.3.4负载调整率
当U2=18V IO=0A 设定值为36V时 UO=36.08V;
当U2=18V IO=2A 设定值为36时 UO=35.93V;
可得负载调整率≤0.5％
3.3.5 DC-DC变换器的效率
当UIN=24V IIN=3.66A 时U2=18V IO=2A UO=36V
效率η=≈81.9％
3.3.6 输出纹波测试
测试方法：用示波器测试，AC耦合，20ms/div扫描速度。
测得最大输出纹波电压峰峰值为41mv（题目要求<=1V）
（纹波测试技巧：示波器探头夹在电容两个引脚端，越近越好，这样测试纹波则相当小。）