DC-DC電源實(shí)習(xí)報(bào)告

源三路輸出測(cè)試報(bào)告 參賽人員 指導(dǎo)老師 摘 要： 要求 15V 輸入，用 動(dòng)，主電路采用升降壓斬波，希望能實(shí)現(xiàn)降壓 出 5V。 關(guān)鍵詞 ：開關(guān)電源；降壓型； 換； 5V V. 目 錄 1 開關(guān)電源現(xiàn)狀及前景 4 內(nèi)外開關(guān)電源的發(fā)展?fàn)顩r 5 內(nèi)開關(guān)電源的發(fā)展?fàn)顩r 2 關(guān)電源發(fā)展前景 3 論文主要工作目的 4 2 開關(guān)電源基礎(chǔ)理論 5 壓電源簡(jiǎn)介 5 離型開關(guān)電源簡(jiǎn)介 6 隔離型開關(guān)電源理論 基礎(chǔ) 7 關(guān)電源的基本構(gòu)成 7 3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求 8 驗(yàn)名稱： 壓電路 8 驗(yàn)要求 8 4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 10 理圖 10 如下圖所示 11 壓電路的設(shè)計(jì) 12 流電路 12 波電路 13 源電路仿真 13 源電路輸出電壓波形仿真 14 作分析 14 5 調(diào)試 15 6 測(cè)試結(jié)果與分析 17 據(jù)統(tǒng)計(jì) 17 差分析 17 進(jìn)措施 17 7 實(shí)習(xí)總結(jié) 18 1 開關(guān)電源現(xiàn)狀及前景 內(nèi)外開關(guān)電源的發(fā)展?fàn)顩r 電源管理芯片市場(chǎng)的品牌構(gòu)成仍是國(guó)外廠商處于領(lǐng)先地位，市場(chǎng)排名前十的企業(yè)無一例外全部為外資企業(yè)，其中美國(guó)廠商優(yōu)勢(shì)明顯。國(guó)外開發(fā)電源管理芯片的廠商很多，主要有 I、 ，他們的產(chǎn)品都已經(jīng)非常成熟能夠提供高質(zhì)量、全系列的電源管理芯片。在非隔離的 換技術(shù)中， 司的預(yù)檢測(cè)柵驅(qū)動(dòng)技術(shù)采用數(shù)字技術(shù)控制同步 換效率高達(dá) 97%，其中是其代表產(chǎn)品。在電源數(shù)字化方面走在前面的公司有 司已經(jīng)用 成了通訊用的 48V 輸出大功率電源模塊，其中 分完全為數(shù)字式控制。 內(nèi)開關(guān)電源的發(fā)展?fàn)顩r 近 5 年來，在下游電子產(chǎn)品整機(jī)產(chǎn)量高速增長(zhǎng)的帶動(dòng)下，中國(guó)電源管理芯 片市場(chǎng)保持了快速的增長(zhǎng)，從 2003 到 2007 年，市場(chǎng)復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到 25%。隨著電源管理芯片技術(shù)門檻的降低，越來越多的片設(shè)計(jì)公司 )開始涉及該領(lǐng)域，尤其是臺(tái)灣和中國(guó)內(nèi)地廠商，近年來發(fā)展快速，已經(jīng)在中低端電源管理管理芯片領(lǐng)域取得較大成功。消費(fèi)、網(wǎng)絡(luò)通信和計(jì)算機(jī)一直是電源管理芯片市場(chǎng)最主要的應(yīng)用領(lǐng)域，三大領(lǐng)域依然占據(jù)了中國(guó)電源管理芯片市場(chǎng)近 80%的市場(chǎng)份 額。國(guó)產(chǎn)開關(guān)電源已占據(jù)了相當(dāng)市場(chǎng)，一些大公司如中興通訊自主開發(fā)的電源系列產(chǎn)品已獲得廣泛認(rèn)同，在電源市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中頗具優(yōu)勢(shì)，并有少量開始出口。 關(guān)電源發(fā)展前景 目前開關(guān)電源是在電子、通信、電氣、能源、航空航天，軍事以及家電等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛的一種電力電子裝置?？梢哉f開關(guān)電源技術(shù)是目前中小功率直流電能變換裝置的主流技術(shù)。據(jù)市場(chǎng)調(diào)研公司道， 2006 年模擬 場(chǎng)增長(zhǎng)約 15，銷售額從 2005年 319 億美元增至 370 億美元。在模擬領(lǐng)域的諸多產(chǎn)品種類中，電源管理芯片的市場(chǎng)空間最大，這主要源于電源管理芯片極為廣泛的應(yīng)用。電源管理約占整個(gè)模擬 場(chǎng) 31 2的份額，其中從銷售收入來看，貢獻(xiàn)最大的是開關(guān)電源 7。 論文主要工作 目的 電源管理芯片產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)表現(xiàn)為多樣化，包括同時(shí)提供多個(gè)不同的供電電壓趨勢(shì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期縮短趨勢(shì)、產(chǎn)品面積縮小趨勢(shì)以及低成本趨勢(shì)等等。本論文就是按照這種趨勢(shì)做的一種降壓型 系統(tǒng)性能研究開始，設(shè)計(jì)各模塊電路。利用在各個(gè)子電路進(jìn)行參數(shù)修正及仿真驗(yàn)證?；谝陨系挠懻摲治?，結(jié)合降壓式 關(guān)電源的實(shí)際應(yīng)用，在本 設(shè)計(jì)中首先設(shè)定了如下的設(shè)計(jì)目標(biāo)： （ 1)電源電壓輸入為 15V。 （ 2)輸出電壓在 5V。 最終將完成整體電路的設(shè)計(jì)與仿真，完成部分電路的版圖設(shè) 計(jì)和驗(yàn)證。為完成以上設(shè)計(jì)目標(biāo)，建立的設(shè)計(jì)環(huán)境如下： 在軟件方面： 0，仿真工具是 本論文主要介紹了電源管理的概念、開關(guān)電源的發(fā)展以及應(yīng)用前景；對(duì)開關(guān)電源的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，作為后續(xù)的設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)；對(duì)降壓式 關(guān)電源整體電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)整體電路進(jìn)行仿真。 2 開關(guān)電源基礎(chǔ)理論 壓電源簡(jiǎn)介 在開關(guān)電源出現(xiàn)之前，線性穩(wěn)壓電源已經(jīng)應(yīng)用了很長(zhǎng)一段時(shí)間。而后，開關(guān)電源是作為線性穩(wěn)壓電源的一種替代品出現(xiàn)的，開關(guān)電源這一稱謂也是相對(duì)于線性穩(wěn)壓電源而產(chǎn)生的。 線性穩(wěn)壓電源的基本原理框圖如圖 1 所示。 圖 1 線性穩(wěn)壓電源 離型開關(guān)電源 簡(jiǎn)介開關(guān)電源就是為了克服線性穩(wěn)壓電源的缺點(diǎn)而出現(xiàn)的，而隔離型是其中一種類型的電路，應(yīng)用于 關(guān)電源 中 。 其 典 型 結(jié) 構(gòu) 如 圖 2 所示， 圖 2 C 開關(guān)電源 隔離型開關(guān)電源理論基礎(chǔ) 非隔離型電路通常用于各種 換器，這種電路的主要特點(diǎn)是功率 管工作在開關(guān)狀態(tài)。它利用電感元件和電容元件的能量存儲(chǔ)特性，隨著功率管不停地導(dǎo)通、關(guān)斷，具有較大電壓波動(dòng)的直流電源能量斷續(xù)地經(jīng)過開關(guān)管，暫時(shí)以磁場(chǎng)能形式存儲(chǔ)在電感器中，然后經(jīng)電容濾波得到連續(xù)的能量傳送到負(fù)載，得到經(jīng)變換后的電壓脈動(dòng)較小的直流電能，實(shí)現(xiàn) 換。 換器系統(tǒng)由主電路和控制電路組成，構(gòu)成開關(guān)電源的主電路的元件，包括輸入電源、開關(guān)管、整流管以及儲(chǔ)能電感、濾波電容和負(fù)載，它們共同完成電能的轉(zhuǎn)換和傳遞，合稱為功率級(jí)；控制電路則通過控制功率開關(guān)管的通斷實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出電壓恒定在設(shè)定值，從而控制 主電路的工作狀態(tài)，使主電路從輸入電源處獲得的能量和傳送到負(fù)載的能量維持平衡。通常，當(dāng)輸入的電池電壓及輸出端的負(fù)載在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，負(fù)載電壓可以維持恒定。 關(guān)電源的基本構(gòu)成 開關(guān)電源采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)器件，通過周期性間斷工作，控制開關(guān)器件的占空比來調(diào)整輸出電壓。開關(guān)電源的基本構(gòu)成如圖 4 所示。 3 實(shí)驗(yàn)名稱及要求 驗(yàn)名稱： 壓電路 驗(yàn)要求： 1、 輸入 14V，輸出 8V 2、 掌握簡(jiǎn)單開關(guān)電源工作原理 3、 進(jìn)一步掌握制版、電路調(diào)制等技能 二、 實(shí)驗(yàn)器材清單： 元件名稱 型號(hào) 數(shù)量 電阻 0 390 490 1K 2K 10K 20K 1 1 1 1 2 1 2 1 電容 220 470 472 27 104 1 1 1 1 1 二極管 穩(wěn)壓管 5822 4148 1 1 1 1 電感 L 1 接頭 2 底座 2 場(chǎng)管 部工作原理簡(jiǎn)介 上圖示出了 部框圖和引腳圖， 用固定工作頻率脈沖寬度可控調(diào)制方式，共有 8 個(gè)引腳，各腳功能如下： 腳是誤差放大器的輸出端，外接阻容元件用于改善誤差放大器的增益和頻率特性； 腳是反饋電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的 準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓，從而控制脈沖寬度； 腳為電流檢測(cè)輸入端， 當(dāng)檢測(cè)電壓超過 1V 時(shí)縮小脈沖寬度使 電源處于間歇工作狀態(tài)； 腳為定時(shí)端，內(nèi)部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時(shí)間常數(shù)決定，f= 腳為公共地端； 腳為推挽輸出端，內(nèi)部為圖騰柱式，上升、下降時(shí)間僅為 50動(dòng)能力為 1A ； 腳是直流電源供電端，具有欠、過壓鎖定功能，芯片功耗為 15 腳為 5V 基準(zhǔn)電壓輸出端，有 50負(fù)載能力。 4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 本電路主要包括變壓器降壓，橋式整流電路，濾波電路，降壓電路， 換電路構(gòu)成。其中降壓電路是一種高效的三增益開關(guān)電源 壓變換器系統(tǒng)。 本電源電路是實(shí)現(xiàn) 把 15V 交流電源變換成 5V 的穩(wěn)壓電源，它的工作原理是：經(jīng)過降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后輸出直流電壓。 其電路原理圖如下圖所示 理圖 12 如下圖所示 2 12 1212 12 1211221211232 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 3 48 7 6 511 24 壓電路的設(shè)計(jì) 一、 路設(shè)計(jì)至少要 考慮以下條件 ： 1、外部輸入電源電壓的范圍，輸出電流的大小。 2、 出的電壓、電流、系統(tǒng)的功率最大值。 流電路 該部分電路是采用橋式整流電路，把經(jīng)過降壓后的交流電變成單方向的直流電，因?yàn)橄啾扔诎氩ㄕ?、全波整流電路，橋式整流電路的整流效率較高，其輸出電 壓平均值即整流輸出電壓 U 在一個(gè)周期內(nèi)的平均值： m a x m a 22 2 ( ) 0 . 9 1 8U U S i n w t d w t U V 3在式 3， w 為市電頻率 50 波電路 經(jīng)過整流后的直流電幅值變化很大，會(huì)影響電路的工作性能。可利用電容的 “通交流， 隔直流” 的特性，在電路中并入并聯(lián)電容 C 作 為電容濾波器，濾去其中的交流成分。 以上交流電壓轉(zhuǎn)換、整流、濾波三部分統(tǒng)稱為電源輸入部分，將15V 交流電轉(zhuǎn)換成為穩(wěn)定的 5V 直流電作為電源的輸入端，其電路圖如下圖所示。 電源輸入部分電路圖 源電路仿 真 電源電路仿真主要應(yīng)用了常用軟件 英國(guó)司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真及印制電路板設(shè)計(jì)軟件，它可以仿真、分析各種模擬電路與集成電路，軟件提供了大量模擬與數(shù)字元器件及外部設(shè)備，各種虛擬儀器，特別是它具有對(duì)單片機(jī)及其外圍電路組成的綜合系統(tǒng)的交互仿真功能。 源電路輸出電壓波形仿真 本設(shè)計(jì)采用 分對(duì)主干電路進(jìn)行仿真。電路輸入端為電 15V 交流電，輸出端輸出 5V 左右的直流電壓，仿真時(shí)取5V,12V 為測(cè)量點(diǎn)在空載情況下對(duì)其進(jìn)行波形仿真 作分析 電路板的制作除了原理圖， 真以外，還有一個(gè)重要環(huán)節(jié)就是電路元件的焊接，其中包括元器件的分布，飛線的排列，焊接溫度和焊點(diǎn)的掌控等等。 制作過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤 本次 路板的制作我們小組 出現(xiàn)了以下幾種問題 ： 1 元器件的布局不夠合理。 2 電烙鐵溫度的不合理掌控。 3 焊點(diǎn)出焊錫的量把握不好。 4 連焊的不完全掌握。 5 飛線的不合理分布，出現(xiàn)交叉。 6 有的元件虛焊。 5 調(diào)試 6 測(cè)試結(jié)果與分析 據(jù)統(tǒng)計(jì) 輸入 0% 2% 76% 9% 81% 80% 差分析 溫度變化時(shí)，電阻阻值會(huì)變化。計(jì)算結(jié)果會(huì)產(chǎn)生誤差。 器件的選擇和儀器的選擇不可避免的產(chǎn)生一定的誤差。 電路板受外界的電磁干擾也會(huì)影響電路的讀數(shù)。 由于電路板是焊接而