小功率ACDC變換器設計與實現(xiàn)

1、編號 學士學位論文小功率AC-DC變換器設計與實現(xiàn)學生姓名： XXX 學 號： 2011020XXXX 系 部： 物理系 專 業(yè)： 電子信息科學與技術(shù) 年 級： 2011級 指導教師： XXXXX 完成日期： 2015 年 5 月 6 日中文摘要隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和新型功率元器件的不斷出現(xiàn)，開關(guān)電源技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，在計算機、通訊、電力、家用電器、航空航天等領(lǐng)域得到廣泛應用，取得了顯著的成果。本論文是通過使用高頻變壓器、LM431、光耦合器等為關(guān)鍵部件，設計并制作5V1A開關(guān)電源。論文主要完成的內(nèi)容有：（1）根據(jù)設計需要選擇開關(guān)電源電路。（2）設計主電路，控制電路，并確定相關(guān)器件參數(shù)。

2、（3）通過實驗和計算對設計中的數(shù)據(jù)進行驗證。本論文對開關(guān)電源的濾波、整流、反饋電路等分別作了細致的研究工作，通過實驗和計算，掌握了簡單開關(guān)電源設計的核心技術(shù)，并對設計過程進行了闡述。 關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；反激式；反饋;5V1AAbstractWith the development of the electronic technology and the emerging of new power components, switching power supply has been widely used in computer, communications, electricity, ho

3、me appliances and aerospace fields, achieving remarkable results. The present paper is through use power control chip design and production CR6850C 12V5A switch power supply. The main content of the papers are: (1)According to the design needs to choose switching power supply circuit; (2)Design main

4、 circuit, control circuit, the power factor correction circuit, and identify the device parameters; (3)Through experiment and computing to verify the data design; In the thesis, the switching power supply filtering, rectifier and the feedback circuit are studied in details. The main technology of de

5、signing switching power supply is obtained by experiments and calculations. The design process is specified also. Key words: SwitchPower Spply; Flyback ; feedback; 5V1A; 目錄1 緒論1.1 開關(guān)電源的概念和分類 1.1.1開關(guān)電源的概念31.1.2開關(guān)電源的分類41.2 開關(guān)電源設計中存在的問題與未來發(fā)展1.3 開關(guān)電源設計中的開關(guān)電源術(shù)語2 開關(guān)電源設計的設計理論2.1 開關(guān)電源的主電路設計2.1.1主電路設計92.2 控制

6、電路設計93 開關(guān)電源仿真設計103.1 開關(guān)電源仿真分析114 開關(guān)電源的電路設計12 4.1工作原理12 4.2 原器件清單13 4.3 PC817介紹14 4.4 開關(guān)電源電路分析15結(jié) 論16參考文獻17致謝181. 緒論1.1 開關(guān)電源的概念和分類1.1.1 開關(guān)電源的概念開關(guān)電源通常是指人們利用現(xiàn)代的電力電子技術(shù)，來人工控制開關(guān)管連通和斷開的時間的比率，保持輸出電壓穩(wěn)定的一種電源，開關(guān)電源通常是由輸入電磁干擾濾波器、輸入整流濾波電路、功率因數(shù)校正變換電路、采樣控制比較電路、輸出整流濾波電路。開關(guān)電源和線性電源相比，它們兩個的制造成本都是跟著輸出開關(guān)電源功率的增大而不斷增長，但它們兩

7、個功率的增長速率都不一樣1。通常按照電力電子理論，人們所說的AC/DC就是交流轉(zhuǎn)換為直流；AC/AC稱為交流電轉(zhuǎn)換為交流電；DC/AC稱為直流轉(zhuǎn)換為交流；DC/DC稱為直流變交流后再變直流。為達到交直流電轉(zhuǎn)換的目的，電源變換的方法是多種多樣的。自20世紀60年以后，人們研發(fā)出了各種邢臺的二極管、三極管、半導體器件以后后，就逐步的開始用半導體器件進行交直流的轉(zhuǎn)換。因此，凡是用半導體功率器件制作的開關(guān)電源，都是把一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)換成另一種形態(tài)過程的的電路，通常我們把它叫做開關(guān)電源變換電路。在開關(guān)進行電力轉(zhuǎn)換的時候，以自動控制輸出穩(wěn)定電壓并且含有各種保護環(huán)節(jié)的電路，我們稱它為開關(guān)電源。開關(guān)電源通常由六

8、大部分組成，如圖1.1所示。圖1.1 開關(guān)電源工作原理框圖第一部分是電壓輸入電路，它通常包含有低通濾波環(huán)節(jié)和第一次整流環(huán)節(jié)，我們把220V的交流電壓直接輸入到開關(guān)電源中，這時電流經(jīng)過第一次濾波和整流后可以得到未穩(wěn)定的直流電壓V1。這以后將得到的為穩(wěn)定的電壓輸送到第二個電路部分中中進行功率因數(shù)校正（有源調(diào)整），這一步的目的是為了提高功率因數(shù)的大小，這樣就可以基本保持輸入電壓與輸入電流的大小是同相的。第三部分是功率轉(zhuǎn)換，它的主要是由電子開關(guān)和高頻方波脈沖電壓2部分組成的電路。第四部分是電壓輸出電路，目的是將前面經(jīng)過濾波蒸流得到的高頻方波脈沖電壓經(jīng)第二次整流濾波后變成我們所需的直流電壓讓后再輸出。第

9、五部分是控制比較電路，把前一步得到的穩(wěn)定的輸出電壓經(jīng)過分壓、采樣兩個步驟以后，再與電路的基準電壓的大小進行比較、放大的過程。第六部分是頻率振蕩發(fā)生器，頻率振蕩發(fā)生器的作用是第一使得電源的功率因數(shù)能達到0.95以上；第二方面使得電路的高頻發(fā)生器始終以高頻率恒定電流輸出。所以，當我們所輸入的電源電壓發(fā)生波動的時后，電源電路的發(fā)光亮度一直保持著不變。有高頻電子開關(guān)是開關(guān)電源中的電能轉(zhuǎn)換的主要實現(xiàn)手段和運用方法之一。在一個電子開關(guān)周期（T）內(nèi)，電子開關(guān)的接通時間與一個電子周期所占時間之比，叫接通占空比（D），D=斷開時間所占T的比例稱為斷開占空比（D'），開關(guān)周期是開關(guān)頻率的倒數(shù)，例如：一個開

10、關(guān)電源的工作頻率是50kHz，它的周期T為：（微秒）。很明顯，接通占空比（D）越大，負載上的電壓越高，表明電子開關(guān)接通時間越長，此時負載感應電壓較高，工作頻率也較高。這對于開關(guān)電源的高頻變壓器實現(xiàn)小型化有幫助，同時，能量傳遞的速度也快。但是，開關(guān)電源中斷開關(guān)功率管、高頻變壓器、控制集成電路以及輸入整流二極管的發(fā)熱量高、損耗大。對于不同的變換器形式，所選用的占空比大小是不一樣的。開關(guān)電源與鐵芯變壓器電源以及其他形式的電源比較起來具有較多的優(yōu)點3： （1）在現(xiàn)代比較節(jié)能的綠色的開關(guān)電源技術(shù)是這一行業(yè)討論的比較多的話題。長久以來，會有很少的電子設計領(lǐng)域的專家去解決關(guān)于功率的消耗問題。實際上，大多數(shù)的

11、電源制作人員會盡量的將功率消耗降到最低，讓他們的產(chǎn)品品質(zhì)更優(yōu)。但是，隨著“綠色電源”的概念和“智能電網(wǎng)”的概念一起出現(xiàn)，這個概念涵蓋的范為已經(jīng)不僅僅是功耗的問題了。我們就從最基本的方面說起，“綠色”表示的是效率高，在人們把負載加到20%之后，電源的轉(zhuǎn)換效率將會達到82%以上，同時在50%的負載條件下，開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換效率將會達到所說的最高85%這個數(shù)據(jù)超出80Plus銅牌的標準。因此（10%-100%）的開關(guān)電源負載效率都會超過了90%，剩下的在20%以后將會到達了95%以上的數(shù)據(jù)。此外在開關(guān)電源的功率因數(shù)是100%將會達到了98.4%，他的表現(xiàn)非常的優(yōu)秀是比較好的開關(guān)電源。他的空載待機功率消耗

12、大約為0.21W。（2）體積比較小，重量比較輕。跟據(jù)人們的統(tǒng)計，通常所說的100W的鐵芯變壓器的重量大約為1200g左右，它們的體積將達350cm3，而我們所用的100W的開關(guān)電源的重量在現(xiàn)在來說只有250g，并且現(xiàn)在的開關(guān)電源質(zhì)量更加輕變，它的體積還不到鐵芯變壓器體積的1/4。（3） 開關(guān)電源具有各種保護功能，安全系數(shù)高，相對于其它電源不易損壞。適應現(xiàn)代高速發(fā)展的電子技術(shù)。（4）能夠比較容易的改變輸出電流、電壓，而且使用穩(wěn)定、可控。（5）能根據(jù)人們的要求，可設計出各種具有特殊功能的電源，以滿足人們的需要。1.1.2 開關(guān)電源的分類 1.按電路的輸出穩(wěn)壓控制方式。 開關(guān)電源可分為脈沖寬度調(diào)制(

13、PWM)式、脈沖頻率調(diào)制(PFM)式和脈沖調(diào)頻調(diào)寬式三種。2. 按開關(guān)電源的觸發(fā)方式分類 自激式開關(guān)電源，自激式開關(guān)電源利用電源電路中的開關(guān)晶體管和高頻脈沖變壓器構(gòu)成正反饋環(huán)路，來完成自激振蕩，使開關(guān)電源輸出直流電壓。在顯示設備的PWM式開關(guān)電源中，自激振蕩頻率同步于行頻脈沖，即使在掃描電路發(fā)生故障時，電源電路仍能維持自激振蕩而有直流輸出電壓。它激式開關(guān)電源其電源必須有一個振蕩器，用以產(chǎn)生開關(guān)脈沖來控制開關(guān)管，使開關(guān)電源工作，輸出直流電壓。3.按其他方式分類按電路的輸出取樣方式分類，可分為直接輸出取樣開關(guān)電源，間接輸出取樣開關(guān)電源；開關(guān)電源按功率開關(guān)管的連接方式，可分為單端正激開關(guān)電源、單端反

14、激開關(guān)電源、半橋開關(guān)電源和全橋開關(guān)電源；按功率開關(guān)管與電源供電、儲能電感、穩(wěn)壓電壓的輸出方式，可分為串聯(lián)開關(guān)電源和并聯(lián)開關(guān)電源4。2.開關(guān)電源設計中存在的問題與未來發(fā)展開關(guān)電源中存在的問題 客觀上講，開關(guān)電源的發(fā)展是非常快的，這時因為它具有其他電源所無法比擬的優(yōu)勢。材料之新、用途之廣，是它快速發(fā)展的主要動力。但是，它離人們的要求、應用的價值還差得很遠，體積、重量、效率、抗干擾能力、電磁兼容性以及使用的安全性都不能說是十分完美5。目前要解決的問題有：(1)器件問題。電源控制集成度比較低，這就影響了電源的穩(wěn)定性和可靠性，同時對電源的體積和效率來說也是一個大問題。(2)材料問題。開關(guān)電源使用的磁芯、

15、電解電容及整流二極管燈都很笨重，也是耗能的主要根源。(3)能源變換的問題。按照我們?nèi)粘５牧晳T，開關(guān)電源的變化有這幾種的形式：.交流直流變換、直流交流變換以及直流直流變換等。我們要實現(xiàn)這幾種變化都是以頻率作為基礎(chǔ)的，目的都是為了改變電壓，但是這樣制作的工藝很復雜，我們對電壓控制的難度比較大，最重要的是不能大規(guī)模生產(chǎn)實用性低。(4)軟件問題。開關(guān)電源的軟件開發(fā)目前我們只是走了很小的一部，比如說軟開關(guān)，它的特點是損耗低，它的缺點是不容易使實現(xiàn)開關(guān)電源的高頻率化和體積小型化。我們要做到“軟開關(guān)”同時實現(xiàn)程序化的設計與應用，對現(xiàn)在技術(shù)來說有很多的困難。要真正的利用軟件操作以達到功率轉(zhuǎn)換、功率因數(shù)改善、全

16、程自動檢測控制的目的，還需要人們?nèi)ヅΑ?5)生產(chǎn)工藝問題。在日常的試驗室中能達到的技術(shù)標準，在生產(chǎn)制作的環(huán)節(jié)上會出現(xiàn)不同的各種各樣的問題。這樣的問題大多產(chǎn)生在焊接時候的問題和元器件技術(shù)性能方面的問題，同時還有我們在生產(chǎn)工藝上的檢測、老化、粘結(jié)、環(huán)境等方面的因素。1.2.2開關(guān)電源的發(fā)展趨勢開關(guān)電源以它的體積小巧方便、質(zhì)量比較輕和轉(zhuǎn)換的效率比較高等等的這幾個特點，目前被人們非常廣泛的應用于以電子行業(yè)為主力的所有電子設備周明華，是當今社會電子產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的必不可少的一種取得合適大小電源的方式。當前社會市場上所出售的開關(guān)電源中比較多的是采用我們所知道的雙極性晶體管制成的100kHz、用MOS管制成

17、的500kHz電源電路，雖然已經(jīng)實現(xiàn)了已實用化，商業(yè)化的目的，但開關(guān)電源的頻率大小需要進一步增加。我們要提高開關(guān)電源的頻率大小，就要不但要減小開關(guān)電源的功率損耗，而且要減小開關(guān)的損耗，這個問題就需要我們有高速讀的開關(guān)元器件。但是，開關(guān)電源速度增加以后，開關(guān)電源會受到電路中分布的電感和電容以及二極管，三極管中存儲的電荷多少的影響而積累產(chǎn)生噪聲。這種情況下，不僅僅會影響到開關(guān)電源所負載的電子設備的運行情況，同時還會大大降低電開關(guān)源的本身可靠性能，對負載運轉(zhuǎn)不好。這其中，人們?yōu)榉乐闺S開關(guān)啟和閉合開關(guān)電源所發(fā)生的電壓浪涌現(xiàn)象，我們通常采用的是R-C或L-C緩沖震蕩器，來消除浪涌現(xiàn)象，而人們通常對由于是

18、二極管存儲電荷所致的電流浪涌現(xiàn)象比較多的是采用非晶態(tài)等磁芯制成的磁緩沖器。但是，我們對1MHz以上的高頻率，這個時候就要運用諧振電路來實現(xiàn)，以使的開關(guān)電源上的電壓或通過開關(guān)的電流出現(xiàn)的是正弦波波形，這樣的話我們不但可減少開關(guān)電源的電壓損耗，同時我們也可控制浪涌現(xiàn)象的產(chǎn)生。這樣的開關(guān)方式我們稱之為諧振式開關(guān)?，F(xiàn)在我們對于這種開關(guān)電源的研究很普遍，因為人們采用這種方式不需要大大提高開關(guān)電源的速度就可以在理論上把開關(guān)損耗降到零，而且產(chǎn)生的噪聲也非常小，這種方法可以成為未來開關(guān)電源高頻化的一種主要方式和發(fā)展趨勢?，F(xiàn)在，世界上很國家都在致力于數(shù)兆Hz的電壓變換器的實用化研究和設計。1.3開關(guān)電源設計中的

19、開關(guān)電源術(shù)語效率：電源的輸出功率與輸入功率的百分比。其測量條件是滿負載，輸入交流電壓為標準值。ESR：等效串聯(lián)電阻。它表示電解電容呈現(xiàn)的電阻值的總合。一般情況下，ESR值越低的電容，性能越好。輸出電壓保持時間：在開關(guān)電源的輸入電壓撤消后，依然保持其額定輸出電壓的時間。啟動浪涌電流限制電路：它屬于保護電路。它對電源啟動時產(chǎn)生的尖峰電流起限制作用。為了防止不耗,在設計這一電路時，一定要保證濾波電容充滿電之前，就起到限流作用。隔離電壓：電源電路中的任何一部分與電源基板地之間的最大電壓?；蛘吣軌蚣釉陂_關(guān)電源的輸入端與輸出端之間的最大直流電壓。線性調(diào)整率：輸入電壓最高最低時輸出電壓變化穩(wěn)定指標。負載調(diào)整

20、率：電源負載的變化會引起電源輸出的變化，負載增加，輸出降低，相反負載減少，輸出升高。好的電源負載變化引起的輸出變化較小，通常指標為3%-5%。 噪音和波紋：附加在直流輸出信號上的交流電壓和高頻尖峰信號的峰值。通常是以mv度量。隔離式開關(guān)電源：一般指高頻開關(guān)電源。它從輸入的交流電源直接進行整流和濾波，不使用低頻隔離變壓器。輸出瞬態(tài)響應時間：指系統(tǒng)在某一典型信號輸入作用下，其系統(tǒng)輸出量從初始狀態(tài)到穩(wěn)定狀態(tài)的變化過程。瞬態(tài)響應也稱動態(tài)響應或過渡過程或暫態(tài)響應。過載或過流保護：防止因負載過重，使電流超過原設計的額定值而造成電源損壞的電路。遠程檢測：電壓檢測的一種方法。為了補償電源輸出的電壓降，直接從負

21、載上檢測輸出電壓的方法。軟啟動：在系統(tǒng)啟動時，一種延長開關(guān)波形的工作周期的方法。工作用期是從零到它的正常工作點所用的時間。電磁干擾無線頻率干擾：即那些由開關(guān)電源的開關(guān)元件引起的，不希望傳按和發(fā)射的高頻能量頻譜?？焖俣搪繁Ｗo電路；用于電源輸出端的保護電路。當出現(xiàn)過壓現(xiàn)象時，保護電路啟動，將電源輸出端電壓快速短路。占空比；脈沖信號的通電時間與通電周期之比。在一串理想的脈沖周期序列中（如方波），正脈沖的持續(xù)時間與脈沖總周期的比值6。2.開關(guān)電源設計的設計基礎(chǔ)2.1開關(guān)電源的主電路設計 按照現(xiàn)在科技水平，功率開關(guān)電源有以下幾個分類：小功率開關(guān)電源（主要指1100W）通?？梢赃x用電路成本比較低的反激式電

22、路來實現(xiàn)設計；開關(guān)電源需求的的功率在100W以上的，況且開關(guān)電源的工作環(huán)境一般干擾比較大、輸入電壓的質(zhì)量或出現(xiàn)偏差、負載輸出電壓短路現(xiàn)象時有發(fā)生，對于這種情況我們應用正激式電路來實現(xiàn)；開關(guān)電源使用功率大于500W以上的時候，我們通常需要用配置非常好的電源，這種情況我們可以采用半橋式或全橋式的電路來實現(xiàn)目的；有些時候我們對開關(guān)電源要很高的的成本，這是我們可以采用半橋式電路來實現(xiàn)，如果開關(guān)電源對的功率需求很高的時候，我們就應該采用全橋式電路來設級。本設計的輸出電壓電流為5V/1A，開關(guān)電源的功率在1100W以內(nèi)，選用反激式電路，如圖2.1所示，當功率開關(guān)管VT導通的時后，輸入端輸入的電能會以磁能的

23、形式存放在在變壓器的初級線圈N1中，因為同名端存在的關(guān)系，次級線圈一側(cè)的二極管V1不會因此導通，所以負載不會有電流通過。當功率開關(guān)晶體管的VT導通斷開的時后，變壓器的次級繞組以輸出電壓U0可以為負載提供電壓，并且會對變壓器進行消磁7圖2.1反激開關(guān)電源電路2.1.1主電路設計（1）確定輸入直流母線的電壓變化范圍。隨輸入的變化范圍；每個工頻周期內(nèi)電壓變化。（2）設計開關(guān)頻率fs，最大占空比Dmax=0.45。按照要求設定開關(guān)頻率；根據(jù)輸入功率，并假定最低電壓最大占空比，剛好臨界繼續(xù)，然后確定電感峰值電流。（3）設計反激變壓器 根據(jù)最大峰值電流，確定原邊的電感量： 根據(jù)經(jīng)驗選定磁芯尺寸，計算原邊匝

24、數(shù)：是磁芯截面積，是設計的最大磁通密度。 根據(jù)電感量和匝數(shù)，設計氣隙。 根據(jù)原邊開關(guān)管的額定電壓選擇合適的匝比。為了獲得較好的副邊交叉調(diào)整率，有時候需要調(diào)整變壓器原邊的匝數(shù)。（4）開關(guān)管選擇：功率MOSFET考慮 開關(guān)管電壓應力； 開關(guān)管電流應力：計算變壓器原邊的最大電流。（5）副邊二極管的選擇 快速恢復二極管； 計算二極管的耐壓：計算二極管的電流（6）輸出濾波電容的選擇根據(jù)電流/電壓應力，紋波要求，選擇電解電容。（7）RCD吸收電路圖2.2 RCD吸收電路考慮問題點： 吸收效果； 損耗盡可能小。吸收效果與損耗之間折衷。損耗估算方法：MOSEFT關(guān)斷時，當超過RCD緩沖電路中的電容兩端的電壓時

25、，緩沖二極管導通，尖峰電流被RCD電路吸收時，從而削減了尖峰電流。緩沖電容一定要足夠大，才能保證在一個開關(guān)周期內(nèi)電容兩端的電壓沒有顯著變化。但是吸收電容太大，也會增加緩沖電路的損耗，必須折中8。吸收電路消耗的電能可由下式計算得：2.2 控制電路設計在開關(guān)電源電路中的設計中，比較多的是采用負反饋控制的方式，目的是使輸出的電壓或電流保持穩(wěn)定的數(shù)值，并且有一定的穩(wěn)定電壓或者穩(wěn)定電流準確度的作用。所以開關(guān)電源的主電路以及它的反饋控制電路則構(gòu)成了自動控制系統(tǒng)，它的經(jīng)典結(jié)構(gòu)如下圖2.3所示。本電路中控制電路的設計和理論就是圍繞這自動控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。反饋在學術(shù)上我們又稱它為回饋，它是現(xiàn)代科學技術(shù)基本概念中

26、不可或缺的一種。反饋主要是在無線技術(shù)中產(chǎn)生的，后來它成為研究各個領(lǐng)域的自動調(diào)節(jié)的重要原理依據(jù)之一。反饋本質(zhì)上說就是被控制過程對控機構(gòu)反作用過程，這樣一中反作用會影響系統(tǒng)的本來過程或者結(jié)果。在日常生產(chǎn)生活中人們可以通過反饋的概念了解各種復雜系統(tǒng)的原理和動態(tài)機制結(jié)構(gòu)，從而揭示了不同物質(zhì)之間運動的相互聯(lián)系、相互作用。 反饋包括負了反饋和正反饋。正反饋的作用是使輸出與輸入相反，根本目的是讓系統(tǒng)的輸出與系統(tǒng)目標間的的誤差降低，從而使系統(tǒng)更加穩(wěn)定；負反饋的作用是使輸出與輸入更加相似，根本目的是使系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低，從而加強系統(tǒng)控制作用。人們對于負反饋的研究是主要的，它是控制論中的核心關(guān)鍵問題。 在開關(guān)電源的

27、放大電路中，既要考慮直流分量，又要考慮交流分量，因此就會有直流反饋和交流反饋的區(qū)別。直流反饋主要影響的是放大電路的直流特性，比如靜態(tài)工作點等等。交流反饋主要影響放大電路的交流特性，比如帶寬、增益、輸入輸出電阻等。 人們通常把負反饋分為四種狀態(tài)：壓串負反饋、壓并負反饋、流串負反饋、流并負反饋這四種狀態(tài)。在電路設計中應根據(jù)具體情況具體分析的方法來選擇。 反饋信號按照取樣方式的分類：從放大器的輸出端看，按取樣方式的不同，反饋可以分為2類，電壓反饋和電流反饋。 (a)電流反饋：電路中輸出電流或者輸出電流的一小部分會產(chǎn)生反饋現(xiàn)象，從而影響電路， (b)電壓反饋：電路中輸出電壓或者輸出電壓的一小部分會產(chǎn)生

28、反饋現(xiàn)象，從而影響電路，從放大器的輸入端看，按照反饋信號與輸入信號的混合方式分類，反饋可分為并聯(lián)反饋和串聯(lián)反饋9。- 給定 + 調(diào)節(jié)器PWM 比較器反饋開關(guān)電路輸出圖2.3閉環(huán)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)3. 開關(guān)電源仿真設計3.1 開關(guān)電源仿真分析 圖3.1 ,5V1A開關(guān)電源仿真圖開關(guān)電源仿真如圖3.1，該電路圖是220V交流電輸入，經(jīng)過一次整流D3、濾波C1。然后會經(jīng)過逆變過程、變壓器變壓過程，之后在進行二次整流D6，濾波C4輸出。從而使輸出電壓5V，輸出電流1A。仿真結(jié)果如圖3.2和3.3。圖3.2 輸出電壓波形圖4 開關(guān)電源的設計4.1電路工作原理 該電路由開關(guān)電源和輸出電路兩部分組成。當接通

29、電源后，輸入200v交流電后開始第一次整流（D3）濾波（C1）得到不穩(wěn)定的電壓，電壓通過電阻R1給三極管Q1基極提供工作電流，這是三極管Q1開始導通三極管Q1開始工作，Q1的集電級電流線性增長。而這時變壓器L2中可以感應出三極管Q1為正反饋，其中基級為正級，發(fā)射級為負級。正反饋電壓通過電容C1電阻R3傳遞到Q1基級，這時三極管Q1基級達到飽和狀態(tài)，與此同時，由于電容C3在感應電動勢作用下充電，電容C3電壓變大，三極管Q1基級電流逐漸將少。在變壓器L2中可以感應出三極管Q1基級為負電壓，發(fā)射級為正電壓，這時三極管Q1會立刻截止，由此完成了一個振蕩周期。在這期間里變壓器L3繞組能夠測出一個大小大約

30、5V的交流電壓。在這以后電容C3慢慢開始放電，三極管Q1基級的電壓開始變大，這時開始第二次震蕩周期，以后不斷循環(huán)這個步驟。 經(jīng)過變壓器處理的電壓在L3繞組輸出，開始第二次整流D6濾波C4，這時電壓是穩(wěn)定的電壓，可以通過USB座給負載提供5V電流，而LED燈和R5共同組成了一個指示電路。 在本電路中穩(wěn)壓二極管Z1、PC817和三極管Q2等共同組成了一個取樣比較電路，其作用是檢查電路中輸出的電壓是否符合5V。當因為負載或者電源電壓變大等原因是電路中輸出電壓高于5V時，穩(wěn)壓二極管Z1會被擊穿，PC817中電流增大，這時變壓器L2繞組中電壓會由PC817傳遞到三極管Q2，三極管Q2基級電流會變大，同時

31、使得集電極電流業(yè)變大，最終影響到三極管Q1，使它的基級電流變小，集電極電流也變小，從而使他的負載能力減弱，這會使得輸出電壓變得很小。與此同時，因為三極管Q2電壓減小，它會進入截止狀態(tài)。這樣三極管Q1的電壓會變大，負載能力變小。最終影響輸出電壓變小。這樣就完成了一個比較取樣過程，起到了電路自動穩(wěn)定電壓的作用。 本人設計的電路具有過流過載保護功能。具體地說就是當負載過大或者負載出現(xiàn)短路的時候，三極管Q1的集電極電流會變大，發(fā)射極電壓會降低很快，這樣會通過電阻R4讓三極管Q2處于飽和狀態(tài)，因此三極管Q1會出現(xiàn)截止狀態(tài)，沒有輸出，防止由于負載太大引起的損壞。4.2元器件清單 表1清單序號名稱型號位號數(shù)

32、量1電阻2KR112電阻15R213電阻560R314電阻1KR4，R515電解電容400V/2.2uFC116電解電容25V/10uFC217電解電容16V/220uFC418瓷片電容472C319二極管IN4007D3110二極管IN5819D6111二極管IN4148D5112穩(wěn)壓二極管4.7VZ1113發(fā)光二極管紅LED1114集成電路817cIC1115三極管13001Q1116三極管C945Q2117變壓器6腳T1118USB插座A型JP1 4.3 PC817介紹 PC817光耦合電路比較多的用在電腦，手機，測量儀，自動控制設備，自助取款機中。在家電中用的也比較多，列如電風扇，電飯

33、煲，電磁爐等，主要是用于實現(xiàn)電路之間的消息傳送，使它們前端與負載完全隔離，實現(xiàn)光電隔離。其根本目的是為了加強安全性，減小電路中的相互干擾，從而簡化電路設計12。圖4.1,PC817內(nèi)部結(jié)構(gòu) pc817c在開關(guān)電源電路中也有著比較重要的作用，主要是是起到開關(guān)電源變壓器的初級繞組和次級繞組之間的被測量電壓的控制信號，與初級PWM控制芯片實現(xiàn)光電隔離的信號反饋。假如直接實現(xiàn)電氣的連接，就會造成高壓接地和低壓接地地的直接連通，就會對人身的安全造成嚴重危害!所以pc817c在開關(guān)電源中主要的作用是起到光電隔離13.PC817參數(shù)如表4-2表4-2 PC817參數(shù)圖參數(shù)符號額定值單位輸入正向電流IF50m

34、A正向峰值電流IFM1A反向電流VR6V功耗P70MW輸出集電極發(fā)射極電壓35V發(fā)射極集電極電壓6V集電極電流IC50MV集電極功耗PC150MW總功耗200MW隔離電壓5000工作溫度-30to+100°C存儲溫度-50to+200°C焊接溫度260°C 圖2 光耦PC817應用電路圖PCB板圖4： 圖 3PCB板圖4.4 開關(guān)電源電路分析在現(xiàn)在科學中開關(guān)電源主要是由濾波整流電路、功率調(diào)整電路、控制電路、檢測電路、輔助電源等這五部組成。主電路的作用主要是限制接通電源因為瞬間輸入電流過大引起的的沖擊電流危害。濾波整流電路的作用是，將輸入的不穩(wěn)定電壓進行第一次整流濾

35、波14。比較取樣電路的作用一方是面從輸出端取樣電壓，和我們設定的值進行比較，然后去控制反饋器，改變其脈沖寬度或者脈沖頻率，讓輸出電壓穩(wěn)定，另一方面，它會根據(jù)我們測試的電路提供的所需的數(shù)據(jù)，經(jīng)過保護電路檢測電路提供保護電路中正在運行中各種參數(shù)和各種儀表數(shù)據(jù)。輔助電源的作用是實現(xiàn)了電源的遠程啟動，它為保護電路和控制電路（PWM等芯片）工作提供開關(guān)電源集成控制器多位脈寬調(diào)制型信號，最早的脈寬調(diào)制型一般都是電壓調(diào)制型，電壓調(diào)制型指的是的是如果瞬時響應不理想，對電路會產(chǎn)生負面作用。電流控制型脈寬調(diào)制器的性能和功能與性能一般比電壓控制型好，國外新生產(chǎn)的電流控制型脈寬調(diào)制器種類和數(shù)量等比較多且質(zhì)量好，它們具有完全取代電壓控制型的大趨勢。在大于500KHz頻率下提高變換頻率的功耗比較好的辦法是是采用諧振變換器，并且使用零電流和零電壓開關(guān)技術(shù)，目前國外廠家生產(chǎn)的諧振集成控制器使開關(guān)電源的工作頻率已可以達到1MHz。開關(guān)電源集成控制器的功能決定了開關(guān)電源整機使用元器件的多少，電路設計的復雜程度，直接影響著開關(guān)電源的可靠性及性能15。結(jié) 論5V/1A開關(guān)電源電路設計，主要完